1 USD Choinka na PCB: 7 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:31

Przez loboatObserwuj mnie na Twitterze !Obserwuj Więcej autora:

O: Nazywam się Loann Boudin, jestem twórcą i francuskim studentem, który studiuje inżynierię elektroniki w pobliżu Paryża. Uwielbiam robić rzeczy samemu i dzielić się swoimi projektami ze wszystkimi. Więcej o lobocie »

Choinka PCB Loann BOUDIN | 2018

Kiedy nadchodzą Święta Bożego Narodzenia, co może zrobić miłośnik elektroniki? Oczywiście choinka z PCB!

Jako członek małego klubu hobbystów elektroniki, lubię dzielić się swoją pasją do elektroniki i projektowania PCB poprzez małe projekty. Na Boże Narodzenie chciałem przedstawić świat lutowania SMD nowym członkom za pomocą zabawnego i prostego projektu: przylutuj miniaturową choinkę PCB z wbudowanymi diodami LED 0805 SMD.

Ta instrukcja opisuje proces, który zastosowałem, aby wyobrazić sobie, zaprojektować i stworzyć kilka tanich, małych, świecących choinek na płytkach drukowanych za mniej niż 1 USD za sztukę. Cieszyć się:)

I… jeśli podobał Ci się ten Instructable, rozważ głosowanie na ten projekt w konkursie PCB! Dziękuję Ci !

Krok 1: BOM, potrzebne narzędzia i umiejętności

Będziesz potrzebować:

Niezbędne narzędzia:

• lutownica
• drut lutowniczy
• papier ścierny
• płaskie szczypce
• szczypce do cięcia
• drobne pęsety

Opcjonalne (ale poręczne) narzędzia:

• Odciąg oparów
• multimetr
• wspaniałe szkło

Umiejętności:

podstawowe umiejętności lutowania

Zestawienie materiałów:

składniki	Dostawca	Cena hurtowa ($)	Cena za płytkę ($)
11x 0805 migające diody SMD	Aliexpress	15, 79	0, 29
1x bateria CR1220	Aliexpress	0, 75	0, 15
1x uchwyt baterii	Aliexpress	6, 58	0, 07
1x przełącznik dwupozycyjny	Aliexpress	2, 62	0, 03
2x 2 piny nagłówka	Aliexpress	0, 51	0, 01
1x PCB	SeeedStudio	4, 90	0, 12

Wybrałem tanie komponenty, aby utrzymać BOM poniżej symbolicznej ceny 1 dolara za płytkę choinkową. Łączna cena jednej choinki z PCB z wlutowanymi wszystkimi komponentami elektronicznymi szacowana jest na 0,67 USD.

Krok 2: Poszukiwanie inspiracji…

Chciałem zaprojektować realistyczną choinkę PCB, w której dwie płytki PCB zmontowane prostopadle mogą dać trójwymiarowy kształt, który może stać. Tworzenie dwóch różnych płytek nie sprawia, że projekt jest znacznie bardziej skomplikowany, ale droższy, ponieważ producenci pobierają więcej, gdy płytka PCB zawiera więcej niż jeden projekt. Aby utrzymać cenę na jak najniższym poziomie, musiałem pomyśleć o sprytnym zarządzaniu przestrzenią projektu PCB w celu zmniejszenia odpadów i kosztów. W moim dążeniu do zaprojektowania idealnej choinki PCB do moich celów, szukałem podobnych projektów w Google i Instructables.

Natknąłem się na projekt bluquesh, który wydał mi się szczególnie interesujący i bardzo dobrze udokumentowany. W swoim pierwszym Instructable, ten członek opisuje, jak udało mu się stworzyć małą choinkę PCB z wieloma funkcjami:

• Wbudowany układ Arduino
• Dwukolorowe diody LED SMD
• Dotyk pojemnościowy
• Wbudowana bateria
• Obwód doładowania DC/DC
• … i więcej !

