Paremmat projektit piirilevyjen avulla: 6 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Jos olet viettänyt aikaa elektroniikkaprojektien parissa, tiedät kuinka hauskaa ja jännittävää se voi olla. Mikään ei ole innostavampaa kuin nähdä piirisi heräävän eloon silmiesi edessä. Se on vieläkin jännittävämpää, kun projektistasi tulee hyödyllinen gadget, jonka haluat tehdä pysyväksi kodin tai toimiston ympärille. Mutta mikä on paras tapa toteuttaa tämä? Leipälauta ei todellakaan ole vastaus, ja monimutkaisen piirin rakentaminen proto-levylle voi tulla varsin työlästä. Molemmilla työkaluilla on paikkansa, mutta ne eivät ole ihanteellisia realistiseen tuotantoon.

Ratkaisu? Tee projektisi piirilevyllä (PCB). Kun valmistajien ja harrastajien määrä kasvaa päivittäin, valmistajat asettavat ammattitason palvelut kaikkien saataville (ja edullisiksi). Kerran PCB -levyjen suunnittelu ja valmistus oli uskomattoman kallista. Korkealaatuinen CAD -ohjelmisto on joissakin tapauksissa saatavilla ilmaiseksi ja tehtaat, jotka valmistavat pieniä prototyyppilevyjä jopa 5 dollarilla plus postituskulut. On hyvin vähän syitä olla käyttämättä näitä palveluita.

Tavoitteeni on viedä sinut läpi tämän projektin korkealla tasolla. Koska jokainen CAD -ohjelmisto on hieman erilainen, sinun on kerättävä tietoa muista lähteistä tämän toteuttamiseksi. Laitan linkkejä muutamiin resursseihin, joista pidin hyödyllisinä. Ennen kuin olet huolissasi näiden taitojen oppimiseen tarvittavasta ajasta, haluan sanoa, että aloitin täysin nollaa tietämystä ja kokemusta ja tein onnistuneita suunnitelmia vietettyäni alle 8 tuntia verkkoresursseista.

Olen henkilökohtaisesti käyttänyt kaikkia näitä kolmea CAD-ohjelmistopakettia, mutta suosittelen, että katsot näitä esittelyvideoita saadaksesi käsityksen siitä, miten kukin niistä on asetettu.

• Johdanto KICADiin
• Johdanto Eagle CAD -verkkoseminaariin
• Altiumin esittely

Tohtori Peter Dalmarisilla on erinomainen KICAD -kurssi, jonka olen suorittanut ja suosittelen lämpimästi, jos valitset sen ohjelmiston. Hänen selityksiään siitä, miten kaikki ominaisuudet toimivat, on helppo seurata ja ne ovat täydellisiä. Tässä on linkki hänen luokkaansa Tech Explorationsissa.

Toinen harkittava vaihtoehto (vaikka tätä en ole itse käyttänyt) on EasyEDA. Olen nähnyt muiden valmistajien käyttävän tätä online -ohjelmistoa erittäin kiinteiden mallien tekemiseen.

Aloitetaan suunnittelu!

Tarvikkeet

• PC CAD -ohjelmistolla
• Juotin
• Flux
• 1 ESP-32-moduuli (WROOM-32D)
• 2 MCP 23017: tä (SOIC -paketti)
• 5 voltin säädin (L7805)
• 3,3 voltin säädin (AP2114H)
• yleinen DC -tynnyrin liitin 2,1 mm: n pistokkeelle
• Uros- tai naaraspistoke (valinnainen)
• Leivänpaahdin ja juotospasta (valinnainen)
• Pora (valinnainen)

Vaihe 1: Suunnittelu ja suunnittelu

On erittäin tärkeää saada vankka perusta mille tahansa projektille. Pieni suunnitteluun käytetty aika voi säästää tuntikausia turhautumista tiellä.

Hyvä paikka aloittaa on luoda luettelo toiminnoista ja ominaisuuksista, jotka haluat suunnittelullesi. Seuraavassa on luettelo, jota käytin luodessani tämän esimerkkiprojektin.

• ESP-32-pohjainen levy, joka on yhteensopiva olemassa olevien ESP-32-mallien kanssa
• Enemmän digitaalisia nastoja kuin tavallinen ESP-32 Dev -sarja
• Saatavana 5v ja 3v3 piirilevyyn kiinnitettyjen lisälaitteiden virransyöttöön
• Ohjelmointiportti, jotta voin päivittää laitteen tulevaisuudessa
• Mahdollisuus käyttää 6-12 voltin tuloa

Toinen on kerätä luettelo osista, joita haluat käyttää, ja löytää helposti saatavilla oleva lähde. Viimeinen asia, jonka haluat tehdä, on tehdä piirilevy, johon et voi ostaa osia. Sinun tulisi myös kerätä valmistajan tietolomakkeet jokaisesta osasta, jota aiot käyttää (luota minuun, että tämä on erittäin tärkeää, ja kerron miksi myöhemmin).

