Tablice Satshakit: 6 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-31 10:23

Hej twórcy i fabrykanci tam!

Czy kiedykolwiek marzyłeś o stworzeniu własnej, zaawansowanej płytki mikrokontrolera w domu i wykorzystaniu komponentów smd?

To właściwa instrukcja dla Ciebie i dla mózgu Twojego następnego projektu:)

A kiedy mam na myśli dom, mam na myśli to, że można kupić cały sprzęt do wykonania tych wszystkich płytek za kilkaset dolarów (patrz kolejne kroki) i umieścić go w jednym miejscu biurka!

Wszystko zaczęło się od mojej podróży z Fab Academy w 2015 roku. Mając na celu stworzenie wymyślonego drona, postanowiłem wypuścić prototyp kontrolera lotu, jako pierwszą tablicę satshakit. Już po tygodniu tablica została zreplikowana przez Jasona Wanga z Fab Lab Taipei. Dało mi to niesamowite wrażenie, że widzę, jak ktoś replikuje i z powodzeniem korzysta z mojego projektu, od tego czasu nigdy nie przestałem robić innych fabularyzowanych urządzeń elektronicznych o otwartym kodzie źródłowym.

Następnie płytki były replikowane i modyfikowane kilkaset razy przez społeczność Fab Lab na całym świecie, jako doświadczenie edukacyjne o tym, jak tworzyć płytki PCB i dać życie wielu projektom Fab Lab. Obecnie kilka innych tablic satshakitów zostało wydanych na github:

• https://github.com/satshakit
• https://github.com/satstep/satstep6600
• https://github.com/satsha-utilities/satsha-ttl

Jeśli zastanawiasz się, czym jest Fab Academy, pomyśl o tym, jak zrobić (prawie) wszystko, co zmieni Twoje życie, tak jak dla mnie:)!

Więcej informacji tutaj:

Wielkie podziękowania dla niesamowitych Fab Labs, które wsparły mnie w tworzeniu tablic satshakit: Fab Lab Kamp-Lintfort

Hochschule Rhein-Waal Friedrich-Heinrich-Allee 25, 47475 Kamp-Lintfort, Niemcy

Fab Lab OpenDot

Via Tertulliano N70, 20137, Mediolan, Włochy +39.02.36519890

Krok 1: Zdecyduj, który Satshakit jest produkowany lub modyfikowany

Przed wykonaniem jednej z plansz satshakitów powinieneś pomyśleć, co chciałbyś z nią zrobić.

Możesz powiedzieć dla zabawy i nauki:D!

I to prawda, podobnie jak ich specyficzne zastosowanie.

Na zdjęciach niektóre projekty, w których wykorzystano tablice satshakit.

Kliknięcie nazwy tablicy na poniższej liście przeniesie Cię do repozytoriów github ze wszystkimi informacjami potrzebnymi do ich wyprodukowania i/lub modyfikacji:

• Schematy Eagle i tablice do wykonania za pomocą CNC/Laser
• Opcjonalnie pliki Eagle do ich produkcji w Chinach, używam PcbWay
• Zestawienie komponentów (BOM)
• Obrazy-p.webp" />
• Zdjęcia i filmy z pracy tablicy

Pliki tablicy są również spakowane jako załączniki w tym kroku.

Oto przegląd funkcjonalności i cech każdej z tablic:

• satshakit

  • tablica ogólnego przeznaczenia oparta na atmega328p
  • zupełnie jak gołe Arduino UNO bez USB i regulatora napięcia
  • programowalny za pomocą konwertera USB-szeregowy
  • przykładowe projekty wykorzystujące go: AAVOID Drone, FabKickBoard, RotocastIt

• satshakit mikro

  • Mini tablica ogólnego przeznaczenia oparta na atmega328p
  • stworzony do użytku w aplikacjach o ograniczonej przestrzeni
  • przykładowe projekty z jego wykorzystaniem: MyOrthotics 2.0, Hologram, FABSthetics

• satshakit wielordzeniowy

  • tablica ogólnego przeznaczenia oparta na atmega328p
  • dwuwarstwowa wersja satshakita, z 2 x atmega328p po jednym na każdą stronę
  • konstrukcja wielopłytowa z możliwością układania w stos, z 328p podłączonym przez I2C
  • przydatne dla systemów multi-mcu (np. każda płytka zarządza innym zestawem czujników)
  • programowalny za pomocą konwertera USB-szeregowy
  • przykładowe projekty wykorzystujące go: trilateracja Bluetooth, system satshakit IoT

