Bolji projekti pomoću PCB -a: 6 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:05

Ako ste proveli vrijeme radeći na projektima elektronike, znate koliko to može biti zabavno i uzbudljivo. Ništa nije uzbudljivije od gledanja oživljavanja vašeg kola pred vašim očima. Postaje još uzbudljivije kada se vaš projekt pretvori u koristan gadget koji želite učiniti stalnim u svom domu ili uredu. Ali koji je najbolji način da se to postigne? Breadboard sigurno nije odgovor, a izgradnja kompliciranog kola na proto-ploči može postati prilično dosadna. Oba ova alata imaju svoje mjesto, ali nisu idealni za realnu proizvodnju.

Rjesenje? Napravite svoj projekt pomoću tiskane ploče (PCB). S obzirom na to da broj proizvođača i hobista svakodnevno raste, proizvođači čine usluge profesionalnog nivoa dostupnim (i pristupačnim) za svakoga. Nekad je bilo nevjerojatno skupo dizajnirati i proizvoditi PCB -e. Uz visokokvalitetni CAD softver koji je u nekim slučajevima dostupan besplatno, i tvornice koje proizvode male prototipne ploče za samo 5 USD plus dostava. Postoji vrlo malo razloga da ne iskoristite ove usluge.

Moj cilj je da vas provedem kroz ovaj projekat na visokom nivou. Budući da je svaki CAD softver nešto drugačiji, morat ćete prikupiti određeno znanje iz drugih izvora da biste to učinili. Postaviću veze na nekoliko izvora koji su mi bili od pomoći. Prije nego što se zabrinete oko vremena koje je potrebno za učenje ovih vještina, dozvolite mi da kažem da sam započeo s apsolutno nultim znanjem i iskustvom, te sam stvarao uspješne dizajne nakon što sam potrošio manje od 8 sati učeći na mrežnim resursima.

Osobno sam koristio sva tri paketa CAD softvera, ali preporučujem da pogledate ove uvodne videozapise kako biste stekli uvid u to kako je svaki od njih postavljen.

• Uvod u KICAD
• Uvod u Eagle CAD webinar
• Uvod u Altium

Doktor Peter Dalmaris ima odličan kurs zasnovan na KICAD -u koji sam završio i toplo preporučujem ako je to softver koji odaberete. Njegova objašnjenja o tome kako sve značajke funkcioniraju lako je slijediti i vrlo su potpuna. Evo veze do njegovog razreda na Tech Explorations.

Još jedna mogućnost koju treba razmotriti (iako ovo nije ona koju sam koristio) je EasyEDA. Vidio sam kako drugi proizvođači koriste ovaj internetski softver za izradu vrlo čvrstih dizajna.

Krenimo u projektiranje!

Supplies

• PC sa CAD softverom
• Lemilica
• Tok
• 1 ESP-32 modul (WROOM-32D)
• 2 MCP 23017 (SOIC paket)
• Regulator od 5 volti (L7805)
• Regulator od 3,3 volta (AP2114H)
• generička utičnica sa jednosmjernom cijevi za utikač od 2,1 mm
• Muški ili ženski pin-headeri (opcionalno)
• Toster i pasta za lemljenje (opcionalno)
• Bušilica (opcionalno)

Korak 1: Planiranje i dizajn

Vrlo je važno imati čvrste temelje za bilo koji projekt. Malo vremena uloženog u planiranje može uštedjeti sate frustracije na putu.

Dobro mjesto za početak je stvaranje popisa funkcija i funkcija koje želite da vaš dizajn ima. Slijedi popis koji sam koristio prilikom stvaranja ovog primjera projekta.

• Ploča zasnovana na ESP-32 kompatibilna sa postojećim dizajnom ESP-32
• Više digitalnih pinova od standardnog ESP-32 Dev kompleta
• Dostupni 5v i 3v3 za napajanje dodatne opreme pričvršćene na PCB
• Programski port za nadogradnju jedinice u budućnosti
• Mogućnost rada na ulazu od 6 do 12 volti

Drugo je prikupljanje popisa dijelova koje želite koristiti i pronalaženje lako dostupnog izvora. Zadnja stvar koju želite učiniti je napraviti PCB za koji ne možete kupiti dijelove. Također biste trebali prikupiti tehničke listove proizvođača za svaki dio koji namjeravate koristiti (vjerujte mi, ovo je JAKO važno, a kasnije ću objasniti zašto).

