DIY Arduino -yhteensopiva klooni: 21 vaihetta (kuvilla)

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

Arduino on Makerin arsenaalin perimmäinen työkalu. Sinun pitäisi pystyä rakentamaan omasi! Hankkeen alkuaikoina, noin vuonna 2005, kaikki suunnittelu oli läpireikäisiä osia ja viestintä tapahtui RS232-sarjakaapelin kautta. Tiedostot ovat edelleen käytettävissä, joten voit tehdä omasi, ja minulla on, mutta monilla tietokoneilla ei ole vanhempia sarjaportteja.

Arduinon USB -versio seurasi pian, ja se todennäköisesti vaikutti suuresti projektin menestykseen, koska se mahdollisti helpon yhteyden ja viestinnän. Se maksoi kuitenkin: FTDI -tiedonsiirtosiru tuli vain pinta -asennuspaketissa. Suunnitelmat ovat edelleen saatavilla myös sitä varten, mutta pintaliitosjuotos on useimpien aloittelijoiden ulkopuolella.

Uudemmat Arduino -levyt käyttävät 32U4 -siruja, joissa on sisäänrakennettu USB (Leonardo), tai erillisiä Atmel -siruja USB: lle (UNO), jotka molemmat jättävät meidät edelleen pinta -asennusalueelle. Yhdessä vaiheessa vaarallisten laitteiden "TAD", joka käytti läpireikäistä PIC: tä USB: n muodostamiseen, mutta en löydä mitään jäljellä niiden verkosta.

Joten tässä olemme. Uskon vakaasti, että aloittelijan, kuten jediritarin, pitäisi pystyä rakentamaan oma Arduino (valomiekka). "Vahva ase sivistyneemmältä ajalta". Ratkaisuni: Tee läpireikäinen FTDI-siru pinta-asennuspaketilla! Sen avulla voin tehdä pinta-asennuksen ja tarjota jäljellä olevan projektin DIY-reikänä! Suunnittelin sen myös avoimen lähdekoodin KiCadissa, joten voit tutkia suunnittelutiedostoja, muokata niitä ja pyörittää omaa versiota.

Jos pidät tätä typeränä ajatuksena tai rakastat pintaliitosjuottoa, tutustu Leonardo Clone -kirjaani, muuten lue…

Vaihe 1: Osat ja tarvikkeet

Koko materiaaliluettelo on osoitteessa

Tämän ainutlaatuisia osia ovat piirilevyt, yksi Arduinolle ja toinen FTDI -sirulle. Voit pyytää OSH Parkia tekemään ne puolestasi tai käyttää suunnittelutiedostoja suosikkitalon kanssa.

Tämän projektin paketti on saatavana Tindie.com -sivustolta. Paketin ostaminen säästää aikaa ja kuluja tilaamalla useilta eri toimittajilta ja välttää PCB -tilausten vähimmäismaksun. Se tarjoaa sinulle myös testatun pinta-asennettavan FDTI-läpireiän sirun sekä esivalotetun Atmegan.

Työkalut ja tarvikkeet: Käytän työpajoissani SparkFun's Beginner's ToolKitiä, jossa on suurin osa tarvitsemastasi:

• Juotin.
• Juottaa
• Langanpihdit
• Juoksutuspunos (toivottavasti ei tarvita, mutta et koskaan tiedä).

Vaihe 2: Hyvät naiset ja herrat, aloita rautasi

En aio yrittää opettaa sinulle juottamista. Tässä on pari suosikkivideoitani, jotka osoittavat sen paljon paremmin kuin voin:

• Carrie Ann Geek Girl Diariesista.
• Colin Adafruitista

Yleisesti:

• Etsi sijainti piirilevystä käyttämällä silkkipainomerkintöjä.
• Taivuta komponentin johdot sopimaan jalanjälkeen.
• Juotosjohdot.
• Leikkaa johdot

Vaihe 3: Vastukset

Aloitetaan vastuksista, koska ne ovat runsaimmat, alhaisimmat istuimet ja helpoin juottaa. Ne ovat lämmönkestävämpiä ja antavat sinulle mahdollisuuden harjoitella tekniikkaasi. Niillä ei myöskään ole napaisuutta, joten voit laittaa ne kumpaankin suuntaan.

