Tähtiportti työpöydällesi - PCB -suunnittelu: 6 vaihetta (kuvilla)

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

Fusion 360 -projektit »

Jos pidät tästä projektista, harkitse sitä äänestämistä PCB -kilpailussa (sivun alareunassa)

Stargate SG-1 on kaikkien aikojen suosikkiohjelmani. Parin viime kuukauden aikana olen pakottanut tyttöystäväni katsomaan katsomaan koko sarjan. Olimme noin kaudella 4, kun näin, että Instructables oli käynnissä PCB -kilpailussa, ja se tuntui täydelliseltä tilaisuudelta suunnitella oma Stargate, jonka voisin laittaa pöydälleni.

Tämän projektin keksin. Se on halkaisijaltaan 4 tuuman PCB-tähtiportti, mukana toimitettu DHD (joka on maallikon Dial-Home-laite), joka istuu työpöydälläsi ja syttyy! Napauta DHD: n kapasitiivista kosketuslevyä ja jokainen chevron syttyy peräkkäin. Mene 7. chevroniin, ja madonreikä syttyy!

Piirilevy on suunniteltu yhtenä kappaleena ja napsahtaa erilleen. DHD on keskellä, ja ulkokulmat tukevat Tähtiporttia ja DHD: tä. Se toimii kahdella AA -paristolla ja paristopidike toimii DHD: n pohjana.

Logiikan tarjoaa ATtiny85, joka kytkee LEDit päälle 74HC595 -siirtorekisterin kautta. Lue, miten suunnittelin sen ja ohjeet sen kokoamiseen!

Vaihe 1: Prototyyppien luominen

Jos se on mahdollista, haluat prototyypittää piirilevysi mallit leipälevylle ennen kuin todella valmistat mitään. Nykyään on erittäin edullista saada piirilevyjä, mutta et silti halua tuhlata aikaa tai rahaa.

Minun tapauksessani en ollut koskaan aiemmin työskennellyt vuororekisterin kanssa, joten minun piti keskittyä testaamiseen. Luotin vahvasti tähän Instructable-opetusohjelmaan oppiakseni, miten ne toimivat:

Tein itse sen virheen, että tilasin PCB: t ennen perusteellista testausta. Alkuperäisessä suunnittelussani käytin WS2812B yksilöllisesti osoitettavia LED-valoja. Nämä eivät lopulta toimineet hyvin muutamasta syystä, ja tuhlasin paljon aikaa ja rahaa. Uusi muotoilu on yksinkertaisempi ja halvempi.

Prototyyppiksi työvuororekisterissäni piirilevyjen toista tarkistusta varten laitoin kaiken leipälevylle. ATtiny85, siirtorekisteri, vastukset ja LEDit ovat kaikki päällä. On myös toinen alue ATtiny85: n ohjelmointiin Arduinon kautta (Google miten se tehdään, siellä on paljon opetusohjelmia).

Täydellinen osaluettelo tälle projektille:

• 1x ATtiny85-20PU
• 1x 74HC595 Vaihtorekisteri
• 7x punaiset 3mm LEDit
• 1x sininen 3mm LED
• 2x 120ohm vastus
• 1x 1P2T SPDT -kytkin
• 1x paristopidike

Liitteenä on ATtiny85 -koodi (väläytetty Arduinolla). Testin jälkeen siirryin PCB -suunnitteluun.

Vaihe 2: Piirilevyn suunnittelu

Jos haluat, että piirustukset valmistetaan suunnitteluni avulla, voit käyttää liitteenä olevaa StargatePlots.zip -kansiota. Se sisältää Gerber -tiedostot näiden valmistamiseksi

PCB: n fyysinen rakenne oli erittäin tärkeä lopputuotteelle-erityisesti siksi, että se napsahtaa irti ja osia PCB: tä käytetään tukina. Tästä syystä aloitin CAD: llä. Piirilevyn suunnittelussa käytin Autodesk Fusion 360: ta, myös välilehdet.

PCB -ääriviivat Fusion 360: ssa

Kun olet suunnitellut piirilevyn CAD -muotoon, tarvitset tavan tuoda se PCB -suunnitteluohjelmistoosi reunaleikkausten lisäämiseksi. Fusion 360: ssä sinun tarvitsee vain luoda uusi luonnos osan pinnalle ja projisoida kaikki reunat. Tallenna sitten luonnos. Valitse komponenttiselainalueelta (ikkunan vasemmalta puolelta) uusi luonnos ja vie se DXF -tiedostona. Säästä se myöhempää käyttöä varten.

