Geresni projektai naudojant PCB: 6 žingsniai

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:45

Jei praleidote laiką dirbdami su elektronikos projektais, žinote, kaip tai gali būti smagu ir įdomu. Nieko nėra jaudinančio, kaip pamatyti, kaip jūsų grandinė atgyja prieš jūsų akis. Tai tampa dar įdomiau, kai jūsų projektas virsta naudinga programėle, kurią norite nuolatos įrengti namuose ar biure. Bet koks yra geriausias būdas tai pasiekti? „Breadboard“tikrai nėra atsakymas, o sudėtingos grandinės kūrimas ant plokštės gali būti gana varginantis. Abi šios priemonės turi savo vietą, tačiau jos nėra idealios realistinei gamybai.

Sprendimas? Sukurkite savo projektą naudodami spausdintinę plokštę (PCB). Kasdien didėjant kūrėjų ir mėgėjų skaičiui, gamintojai siūlo profesionalias paslaugas visiems (ir įperkamas). Vienu metu buvo neįtikėtinai brangu kurti ir gaminti PCB. Aukštos kokybės CAD programinė įranga kai kuriais atvejais yra lengvai prieinama nemokamai, o gamyklos gamina mažas prototipų plokštes už vos 5 USD ir pristatymo išlaidas. Yra labai nedaug priežasčių nesinaudoti šiomis paslaugomis.

Mano tikslas yra aukštu lygiu įgyvendinti šį projektą. Kadangi kiekviena CAD programinė įranga yra šiek tiek kitokia, turėsite surinkti tam tikrų žinių iš kitų šaltinių, kad tai įvyktų. Aš paskelbsiu nuorodas į keletą šaltinių, kurie man pasirodė naudingi. Prieš pradėdami nerimauti dėl laiko, reikalingo šiems įgūdžiams išmokti, leiskite man pasakyti, kad pradėjau visiškai neturėdamas žinių ir patirties, o kurdamas sėkmingus dizainus praleidau mažiau nei 8 valandas mokydamasis iš internetinių išteklių.

Aš asmeniškai naudojau visas tris šias CAD programinės įrangos pakuotes, tačiau rekomenduoju peržiūrėti šiuos įvadinius vaizdo įrašus, kad suprastumėte, kaip kiekvienas iš jų yra nustatytas.

• Įvadas į KICAD
• Įvadas į Eagle CAD internetinį seminarą
• Įvadas į „Altium“

Gydytojas Peteris Dalmaris turi puikų kursą, pagrįstą KICAD, kurį baigiau, ir labai rekomenduoju, jei tai yra jūsų pasirinkta programinė įranga. Jo paaiškinimai, kaip veikia visos funkcijos, yra lengvai sekami ir labai išsamūs. Čia yra nuoroda į jo klasę „Tech Explorations“.

Kitas variantas, kurį reikia apsvarstyti (nors aš pats to nenaudojau) yra „EasyEDA“. Mačiau, kaip kiti kūrėjai naudoja šią internetinę programinę įrangą kurdami labai tvirtus dizainus.

Pradėkime kurti!

Prekės

• Kompiuteris su CAD programine įranga
• Lituoklis
• Flux
• 1 ESP-32 modulis (WROOM-32D)
• 2 MCP 23017 (SOIC paketas)
• 5 voltų reguliatorius (L7805)
• 3,3 voltų reguliatorius (AP2114H)
• bendras DC statinės lizdas 2,1 mm kištukui
• Vyriškos arba moteriškos smeigtukai (neprivaloma)
• Skrudintuvo orkaitė ir litavimo pasta (neprivaloma)
• Gręžtuvas (pasirinktinai)

1 žingsnis: planavimas ir projektavimas

Labai svarbu turėti tvirtą pagrindą bet kuriam projektui. Šiek tiek laiko, praleisto planuojant, gali sutaupyti valandų nusivylimo kelyje.

Gera vieta pradėti yra funkcijų ir funkcijų, kurias norite turėti savo dizainą, sąrašo sudarymas. Toliau pateikiamas sąrašas, kurį naudoju kurdamas šį pavyzdinį projektą.

• ESP-32 plokštė, suderinama su esamais ESP-32 modeliais
• Daugiau skaitmeninių kaiščių nei standartiniame ESP-32 Dev komplekte
• Galimi 5v ir 3v3 priedai, prijungti prie PCB
• Programavimo prievadas, kad ateityje galėčiau atnaujinti įrenginį
• Galimybė veikti nuo 6 iki 12 voltų įvesties

Antrasis - surinkti norimų naudoti dalių sąrašą ir rasti lengvai prieinamą šaltinį. Paskutinis dalykas, kurį norite padaryti, yra pagaminti PCB, kurios dalių negalite nusipirkti. Taip pat turėtumėte rinkti kiekvienos planuojamos naudoti detalės gamintojo duomenų lapus (patikėkite manimi, tai LABAI svarbu ir aš paaiškinsiu, kodėl vėliau).

