Płytki PCB oparte na przeglądarce: 7 kroków

2025 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2025-01-23 15:03

Kiedy podejmujesz lub tworzysz projekty, niektóre będą łatwe, a inne trudne. Niektóre będą jednorazowe, a inne będą musiały być wykonane na dużą skalę. W tym artykule przyjrzymy się mojemu największemu dotychczas projektowi, Distributed Symphony, oraz temu, w jaki sposób mikrokontroler został zbudowany w przeglądarce.

Krok 1: Szansa

Distributed Symphony to największy i najbardziej złożony projekt, jaki wykonałem. Raz w roku mam wyjątkową okazję, aby zapewnić zabawę w siedzibie firmy dla 600 członków kadry kierowniczej. W ostatnich kilku odsłonach „zabawa” została zapakowana jako wyzwanie projektowe. Motywem do pierwszej iteracji było zbudowanie maszyny do piłek, która wysyła piłkę na jej tor dokładnie przez dwie sekundy. Każdy kolejny rok charakteryzował się rosnącą złożonością i obecnością techniczną. W tym roku zdecydowałem, że nadszedł czas, aby stworzyć inspirujące doświadczenie.

Krok 2: Dystrybucja Symmonii

Projekt składał się ze stu dwudziestu zestawów zawierających wszystkie składniki potrzebne pięcioosobowemu zespołowi do stworzenia instrumentu perkusyjnego. Każdy zestaw zawierał następujące elementy.

• Podłączony mikrokontroler
• Elektromagnetyczny zakraplacz kulowy
• Rezonator instrumentalny z Glockenspiel
• Przycisk wyzwalania
• Dziesięć drewnianych kulek
• Materiały budowlane
• Elementy artystyczne

Centralnym elementem tego projektu był mikrokontroler. Dodanie logiki i łączności z chmurą miało na celu ulepszenie doświadczenia i nie przeszkadzanie. Płytka kontrolera miała znaczną funkcjonalność wyeksponowaną w najprostszy możliwy sposób. Wartości rezystorów, problemy związane z zasilaniem, diody i kondensatory zostały wpisane w projekt płytki, aby uczestnicy mogli skupić się na wyzwaniu, a nie na technologii.

Krok 3: Wykorzystaj szanse

Ten projekt dał możliwość zbudowania roju niestandardowych płyt mikrokontrolerów SMT. To było dla mnie coś nowego, ale wydawało mi się, że warto się uczyć i stanowiło poważne wyzwanie. Do zaprojektowania desek wykorzystałem Upverter. Jest to bardzo fajne rozwiązanie typu end-to-end oparte na przeglądarce do projektowania i produkcji PCB. Kiedy już przyzwyczaisz się do znajdowania komponentów w ich bibliotece, jest to łatwe w użyciu. Płyty zostały oparte na bardzo wydajnym mikrokontrolerze ESP32. Tablice zostały zaprojektowane tak, aby przetrwać ten projekt, ponieważ zostały przeznaczone do datków, aby pomóc dzieciom w nauce kodowania i projektowania obwodów. Każda plansza ma następujące cechy:

• Mikrokontroler ESP32 - obsługa Wi-Fi i Bluetooth
• Dwa nagłówki elektromagnesu/silnika PWM
• Cztery uziemione nagłówki GPIO 3,3 V
• Dwa sterowniki paska Neopixel
• Dwa pojemnościowe panele dotykowe i opcjonalne nagłówki
• Wbudowany wyświetlacz LCD
• Wbudowany pojedynczy Neopiksel
• Wbudowany programator USB na UART -
• Szyna zasilająca 5 V
• Szyna zasilająca 3 V

W projekcie wykorzystano tylko jeden sterownik elektromagnetyczny, wyświetlacz LCD, wbudowany Neopixel i trzy złącza GPIO. Dodatkowa funkcjonalność została od tego czasu wykorzystana w ramach warsztatów dydaktycznych dla dzieci.

Krok 4: Zaplanuj to

Pierwszym krokiem w tworzeniu niestandardowych płytek drukowanych jest zaplanowanie tego. Jeśli chodzi o projektowanie obwodów, oznacza to tworzenie własnego schematu. Użyłem mojej płytki prototypowej do zaprojektowania każdej funkcji większego projektu. Gdy każdy obwód zaczął działać, starannie przetłumaczyłem go na narzędzie Upverter Schematic. Potem wyczyściłem płytkę prototypową i zabrałem się do pracy nad następną sekcją, dopóki płyta kontrolera nie była logicznie kompletna.