KiCAD -kaavio

Tein varsinaisen piirilevyn suunnittelun KiCADissa. Olisin käyttänyt Autodesk Eaglea, mutta olin lyhentämässä sitä lähellä kilpailun määräaikaa, eikä minulla ollut aikaa oppia käyttämään Eaglea. KiCADissa ensimmäinen askel on luoda piirilevyn kaavio. Kaavio on yksinkertaistettu lohkokaavio suunnittelustasi, ja sen ensisijainen tarkoitus on kertoa KiCADille, mitkä komponenttien nastat on kytketty yhteen.

Mukautettu komponentti

KiCADissa oli lähes kaikki käyttämäni komponentit sisäänrakennettu, joten lisäsin ne ja liitin nastat. Suuri poikkeus oli kapasitiivinen kosketuslevy, joka on täysin mukautettu. Tämän lisäämiseksi minun oli luotava uusi PCB -jalanjälki.

Ensin piirsin kosketuslevyn muodon InkScapessa. Sitten käytin KiCADin Bitmap -muunninta muuttaakseni sen jalanjälkeeksi uudelle komponentille. Se lisättiin sitten kaaviooni.

KiCAD -piirilevy

Kun kaaviosi on valmis, voit luoda todellisen piirilevyasettelun. KiCAD vain tyhjentää kaikki jalanjäljet arkkiin, ja voit itse sijoittaa ne. Ensin kuitenkin haluat tuoda piirilevyn ääriviivojen DXF -tiedoston.

Vaihda Edge Cuts -kerrokseen ja valitse sitten Tuo DXF. Valitse ääriviivat DXF, ja se sijoitetaan arkille. Sitten voit sijoittaa jalanjälkesi tarpeen mukaan. Kaikki nämä vaiheet on kuvattu hyvin KiCADin yksityiskohtaisissa oppaissa. Lisää lopuksi kuparikaatoja, joissa on suoja-alueita, jotta voit pysyä poissa aukoista.

Mukautettu silkkipaino

Yksikään tähtiportti ei ole täydellinen ilman kuvioita, mikä tarkoittaa, että mukautettu silkkipaino on tarpeen. Aloitin etsimällä Googlesta Stargate -kuvion, jossa oli selkeästi kuvioita. Sitten käytin GIMP: ää poistamaan kaikki kuvat paitsi kuvioita, ja tein sen mustavalkoiseksi. Otin sen InkScapeen ja muutin sen vektorikuvaksi ja skaalain sen oikeaan kokoon.

Sieltä prosessi oli samanlainen kuin mukautetun jalanjäljen luominen. Mutta sen sijaan, että käyttäisin kuvaa jalanjäljenä, käytin sitä silkkipainokerroksessa. Sitten siirrän sen vain piirilevyyn ja sijoitan. Tämä prosessi toistettiin DHD -kuvioiden osalta.

Vaihe 3: Valmistele piirilevyt

On olemassa monia valmistuspalveluja, joiden avulla voit saada piirilevyt valmiiksi. OSH Park on suosittu valinta, joka on erittäin helppokäyttöinen ja laadukas, mutta se on hieman kallis-piirilevyt ovat myös violetteja.

Tässä projektissa käytin Seeed Studio Fusion PCB -palvelua. Se oli huomattavasti edullisempi, laatu oli myös loistava ja ne tarjoavat paljon enemmän räätälöintiä. Esimerkiksi pystyin tekemään nämä mustana, ja saatavilla on useita värivaihtoehtoja.

Sinulla on muutama toimitusvaihtoehto, mutta valitsin DHL: n. Tein tilaukseni 11. tammikuuta ja sain tauluni 22. tammikuuta. Kokonaiskustannukset, mukaan lukien toimitus, olivat 51,94 dollaria 10: lle näistä 101,6 x 101,6 mm: n levyistä. Jos olisin tilannut levyt oletusvihreällä värillä, ne olisivat olleet halvempia. Mutta 5,20 dollaria per levy on melko kohtuullinen ottaen huomioon niiden koot.

Kaikki tämä sanoi, että voit käyttää mitä tahansa palvelua. Muita suosittuja vaihtoehtoja ovat JLCPCB ja PCBWay. Sinun tarvitsee vain piirtää Gerber -tiedostot KiCADilta tai Eaglelta ladataksesi mallisi näihin palveluihin. Jos käytät OSH Parkia, voit ladata KiCAD -projektisi suoraan.