Galiausiai surinkite visas pastabas ir brėžinius, kuriuos jau sukūrėte šiam dizainui. Tai apimtų bet kokius fizinius apribojimus. Pavyzdžiui, norėtumėte, kad jūsų lenta būtų suderinama su „Arduino“skydu arba tilptų į tam tikrą korpusą. Visa ši informacija bus reikalinga įvairiuose proceso etapuose.

2 žingsnis: PCB schema naudojant CAD

Pradėkime kurti mūsų schemą!

Apskritai man patinka pridėti visas savo dalis prie schemos ir išdėstyti jas taip, kaip man atrodo prasminga. Šiuo metu, kai juos įdedate, tai neturi įtakos fizinei PCB vietai, todėl galite pasinaudoti šiuo lankstumu. Jei neturite visų komponentų pėdsakų, labai rekomenduoju „SnapEDA“ir „Ultralibrarian“. Šie ištekliai turi nuostabų galimų dalių pasirinkimą beveik kiekvienai jūsų naudojamai CAD programinei įrangai. Tiesiog ieškokite komponento dalies numerio ir atsisiųskite atitinkamus failus. Jie turi vadovėlių, mokančių, kaip importuoti šiuos failus, jei dar nežinote, kaip tai padaryti.

Prieš sujungdami dalis, geriausia patikrinti kiekvieno komponento kištuko tikslumą. Štai kodėl svarbu turėti dalių duomenų lapus, nes aš sugadinau visas PCB partijas (pamenate tas nusivylimo valandas?), Nes praleidau šį žingsnį. Jei dalį pagaminote ne jūs (o kartais net ir padarėte), VISADA patikrinkite.

Kai einate į laidų schemą, supratau, kad naudinga naudoti tinklines etiketes ryšiams užmegzti. Jei bet kokiu būdu eina daug laidų, tai tampa sunku sekti, taip pat padidėja tikimybė užmegzti ryšį ten, kur neturėtumėte (daugiau valandų nusivylimo). Laidų ir tinklo etikečių pusiausvyra paprastai yra geriausia, tik būtinai naudokite tinklinių etikečių sąrašą, kuris bus naudingas visiems, žiūrintiems į dizainą. Tai palengvins gyvenimą, jei ateityje grįšite prie šio dizaino norėdami atlikti pakeitimus arba pašalinti pradinio dizaino triktis.

Schema taip pat yra gera vieta palikti pastabas apie tai, kaip turėtų veikti įvairios grandinės dalys. Tai geras būdas sekti visas detales, kurių reikia, kad daiktas veiktų taip, kaip turėtų. Šio projekto pavyzdys yra tas, kad programavimui reikalingas jungiklis tarp ESP modulio įjungimo kaiščio ir 3.3 V maitinimo šaltinio. Nors tai tikriausiai nėra vienintelė vieta, kur turėtumėte dokumentuoti tokią informaciją, tikrai naudinga įprasti įrašyti VISKĄ.

Prieš pereidami prie kito veiksmo, patikrinkite schemą. Tai turi būti teisinga, kad PCB išdėstymo procesas vyktų sklandžiai. Lėtas ir metodiškas požiūris visada duos jums geriausią galutinį rezultatą. Peržiūrėkite visas turimas pastabas ir patikrinkite kiekvieną iš jų pagal schemą.

3 žingsnis: PCB išdėstymas

Prieš pradėdami tvarkyti savo komponentus, geriausia pažvelgti į pėdsakus ir įsitikinti, kad jie yra tinkami dalims, kurias ketinate naudoti. Pavyzdžiui, kai kuriose dalyse yra skylių ir SMD variantų, įsitikinkite, kad naudojate tik tas dalis, kurias galėsite įdiegti. EPS-32 modulio apačioje yra trinkelė, kurią reikės specialiai tvarkyti (daugiau apie tai vėliau). Tiesiog įsitikinkite, kad turite šių situacijų planą. Pasirinkę tinkamus mūsų komponentų paketus, turėtumėte dar kartą patikrinti kiekvienos dalies kištukus pagal duomenų lapą (ar pastebėjote tendenciją?) Patikėkite, kai sakau, kad tai gali būti neteisinga ir tai užtruks ilgai jei vėliau teks atsekti šias problemas

Tvarkydami komponentus, būtinai atsižvelkite į visus anksčiau minėtus fizinius apribojimus. Kai kuriais atvejais gali prireikti pirmiausia įdėti tam tikras dalis, nes jų vieta yra kritinė, ir tinka visa kita aplink jas. Nepamirškite uždėti dalių, kurios yra sujungtos arti viena kitos, tačiau taip pat palikite pakankamai vietos, kad galėtumėte dirbti surinkimo metu. Jei turite konkretų korpusą, kurį planuojate naudoti, gali būti prasminga pirmiausia sukurti plokštės profilį ir visas gręžimo angas.