• satshakit 128

  • tablica ogólnego przeznaczenia oparta na atmega1284p
  • dwa szeregi sprzętowe, 16K RAM, 128K flash, więcej I/O niż atmega328p
  • kompaktowa płyta z większą ilością zasobów sprzętowych niż satshakit
  • programowalny za pomocą konwertera USB-szeregowy
  • przykładowe projekty wykorzystujące go: LedMePlay, FabScope, WorldClock

• kontroler lotu satshakit

  • płyta oparta na atmega328p
  • kontroler lotu dla dronów DIY kompatybilny z Multiwii
  • obsługuje do 8 silników, 6 kanałów odbiorników oraz samodzielne IMU
  • opcjonalna zintegrowana tablica rozdzielcza zasilania
  • przykładowe projekty wykorzystujące go: satshacopter-250X

• mini kontroler lotu satshakit

  • mniejsza wersja kontrolera lotu satshakit, również oparta na atmega328p
  • nadaje się do mini dronów DIY (takich jak 150mm), kompatybilny z Multiwii
  • obsługuje do 4 silników i 4 kanałowy odbiornik
  • zintegrowana tablica rozdzielcza zasilania,
  • przykładowe projekty wykorzystujące go: satshacopter-150X

• satshakit nero

  • płyta kontrolera lotu z dwoma mikrokontrolerami, wykorzystująca atmega328p i atmega1284p
  • nadaje się do zaawansowanego zastosowania drona
  • atmega1284p może wstrzykiwać polecenia lotu za pomocą protokołu szeregowego Multiwii, do automatycznego lotu;
  • przykładowy projekt wykorzystujący go: On Site Robotics Noumena

• satshakit GRBL

  • płyta oparta na atmega328p, dostosowana do pracy jako sterownik maszyny z GRBL
  • opcjonalny wbudowany konwerter USB-szeregowy i złącze USB
  • ograniczniki hałasu z filtrem
  • GRBL ułożone pinout
  • przykładowe projekty z jego wykorzystaniem: LaserDuo, Bellissimo Drawing Machine
• satshakit-mega
  • Płytka ogólnego przeznaczenia oparta na atmega2560p, trochę jak wymyślony Arduino Mega
  • wbudowany konwerter USB-szeregowy i złącze USB
  • Pamięć RAM 8K, pamięć flash 256K, 4 seriale sprzętowe
  • przykładowe projekty wykorzystujące go: LaserDuo

• satshakit-m7

  • Płytka ogólnego przeznaczenia oparta na STM32F765
  • zintegrowany kontroler USB na chipie, złącze USB
  • 216Mhz, 512K pamięci RAM, 2MB flash
  • mnóstwo funkcji, można również uruchomić FREE-RTOS
  • projekt wykorzystujący go: mój następny dron i platformy robotyki (jeszcze nieopublikowane)

• satstep6600

  • sterownik krokowy przystosowany do silników Nema23/Nema24
  • Prąd szczytowy 4,5A, napięcie wejściowe 8-40 V;
  • zintegrowane wyłączniki termiczne, zabezpieczenia nadprądowe i podnapięciowe,
  • wejścia optoizolowane
  • projekty wykorzystujące go: LaserDuo, recykler filamentów Rex

• satsha-ttl

  • Konwerter USB na szeregowy oparty na układzie CH340
  • zintegrowany regulator napięcia
  • wybierane zworką napięcie 3,3V i 5V
  • projekty wykorzystujące go: satshakit-grbl, śledzenie robota FollowMe

Wszystkie płyty są wydane na licencji CC BY-NC-SA 4.0.

Zachęcamy do modyfikowania oryginalnych projektów tak, aby pasowały do Twoich projektów;)!

Krok 2: Sprzęt i przygotowania

Przede wszystkim porozmawiajmy o procesach wykorzystywanych do produkcji tych płytek:

1. Frezowanie CNC
2. Grawerowanie laserem światłowodowym/Yag (w zasadzie te z 1064nm)

Jak widać, między nimi nie ma wytrawień. A powodem jest to, że ja (a także społeczność Fab Lab) nie lubię zbytnio używać kwasów zarówno z powodu zanieczyszczeń, jak i niebezpiecznych powodów.

