Projekt 2: Jak odwrócić inżynierię: 11 kroków (ze zdjęciami)

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

Witaj kolego hobbyście, Mój dobry przyjaciel połączył kilka komponentów razem z Raspberry Pi, aby zdekodować protokół RS232 do TTL. Efekt końcowy został wrzucony do pudełka, które zawierało 3 główne komponenty: konwerter zasilania do zasilania Pi, dwukanałowy przekaźnik, który zapewnia, że energia nie jest marnowana przez kontrolowanie, kiedy ma nastąpić komunikacja, oraz konwerter modułu RS232 na TTL. Naszym zadaniem jest stworzenie lepszego rozwiązania, które łączy wszystkie elementy sprzętowe w jedną płytkę PCB. Efektem końcowym będzie mniej elementów leżących dookoła -> mniej kabli -> konstrukcja odporna na wibracje. Oznacza to, że zadanie jest sprzętowym zadaniem inżynierii wstecznej. Poniższe kroki powinny pomóc w rozwiązaniu zadań tego rodzaju.

Krok 1: Zidentyfikuj komponenty

Musisz wyszukiwać w Google na podstawie jednego z poniższych:

- Używając nazwiska wydrukowanego na samej tablicy.

- Korzystanie z funkcji urządzenia.

- Używając głównego komponentu na samej planszy: poszukaj mocnych chipów -> uzyskaj ich nazwy -> wygoogluj ich aplikację.

- Obraz Google wszelkie znalezione słowa kluczowe i przewiń w dół, aż znajdziesz urządzenie lub jakikolwiek prowadzi do innego wyszukiwania.

Krótko mówiąc, znalazłem wszystkie trzy urządzenia i zamówiłem je w serwisie eBay:

- MAX3232 DO TTL:

- Przekaźnik dwukanałowy 5 V: https://www.ebay.ca/itm/5V-Dual-2-Channels-Relay-Module-With-optocoupler-For-PIC-AVR-DSP-ARM-Arduino/263347137695?hash= item3d50b66c9f:g:DlUAAOSwIVhaG-gf

- Przetwornica DC-DC buck: https://www.ebay.ca/itm/DC-DC-Buck-Step-Down-Converter-6V-80V-24V-36V-48V-72V-to-5V-9V-12V -Zasilanie/122398869642?hash=item1c7f8a888a:g:3vkAAOSwuxFYyQyb

Krok 2: Czas zdobyć schematy obwodów

Podczas wyszukiwania schematów obwodów należy pamiętać o głównej funkcji każdej płytki.

Po znalezieniu schematów obwodów przejdź do digikey (lub mouser, lub czegokolwiek, z którego zamierzasz zamówić elementy) i sprawdź, czy główny układ jest dostępny, ponieważ będziesz go później zamawiać.

Wszystkie inne elementy powinny być dostępne na większości stron internetowych (diody, nasadki, cewki, rezystory…) Czasami możesz mieć problem ze znalezieniem tych w odpowiednim rozmiarze lub opakowaniu (przez otwór, montaż powierzchniowy…)

W przypadku, gdy ma to znaczenie na późniejszych etapach projektowania, prosimy o wyszukiwanie pamiętając o tych szczegółach.

Więc skończyłem z następującymi arkuszami danych:

- MAX3232 DO TTL:

- Przekaźnik dwukanałowy 5 V:

- Przetwornica DC-DC buck:

Jak wspomniałem wcześniej poszedłem dalej i zacząłem szukać komponentów używanych na stronach Digikey, udało mi się znaleźć wszystkie z wyjątkiem jednego komponentu dotyczącego konwertera buck DC-DC, a dokładniej nie mogłem znaleźć konwertera buck XLSEMI XL4015 (można znaleźć na LCSC tho !) Aby uniknąć konieczności zamawiania z dwóch różnych stron internetowych, a tym samym dwukrotnie płacić za przesyłkę, zdecydowałem się ominąć dostępny konwerter i wybrać inny projekt, który wykorzystuje komponenty znalezione na Digikey. Skończyło się na tym schemacie:

Nowy konwerter Buck:

Upewniając się, że prąd i napięcie są wystarczające do zasilania Pi, w końcu zidentyfikowałem wszystkie elementy, które zostaną użyte w mojej głównej płytce drukowanej.

Krok 3: Miej na uwadze szeroki obraz

Ten krok jest naprawdę ważny, ponieważ nadaje ton całemu projektowi. Moim zadaniem jest zmniejszenie liczby drutów układających się wewnątrz skrzynki, ponieważ ten ostatni jest wystawiony na działanie środowiska o wysokich wibracjach. Rozwiązując ten problem, musiałem oddzielić linie zasilające (zasilające Pi) od linii sygnałowych używanych do dekodowania i komunikacji między urządzeniami. Mając na uwadze informacje, połączymy wszystko na jednej płytce drukowanej. Produkt końcowy będzie miał jeden kabel taśmowy i jeden kabel micro-USB do nawiązania połączenia z Pi. Kabel taśmowy będzie zawierał wszystkie sygnały między dwoma urządzeniami, podczas gdy kabel micro-usb zapewni zasilanie 5 V, 1 A potrzebne do włączenia Pi. Mając to na uwadze, poszedłem dalej i przestawiłem piny GPIO używane w Pi, aby wszystkie sygnały były blisko siebie, jak pokazano na rysunku. Oczywiście, aby to zrobić, będziesz musiał zmienić piny GPIO na inne piny GPIO, jednocześnie zmieniając Gnd z innym Gnd i zasilanie z innymi pinami zasilania za pomocą ogólnego pinu z Raspberry Pi. Zmiany te zostaną zapisane, ponieważ będą potrzebne później do aktualizacji oprogramowania układowego działającego na Pi.