Kerää lopuksi kaikki muistiinpanot ja piirustukset, jotka olet jo luonut tätä mallia varten. Tämä sisältää mahdolliset fyysiset rajoitukset. Kuten haluat, että levysi on yhteensopiva Arduino -kilven kanssa tai mahtuu tiettyyn koteloon. Kaikkia näitä tietoja tarvitaan prosessin eri vaiheissa.

Vaihe 2: Piirilevykaavio CAD: n avulla

Aloitetaan kaavion tekeminen!

Yleensä haluan lisätä kaikki osani kaavioon ja esittää ne mielekkäällä tavalla. Tässä vaiheessa, kun sijoitat ne, ei ole vaikutusta piirilevyn fyysiseen sijaintiin, joten voit käyttää tätä joustavuutta eduksesi. Jos sinulla ei ole jalanjälkiä kaikille komponenteillesi, suosittelen lämpimästi SnapEDA: ta ja Ultralibrariania. Näissä resursseissa on hämmästyttävä valikoima saatavilla olevia osia melkein jokaiselle käyttämällesi CAD -ohjelmistolle. Etsi vain osan osanumero ja lataa tarvittavat tiedostot. Heillä on opetusohjelmia, jotka opettavat näiden tiedostojen tuontia, jos et vielä tiedä miten se tehdään.

Ennen osien liittämistä yhteen on parasta tarkistaa kunkin komponentin liittimien tarkkuus. Siksi osien tietolomakkeiden omistaminen on tärkeää, koska olen koko PCB -erän tuhonnut (muistatko nämä turhautumisen tuntikaudet?), Koska ohitin tämän vaiheen. Jos et tehnyt osaa itse (ja joskus vaikka teitkin), tarkista AINA kaksinkertainen tarkistus.

Kun siirrät kaavamaisen langan, olen havainnut hyödylliseksi käyttää verkkomerkintöjä liitosten tekemiseen. Jos sinulla on suuri määrä johtoja joka suuntaan, sen seuraaminen on vaikeaa ja lisää myös mahdollisuuksia muodostaa yhteys jonnekin, johon sinun ei pitäisi (enemmän tunteja turhautumista). Johtojen ja verkkomerkintöjen tasapaino on yleensä paras, käytä vain luetteloa verkkotarroista, jotka ovat järkeviä kaikille muille, jotka katsovat muotoilua. Tämä helpottaa elämää, jos palaat tähän muotoiluun tulevaisuudessa ja haluat tehdä muutoksia tai tehdä alkuperäisen mallin vianmäärityksen.

Kaavio on myös hyvä paikka jättää muistiinpanoja siitä, kuinka piirin eri osien on tarkoitus toimia. Tämä on hyvä tapa seurata kaikkia yksityiskohtia, joita tarvitaan, jotta asia toimii niin kuin pitäisi. Esimerkki tästä projektista on, että ohjelmointia varten tarvitaan hyppyjohdin ESP -moduulin aktivointitapin ja 3,3 voltin virran välillä. Vaikka tämä ei todennäköisesti ole ainoa paikka, jossa sinun pitäisi dokumentoida tällaisia tietoja, on ehdottomasti hyvä saada tapana kirjoittaa KAIKKI muistiin.

Tarkasta kaaviosi ennen kuin siirryt seuraavaan vaiheeseen. Tämän täytyy olla oikein, jotta piirilevyasetteluprosessi sujuu sujuvasti. Hidas ja menetelmällinen lähestymistapa antaa aina parhaan lopputuloksen. Käy läpi mahdolliset muistiinpanosi ja tarkista jokainen niistä kaavion mukaan.

Vaihe 3: Piirilevyasettelu

Ennen kuin aloitamme komponenttien järjestämisen, on parasta tarkastella jalanjälkiä ja varmistaa, että ne ovat oikeat käytettäville osille. Esimerkiksi joillekin osille on saatavana reikä- ja SMD -versioita, joten varmista, että käytät vain osia, jotka voit asentaa. EPS-32-moduulin alla on tyyny, joka vaatii erityiskäsittelyä (lisää tästä myöhemmin). Varmista, että sinulla on suunnitelma näihin tilanteisiin. Kun olet valinnut komponentteillemme sopivat paketit, sinun tulee tarkistaa jokaisen osan pistokkeet uudelleen tietolomaketta vasten (oletko huomannut trendin tässä?) Usko minua, kun sanon, että nämä voivat olla vääriä ja siitä tulee pitkä päivä jos sinun on jäljitettävä nämä ongelmat myöhemmin