Niektóre z tych funkcji nie są zgodne z moim projektem, który ma być prosty i tani. Niemniej jednak, inny szczegół jego projektu przykuł moją uwagę: bluqueshowi udało się dopasować swój projekt choinki 3D do kwadratowego obszaru bez marnowania miejsca. Tworząc dwie płetwy w kształcie pół jodły obok głównej jodły, ponownie wykorzystał zmarnowaną przestrzeń, aby stworzyć kolejne pełne drzewo pomimo swojej złożonej formy.

Zaadaptowałem i ponownie wykorzystałem ten sprytny projekt w moim projekcie.

Krok 3: Projektowanie PCB

Swoją choinkę z PCB zaprojektowałem w Autodesk EAGLE. EAGLE to oprogramowanie do automatyzacji projektowania elektronicznego (EDA) umożliwiające projektowanie schematów ideowych, rozmieszczanie komponentów i trasowanie PCB.

Projekt rozpocząłem od stworzenia schematu układu elektronicznego. Składa się z 11 migających równolegle diod LED, zasilanych baterią guzikową 3 V. Przełącznik może otwierać lub zamykać obwód. Wreszcie opcjonalny kondensator filtrujący 10 µF jest umieszczony między napięciem akumulatora a masą.

Zdecydowałem się nie dołączać rezystora szeregowo z diodami LED, ponieważ 3 V jest bardzo zbliżone do napięcia przewodzenia wielu kolorów diod LED:

Schemat i PCB są podzielone na trzy części:

• płyta główna: ma kształt choinki i zawiera uchwyt baterii, przełącznik, 3 diody LED na górnej ścianie i 2 diody LED na dolnej ściance. Dwa 2-pinowe złącza pinhead umożliwiają podłączenie i zasilanie dwóch żeberek, jednej na górnej powierzchni, a drugiej na dolnej.
• górna płetwa: ma kształt połowy choinki z wycięciem na uchwyt baterii i zawiera 1 diodę LED na górnej ścianie i 2 diody LED na dolnej ściance. Jedno złącze 2-stykowe z głowicą pinową umożliwia podłączenie żebra i zasilanie go do płyty głównej.
• dolna płetwa: ma kształt połowy choinki i zawiera 2 diody LED na górnej ściance i 1 diodę LED na dolnej ściance. 2-pinowe złącze głowicy pinowej umożliwia podłączenie i zasilanie żebra do płyty głównej.

Postanowiłem zdecydować się na zmniejszony rozmiar 48*48 mm na jodłę, rysując kontur deski z 20 warstwą „Wymiar”.

Kształt jodły narysowałem za pomocą 46 warstwy „Frezowanie” o szerokości 3 mm: ta linia jest dla producenta interpretowana jako obszar frezowania i oddziela jodłę od jej płetw.

Gdy już wyraźnie zarysował się obwód, umieściłem największe elementy, takie jak uchwyt baterii i włącznik, potem diody tak, aby ich rozkład był przyjemny.

Dodałem kolejny obszar frezowania na jednej płetwie, aby uchwyt baterii mógł się zmieścić i otwór na szczycie choinki, aby móc ją powiesić w dowolnym miejscu (na przykład w prawdziwej choince).

Następnie poprowadziłem wszystkie komponenty za pomocą warstw Top i Bottom: napięcie baterii jest rozprowadzane do diod LED ze ścieżkami o szerokości 0,5 mm i ogólną płaszczyzną uziemienia.

Na koniec zaprojektowałem dwie wyłamywane zakładki i umieściłem je między główną jodłą a jej płetwami na 3 mm ścieżce frezowania, aby zachować moją płytkę jako jeden projekt i umożliwić panelizację PCB (więcej szczegółów w następnym kroku).

Wszystkie pliki Eagle można znaleźć na moim githubie lub poniżej ▼

Krok 4: Panelizacja PCB

Większość producentów PCB oferuje obecnie jedną cenę 5 USD za 10 płytek PCB o wielkości do 100*100 mm. Cena pozostaje taka sama bez względu na to, czy obwód ma wymiary 50*50 mm czy 100*100 mm. Optymalizacja kosztów jest wtedy możliwa dzięki maksymalizacji liczby obwodów na tym maksymalnym obszarze. Panelizacja PCB polega na tworzeniu jednej płytki PCB z kilku małych w celu zmniejszenia kosztów i odpadów.