• Aloita kolmella 10K ohmilla (ruskea - musta - oranssi - kulta), jotka ovat parissa paikassa taululla (katso kuva). Nämä ovat "pull-up" -vastuksia, jotka pitävät signaalin 5 V: n jännitteellä, ellei niitä vedetä aktiivisesti matalalle.
• 22 ohmin pari (punainen - punainen - musta - kulta) on vasemmassa yläkulmassa. Nämä ovat osa USB -tiedonsiirtopiiriä.
• Seuraavat 470 ohmin parit (keltainen, violetti, ruskea, kulta) ovat alhaalla. Nämä ovat virranrajoitusvastuksia RX/TX -LEDeille.
• Yksittäinen 4,7 K ohmia (keltainen, violetti, punainen, kulta). Pariton pallo FTDI VCC -signaalille.
• Ja lopuksi pari 1K ohmia (ruskea, musta, punainen, kulta). Nämä ovat virranrajoitusvastuksia teholle ja D13 -LEDeille (330 ohmia toimisi, mutta en pidä niistä liian kirkkaina).

Vaihe 4: Diodi

Seuraavaksi meillä on diodi, joka suojaa piiriä virtapistokkeen paluuvirralta. Useimmat, mutta eivät kaikki komponentit reagoivat huonosti käänteiseen napaisuuteen.

Siinä on napaisuus, jonka toisessa päässä on hopeanvärinen nauha.

Yhdistä se silkkipaino -merkin ja juotteen kanssa.

Vaihe 5: Jännitesäädin (5V)

Jännitteensäätimiä on kaksi, ja tärkein niistä on 7805, joka säätää kaksitoista volttia liittimestä 5 volttiin, jota Atmega 328 tarvitsee. Piirilevyllä on suuria kuparipiirteitä, jotka auttavat poistamaan lämpöä. Taivuta johtoja niin, että selkä koskettaa levyä siten, että reikä on osittain reiän kohdalla ja juote paikallaan.

Vaihe 6: Pistorasiat

Pistorasiat mahdollistavat IC -sirujen lisäämisen ja poistamisen ilman juottamista. Ajattelen niitä vakuutuksina, koska ne ovat halpoja ja antavat sinun korvata palanut siru tai suunnata IC uudelleen, jos se asetetaan taaksepäin. Niiden toisessa päässä on kaksikko, joka näyttää sirun suunnan, joten sovita se silkkipainoon. Juotos kaksi tappia ja tarkista sitten, että se on oikein paikallaan, ennen kuin juotat loput tapit.

Vaihe 7: Painike

Arduinolla on tyypillisesti nollauspainike, joka käynnistää sirun uudelleen, jos se katkaisee puhelun tai joutuu käynnistämään uudelleen. Sinun on vasemmassa yläkulmassa. Paina se paikalleen ja juota.

Vaihe 8: LEDit

Tilaa ilmaisee useita LED -valoja. LEDeillä on napaisuus. Pitkä jalka on anodi tai positiivinen ja kulkee pyöreässä tyynyssä, jonka vieressä on "+". Lyhyt jalka on katodi, tai negatiivinen, ja menee neliön tyynyyn.

Väri on mielivaltainen, mutta käytän yleensä:

• Keltainen RX/TX, joka vilkkuu, kun siru kommunikoi tai ohjelmoidaan.
• Vihreä D13 -merkkivalolle, jota ohjelma voi käyttää tapahtumien ilmoittamiseen.
• Punainen 5 voltin virran ilmaisemiseksi on saatavana joko USB: n tai virtaliitännän kautta.

Vaihe 9: Keraamiset kondensaattorit

Keraamisilla kondensaattoreilla ei ole napaisuutta.

Tehon tasoituskondensaattoreita käytetään tyypillisesti poistamaan transientit virtalähteestä siruihin. Arvot määritetään tyypillisesti komponentin tietolomakkeessa.

Jokaisessa suunnittelussamme olevassa IC -sirussa on 0,1 uF: n kondensaattori tehon tasoittamiseksi.

On olemassa kaksi 1uF -kondensaattoria tehon tasoittamiseksi 3,3 voltin säätimen ympärillä.

Lisäksi on 1uF -kondensaattori, joka auttaa ohjelmiston nollaustoiminnon ajoituksessa.

Vaihe 10: Elektrolyyttikondensaattorit

Elektrolyyttikondensaattoreilla on napaisuus, jota on noudatettava. Ne ovat yleensä suurempia kuin keraamiset kondensaattorit, mutta tässä tapauksessa meillä on 0,33 uF: n kondensaattori tehon tasoittamiseen 7805 -säätimen ympärillä.

Laitteen pitkä jalka on positiivinen ja menee neliömäiseen tyynyyn, jossa on merkintä "+". Näillä on taipumus mennä "popiksi", jos ne asetetaan taaksepäin, joten ota se oikein tai tarvitset korvaavan.