Konačno prikupite bilješke i crteže koje ste možda već stvorili za ovaj dizajn. To bi uključivalo sva fizička ograničenja koja imate. Takve kakve želite da vaša ploča bude kompatibilna sa Arduino štitom ili da stane unutar određenog kućišta. Sve ove informacije bit će potrebne u različitim fazama procesa.

Korak 2: Shema PCB -a pomoću CAD -a

Počnimo s izradom naše sheme!

Općenito, volim dodati sve svoje dijelove u shemu i postaviti ih na način koji za mene ima smisla. U ovom trenutku gdje ih postavljate nema utjecaja na fizičku lokaciju na PCB -u, pa tu fleksibilnost možete koristiti u svoju korist. Ako nemate otisak za sve svoje komponente, toplo preporučujem SnapEDA i Ultralibrarian. Ovi izvori imaju nevjerojatan izbor dostupnih dijelova za gotovo svaki CAD softver koji možda koristite. Samo potražite broj dijela komponente i preuzmite odgovarajuće datoteke. Imaju vodiče koji vas uče kako uvesti ove datoteke ako već ne znate kako to učiniti.

Prije spajanja dijelova najbolje je provjeriti točnost priključaka svake komponente. Zbog toga je važno imati tehničke listove s dijelovima, uništio sam čitave serije PCB -a (sjećate li se onih sati frustracije?) Jer sam preskočio ovaj korak. Ako niste sami napravili dio (a ponekad čak i ako jeste) UVIJEK dvaput provjerite.

Kad povežete svoju shemu, smatrao sam da je korisno koristiti mrežne oznake za povezivanje. Ako imate veliku količinu žica na sve strane, postaje teško pratiti ih, a također povećava šanse za uspostavljanje veze negdje gdje ne biste trebali (više sati frustracije). Ravnoteža žica i mrežnih oznaka obično je najbolja, samo budite sigurni da koristite popis mrežnih oznaka koji će imati smisla za svakoga tko gleda dizajn. Ovo će vam olakšati život ako se u budućnosti vratite ovom dizajnu u želji da unesete promjene ili riješite probleme s izvornim dizajnom.

Shema je također dobro mjesto za ostavljanje bilješki o tome kako bi različiti dijelovi kola trebali funkcionirati. Ovo je dobar način za praćenje svih detalja potrebnih kako bi stvar radila kako treba. Primjer na ovom projektu je da je potreban kratkospojnik između omogućavajućeg pina ESP modula i napajanja od 3,3 V za programiranje. Iako ovo vjerovatno nije jedino mjesto na kojem biste trebali dokumentirati takve informacije, svakako je dobro steći naviku zapisati SVE.

Dobro pregledajte svoju shemu prije nego prijeđete na sljedeći korak. Ovo mora biti ispravno kako bi proces postavljanja PCB -a prošao bez problema. Spor i metodičan pristup uvijek će vam dati najbolji konačni rezultat. Pregledajte sve bilješke koje imate i provjerite svaku od njih prema shemi.

Korak 3: Raspored PCB -a

Prije nego počnemo s uređivanjem naših komponenti, najbolje je pogledati otiske stopala i provjeriti jesu li ispravni za dijelove koje namjeravate koristiti. Na primjer, neki dijelovi će imati dostupne varijante rupa i SMD -a, pazite da koristite samo dijelove koje ćete moći instalirati. Modul EPS-32 ima podlogu ispod koje će zahtijevati posebno rukovanje (o tome kasnije) Samo provjerite imate li plan za ove situacije. Nakon odabira odgovarajućih paketa za naše komponente, trebali biste ponovno provjeriti ispise svakog dijela u odnosu na tehnički list (jeste li primijetili trend ovdje?) Vjerujte mi kad kažem da ovo može biti pogrešno i trajat će dugo ako kasnije morate pronaći ta pitanja

Prilikom raspoređivanja komponenti vodite računa o bilo kojem od onih fizičkih ograničenja koja sam ranije spomenuo. U nekim slučajevima može biti potrebno da prvo postavite određene dijelove jer je njihova lokacija kritična i uklopite sve ostalo oko njih. Ne zaboravite da dijelove koji su povezani postavite blizu, ali i ostavite dovoljno prostora za rad tokom montaže. Ako imate posebno kućište koje planirate koristiti, moglo bi imati smisla prvo stvoriti profil ploče i sve izbušene rupe.