Kun järjestät komponentteja, varmista, että otat huomioon kaikki edellä mainitsemani fyysiset rajoitukset. Joissakin tapauksissa sinun on ehkä asetettava tietyt osat ensin, koska niiden sijainti on kriittinen ja että ne sopivat kaiken muun ympärille. Muista sijoittaa toisiinsa kytketyt osat lähelle toisiaan, mutta jätä myös riittävästi tilaa työskentelyyn asennuksen aikana. Jos sinulla on tietty kotelo, jota aiot käyttää, saattaa olla järkevää luoda ensin levyprofiili ja mahdolliset porausreiät.

Kun kaikki komponentit ovat siellä, missä haluat niiden olevan, on aika aloittaa jälkien reititys. Tätä tehdessäsi on muistettava muutama keskeinen kohta.

• Lyhin mahdollinen jälki on yleensä paras
• Isompi on yleensä parempi (erityisesti virtalähteille)
• Sinun on tiedettävä, kuinka paljon virtaa tietylle radalle tulee käsitellä, ja varmista, että valitsemasi koko voi käsitellä tämän määrän turvallisesti (Tämä on erittäin tärkeä turvallisuusongelma, ylivirta voi aiheuttaa kuumenemista ja mahdollisesti palovaaran)
• Tiedä, mitkä toleranssit valmistajasi pystyy ylläpitämään, ja noudata näitä ohjeita. Tässä on linkki yhden valmistajan ominaisuussivulle (CAD -ohjelmistossasi voi olla suunnittelusääntöjen tarkistus, joka varoittaa sinua kaikista paikoista, jotka eivät täytä tehtaan noudattamia standardeja)

Vaikka reititysreitit voivat olla hauska palapeli, joskus suunnittelumme voivat muuttua monimutkaisiksi, mikä tekee tästä äärimmäisen haastavan. Näissä tapauksissa automaattisen reititysohjelmiston käyttö voi säästää huomattavasti aikaa. Tässä on linkki automaattiseen reitittimeen, jota olen käyttänyt useissa projekteissa. Automaattinen reititin tuo projektisi ja käyttää suunnittelusääntöjäsi sopivien jälkien luomiseen kaikkiin verkkoihisi. Yleensä annan automaattisen reitittimen tehdä työnsä ja muutan sitten manuaalisesti muutamia asioita, jotka haluaisin olla erilaisia. Voit myös reitittää jäljet, jotka haluat olla tietyissä paikoissa, ja automaattinen reititin kiertää olemassa olevia raitoja, kuten se toimii muilla verkoilla.

Vaihe 4: Viimeiset kosketukset ja valmistautuminen valmistukseen

Kun osat on asetettu ja raidat ajettu, piirilevy on melkein käyttövalmis. Nyt on hyvä aika antaa koko ulkoasulle hyvä kertaus. Seuraa jälkiä käyttämällä kaaviota oppaana ja varmista, että kaikki tarvittavat liitännät on tehty.

Sinun tulisi myös harkita grafiikan lisäämistä levyllesi silkkipainokerroksessa. Nimesi tai muiden valmistajien merkki on hyvä tapa kertoa muille, että olet ylpeä työstäsi. Uskon myös merkitseväni useimmat ellei kaikki yhteyspisteeni siihen, mihin ne on tarkoitettu. Tämä auttaa, kun kytket esineen kokoonpanon jälkeen, ja muiden on helpompi ymmärtää näiden liitäntäpisteiden toiminnot.

Toinen huomioitava asia on tarkistustunnisteen merkitseminen, varsinkin jos tämä on levy, jonka aiot tehdä useammin kuin kerran. Näin voit tehdä muutoksia piiriin tulevaisuudessa ja kertoa yhdellä silmäyksellä, millä levyllä työskentelet.

Kaikki tämä on tehnyt aikansa piirtää/viedä mallisi ja lähettää sen valmistajalle. Yleensä nämä ovat Gerber -tiedostoja, ja ne on yleensä tallennettava yhteen.zip -kansioon. Tämän lataat, kun teet PCB -tilauksesi.

Tässä on linkki GitHub -esimerkkiprojektini Gerber -tiedostoihin

Vaihe 5: Piirilevyjen tilaaminen

Tähän on tarjolla enemmän ja enemmän vaihtoehtoja kuin aiemmin. Siitä on tullut niin helppoa, että kuka tahansa voi saada suunnittelunsa ammattimaisesti suurissa tehtaissa ja uskomattoman kohtuulliseen hintaan.

