Božično drevo za 1 USD na PCB: 7 korakov (s slikami)

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Sledi mi na Twitterju! Sledi še avtorju:

O: Moje ime je Loann Boudin, sem ustvarjalec in francoski študent, ki študira elektrotehniko v bližini Pariza. Rad izdelujem stvari sam in svoje projekte delim z vsemi. Več o loboat »

PCB božično drevo Loann BOUDIN | 2018

Kaj lahko naredi ljubitelj elektronike, ko prihaja božič? Seveda božično drevo iz PCB -ja!

Kot član malega kluba ljubiteljev elektronike rad svojo strast do elektronike in oblikovanja tiskanih vezij delim z majhnimi projekti. Za božič sem novim članom želel predstaviti SMD spajkalno vesolje z zabavnim in preprostim projektom: spajkati miniaturno božično drevo iz PCB z vgrajenimi svetlečimi diodami 0805 SMD.

Ta navodila opisujejo postopek, ki sem si ga zamislil, oblikoval in ustvaril kup poceni, majhnih, žarečih božičnih dreves na tiskanih vezjih za manj kot 1 USD enote. Uživajte:)

In … če vam je bil ta Instructable všeč, razmislite o glasovanju za ta projekt na natečaju PCB! Hvala vam !

1. korak: Potrebna specifikacija, orodja in spretnosti

Boste potrebovali:

Potrebna orodja:

• spajkalnik
• spajkalna žica
• brusni papir
• ploske klešče
• rezalne klešče
• fina pinceta

Izbirna (vendar priročna) orodja:

• Odsesavalec dima
• večmetrski
• veličastno steklo

Spretnosti:

osnovne veščine spajkanja

Račun za materiale:

Sestavni deli	Dobavitelj	Veleprodajna cena ($)	Cena na tiskano vezje ($)
11x 0805 SMD utripajoče LED diode	Aliexpress	15, 79	0, 29
1x baterija CR1220	Aliexpress	0, 75	0, 15
1x držalo za baterije	Aliexpress	6, 58	0, 07
1x preklopno stikalo	Aliexpress	2, 62	0, 03
2x 2 zatiča	Aliexpress	0, 51	0, 01
1x PCB	SeeedStudio	4, 90	0, 12

Odločil sem se za poceni sestavne dele, da bo BOM ostala pod simbolično ceno 1 USD na PCB za božično drevo. Skupna cena za eno božično drevo z vezanimi elektronskimi komponentami je ocenjena na 0, 67 USD.

2. korak: Iščete navdih …

Želel sem oblikovati realistično božično drevo iz PCB -ja, kjer lahko dve pravokotno sestavljeni PCB -ji data 3D obliko, ki lahko stoji. Ustvarjanje dveh različnih tiskanih vezij ne naredi zasnove veliko bolj zapleteno, ampak dražje, saj proizvajalci zaračunajo več, če tiskano vezje vsebuje več kot eno zasnovo. Da bi bila cena čim nižja, sem moral razmišljati o pametnem upravljanju prostora za oblikovanje PCB, da bi zmanjšali odpadke in stroške. Pri iskanju popolnega božičnega drevesa iz PCB -ja sem iskal podobne projekte v Googlu in Instructables.

Naletel sem na bluqueshov dizajn, ki se mi je zdel še posebej zanimiv in zelo dobro dokumentiran. Ta član v svojem prvem Instructable opisuje, kako mu je uspelo ustvariti majhno božično drevo iz PCB z veliko funkcijami:

• Vgrajen čip Arduino
• Dvobarvne SMD LED diode
• Kapacitivni dotik
• Vgrajena baterija
• DC/DC ojačevalno vezje
• … in več !

Nekatere od teh funkcij niso združljive z mojim projektom, katerega cilj je biti preprost in poceni. Kljub temu pa je mojo pozornost pritegnila še ena podrobnost njegovega projekta: bluqueshu je uspelo oblikovanje njegove 3D božične jelke umestiti v kvadratno površino brez izgube prostora. S tem, ko je poleg glavne jelke ustvaril dve plavuti v obliki polovice jelke, je znova uporabil zapravljen prostor, da bi kljub svoji kompleksni obliki ustvaril še eno polno drevo.

To pametno zasnovo sem prilagodil in ponovno uporabil v svojem projektu.

3. korak: Oblikovanje PCB -ja

Moje božično drevo sem oblikoval z uporabo Autodesk EAGLE. EAGLE je programska oprema za avtomatizacijo elektronskega oblikovanja (EDA), ki omogoča oblikovanje shematskih diagramov, postavitev komponent in usmerjanje PCB.

Oblikovanje sem začel z ustvarjanjem sheme elektronskega vezja. Sestavljen je iz 11 vzporedno utripajočih LED, ki jih napaja 3 -voltna gumbna baterija. Stikalo lahko odpre ali zapre vezje. Nazadnje je med napetostjo akumulatorja in maso nameščen izbirni filtrirni kondenzator 10 µF.