Większość producentów PCB nie pobiera dodatkowych kosztów za identyczną panelizację projektu. Oznacza to, że możesz zmieścić kilka małych płytek drukowanych w jednej za darmo, ale musi to być ten sam projekt dla wszystkich. Więcej informacji można znaleźć na stronie producenta PCB Seeedstudio.

Panelizację PCB można wykonać na 2 sposoby:

Metoda panelizacji V-fugą: polega na przycięciu 1/3 grubości deski od góry i 1/3 grubości od dołu, równolegle do cięcia górnego, za pomocą okrągłego ostrza tnącego od 30 do 45 stopni. Można to zrobić tylko wzdłuż linii prostych przez całą macierz PCB

Metoda panelizacji zakładek wyłamywanych: polega na pozostawieniu zakładek perforowanych prowadzących przestrzeń pomiędzy płytkami. Odstęp między dwiema płytkami drukowanymi wynosi około 2,5 mm, ponieważ jest to standardowy rozmiar routera w większości zakładów produkcyjnych i wymaga tylko jednego przejścia frezu do frezowania płytki. Wzory perforacji N-Holes są standardem w przypadku wyłamywanych zakładek i są zaprojektowane tak, aby można je było łatwo usunąć bez pozostawiania niechcianych wystających elementów bocznych

Więcej informacji na temat projektowania paneli PCB można znaleźć w bardzo dobrze udokumentowanym artykule napisanym przez Jacka Lucasa dla www. ElectronicDesign.com.

Aby obniżyć koszty mojego projektu, zdecydowałem się połączyć cztery moje choinki z PCB na jednej płycie. Najpierw musiałem połączyć dwa żeberka choinki z PCB z płytą główną. Zaprojektowałem dwie odrywane zakładki z 3-otworowym wzorem perforacji, które łączą każdą płetwę z główną deską choinkową. Wyłamywane zaczepy wykonane są z 2*3 otworów o średnicy 0,9 mm.

Po skończeniu projektu jednej choinki z PCB powieliłem ją czterokrotnie i wysłałem każdą obok siebie, aby wypełnić obszar 100*100 mm narzucony przez producenta. Wszystkie wzory są rozmieszczone co 3mm i połączone wyłamywanymi zakładkami z 3-otworowym wzorem perforacji.

Ostateczna płytka PCB ma rozmiar 100*100 mm i zawiera 4 płytki choinkowe. Koszt jednostki PCB jest więc podzielony przez 4 !

Krok 5: Lutowanie PCB

Po zebraniu wszystkich elementów można rozpocząć lutowanie PCB!

Lutowanie diod LED -

Najlepiej zacząć od lutowania diod, ponieważ są to najmniejsze elementy. Przylutowanie ich na końcu mogłoby utrudnić zadanie, ponieważ większe elementy mogłyby przeszkadzać w ich rozmieszczeniu. Diody LED są komponentami spolaryzowanymi i ważne jest, aby zidentyfikować na płytce PCB sposób ich lutowania. Ślad diod LED na płytce jest zawsze taki sam: pad podłączony do płaszczyzny uziemienia to masa (katoda), a pad podłączony do toru to napięcie zasilania (anoda). Zielona strzałka pod diodą CMS wskazuje kierunek przepływu prądu, a tym samym jego polaryzację.

Testowanie diody LED multimetrem w konfiguracji „tester diod” może pomóc w określeniu jej polaryzacji i koloru.

Aby przylutować diody LED, zacząłem od umieszczenia niewielkiej ilości lutu na jednym z padów LED. Następnie podszedłem do diody LED drobną pęsetą, utrzymując stopiony lut za pomocą lutownicy. Po prawidłowym umieszczeniu diody LED wyjąłem lutownicę, aby zestalić lut. Drugie lutowanie można następnie wykonać bez konieczności trzymania diody LED pęsetą. Ten proces jest powtarzany dla pozostałych 10 diod LED.