Ponadto wszystkie tablice można wykonać za pomocą stołowej/małej maszyny cnc i/lub grawerowania laserowego bez szczególnych ograniczeń jedną lub drugą techniką.

Swoją drogą maszyna Fibre/Yag Laser może łatwo kosztować kilka tysięcy dolarów, więc myślę, że dla wielu z Was mała maszyna CNC byłaby lepsza!

Jeśli ktoś interesuje się procesem grawerowania laserowego, polecam zajrzeć do poniższego poradnika:

fabacademy.org/archives/2015/doc/fiber-lase…

Oto lista zalecanych małych maszyn cnc, których możesz użyć:

• FabPCBMaker, open source fabbed cnc od jednego z moich uczniów Ahmeda Abdellatifa, mniej niż 100 $ wymaga drobnych ulepszeń, wkrótce zostanie zaktualizowany
• 3810, minimalistyczny mały cnc, nigdy nie próbowałem, ale wygląda na to, że mógłby
• Eleks Mill, super tanie mini cnc, osobiście frezowane pakiety o podziałce 0,5 mm (LQFP100) z pewnym dopracowaniem
• Roland MDX-20, małe, ale super niezawodne rozwiązanie firmy Roland
• Roland SRM-20, nowsza zastępcza wersja MDX-20
• Othermill, teraz BantamTools, niezawodny i precyzyjny małoformatowy CNC
• Roland MDX-40, większy pulpit cnc, może być również używany do większych rzeczy

Do grawerowania śladów polecam stosować następujące frezy:

• 0,4 mm 1/64 dla większości płytek drukowanych, przykład
• Na przykład ścięte 0,2 mm do prac o średnim stopniu trudności (upewnij się, że łóżko jest płaskie!)
• Fazowanie 0,1 mm dla superprecyzyjnych prac, przykład1, przykład2 (upewnij się, że łóżko jest płaskie!)

Oraz następujące bity do wycinania płytki:

Narzędzie konturowe 1 mm, przykład1, przykład2

Uwaga na te chińskie, wytrzymają naprawdę kilka cięć!

Zalecana blacha miedziana do zastosowania to FR1 lub FR2 (35 µm).

Włókno szklane w FR4 z łatwością zużyje frezy, a jego kurz może być dość niebezpieczny dla zdrowia.

Oto narzędzia, które powinieneś mieć w swojej ławce lutowniczej:

• stacja lutownicza, (niektóre rekomendacje: ATTEN8586, ERSA I-CON Pico)
• plecionka do rozlutowywania
• kilka precyzyjnych pęsety
• pomocne dłonie
• lampa stołowa z lupą
• aplikacja lupy
• drut lutowniczy, 0,5 mm byłby dobry
• komponenty elektroniczne, (Digi-Key, Aliexpress i tak dalej…)
• odciąg oparów lutowniczych
• multimetr

Krok 3: Przygotuj pliki do frezowania

Aby wygenerować GCode lub mieć kod maszynowy w określonym formacie, którego potrzebujesz, musisz użyć oprogramowania do produkcji wspomaganej komputerowo (CAM).

Możesz swobodnie korzystać z dowolnej CAM, zwłaszcza jeśli jest ona dołączona do Twojej maszyny i czujesz się z nią komfortowo.

W tym samouczku pokażę Ci, jak korzystać z Fab Modules, opartej na sieci Web CAM o otwartym kodzie źródłowym autorstwa prof. Neila Gershenfelda i jego współpracowników.

Moduły Fab są dostępne jako samodzielna instalacja na twoim komputerze lub online:

• Repozytorium Fab Modules i instrukcja instalacji:
• Wersja online modułów Fab:

Dla uproszczenia pokażę Ci, jak korzystać z wersji online.

Po pierwsze, moduły Fab pobierają jako dane wejściowe czarno-biały obraz PNG, aby wygenerować kod G dla twoich płytek drukowanych.