Vaihe 4: Kokoa levy

Jos suunnittelit oman levyn, sinun pitäisi tietää, miten se kootaan. Mutta jos käytät PCB -suunnittelua, voit koota sen seuraavasti:

Kaikki komponentit ovat läpireikiä ja ne on merkitty taululle, joten asennuksen tulee olla helppoa. Jokainen komponentti asetetaan levyn puolelle tarran kanssa. Sekä ATtiny85- että 74HC595 -paikat on merkitty suuntiin. Pelimerkissä on pistemerkintätappi 1, joka on pelimerkissä olevan loven vieressä.

LEDit ovat napaisia, joten sinun on oltava varovainen, kun asetat ne sisään. LEDien negatiivinen katodi (lyhyt jalka) kulkee neliön reiän läpi ja positiivinen anodi (pitkä jalka) pyöreän reiän läpi. Juotetaan ensin chevronien seitsemän punaista LEDiä ja käännetään sitten levy ympäri.

Sininen LED on taivutettava 90 asteen kulmassa osoittamalla alaspäin kohti Tähtiportin keskustaa. Aseta se vain noin puoleenväliin ja taivuta sitten alas ennen juottamista.

Seuraavaksi tulevat DHD -johdot. Juotos jokaisen langan toinen puoli piirilevyn DHD -osaan ja sitten toinen pää Stargate -osaan. Ei ole väliä mikä johto menee mihin tahansa reikään, kapasitiivisella kosketuslevyllä ei ole napaisuutta.

Lopuksi juotetaan akun johdot. Jos sinulla on ensimmäinen versio levystä, se merkitään väärin ja sanoo, että alareikä on "+" positiiviseksi. Se oli virhe minun puolestani. Pohja (ulompi) reikä on negatiivinen. Joten juota positiivinen akkukaapeli ylempään (sisäiseen) reikään ja negatiivinen johto alempaan (ulkoiseen) reikään.

Vaihe 5: Tulosta osat 3D -muodossa

Tässä projektissa on yhteensä yhdeksän 3D-tulostettua osaa: seitsemän chevron-kantta sekä madonreiän LED-diffuusorin etu- ja takaosat.

Chevronit ovat yksinkertaisia ja liimattu kuumasaumattuina chevron-LEDien päälle, mikä lisää tyyliä. Ne on painettava mustalla tai harmaalla.

Matoreiän LED -hajotin on jaettu kahteen osaan tulostamisen helpottamiseksi ja tehokkuuden parantamiseksi. Etuosa on painettu läpikuultavaan filamenttiin, jotta valo loistaa läpi, ja takaosa on painettu valkoisella filamentilla, joka auttaa heijastamaan valoa takaisin edestä.

Kaikki nämä osat voidaan tulostaa ilman tukia. Suosittelen käyttämään kerroksen korkeutta 0,15 mm, täytteen tulisi olla jotain 20%.

Vaihe 6: Lopullinen kokoonpano

Tähtiportin kokoamisen lopettamiseksi sinun on vain liitettävä osat yhteen kuumaliimalla. Ensinnäkin suosittelen, että käytät hiekkapaperia tai Dremeliä tasoittaaksesi piirilevyosien kielekkeet.

Käytä sitten hieman kuumaa liimaa tai superliimaa kiinnittääksesi etuhajotinosan hajottimen takaosaan. Niiden tulisi olla samankeskisiä (keskitettyjä).

Täytä sitten chevron kuumalla liimalla ja työnnä se alas chevron -LEDille. Toista tämä kuuden muun chevron -LEDin kohdalla. Mene eteenpäin ja käytä lisää kuumaa liimaa madonreiän LED -diffuusorin kiinnittämiseen piirilevyyn. LED -valossa on pieni reikä, joten aseta se paikalleen ja käytä hajottajan paksua osaa pinnana liimaamalla se piirilevyyn.

Kierrä DHD -johdot akkujohtojen ympärille muutaman kerran pitääksesi ne siistinä. DHD -piirilevy on tarkoitettu paristopidikkeen päälle, joten liimaa se kuumalla tavalla (niin että akkujohdot ovat pohjassa). Kiinnitä sitten tuet (ilman lovia) paristopidikkeen sivuille kuumalla liimalla, jotta se pysyy pystyssä ja vakaana.

Työnnä lopuksi tuki ja lovet Stargate -piirilevyn vastaaviin loviin. Käytä kuumaa liimaa jokaisella pitämään se paikallaan.

Ja olet valmis! Käännä vain kytkin päälle, odota muutama sekunti ja napauta sitten kosketuslevyä kytkeäksesi jokaisen chevronin ja muodostaaksesi madonreiän!