Lutowanie uchwytu baterii -

Uchwyt baterii utrzymuje ogniwo guzikowe przy płytce drukowanej, aby utworzyć połączenie elektryczne. Aby mocno trzymać baterię, umieściłem niewielką warstwę cyny na podkładce uchwytu baterii. Złącze jest następnie umieszczane i lutowane.

Lutowanie przełącznika -

Na koniec przełącznik jest przylutowany po tej samej stronie co złącze akumulatora. Przełącznik wystaje z płytki drukowanej, co ułatwia obsługę.

Krok 6: Montaż PCB

Po zlutowaniu wszystkich elementów nadszedł czas na montaż choinki.

Oddzielenie desek -

Zacząłem łamać deskę płaskimi szczypcami, aby oddzielić dwa płetwy od deski głównej. Użyłem szczypiec do cięcia, aby usunąć wszelkie pozostałe duże krawędzie, które mogłyby zranić. Następnie użyłem papieru ściernego do wygładzenia boków choinki i wreszcie miałem trzy czyste deski: główną choinkę i jego dwie płetwy.

Łączenie desek -

Jedna płetwa jest przymocowana do płyty głównej poprzez przylutowanie między nimi 2-pinowego złącza. Złącze pinhead ma tutaj dwa zastosowania: przytrzymanie skrzydła do płyty głównej i doprowadzenie napięcia i masy do diod LED statecznika.

Wyciąłem 2*2 pinowe złącza pinhead z dużej listwy pinhead i wyczyściłem plastikowe krawędzie papierem ściernym. Następnie przylutowałem je łeb w łeb na płycie głównej, jak pokazano na zdjęciach, jeden na górze, a drugi na dole.

Przylutowałem dwie płetwy do złączy, uważając, aby odpowiednio je wyrównać i umieszczając płetwę z wycięciem po stronie złącza akumulatora.

Choinka PCB jest już zmontowana!

Włączenie obwodu -

Płytka zasilana jest baterią litową CR1220 o napięciu 3V. Po włożeniu ogniwa guzikowego do uchwytu baterii w dół płytki i zamknięciu przełącznika, wszystkie diody LED zaczną migać jak za dotknięciem czarodziejskiej różdżki!

Użyte w tym projekcie ogniwo guzikowe ma średnią pojemność 40 mAh, co oznacza np., że może dostarczyć do 40 mA w ciągu 1 godziny lub 20 mA w ciągu 2 godzin. Pobór prądu przez choinkę PCB wynosi około 80 mA i zależy od kolorów wybranych diod LED: białe, niebieskie i fioletowe diody LED pobierają więcej prądu niż diody czerwone, pomarańczowe i żółte.

Z doświadczenia polecam używać czerwonych, pomarańczowych, żółtych i zielonych diod LED, ponieważ oszczędzą one żywotność baterii, zapewniając jednocześnie ładne kolory w motywie świątecznym:) Przy tych kolorach w równych proporcjach moje choinki z PCB świecą przez 1 godzinę aż zielone diody zaczną gasnąć.

Krok 7: Wniosek

Świetnie się bawiłem, projektując te małe choinki z PCB i wiele się nauczyłem o produkcji PCB i panelizacji PCB.

Dzięki niskobudżetowej konstrukcji projektu, warsztat lutowniczy został udostępniony za darmo tym, którzy chcieli go wypróbować. Płytki te odniosły duży sukces w moim klubie i wielu nowych członków wlutowało swój pierwszy układ scalony oparty na komponentach SMD. Ucieszyłam się bardziej niż słysząc, że niektóre z moich kreacji ozdobiły choinki moich przyjaciół.

Dziś jestem dumny, że poprzez ten warsztat i ten tutorial mogę przekazać wiedzę zdobytą podczas tego projektu. Mam nadzieję, że Wam się podobało i życzę wszystkiego najlepszego w nadchodzącym roku:)