Krok 5: Rozłóż

Kolejnym krokiem w produkcji sprzętu jest układ PCB. To było o wiele bardziej zabawne, niż myślałem, że będzie, to było jak granie w SimCity z elektrycznością. Narzędzie do układania Upverter jest całkiem fajne i przyjemne w użyciu. Im dłużej nad tym pracowałem, tym bardziej dopracowałem projekt i szukałem punktów za styl tam, gdzie to możliwe. Twoim zadaniem jest dodanie przewodów między komponentami. Są zielone linie, które podkreślają połączenia, które nie są narysowane miedzią. Najbardziej ekscytującą częścią układu PCB jest możliwość pomijania śladów uziemienia. Wszystko, co muszą zrobić, to dotknąć dolnej warstwy i są uziemione, proste! Kiedy mówimy o dolnej warstwie, to kolejna rzecz piękna. Jeśli masz wiele śladów, które przeszkadzają, wystarczy zeskoczyć na dolną warstwę, ominąć ruch i wyskoczyć z drugiej strony.

Krok 6: Uczyń to rzeczywistością

Kiedy idziesz do produkcji, rzeczy stają się realne i naprawdę drogie. Znajdź dom produkcyjny, w którym czujesz się komfortowo lub taki, z którego korzystał wcześniej ktoś, kogo znasz. Będziesz wysyłać im pliki, aby stworzyć swoje tablice i opcjonalnie wykonać pełny montaż. Większość kosztów to zakup części i montaż. Ponieważ ten projekt wymagał wielu jednostek, a także użycia elementów do montażu powierzchniowego, zdecydowałem się na montaż w domu produkcyjnym.

Upverter posiada sekcję pobierania, w której można wygenerować pliki potrzebne do przekazania do produkcji. Aby pomóc zaoszczędzić trochę czasu i czwartego, oto lista plików, które wyeksportowałem:

• Pliki Gerber
• Wiertło NC (Excellon)
• XYRS (Wybierz i umieść)
• Zestawienie materiałów

Przygotuj się na jeden lub dwa mniejsze przebiegi testowe przed wysłaniem swojego dużego zamówienia. Mój projekt trafił do dwóch małych serii produkcyjnych, z których każda zawierała błędy przed dużym, stu trzydziestoczęściowym zamówieniem. Dołożyłem zamówienie do dziesięciu na wypadek, gdyby niektóre deski zostały wyprodukowane z błędami. Jak widać na drugim obrazku, musiałem użyć zielonych zworek, aby naprawić płytki z jednego z wcześniejszych serii produkcyjnych. To wszystko, jesteś teraz dumnym właścicielem od 5 do 50 000 niestandardowych płyt kontrolerów.

Krok 7: Ujawnienie

To był słodko-gorzki koniec długiej drogi. Zestawy zostały rozdane i udzielono monitu. Zespoły postanowiły zbudować instrument perkusyjny, który może niezawodnie wrzucać piłkę do rezonatora za każdym naciśnięciem przycisku. W miarę postępu budowy ujawniliśmy, że projekty były połączone z chmurą i miały odpowiednie pulpity mobilne. Zespoły wykorzystywały pulpit mobilny do odtwarzania wzorców na swoich urządzeniach. Celem było teraz "Save and a Haircut". Gdy większość zespołów zagrała już w „Shave an Haircut”, byliśmy gotowi do recitalu.

Wszyscy załadowali swoje kulki i cofnęli się. Za pomocą naszej konsoli administracyjnej obliczaliśmy przesunięcia poszczególnych komputerów i odtwarzaliśmy utwory na wszystkich komputerach tak, jakby były jednym instrumentem. Testowaliśmy z Guns and Roses i graliśmy trochę Bacha. Sala wypełniła się słabą muzyką i to był sukces.

Kontynuuj tworzenie i nie pozwól, aby niestandardowe projekty PCB Cię przestraszyły lub przeszkadzały. Są całkowicie wykonalne i istnieje cały świat wsparcia.