Jeśli chcesz stworzyć istniejącą tablicę satshakit bez modyfikacji, wystarczy pobrać pliki-p.webp

Pliki-p.webp

• satshakit

  • ślady
  • odetnij

• satshakit mikro

  • ślady
  • odetnij

• satshakit wielordzeniowy

  SVG

• satshakit 128

  • ślady
  • odetnij

• kontroler lotu satshakit

  • ślady
  • odetnij

• mini kontroler lotu satshakit

  • ślady
  • odetnij

• satshakit nero

  • ślady
  • odetnij

• satshakit GRBL

  • ślady
  • odetnij
• satshakit mega
  • ślady
  • odetnij

• satshakit M7

  • ślady
  • odetnij

• satstep6600

  • najlepsze ślady
  • górne wycięcie
  • dolne ślady
  • wycięcie na dole

• satsha ttl

  • ślady
  • odetnij

Jeśli chcesz zmodyfikować istniejący projekt satshakitu, musisz wykonać dwa inne kroki:

1. użyj Autodesk Eagle, aby zmodyfikować tablicę zgodnie z własnymi potrzebami
2. użyj edytora obrazów rastrowych do przygotowania obrazów PNG, w tym przypadku pokażę go za pomocą Gimp

Po dokonaniu niezbędnych modyfikacji wykonaj następujące kroki, aby wyeksportować obraz-p.webp

1. Otwórz układ tablicy
2. Naciśnij przycisk warstwy
3. Wybierz tylko górę i pady (również VIA w przypadku, gdy PCB jest dwuwarstwowa, jak satstep6600)

4. Upewnij się, że nazwy sygnałów nie będą wyświetlane na obrazie, przechodząc do Set->Misc i odznaczając

   1. nazwy sygnałów na padzie
   2. nazwy sygnałów na śladach
   3. wyświetlanie nazw padów
5. Powiększ projekt tablicy, aby dopasować go do widocznego ekranu
6. Wybierz Plik->Eksportuj->Obraz

7. Ustaw następujące opcje w wyskakującym oknie eksportu obrazu:

   1. sprawdź monochromatyczny
   2. wybierz Obszar->okno
   3. wpisz rozdzielczość co najmniej 1500 DPI
   4. Wybierz lokalizację zapisu pliku (Przeglądaj)
8. naciśnij przycisk OK

Po tym powinieneś mieć czarno-biały plik-p.webp

Teraz nadszedł czas, aby otworzyć obraz w Gimp i wykonać następujące kroki (patrz załączone zdjęcia):

1. w przypadku, gdy obraz ma duże czarne marginesy, przytnij go za pomocą narzędzia Narzędzia->Narzędzia zaznaczania->Narzędzie do zaznaczania prostokąta, a następnie wybierz Obraz->Przytnij do zaznaczenia (nadal zachowaj trochę czarnego marginesu wokół, np. 3-4 mm)
2. wyeksportuj bieżący obraz jako traces.png
3. użyj ponownie narzędzia Tools->Selection Tools->rectangle select tool i zaznacz wszystkie ślady (zostaw jeszcze czarny margines wokół niego, np. 1mm)
4. opcjonalnie utwórz zaokrąglenie w zaznaczonym prostokącie, klikając Wybierz->Zaokrąglony prostokąt->i wpisz wartość 15
5. teraz kliknij prawym przyciskiem myszy w zaznaczonym obszarze i Edytuj->Wypełnij kolorem BG (upewnij się, że jest biały, zwykle domyślny)
6. wyeksportuj ten obraz jako cutout.png
7. teraz otwórz zapisany wcześniej plik traces.png
8. korzystając z opcji Narzędzia->narzędzia do malowania->wypełnianie wiadra, wypełnij bielą wszystkie czarne obszary, które nie są otworami
9. wyeksportuj ten obraz jako holes.png

Gdy masz już pliki PNG, jesteś gotowy do wygenerowania GCode do frezowania.

Musisz wygenerować kod GCode dla każdego pojedynczego pliku PNG, traces.png, cutout-p.webp

W przypadku pliku traces-p.webp

1. przejdź do
2. otwórz plik traces.png

3. wybierz swoją maszynę:

   1. gcodes będzie działać na maszynach opartych na GRBL (zazwyczaj oparte są na nim również małe chińskie cnc)
   2. Roland RML dla firmy Roland
4. wybierz proces 1/64
5. Jeśli wybrałeś Roland RML, wybierz swoją maszynę (SRM-20 lub inny itp.)