Odločil sem se, da upor ne vključim v serijo z LED diodami, saj je 3 V zelo blizu prednje napetosti številnih barv LED:

Shema in tiskana vezja sta razdeljena na tri dele:

• glavna plošča: ima obliko božičnega drevesa in vključuje držalo za baterijo, stikalo, 3 LED na zgornji strani in 2 LED na spodnji strani. Dva 2-pinska konektorja z glavo omogočata povezavo in napajanje obeh plavuti, enega na zgornji strani, drugega pa na spodnji strani.
• zgornja plavuti: ima obliko polovice božičnega drevesa z zarezo za držalo baterije in vključuje 1 LED na zgornji strani in 2 LED na spodnji strani. En odtis 2-nožnega konektorja omogoča priključitev in napajanje plavuti na glavno ploščo.
• spodnja plavuti: ima obliko polovice božičnega drevesa in vključuje 2 LED na zgornji strani in 1 LED na spodnji strani. 2-pinski priključek z glavo nožice omogoča priključitev in napajanje plavuti na glavno ploščo.

Odločil sem se, da se odločim za zmanjšano velikost 48 * 48 mm na jelko, tako da narišem obris plošče z 20. plastjo "Dimenzija".

Obliko jelke sem narisal s 46. plastjo "Rezkanje" s širino 3 mm: ta črta se za proizvajalca razlaga kot območje rezkanja in jelko loči od plavuti.

Ko je obris vezja jasno opredeljen, sem postavil največje komponente, kot sta držalo za baterije in stikalo, nato pa LED, tako da je njihova porazdelitev prijetna.

Na eno plavutko sem dodal še eno območje za rezkanje, tako da se nosilec baterije lahko prilega, in luknjo na vrhu drevesa, da ga lahko obesite kamor koli (na primer v pravem božičnem drevesu).

Nato sem vse komponente usmeril z zgornjo in spodnjo plastjo: napetost akumulatorja se porazdeli po LED diodah s širinami širine 0,5 mm in celotno ravnino ozemljitve.

Nazadnje sem zasnoval dva odcepljena jezička in ju postavil med glavno jelko in njene plavuti na 3 mm rezkalni sledi, da bi ohranil svojo ploščo kot enotno zasnovo in omogočil podokno PCB (za več podrobnosti glej naslednji korak).

Vse datoteke Eagle najdete na mojem githubu ali pod ▼

4. korak: Panelizacija PCB

Večina proizvajalcev PCB zdaj ponuja enotno ceno 5 USD za 10 PCB velikosti do 100*100 mm. Cena ostaja enaka, ne glede na to, ali je vezje 50*50 mm ali 100*100 mm. Optimizacija stroškov je nato možna s povečanjem števila vezij na tem največjem območju. Panelizacija PCB -ja je sestavljena iz ustvarjanja enotnega tiskanega vezja iz več majhnih, da se zmanjšajo stroški in odpadki.

Večina proizvajalcev tiskanih vezij ne zaračunava dodatnih stroškov za enako zasnovo zasnove. To pomeni, da lahko brezplačno vstavite več majhnih tiskanih vezij v eno, vendar mora ostati enaka za vse. Več informacij najdete na spletnem mestu proizvajalca PCB Seeedstudio.

Oblikovanje PCB -ja je lahko na dva načina:

Metoda panelizacije z V-utori: sestavljena je tako, da 1/3 debeline plošče odrežete od zgoraj in 1/3 debeline od spodaj, vzporedno z zgornjim rezom, s krožnim rezalnim rezilom od 30 do 45 stopinj. To je mogoče storiti samo vzdolž ravnih črt skozi matriko PCB

Metoda podokna z odmičnimi zavihki: sestavljena je tako, da perforirani zavihki pustijo prostor med usmerjenimi ploščami. Razdalja med dvema tiskanima vezjema je približno 2,5 mm, saj je to standardna velikost usmerjevalnika v večini izdelovalnih hiš in zahteva le en prehod usmerjevalnika za rezkanje plošče. Vzorci perforacije N-luknje so standardni za odcepljene jezičke in so zasnovani tako, da jih je mogoče enostavno odstraniti, ne da bi pri tem pustili neželene izbokline stranske plošče

Več informacij o oblikovanju panelov PCB najdete v zelo dobro dokumentiranem članku, ki ga je Jack Lucas napisal za www. ElectronicDesign.com.

Da bi znižali stroške svojega projekta, sem se odločil, da bom štiri moja božična drevesca iz PCB -ja obložil v eno samo ploščo. Najprej sem moral povezati dve plavuti božičnega drevesa PCB z glavno ploščo. Oblikoval sem dva odcepljena jezička s perforiranim vzorcem s 3 luknjami, ki povezuje vsako plavut z glavno desko božičnega drevesa. Odcepni jezički so narejeni iz 2*3 lukenj s premerom 0,9 mm.

Ko je bilo oblikovanje enega božičnega drevesa iz PCB -ja dokončano, sem ga štirikrat podvojil in vsakega od njih poslal drug ob drugem, da sem zapolnil površino 100*100 mm, ki jo je določil proizvajalec. Vsi modeli so razmaknjeni za 3 mm in povezani z odcepljenimi jezički s 3 luknjami.