Kai visi jūsų komponentai yra ten, kur norite, laikas pradėti nukreipti takelius. Tai darydami turite atsiminti kelis pagrindinius dalykus.

• Paprastai trumpiausias pėdsakas yra geriausias
• Didesnis paprastai yra geresnis (ypač maitinimo linijoms)
• Turite žinoti, kokią srovę turi valdyti tam tikras takelis, ir įsitikinti, kad pasirinktas dydis gali saugiai valdyti šį kiekį (tai labai svarbi saugos problema, nes per didelė srovė gali įkaisti ir gali būti gaisro pavojus)
• Žinokite, kokius nuokrypius jūsų gamintojas gali išlaikyti, ir laikykitės šių gairių. Čia yra nuoroda į vieno gamintojo galimybių puslapį (jūsų CAD programinėje įrangoje gali būti projektavimo taisyklių tikrintuvas, kuris įspės jus apie visas vietas, kurios neatitinka standarto, kurio gali laikytis gamykla)

Nors maršrutų maršrutizavimas gali būti įdomus galvosūkis, kartais mūsų dizainas gali būti sudėtingas, todėl tai yra didžiulis iššūkis. Tokiais atvejais naudojant automatinio maršruto parinkimo programinę įrangą galima sutaupyti daug laiko. Čia yra nuoroda į automatinį maršrutizatorių, kurį naudoju keliuose projektuose. Automatinis maršrutizatorius importuoja jūsų projektą ir naudoja jūsų projektavimo taisykles, kad padarytų tinkamus pėdsakus visiems jūsų tinklams. Paprastai leisiu automatiniam maršrutizatoriui atlikti savo darbą, tada rankiniu būdu pakeisiu kelis dalykus, kurių galbūt norėčiau skirtis. Taip pat galite nukreipti norimus pėdsakus tam tikrose vietose, o automatinis maršrutizatorius veiks aplink tuos esamus takelius, kaip ir likusiuose tinkluose.

4 žingsnis: paskutiniai prisilietimai ir pasiruošimas gamybai

Sudėjus dalis ir paleidus takelius, jūsų PCB yra beveik paruošta darbui. Dabar tinkamas laikas gerai išdėstyti visą išdėstymą. Sekite pėdsakus naudodami schemą kaip vadovą ir įsitikinkite, kad visi reikalingi ryšiai buvo atlikti.

Taip pat turėtumėte apsvarstyti galimybę pridėti grafiką prie plokštės šilkografijos sluoksnyje. Jūsų vardas ar kitų kūrėjų ženklas yra geras būdas pranešti kitiems, kad didžiuojatės savo darbu. Aš taip pat tikiu pažymėti daugumą, jei ne visus savo ryšio taškus, kam jie skirti. Tai padeda, kai surenkate daiktą po surinkimo, ir kitiems lengviau suprasti šių prijungimo taškų funkcijas.

Kitas dalykas, kurį reikia apsvarstyti, yra pažymėti taisymo identifikatorių, ypač jei tai lenta, kurią ketinate padaryti daugiau nei vieną kartą. Tokiu būdu ateityje galėsite keisti grandinę ir iš pirmo žvilgsnio pasakyti, su kuria plokštės versija dirbate.

Kai visa tai buvo padaryta, suplanuotas/eksportuotas jūsų dizainas ir išsiųstas gamintojui. Paprastai tai bus „Gerber“failai ir paprastai jie visi turėtų būti saugomi viename.zip aplanke. Tai įkeliate pateikdami PCB užsakymą.

Čia yra nuoroda į mano pavyzdinio projekto „GitHub“„Gerber“failus

5 žingsnis: PCB užsakymas

Tam yra vis daugiau galimybių nei anksčiau. Tai tapo taip paprasta, kad kiekvienas gali profesionaliai pagaminti savo dizainą didelėse gamyklose ir už neįtikėtinai priimtiną kainą.