Krok 4: EasyEDA: Schematy

Na tym etapie będziesz musiał zapoznać się z najprostszym dostępnym narzędziem cad. EasyEDA! jak sama nazwa wskazuje, nauka korzystania z tego narzędzia do tworzenia stron internetowych powinna być prosta. Załączam link do samej strony wraz z innymi dobrymi referencjami, aby szybko przejść do przodu:

EasyEDA:

Filmy wprowadzające (autor GreatScott):

www.youtube.com/watch?v=35YuILUlfGs

Szybki samouczek stworzony przez samych twórców strony:

Krok 5: Wybierz potrzebne komponenty

Na tym etapie musisz wybrać, czy chcesz używać elementów do montażu przelotowego, czy powierzchniowego, w oparciu o wymiary płytki, sprzęt lutowniczy i umiejętności lutowania! Zdecydowałem się na montaż powierzchniowy dla wszystkich komponentów, jeśli to możliwe, z kilkoma wyjątkami, w których wersja SMD nie jest dostępna, na przykład przekaźniki.

Następnie trzeba będzie ustalić rozmiar obudowy dla wszystkich nasadek, rezystorów, diod itp… W moim przypadku zdecydowałem się na 1206 dla większości popularnych komponentów.

Tutaj ponownie znajduje się wiele samouczków online dotyczących technik lutowania powierzchniowego. Szczególnie polegałem na samouczku Dave'a Jonesa na ten temat (link poniżej), możesz obejrzeć dwa pozostałe samouczki dotyczące lutowania:

EEVblog #186 – Samouczek lutowania Część 3 – Montaż powierzchniowy

www.youtube.com/watch?v=b9FC9fAlfQE&t=1259s

Wiem, że film jest długi, ale koleś opowiada o innych ciekawych rzeczach, ucząc cię lutowania. Oczywiście ma większe doświadczenie niż większość hobbystów, takich jak ty i ja, więc powinno być w porządku.

Krok 6: Narysuj schematy brakujących elementów

EasyEDA ma zdecydowaną większość komponentów, które planowałem zamówić poza jednym urządzeniem. Biorąc to pod uwagę, nie powinno to stanowić problemu, ponieważ to oprogramowanie umożliwia dodawanie rysunków do biblioteki online.

Musiałem dodać „złącze żeńskie D-SUB 15” (digikey:

Sprawdzając arkusze danych urządzenia w łączu, będziesz mógł odtworzyć cechy geometryczne komponentu. Powinno to obejmować rozstawy, wymiary oraz kierunek urządzenia. Jeśli masz szczęście, czasami producenci dołączają również rysunki PCB, abyś mógł je po prostu skopiować i wkleić ręcznie na easyeda.

Krok 7: Zaprojektuj swój układ PCB

Umieszczając różne elementy w płytce, musisz skrócić długość ścieżek łączących. Im dłużej trwają, tym bardziej narażone są linie sygnałowe na zakłócenia impedancyjne i szumowe. Mając na uwadze tę złotą zasadę, poszedłem dalej i umieściłem wszystkie moje komponenty tak, jak pokazano na filmie.

Krok 8: Przekształć liczby w

W tym kroku będziesz musiał określić odpowiednią szerokość śladu, która będzie używana do łączenia różnych elementów. Grubość śladów Easyeda jest znormalizowana do 1 uncji (twoja tania opcja). Oznacza to, że wystarczy mieć przybliżone oszacowanie prądu płynącego w każdym ze śladów. Bazując na aplikacji, zdecydowałem się naprawić 30 mil dla większości moich śladów mocy (aby utrzymać maks. 1 A) i 10~15 mil dla ścieżek sygnałowych (aby utrzymać maks. 100 mm A).

Możesz użyć kalkulatora śledzenia online, takiego jak ten, aby uzyskać te liczby.

Kalkulator śledzenia online:

Krok 9: Podłącz go

Po ustaleniu grubości bieżni dla różnych linii nadszedł czas na wykonanie okablowania wszystkich komponentów. Jeśli umieściłeś swoje komponenty zgodnie z ogólnymi zasadami projektowania PCB (linkami poniżej), powinieneś być w stanie łatwo wykonać okablowanie. Na koniec po dodaniu powłoki miedzianej otrzymasz gotową płytkę drukowaną gotową do zamówienia. W tym celu polecam skorzystać z serwisu partnerskiego easyeda, JLCPCB (link poniżej), przy składaniu zamówienia nie trzeba dokonywać żadnych zmian w standardowych opcjach zamawiania. Również jeśli lutujesz więcej niż jedną płytkę, polecam zamówić arkusz szablonu, który jest dołączony do przesłanego pliku gerber. Dzięki temu zaoszczędzisz dużo czasu podczas procesu lutowania.

Krok 10: Czas na poważne lutowanie

Ponieważ lutuję tylko jeden element w celu przetestowania mojego projektu, lutowałem ręcznie, aby zwiększyć swoje umiejętności w tej dziedzinie. Produkt końcowy będzie wyglądał jak na załączonym zdjęciu.

Krok 11: Dokonaj końcowej kontroli

W tym ostatnim kroku będziesz musiał wykonać podstawowy test ciągłości swoich ważnych śladów, takich jak linie energetyczne. Powinno to pomóc uniknąć uszkodzenia czegokolwiek, co łączy się z twoją płytą (w moim przypadku: Raspberry Pi). I tak po prostu, korzystając z inżynierii odwrotnej, udało mi się stworzyć urządzenie odporne na wibracje.

Jak zawsze dziękuję za śledzenie moich historii z inżynierią. Zapraszam do polubienia, udostępnienia lub komentowania dowolnych moich postów.

Do następnego razu, Pozdrawiam:D