6. edytuj następujące ustawienia:

   1. prędkość, polecam 3mm/s dla narzędzi z fazowaniem 0,4mm i 0,2mm, 2mm/s dla narzędzi 0,1mm
   2. X0, Y0 i Z0, ustaw je wszystkie na 0
   3. głębokość cięcia może wynosić 0,1 mm przy narzędziach cylindrycznych 0,4 mm, 0 mm przy narzędziach sfazowanych
   4. średnica narzędzi musi być taka, jaką posiadasz (jeżeli jakieś ślady nie są możliwe do wykonania, oszukać to, wkładając nieco mniejszą średnicę tej, którą masz, aż po wciśnięciu oblicz ślady pokażą się)
7. naciśnij przycisk obliczania
8. poczekaj na wygenerowanie ścieżki
9. naciśnij przycisk Zapisz, aby zapisać Gcode

Dla holes-p.webp

1. załaduj plik holes-p.webp" />
2. wybierz proces 1/32

3. edytuj następujące ustawienia:

   1. zmniejszyć prędkość, polecam 1-2mm/s
   2. sprawdź i włóż (nieco więcej) grubość blachy miedzianej PCB
   3. sprawdzić i wpisać średnicę narzędzia do wycięcia (zwykle 0,8 lub 1mm)

Zachowaj zapisane pliki przy sobie, ponieważ będziemy ich potrzebować do wykonania płytki PCB za pomocą frezarki CNC.

Krok 4: Frezowanie PCB

Jedną z prostych zasad skutecznego frezowania cnc płytek PCB jest dobre przygotowanie łoża maszyny za pomocą blachy miedzianej.

W tym zadaniu powinieneś być bardzo spokojny i jak najbardziej precyzyjny. Im więcej zainwestujesz w te dwie rzeczy, tym lepsze wyniki osiągniesz.

Celem jest, aby powierzchnia miedzi była jak najbardziej równoległa (płaska) do łoża maszyny.

Płaskość blachy miedzianej będzie szczególnie istotna, jeśli będziesz frezować płytki drukowane o wysokiej precyzji, wymagające narzędzi fazowanych, takich jak te z końcówką 0,2 mm lub 0,1 mm.

Weź pod uwagę, że po grawerowaniu śladów PCB, nadal musisz wyciąć PCB, a do tego potrzebne jest to, co nazywamy warstwą protektorową.

Warstwa protektorowa zostanie lekko przebita przez wycięty frez, aby upewnić się, że cięcie przechodzi całkowicie przez blachę miedzianą.

Zaleca się użycie cienkiej taśmy dwustronnej do przyklejenia blachy miedzianej do warstwy protektorowej i uniknięcia fałd, które mogłaby mieć taśma.

Oto kilka podstawowych kroków, aby zrobić całkiem płaskie łóżko (patrz załączone zdjęcia):

1. znaleźć płaski kawałek materiału na warstwę protektorową, który jest już wytworzony dość płasko (np. kawałek MDF lub ekstrudowany akryl); upewnij się, że wycinak może go przebić i nie pęknie, ponieważ jest zbyt twardy
2. wytnij warstwę protektorową o rozmiar łóżka swojego cnc
3. przymocuj paski taśmy dwustronnej do warstwy protektorowej, napręż ją tuż przed przyklejeniem, aby nie pojawiły się fałdy ani pęcherzyki powietrza; taśma dwustronna powinna pokrywać większą część powierzchni w równy sposób
4. przymocuj blachę miedzianą do taśmy dwustronnej; postaraj się wcisnąć w równy sposób całą jego powierzchnię
5. przymocuj warstwę protektorową do łoża maszyny cnc, najlepiej czymś łatwym do usunięcia później, ale solidnym, jak zaciski, śruby

Po ustawieniu łoża czas na przygotowanie maszyny cnc do frezowania. Również ta operacja wymaga uwagi i precyzji. W zależności od rodzaju posiadanego CNC te kroki mogą się nieco różnić, ale nie za bardzo.