Vaihe 11: 3.3 Jännitesäädin

Vaikka Atmega -siru toimii 5 voltilla, FTDI USB -siru tarvitsee 3,3 volttia toimiakseen oikein. Tätä varten käytämme MCP1700-laitetta, ja koska se vaatii hyvin vähän virtaa, se on pienessä TO-92-3-paketissa, kuten transistorit, suuren TO-220-paketin, kuten 7805, sijasta.

Laitteella on litteä pinta. Sovita se silkkipainoon ja säädä komponentin korkeutta noin neljäsosa tuumaa levyn yläpuolelle. Juotos paikallaan.

Vaihe 12: Otsikot

Arduinon kauneus on standardoitu jalanjälki ja pinout. Otsikot mahdollistavat "kilpien" kytkemisen, jotka mahdollistavat nopeasti vaikeiden kokoonpanojen muuttamisen tarvittaessa.

Juotan tyypillisesti yhden tapin kustakin otsakkeesta sisään ja tarkistan sitten kohdistuksen ennen jäljellä olevien nastojen juottamista.

Vaihe 13: Resonaattori

Atmega -siruissa on sisäinen resonaattori, joka voi toimia eri taajuuksilla jopa 8 Mhz. Ulkoinen ajoituslähde mahdollistaa sirun käytön jopa 20 Mhz, mutta tavallinen Arduino käyttää 16 Mhz: tä, joka oli alkuperäisessä suunnittelussa käytettyjen Atmega8 -sirujen suurin nopeus.

Useimmat Arduinon käyttävät kiteitä, jotka ovat tarkempia, mutta vaativat lisäkondensaattoreita. Päätin käyttää resonaattoria, joka on riittävän tarkka useimpiin töihin. Siinä ei ole napaisuutta, mutta kohtaan yleensä merkinnän ulospäin, joten uteliaat päättäjät voivat kertoa, että käytät vakioasennusta.

Vaihe 14: Sulake

Useimmilla Arduinolla ei ole sulakkeita, mutta jokainen oppiva Maker kiinnittää melko usein (ainakin minun tapauksessani) asiat väärin. Yksinkertainen uudelleen asetettava sulake auttaa vapauttamaan "maagista savua", joka edellyttää sirun vaihtamista. Tämä sulake avautuu, jos vedetään liikaa virtaa, ja nollautuu itsestään, kun se jäähtyy. Siinä ei ole napaisuutta, ja jalkojen mutkat pitävät sen laudan yläpuolella.

Vaihe 15: Otsikot

Kaksi muuta otsikkoa, joista toisessa on urosnapit. USB -liittimen lähellä on kolme nastaa, jotka mahdollistavat vaihtamisen USB -virran ja liittimen välillä hyppyjohtimella. UNO: lla on piiri tehdä tämä automaattisesti, mutta en ole pystynyt toistamaan sitä läpimenevässä muodossa.

Toinen otsikko on kuusinapainen "järjestelmän ohjelmoinnissa" -otsikko. Tämän avulla voit kytkeä ulkoisen ohjelmoijan ohjelmoimaan Atmegan suoraan uudelleen tarvittaessa. Jos ostat paketin, sirulle on jo ladattu laiteohjelmisto tai Atmega voidaan poistaa pistorasiasta ja sijoittaa suoraan ohjelmointipistorasiaan, joten tätä otsikkoa käytetään harvoin ja siksi valinnaisena.

Vaihe 16: Virtaliitin

USB: n sijasta voidaan käyttää tavallista 5,5 x 2,1 mm: n liitintä ulkoisen virran syöttämiseen. Tämä syöttää nasta "Vin" ja käyttää 7805 jännitesäädintä, joka tuottaa 5 volttia. Keskitappi on positiivinen ja tulo voi olla jopa 35 V, vaikka 12 V on tyypillisempi.

Vaihe 17: USB

Uudemmat Arduinot, kuten Leonardo, käyttävät USB -mikroyhteyttä, mutta alkuperäinen USB B -liitäntä on vankka ja halpa ja sinulla on todennäköisesti paljon kaapeleita. Kaksi suurta kielekettä ei ole kytketty sähköisesti, mutta ne on juotettu mekaanisen lujuuden vuoksi.

Vaihe 18: Sirut

Aika asentaa sirut. Tarkista suunta. Jos pistorasia on taaksepäin, varmista, että siru vastaa silkkipainomerkintöjä. Suunnassa, jonka kanssa olemme työskennelleet, kaksi alinta pelimerkkiä ovat ylösalaisin.