Aš sukūriau daugiau nei 35 PCB ir visus juos pagamino JLCpcb (https://jlcpcb.com)

Labai gera kompanija, su kuria niekada neturėjau jokių kokybės problemų. Čia yra nuoroda į vaizdo įrašą, kuriame pateikiama ekskursija po jų objektą ir išsamiai paaiškinamas PCB gamybos procesas. Ekskursija po gamyklą

Eikite į jų svetainę ir pradėkite citatą. Tada įkelkite „Gerber“failų.zip. Po įkėlimo turėtumėte pamatyti savo dizaino atvaizdavimą. Pasirinkite savo kiekį, spalvą ir bet kokius kitus kriterijus, kuriuos šiuo metu norite nurodyti. Tada paprasčiausia pereiti prie kasos. Galite lengvai įkelti savo „Gerber“failus į nemokamą internetinę „Gerber“peržiūros programą ir pamatyti, kaip šie failai atrodo, kai jie pateikiami.

Paprastai aš stengiuosi vienu metu siųsti kelis dizainus, kad galėčiau juos derinti. Paprastai tikiuosi juos gauti per 1-2 savaites po užsakymo pateikimo. Žinoma, tai gali skirtis priklausomai nuo įvairių veiksnių, tačiau jie suteiks jums atnaujinimus apie jūsų užsakymų eigą per jų svetainę ir stebėjimo numerį po jūsų užsakymo pristatymo.

6 žingsnis: Leiskite jį sukurti

Pats laikas surinkti!

Prisiminkite, kad anksčiau minėjau, kad ESP-32 modulio litavimui yra gudrybė? Jei pažvelgsite į PCB pėdsaką, po komponentu pastebėsite didelę trinkelę. Na, tai gali būti šiek tiek iššūkis, bet aš turiu būdų, kaip galite atlikti darbą.

1 variantas: naudokite litavimo pastą ir mažą skrudintuvo orkaitę.

Tai tikrai paprasta, ir tai tikrai duos jums geriausius rezultatus. Šis vaizdo įrašas paaiškina procesą. Įsitikinkite, kad suprantate naudojamo litavimo pastos temperatūros reikalavimus, ir be didelių pastangų turėsite gana neįtikėtinų rezultatų. Tai pasirūpins litavimu, jei ne visi SMD komponentai. Papildomi taškai, jei jūsų skrudintuvo orkaitė atsirado iš šiukšlių krūvos ir prieš naudojimą ją reikėjo pataisyti.

2 variantas: išeikite iš grąžto!

Ši parinktis tikrai pasiteisins, bet nėra pati idealiausia. Kruopščiai išgręžę nedidelę skylę per plokštę šios trinkelės centre, galėsite ją lituoti iš galinės plokštės pusės kaip per skylę. Taikant šį metodą viskas gali labai nesėkmingai, todėl neskubėkite ir naudokite aukštos kokybės grąžtą. Jei neketinate naudoti krosnies perpylimo proceso, galite išspręsti tokias problemas kaip šis, pridėdami padengtą skylę šios trinkelės centre. Tai leis lituoti lygintuvu, nekeliant pavojaus sugadinti plokštę.

Lituokite visas likusias skylių dalis (ir SMD, jei nenaudojote pakartotinio srauto metodo). Dėl kaiščių antgalių aš lituosiu vieną kaištį, kad jis laikytųsi, o aš apverčiu lentą, kad įsitikinčiau, ar ji tiesi. Taip pat naudinga labai atidžiai patikrinti visų SMD dalių litavimą naudojant tam tikrą didintuvą. Jei radote ką nors, ką reikia pataisyti, naudokite šiek tiek srauto (patikėkite manimi, tai labai skiriasi) ir pašildykite litavimo jungtį. Pagal savo pavyzdinį dizainą radau, kad ESP-32 modulyje yra keletas vietų, kurias reikia iš naujo apdoroti. Taip pat atkreipkite dėmesį, kad tyčia prie šios plokštės nepridėjau jokių kaiščių antgalių, nes ketinu tiesiogiai lituoti laidus iš savo išorinių įrenginių. Tai ne visada yra geriausias būdas, tačiau mano atveju tai nėra problema.

Viskas! nuo pradžios iki pabaigos mes pasirinkome grandinės koncepciją ir sukūrėme savo individualų PCB šiam projektui. Kai suprasite, galimybės yra beveik neribotos. Tikiuosi, kad šis „Instructable“suteikė jums gerų idėjų ir nurodė naudingus išteklius, kurie padės jums padaryti PCB. Ačiū, kad skaitote!

Smagaus gaminimo ir neišleisk dūmų! (Rimtai, tam reikia stebuklingų dūmų)