Aby przygotować maszynę cnc do frezowania wykonaj poniższe czynności:

1. zainstalować odpowiednie narzędzie w tulei zaciskowej (lub uchwycie narzędziowym)
2. przed przesunięciem osi X i Y upewnij się, że przesuniesz nieco oś Z od łoża, aby uniknąć awarii frezu palcowego
3. przesuń oś X i Y do względnego punktu początkowego, w przypadku korzystania z modułów Fab jest to lewy dolny róg PNG
4. przed wyzerowaniem X i Y w oprogramowaniu sterującym maszyną sprawdź, czy jest wystarczająco dużo miejsca na frezowanie płytki
5. ustawić jako X i Y punkt zerowy aktualnej pozycji maszyny
6. powoli opadaj wraz z osią Z, umieszczając frezy blisko miedzianej powierzchni

7. istnieją różne techniki, których można użyć do wyznaczenia punktu zerowego osi Z. Celem tego kroku jest upewnienie się, że narzędzia lekko dotykają miedzianej powierzchni:

   1. jedna technika działa poprzez uruchomienie wrzeciona i zejście w dół przy użyciu minimalnej wielkości kroku maszyny; kiedy usłyszysz inny dźwięk spowodowany lekkim wbiciem frezu w powierzchnię, to jest twój punkt zerowy Z
   2. możesz spróbować sprawdzić połączenie elektryczne narzędzia z miedzianą powierzchnią za pomocą multimetru; przymocuj sondy multimetrowe do frezu palcowego i do blachy miedzianej, następnie spróbuj zejść z osią Z w minimalnym kroku; kiedy multimetr wyda sygnał dźwiękowy, który jest twoim punktem zerowym Z
   3. zbliżyć się z narzędziem do powierzchni, pozostawiając kilka milimetrów pomiędzy (np. 2-3 mm), następnie otworzyć tuleję i pozwolić, aby frez palcowy opadł, aby dotknąć miedzianej powierzchni; następnie zamknij frezy palcowe w tulei zaciskowej i ustaw to jako punkt zerowy Z
   4. użyj czujnika dostarczonego przez maszynę, w tym przypadku, gdy frez palcowy dotknie czujnika, maszyna automatycznie przyjmie punkt początkowy Z

I wreszcie jesteś gotowy do rozpoczęcia pracy z grawerowaniem PCB:)

Zaleca się trzymanie się blisko maszyny, aby uważnie obserwować, czy popełniłeś błąd w powyższych krokach, a być może zatrzymać i ponownie uruchomić pracę z wymaganymi poprawkami i/lub regulacjami.

Kilka szybkich wskazówek dotyczących problemów:

• jeśli twoja płytka drukowana została wygrawerowana w niektórych obszarach, a nie w innych, to twoja blacha miedziana nie jest płaska

  jeśli twoje narzędzia mają cylindryczny koniec, możesz po prostu wziąć nieco głębszą oś Z i ponownie uruchomić pracę w tej samej pozycji; to samo dotyczy narzędzi fazowanych i jeśli różnica w głębokości grawerowania nie jest duża

• jeśli twoje ślady mają ostre krawędzie, lepiej zmniejszyć prędkość posuwu skrawania
• jeśli zepsułeś (dość nowy) frez, zmniejsz prędkość o stałą wartość
• jeśli twoje ślady są zniszczone lub zbyt cienkie, być może jesteś zbyt głęboki, sprawdź również grubość śladów w Eagle lub sprawdź ustawienia CAM, zwłaszcza jeśli średnica frezów jest prawidłowa

Kiedy nadejdzie czas na wykonanie wycięcia, pamiętaj o zmianie narzędzia do frezu palcowego i otwarciu wycięcia lub pilnika otworów. Po wykonaniu tej czynności pamiętaj, aby ponownie wziąć TYLKO punkt zerowy osi Z, tym razem nie musisz być tak bardzo precyzyjny w dotykaniu powierzchni blachy miedzianej.

Kiedy nadejdzie czas, aby usunąć płytkę drukowaną z warstwy protektorowej, spróbuj powoli ją ściągnąć cienkim śrubokrętem. Zrób to ponownie bardzo ostrożnie, aby uniknąć pęknięcia deski.

Na koniec tego kroku powinieneś mieć w rękach niesamowitą grawerowaną płytkę drukowaną:)!!