Končna PCB ima velikost 100*100 mm in vsebuje 4 PCB -je za božična drevesa. Stroški enote PCB se tako delijo s 4!

5. korak: Spajkanje tiskanega vezja

Ko se zberejo vse komponente, se lahko začne spajkanje tiskanega vezja!

spajkanje LED -

Najbolje je, da začnete z spajkanjem LED, saj so najmanjše komponente. Napajanje jih bo nazadnje otežilo, saj bi lahko večje komponente ovirale njihovo namestitev. LED so polarizirane komponente in pomembno je, da na tiskanem vezju ugotovite, kako naj bi jih spajkali. Odtis LED na tiskanem vezju je vedno enak: blazinica, povezana z ozemljitveno ravnino, je masa (katoda), blazinica, povezana s progo, pa napajalna napetost (anoda). Zelena puščica pod LED CMS označuje smer pretoka toka in s tem njegovo polarnost.

Testiranje LED z multimetrom v konfiguraciji "diodnega testerja" lahko pomaga določiti njeno polarnost in barvo.

Za spajkanje LED sem najprej začel z majhno količino spajkanja na eno od LED ploščic. Nato sem se s fino pinceto približal LED, medtem ko sem spajkalnik topil s svojim spajkalnikom. Ko je vodilo pravilno nameščeno, sem odstranil spajkalnik, da se spajka strdi. Drugi spajkalnik lahko nato naredite brez potrebe po držanju LED s pinceto. Ta postopek se ponovi za preostalih 10 LED.

spajkanje držala za baterije -

Nosilec baterije drži gumbno celico ob tiskanem vezju, da ustvari električno povezavo. Za trdno držanje baterije sem na držalo za baterijo odložil majhen sloj kositra. Priključek se nato postavi in spajka.

spajkanje stikala -

Na koncu je stikalo spajkano na isto stran kot priključek za baterijo. Stikalo štrli iz tiskanega vezja za enostavno upravljanje.

Korak 6: Sestavljanje tiskanega vezja

Ko se vse komponente spajkajo, je čas, da sestavite božično drevo.

ločevanje plošč -

Ploščo sem začel lomiti s ploščatimi kleščami, da ločim dve plavuti od glavne plošče. Z rezalnimi kleščami sem odstranil preostali rob, ki bi lahko poškodoval. Nato sem z brusnim papirjem zgladil stranice božičnega drevesa in končno imel tri čiste deske: glavno drevo in dve plavuti.

Priključitev plošč -

Ena plavuti je pritrjena na glavno ploščo tako, da med njima spajate 2 -pinski konektor z zatičem. Priključek z glavo zatiča ima tukaj dve uporabi: držite krilo na glavni plošči in napetost in maso pripeljite do LED diod plavuti.

Iz velikega priključnega traku z nožicami sem izrezal 2* 2 nožice in očistil plastične robove z brusnim papirjem. Nato sem jih spajal od glave do repa na glavni plošči, kot je prikazano na slikah, enega na zgornji strani, drugega pa na spodnji strani.

Dve plavuti sem spajkal na konektorje, pri čemer sem pazil, da ju pravilno poravnam, plavut pa namestim z zarezo na strani priključka baterije.

PCB božično drevo je končno sestavljeno!

Vklop tokokroga -

PCB napaja litijeva baterija CR1220 3V. Ko gumbno celico vstavite v nosilec baterije na plošči in stikalo zaprete, začnejo svetleče diode utripati kot čarobno!

Gumbna celica, uporabljena v tem projektu, ima povprečno kapaciteto 40 mAh, kar na primer pomeni, da lahko oddaja do 40 mA v 1 uri ali 20 mA v 2 urah. Trenutna poraba božičnega drevesa PCB je okoli 80 mA in je odvisna od barv izbranih LED: bele, modre in vijolične LED diode črpajo večji tok kot rdeče, oranžne in rumene LED.

Po izkušnjah vam priporočam, da uporabite rdeče, oranžne, rumene in zelene LED diode, saj bodo prihranile življenjsko dobo baterije, hkrati pa zagotovile lepe barve v temi božičnega duha:) S temi barvami v enakih razmerjih moja božična drevesa iz PCB svetijo 1 uro dokler zelene LED ne začnejo zbledeti.

7. korak: Zaključek

Ob načrtovanju teh majhnih božičnih drevescev iz PCB -ja sem se zabaval in veliko sem se naučil o izdelavi PCB -ja in obdelavi PCB -jev.

Zahvaljujoč poceni zasnovi projekta je bila spajkalna delavnica brezplačno na voljo tistim, ki so jo želeli preizkusiti. Ti tiskani vezji so bili v mojem klubu zelo uspešni in mnogi novi člani so spajkali svoj prvi čip na osnovi komponent SMD. Bil sem več kot vesel, ko sem slišal, da so nekatere moje kreacije okrasile božična drevesca mojih prijateljev.

Danes sem ponosen, da lahko skozi to delavnico in to vadnico prenesem znanje, ki sem ga pridobil med tem projektom. Upam, da vam je bilo všeč in vam želim vse dobro v prihajajočem letu:)