Olen suunnitellut yli 35+ piirilevyä ja kaikki ne on tuottanut JLCpcb (https://jlcpcb.com)

Erittäin hyvä yritys, jonka kanssa minulla ei ole koskaan ollut laatuongelmia. Tässä on linkki videoon, joka esittelee heidän laitoksensa ja selittää yksityiskohtaisesti piirilevyjen valmistusprosessin. Tehdaskierros

Siirry heidän verkkosivustolleen ja aloita tarjous. Lataa seuraavaksi Gerber -tiedostojesi.zip. Sinun pitäisi nähdä mallisi renderöinti lähetyksen päätyttyä. Valitse määrä, väri ja muut kriteerit, jotka haluat määrittää tällä hetkellä. Sitten on yksinkertainen asia siirtyä kassalle. Voit helposti ladata omat Gerber -tiedostosi ilmaiseen online -Gerber -katseluohjelmaan ja nähdä miltä nämä tiedostot näyttävät, kun ne on muodostettu.

Yleensä yritän lähettää useita malleja kerralla yhdistämään lähetyksen. Yleensä odotan saavani nämä 1-2 viikon kuluessa tilauksen tekemisestä. Tämä voi tietysti vaihdella monista tekijöistä riippuen, mutta ne antavat sinulle päivityksiä tilauksesi edistymisestä verkkosivustonsa kautta ja seurantanumeron tilauksesi lähettämisen jälkeen.

Vaihe 6: Rakennetaan se

On aika koota!

Muistatko aiemmin, että mainitsin, että ESP-32-moduulin juottamisessa on temppu? Jos katsot piirilevyn jalanjälkeä, huomaat suuren tyynyn komponentin alla. Se voi olla hieman haaste, mutta minulla on keinoja, joilla voit saada työn tehtyä.

Vaihtoehto 1: Käytä juotostahnaa ja pientä leivänpaahdinta.

Tämä on todella suoraviivaista, ja se varmasti antaa sinulle parhaat tulokset kaiken kaikkiaan. Tämä video selittää prosessin. Varmista, että ymmärrät käyttämäsi juotospastan lämpötilavaatimukset, ja saat melko uskomattomia tuloksia ilman paljon vaivaa. Tämä huolehtii useimpien, ellei kaikkien SMD -komponenttien juottamisesta. Bonuspisteitä, jos leivänpaahdin on peräisin roskapostista ja se on korjattava ennen käyttöä.

Vaihtoehto 2: Poistu porasta!

Tämä vaihtoehto varmasti toimii, mutta se ei ole ihanteellisin. Poraamalla varovasti pieni reikä piirilevyn läpi tämän tyynyn keskellä voit juottaa sen levyn takapuolelta läpimenevän reiän osana. Asiat voivat mennä pieleen melko helposti tällä lähestymistavalla, joten vie aikaa ja käytä korkealaatuista poranterää. Jos et aio käyttää reflow -uuniprosessia, voit käsitellä tällaisia ongelmia suunnittelussasi lisäämällä pinnoitetun reiän tämän tyynyn keskelle. Näin voit juottaa raudalla vaarantamatta levyäsi.

Juotos kaikki jäljellä olevat reikäosat (ja SMD, jos et käyttänyt reflow -menetelmää). Nastan otsikoihin juotan yhden tapin pitämään sen paikallaan, kun käännän levyn ympäri varmistaakseni, että se on suora. On myös hyvä tarkistaa juottaminen erittäin huolellisesti kaikista SMD -osista jonkinlaisella suurennuslasilla. Jos löydät jotain, joka on korjattava, käytä jotain virtausta (luota minuun, että sillä on suuri ero) ja lämmitä juotosliitos uudelleen. Esimerkkisuunnittelustani huomasin, että ESP-32-moduulissa oli useita paikkoja, jotka oli työstettävä uudelleen. Huomaa myös, että en tarkoituksellisesti lisännyt tähän korttiin pin-otsikoita, koska aion juottaa johdot suoraan oheislaitteistani. Tämä ei ole aina paras lähestymistapa, mutta sovelluksessani se ei ole ongelma.

Se siitä! alusta loppuun otimme piirikonseptin ja teimme oman mukautetun piirilevyn tätä projektia varten. Kun ymmärrät sen, mahdollisuudet ovat lähes rajattomat. Toivon, että tämä Instructable on antanut sinulle hyviä ideoita ja viitannut hyödyllisiin resursseihin, jotka auttavat sinua PCB -valmistusmatkallasi. Kiitos lukemisesta!

Hyvää tekemistä, älä päästä savua ulos! (Vakavasti se tarvitsee maagista savua)