Nakon što se sve vaše komponente nalaze tamo gdje želite da dođe vrijeme za usmjeravanje vaših zapisa. Dok ovo radite, morate zapamtiti nekoliko ključnih točaka.

• Najkraći mogući trag je općenito najbolji
• Veće je obično bolje (posebno za vodove za napajanje)
• Morate znati kolikom bi strujom trebala upravljati određena staza i provjerite može li veličina koju ste odabrali sigurno podnijeti tu količinu (Ovo je vrlo važno sigurnosno pitanje, prekomjerna struja može uzrokovati zagrijavanje i potencijalno opasnost od požara)
• Saznajte koje tolerancije vaš proizvođač može zadržati i slijedite te smjernice. Evo veze do stranice sa mogućnostima za jednog proizvođača (vaš CAD softver može imati alatku za provjeru pravila dizajna koja će vas upozoriti na sva mjesta koja ne zadovoljavaju standarde koje tvornica može slijediti)

Iako trase usmjeravanja mogu biti zabavna zagonetka, ponekad se naši dizajni mogu zakomplicirati čineći ovo ekstremnim izazovom. U tim slučajevima korištenje softvera za automatsko usmjeravanje može vam uštedjeti značajno vrijeme. Evo veze do automatskog usmjerivača koji sam koristio na nekoliko projekata. Automatski usmjerivač uvozi vaš projekt i koristi vaša pravila dizajna za stvaranje odgovarajućih tragova za sve vaše mreže. Obično ću pustiti auto-usmjerivač da radi svoj posao, a zatim ručno promijeniti nekoliko stvari za koje bih htio da budu različite. Također možete usmjeriti tragove koje želite da budu na određenim lokacijama, a automatski usmjerivač će zaobići te postojeće tragove kao i na preostalim mrežama.

Korak 4: Završni dodiri i priprema za proizvodnju

Sa postavljenim dijelovima i pokrenutim stazama, vaša PCB je skoro spremna za rad. Sada je dobro vrijeme da se cjelokupnom rasporedu da dobro. Pratite tragove koristeći shemu kao vodič i provjerite jesu li uspostavljene sve potrebne veze.

Također biste trebali razmisliti o dodavanju grafike na ploču u sloju svile. Vaše ime ili oznaka nekog drugog proizvođača dobar je način da obavijestite druge da ste ponosni na svoj rad. Također vjerujem u označavanje većine, ako ne i svih mojih tačaka veze, onome čemu služe. To pomaže kada spojite stvar nakon montaže, a drugima olakšava razumijevanje funkcija ovih priključnih točaka.

Još jedna stvar koju treba uzeti u obzir je označavanje revizijskog identifikatora, posebno ako je ovo ploča koju namjeravate napraviti više puta. Na ovaj način možete u budućnosti mijenjati krug i na prvi pogled reći s kojom verzijom ploče radite.

Nakon što je sve to učinilo svoje vrijeme da osmislite/izvezete svoj dizajn i pošaljete ga proizvođaču. Općenito, to će biti Gerber datoteke i obično bi ih sve trebalo pohraniti u jednu.zip mapu. Ovo ćete učitati prilikom naručivanja PCB -a.

Evo veze do Gerber datoteka za moj primjer projekta na GitHubu

Korak 5: Naručite svoje PCB -ove

Za to je dostupno sve više opcija nego u prošlosti. Postalo je toliko jednostavno da svako može profesionalno napraviti svoje dizajne u velikim tvornicama i po nevjerovatno razumnoj cijeni.