Aseta siru niin, että jalat ovat linjassa pitimien kanssa. IC -osat tulevat valmistuksesta jalkojen ollessa hieman levitetyt, joten ne on taivutettava pystysuoraan. Tämä on yleensä jo tehty sinulle pakkauksissani. Kun olet varma suunnasta, paina varovasti sirun molempia puolia. Tarkista, etteivät jalat ole taittuneet vahingossa.

Vaihe 19: Käynnistyslataimen vilkkuminen

Käynnistyslatain on pieni sirun koodi, joka mahdollistaa koodin lataamisen helposti USB: n kautta. Se toimii ensimmäisten sekuntien ajan käynnistettäessä päivityksiä ja käynnistää sitten olemassa olevan koodin.

Arduino IDE tekee laiteohjelmiston vilkkumisesta helppoa, mutta se vaatii ulkoisen ohjelmoijan. Käytän omaa AVR -ohjelmoijaani ja myyn tietysti sinulle sarjan. Jos sinulla on ohjelmoija, et todellakaan tarvitse Arduinoa, koska voit ohjelmoida sirun suoraan. Eräänlainen tipu-muna-juttu.

Toinen vaihtoehto on ostaa Atmega, jossa on jo käynnistyslatain:

Osoitan sinulle viralliset Arduino -ohjeet, koska se voi helposti muuttua omaksi Instructableksi, jos emme ole varovaisia:

Vaihe 20: Asenna Power Jumper ja yhdistä

Virtalähde on manuaalinen tapa valita virtalähde 5 voltin välillä USB: stä tai virtaliitännästä. Normaaleissa Arduinoissa on piiri, joka vaihtaa automaattisesti, mutta en pystynyt toteuttamaan sitä helposti läpivientiosien avulla.

Jos hyppyjohtoa ei ole asennettu, virtaa ei ole. Jos valitset liittimen eikä mitään ole kytketty, virtaa ei ole. Siksi punainen LED osoittaa, onko sinulla virtaa.

Aluksi haluat nähdä, kommunikoiko Arduino USB: n kautta, joten aseta hyppyjohdin tähän asetukseen. Liitä Arduino tietokoneeseesi kelloon huolellisesti. Jos saat "tunnistamattoman USB -laitteen", irrota pistoke pistorasiasta ja aloita vianetsintä.

Muussa tapauksessa käytä Arduino IDE: tä ladataksesi vilkkuva perusluonnos. Käytä "Arduino UNO" tauluna. Noudata ohjeita täällä:

Vaihe 21: Vianetsintä

Ensimmäisen käynnistyksen yhteydessä etsit aina merkkejä onnistumisesta tai epäonnistumisesta ja olet valmis irrottamaan levyn pistorasiasta nopeasti, jos asiat eivät suju odotetusti. Älä menetä sydäntäsi, jos menestys ei tule heti. Työpajoissani yritän rohkaista:

• Kärsivällisyys, tämä ei ole aina helppoa, mutta yleensä sen arvoista.
• Pysyvyys, et ratkaise ongelmaa, jos luovutat.
• Positiivinen asenne, voit selvittää tämän, vaikka tarvitsetkin apua.

Aina kun kamppailen ongelman kanssa, sanon aina itselleni, että mitä vaikeampi se on ratkaista, sitä suurempi palkinto tai oppiminen on sen ratkaisemisesta.

Tätä silmällä pitäen aloita yksinkertaisista asioista:

• Tarkista levyn takana olevat juotosliitokset ja retusoi epäilyttävän liitoksen.
• Tarkista, että IC -sirut ovat oikeassa suunnassa ja että mikään johtimista ei taittunut sisään, kun ne asetetaan paikalleen.
• Palaako punainen LED, kun se on kytketty? Jos ei, tarkista virtaliitin ja USB -juotosliitokset.
• Tarkista, että muut napaiset osat on suunnattu oikein.
• Etsi muita vihjeitä, kuten virheilmoituksia tai kuumenevia komponentteja.

Jos sinulla on edelleen ongelmia, pyydä apua. Kirjoitan Instructables, koska haluan opettaa ja auttaa niitä, jotka haluavat oppia. Anna hyvä kuvaus oireista ja siitä, mitä olet tehnyt virheiden löytämiseksi. Korkean resoluution valokuva levyn etu- ja takaosasta voi myös auttaa. Älä koskaan luovuta. Jokainen taistelu on opetus.