Dizajnirao sam preko 35 PCB -a i sve ih je proizveo JLCpcb (https://jlcpcb.com)

Vrlo dobro preduzeće sa kojim nikada nisam imao problema sa kvalitetom. Evo veze do videa koji prikazuje njihov pogon i detaljno objašnjava proces izrade PCB -a. Obilazak fabrike

Idite na njihovu web stranicu i započnite ponudu. Zatim prenesite.zip vaših Gerber datoteka. Nakon dovršetka prijenosa trebali biste vidjeti renderiranje vašeg dizajna. Odaberite svoju količinu, boju i sve ostale kriterije koje želite odrediti u ovom trenutku. Zatim je jednostavno prijeći na naplatu. Možete jednostavno prenijeti vlastite Gerber datoteke u besplatni Gerber preglednik i vidjeti kako izgledaju te datoteke kada se generiraju.

Obično pokušavam poslati nekoliko dizajna odjednom kako bih kombinirao isporuku. Obično bih očekivao da ih dobijem u roku od 1-2 sedmice nakon slanja narudžbe. To, naravno, može varirati ovisno o različitim faktorima, ali će vam dati obavijesti o napretku vaših narudžbi putem njihove web stranice i broj za praćenje nakon isporuke vaše narudžbe.

Korak 6: Hajde da to izgradimo

Vreme je za sastavljanje!

Sjećate li se da sam ranije spomenuo da postoji trik za lemljenje ESP-32 modula? Ako pogledate otisak na PCB -u, primijetit ćete veliku podlogu ispod komponente. Pa to bi mogao biti mali izazov, ali moram na načine na koje možete obaviti posao.

Opcija 1: Koristite pastu za lemljenje i malu toster pećnicu.

Ovo je vrlo jednostavno i definitivno će vam dati najbolje rezultate u cjelini. Ovaj video objašnjava proces. Uvjerite se da razumijete temperaturne zahtjeve paste za lemljenje koju koristite i imat ćete prilično nevjerojatne rezultate bez mnogo truda. To će se pobrinuti za lemljenje većine, ako ne i svih SMD komponenti. Dodatni bodovi ako je vaša toster pećnica došla iz hrpe otpada i potrebno ju je popraviti prije upotrebe.

Opcija 2: Izađite iz vježbe!

Ova će opcija definitivno funkcionirati, ali nije najidealnija. Pažljivo bušenje male rupe kroz PCB u sredini ove podloge omogućit će vam da je lemite sa stražnje strane ploče poput komponente kroz provrt. S ovim pristupom stvari mogu poći po zlu, pa odvojite vrijeme i upotrijebite visokokvalitetnu burgiju. Ako ne namjeravate koristiti postupak reflow pećnice, mogli biste riješiti ovakve probleme u svom dizajnu dodavanjem prorezane rupe u sredini ovog jastučića. To će vam omogućiti lemljenje glačalom bez rizika od oštećenja ploče.

Lemite sve preostale dijelove kroz rupe (i SMD ako niste koristili metodu ponovnog punjenja). Za zaglavlja iglica lemit ću jednu iglu da je držim na mjestu dok okrećem ploču kako bih se uvjerio da je ravna. Također je dobro vrlo pažljivo provjeriti lemljenje na svim SMD dijelovima pomoću neke vrste lupe. Ako pronađete nešto što treba popraviti, upotrijebite malo fluksa (vjerujte mi, ovo čini veliku razliku) i zagrijte lemni spoj. Na svom primjeru sam otkrio da ESP-32 modul ima nekoliko mjesta koja je potrebno ponovo obraditi. Također imajte na umu da namjerno nisam dodao nikakva pin-zaglavlja na ovu ploču, jer namjeravam izravno lemiti žice sa svojih perifernih uređaja. Ovo nije uvijek najbolji pristup, ali za moju primjenu to nije problem.

To je to! od početka do kraja uzeli smo koncept kola i napravili vlastiti prilagođeni PCB za ovaj projekt. Jednom kad se snađete u tome mogućnosti su gotovo beskrajne. Nadam se da vam je ovaj Instructable dao neke dobre ideje i ukazao na neke korisne resurse koji će vam pomoći na putovanju u pravljenju PCB -a. Hvala na čitanju!

Srećno u stvaranju i ne ispuštajte dim! (Ozbiljno mu je potreban čarobni dim)