PCB- ի օգտագործմամբ ավելի լավ նախագծեր. 6 քայլ

2024 Հեղինակ: John Day | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2024-01-30 09:46

Եթե ժամանակ եք ծախսել էլեկտրոնիկայի նախագծերի հետ աշխատելուն, ապա գիտեք, թե որքան զվարճալի և հուզիչ կարող է լինել: Ոչինչ ավելի հուզիչ չէ, քան տեսնել, թե ինչպես է քո շրջանը կյանքի կոչվում հենց քո աչքերի առաջ: Այն դառնում է ավելի հուզիչ, երբ ձեր նախագիծը վերածվում է օգտակար գործիքի, որը ցանկանում եք մշտական սարքավորել ձեր տանը կամ գրասենյակում: Բայց ո՞րն է դա իրականացնելու լավագույն միջոցը: Breadboard- ը, անշուշտ, լուծում չէ, և նախատախտակի վրա բարդ միացում կառուցելը կարող է բավականին հոգնեցուցիչ դառնալ: Այս երկու գործիքներն էլ ունեն իրենց տեղը, բայց դրանք իդեալական չեն իրատեսական արտադրության համար:

Լուծումը? Կատարեք ձեր նախագիծը ՝ օգտագործելով PCB (Տպագիր տպատախտակ): Քանի որ օրեցօր աճում է արտադրողների և զբաղվողների թիվը, արտադրողները հասանելի են դարձնում մասնագիտական մակարդակի ծառայությունները (և մատչելի) բոլորի համար: Timeամանակին անհավանական թանկ էր PCB- ների նախագծումն ու պատրաստումը: Բարձր որակի CAD ծրագրակազմով, որը որոշ դեպքերում անվճար հասանելի է, և փոքր նախատիպի տախտակներ պատրաստող գործարաններ ՝ ընդամենը 5 դոլար գումարած առաքում: Շատ քիչ պատճառներ կան այս ծառայություններից չօգտվելու համար:

Իմ նպատակն է ձեզ հասցնել այս նախագծին բարձր մակարդակով: Քանի որ յուրաքանչյուր CAD ծրագրակազմ փոքր -ինչ տարբերվում է, դա իրականացնելու համար անհրաժեշտ կլինի որոշակի աղբյուրներից որոշակի գիտելիքներ հավաքել: Ես տեղադրելու եմ մի քանի ռեսուրսների հղումներ, որոնք օգտակար եմ գտել: Մինչև այս հմտությունները սովորելու համար անհրաժեշտ ժամանակի մասին անհանգստանալը թույլ տվեք ասել, որ ես սկսեցի բացարձակապես զրո գիտելիքներով և փորձով, և ես հաջողակ նախագծեր էի պատրաստում ՝ 8 ժամից պակաս ժամանակ սովորելով առցանց ռեսուրսներից:

Ես անձամբ օգտագործել եմ այս երեք CAD ծրագրային փաթեթները, բայց խորհուրդ եմ տալիս դիտել այս ներածական տեսանյութերը `պատկերացում կազմելու համար, թե ինչպես է դրանցից յուրաքանչյուրը կազմված:

• Ներածություն KICAD- ին
• Eանոթացում Eagle CAD վեբինարին
• Ներածություն Altium- ին

Բժիշկ Պիտեր Դալմարիսը հիանալի դասընթաց ունի ՝ հիմնված KICAD- ի վրա, որը ես ավարտել եմ և խորհուրդ եմ տալիս, եթե դա ձեր ընտրած ծրագրակազմն է: Նրա բացատրությունները, թե ինչպես են աշխատում բոլոր հատկանիշները, հեշտ է հետևել և շատ ամբողջական: Ահա Tech Explorations- ում նրա դասի հղումը:

Մեկ այլ տարբերակ, որը պետք է հաշվի առնել (թեև սա այնպիսին չէ, ինչպիսին ես ինքս եմ օգտագործել) ՝ EasyEDA: Ես տեսել եմ, որ այլ արտադրողներ օգտագործում են այս առցանց ծրագրաշարը `որոշ շատ ամուր նմուշներ պատրաստելու համար:

Եկեք դիզայն ընդունենք:

Պարագաներ

• Համակարգիչ CAD ծրագրով
• Sոդման երկաթ
• Հոսք
• 1 ESP-32 մոդուլ (WROOM-32D)
• 2 MCP 23017 (SOIC փաթեթ)
• 5 վոլտ կարգավորիչ (L7805)
• 3.3 վոլտ կարգավորիչ (AP2114H)
• ընդհանուր DC բարելի խցիկ 2.1 մմ խրոցակի համար
• Արական կամ իգական փինագլուխներ (ըստ ցանկության)
• Տոստեր վառարան և զոդման մածուկ (ըստ ցանկության)
• Գայլիկոն (ըստ ցանկության)

Քայլ 1: Պլանավորում և ձևավորում

Շատ կարևոր է ամուր հիմք ունենալ ցանկացած նախագծի համար: Մի փոքր ծախսված պլանավորման վրա ծախսված ժամանակը կարող է փրկել ճանապարհի հիասթափությունը:

Սկսելու համար լավ վայր է ստեղծել գործառույթների և առանձնահատկությունների ցանկ, որոնք ցանկանում եք ունենալ ձեր դիզայնը: Ստորև բերված է այն ցուցակը, որն օգտագործել եմ այս օրինակի նախագիծը ստեղծելիս:

• ESP-32- ի վրա հիմնված տախտակ, որը համատեղելի է գոյություն ունեցող ESP-32 նմուշների հետ
• Ավելի շատ թվային կապում, քան ESP-32 Dev ստանդարտ հավաքածուն
• Հասանելի է 5v և 3v3 ՝ PCB- ին ամրացված պարագաների սնուցման համար
• Programրագրավորման նավահանգիստ, որպեսզի կարողանամ ապագայում թարմացնել միավորը
• 6 -ից 12 վոլտ մուտքի վրա աշխատելու ունակություն

Երկրորդը `հավաքել այն մասերի ցանկը, որոնք ցանկանում եք օգտագործել և գտնել մատչելի աղբյուր: Վերջին բանը, որ ցանկանում եք անել, PCB- ի պատրաստումն է, որի մասերը չեք կարող գնել: Դուք նաև պետք է հավաքեք արտադրողների տվյալների թերթերը յուրաքանչյուր մասի համար, որը նախատեսում եք օգտագործել (հավատացեք ինձ, սա ՇԱՏ կարևոր է, և ինչու կբացատրեմ ավելի ուշ):

Ի վերջո, հավաքեք բոլոր նշումները և գծագրերը, որոնք դուք կարող եք արդեն ստեղծել այս դիզայնի համար: Սա կներառի ցանկացած ֆիզիկական սահմանափակում, որը դուք կարող եք ունենալ: Այնպիսին, ինչպիսին կցանկանայիք, որ ձեր տախտակը համատեղելի լինի Arduino վահանի հետ կամ տեղավորվի որոշակի պարիսպի ներսում: Այս ամբողջ տեղեկատվությունը անհրաժեշտ կլինի գործընթացի տարբեր քայլերում:

Քայլ 2. PCB- ի սխեմատիկ օգտագործումը CAD- ի միջոցով

Եկեք սկսենք կազմել մեր սխեման:

Ընդհանրապես, ես սիրում եմ իմ բոլոր մասերը ավելացնել սխեմատիկային և շարադրել դրանք ինձ համար իմաստալից ձևով: Այս պահին, որտեղ դրանք տեղադրում եք, չի ազդում PCB- ի ֆիզիկական գտնվելու վայրի վրա, այնպես որ կարող եք օգտագործել այդ ճկունությունը ձեր օգտին: Եթե ձեր բոլոր բաղադրիչների համար ոտնահետքեր չունեք, ես բարձր խորհուրդ եմ տալիս SnapEDA և Ultralibrarian: Այս ռեսուրսներն ունեն մատչելի մասերի զարմանալի ընտրանի գրեթե յուրաքանչյուր CAD ծրագրաշարի համար, որը դուք կարող եք օգտագործել: Պարզապես փնտրեք բաղադրիչի մասի համարը և ներբեռնեք համապատասխան ֆայլերը: Նրանք ունեն ձեռնարկներ, որոնք սովորեցնում են ձեզ, թե ինչպես ներմուծել այս ֆայլերը, եթե դեռ չգիտեք, թե ինչպես դա անել:

Նախքան ձեր մասերը միացնելը, ավելի լավ է ստուգեք յուրաքանչյուր բաղադրիչի քորոցները ճշգրտության համար: Սա է պատճառը, որ մասերի տվյալների թերթիկ ունենալը կարևոր է, ես փչացրել եմ PCB- ների ամբողջ խմբաքանակը (հիշո՞ւմ եք հիասթափության այդ ժամերը), քանի որ ես շրջանցեցի այս քայլը: Եթե դուք ինքներդ չեք կատարել մասը (և երբեմն նույնիսկ եթե դա արել եք) ՄԻՇՏ կրկնակի ստուգում:

Երբ գնում եք ձեր սխեմատիկ հաղորդալարի, ես գտա, որ ձեռնտու է օգտագործել ցանցային պիտակներ `կապեր հաստատելու համար: Եթե դուք ունեք մեծ քանակությամբ լարեր ամեն կողմից, ապա դժվար է դառնում հետևելը, ինչպես նաև մեծացնում է ինչ -որ տեղ կապ հաստատելու հնարավորությունները, ինչը չպետք է անեք (ավելի շատ հիասթափության ժամեր): Լարերի և ցանցային պիտակների հավասարակշռությունը սովորաբար ամենալավն է, պարզապես համոզվեք, որ օգտագործեք ցանցային պիտակների ցուցակ, որոնք իմաստ կունենան դիզայնին նայող ուրիշների համար: Սա կդարձնի կյանքը դյուրին, եթե ապագայում վերադառնաք այս դիզայնին ՝ ցանկանալով փոփոխություններ կատարել կամ լուծել բնօրինակ դիզայնը:

Սխեմատիկան նաև լավ վայր է նշումներ թողնելու մասին, թե ինչպես է ենթադրվում, որ աշխատում են շրջանի տարբեր հատվածներ: Սա լավ միջոց է ՝ հետևելու բոլոր մանրամասներին, որոնք անհրաժեշտ են իրը այնպես աշխատեցնելու համար: Այս նախագծի օրինակն այն է, որ ESP մոդուլի միացման կապի և ծրագրավորման համար 3.3v մատակարարման միջև թռիչք է պահանջվում: Թեև սա, հավանաբար, միակ վայրը չէ, որտեղ դուք պետք է փաստաթղթավորեք այդպիսի տեղեկատվությունը, բայց միանշանակ լավ է սովորել ամեն ինչ գրել:

Հաջորդ քայլին անցնելուց առաջ ձեր սխեմատիկային լավ ստուգում տվեք: Սա պետք է ճիշտ լինի, որպեսզի PCB- ի դասավորության գործընթացը սահուն անցնի: Դանդաղ և մեթոդական մոտեցումը միշտ ձեզ կտա լավագույն վերջնական արդյունքը: Անցեք ձեր ունեցած ցանկացած գրառում և ստուգեք դրանցից յուրաքանչյուրը սխեմատիկին հակառակ:

Քայլ 3: PCB դասավորություն

Նախքան մեր բաղադրիչների դասավորությունը սկսելը, լավագույնս նայեք ոտնահետքերին և համոզվեք, որ դրանք ճիշտ են այն մասերի համար, որոնք դուք մտադիր եք օգտագործել: Օրինակ, որոշ մասեր կունենան թեև անցքի և SMD տարբերակներ, համոզվեք, որ օգտագործում եք միայն այն մասերը, որոնք կկարողանաք տեղադրել: EPS-32 մոդուլն ունի պահոց, որի տակ կպահանջվի հատուկ վարում (այս մասին ավելի ուշ): Պարզապես համոզվեք, որ ունեք ծրագիր այս իրավիճակների համար: Մեր բաղադրիչների համար համապատասխան փաթեթներ ընտրելուց հետո դուք պետք է նորից ստուգեք յուրաքանչյուր մասի քերծվածքները տվյալների թերթիկի վրա (նկատե՞լ եք այստեղ միտում): Հավատացեք ինձ, երբ ասում եմ, որ դրանք կարող են սխալ լինել, և դա երկար կտևի: եթե դուք պետք է հետագծեք այս խնդիրները հետագայում:

Ձեր բաղադրիչները դասավորելիս համոզվեք, որ հաշվի եք առնում այն ֆիզիկական սահմանափակումները, որոնք ես նշեցի ավելի վաղ: Որոշ դեպքերում կարող է անհրաժեշտ լինել, որ դուք որոշ մասեր նախ տեղադրեք, քանի որ դրանց գտնվելու վայրը չափազանց կարևոր է և տեղավորվում է մնացած ամեն ինչում: Հիշեք, որ միմյանց մոտ միացված մասեր տեղադրեք, բայց նաև թույլ տվեք բավականաչափ տեղ ձեզ հետ աշխատել հավաքման ընթացքում: Եթե ունեք հատուկ պարիսպ, որը նախատեսում եք օգտագործել, ապա կարող է իմաստ ունենալ նախ ստեղծել տախտակի պրոֆիլը և ցանկացած հորատման անցքեր:

Այն բանից հետո, երբ ձեր բոլոր բաղադրիչները գտնվում են այնտեղ, որտեղ ցանկանում եք, ժամանակն է սկսել ձեր հետքերը ուղղորդելը: Կան մի քանի հիմնական կետեր, որոնք պետք է հիշել դա անելիս:

• Հնարավոր ամենակարճ հետքը, ընդհանուր առմամբ, լավագույնն է
• Ավելի մեծը սովորաբար ավելի լավ է (հատկապես էլեկտրամատակարարման գծերի համար)
• Դուք պետք է իմանաք, թե տվյալ հոսանքի ընթացքը որքան ընթացք պետք է ունենա և համոզվեք, որ ձեր ընտրած չափերը կարող են ապահով կերպով ապահովել այդ գումարը (սա անվտանգության շատ կարևոր խնդիր է, քանի որ հոսանքը կարող է ջեռուցման պատճառ դառնալ և պոտենցիալ հրդեհի վտանգ լինել):
• Իմացեք, թե ինչպիսի հանդուրժողականություն կարող է պահպանել ձեր արտադրողը և հետևել այդ ուղեցույցներին: Ահա մեկ արտադրողի կարողությունների էջի հղում (ձեր CAD ծրագրաշարը կարող է ունենալ դիզայնի կանոնների ստուգիչ, որը ձեզ կտեղեկացնի ցանկացած տեղ, որը չի համապատասխանում ստանդարտին, որին գործարանը կարող է հետևել)

Չնայած հետագծերը կարող են զվարճալի հանելուկ լինել, երբեմն մեր դիզայնը կարող է բարդանալ ՝ դա դարձնելով ծայրահեղ մարտահրավեր: Այդ դեպքերում ավտոմատ երթուղղման ծրագրակազմի օգտագործումը կարող է ձեզ զգալի ժամանակ խնայել: Ահա մի ավտոուղղորդիչի հղում, որը ես օգտագործել եմ մի քանի նախագծերում: Auto-router- ը ներմուծում է ձեր նախագիծը և օգտագործում ձեր նախագծման կանոնները `ձեր բոլոր ցանցերի համար համապատասխան հետքեր ստեղծելու համար: Սովորաբար ես թույլ կտամ Auto-router- ին կատարել իր աշխատանքը, այնուհետև ձեռքով փոխեմ մի քանի բան, որոնք կարող եմ տարբերվել: Կարող եք նաև ուղղել այն հետքերը, որոնք ցանկանում եք լինել որոշակի վայրերում, և ավտոմատ երթուղիչը կաշխատի գոյություն ունեցող հետքերի շուրջ, քանի որ այն աշխատում է մնացած ցանցերի վրա:

Քայլ 4: Վերջնական հպումներ և պատրաստում արտադրության համար

Մասեր տեղադրելով և գործարկված հետքերով ձեր PCB- ն գրեթե պատրաստ է գործի: Հիմա լավ ժամանակ է `ամբողջ դասավորությունը մեկ անգամ լավ դարձնելու համար: Հետևեք սխեմային ՝ որպես ուղեցույցի հետքեր և համոզվեք, որ ձեզ անհրաժեշտ բոլոր կապերը կատարվել են:

Պետք է հաշվի առնել նաև մետաքսե էկրանի շերտում ձեր տախտակին գրաֆիկա ավելացնելը: Ձեր անունը կամ որոշ այլ արտադրողների նշանը լավ միջոց է, որպեսզի ուրիշներին իմանաք, որ հպարտանում եք ձեր աշխատանքով: Ես նաև հավատում եմ, որ եթե իմ կապի բոլոր կետերը նշվեն այն բանի համար, թե ինչի համար են դրանք: Սա օգնում է, երբ դուք հավաքում եք իրը միացնելուց հետո, և մյուսների համար ավելի հեշտ է հասկանալ այդ միացման կետերի գործառույթները:

Մեկ այլ բան, որը պետք է հաշվի առնել, վերանայման նույնացուցիչ նշելն է, հատկապես, եթե դա տախտակ է, որը դուք մտադիր եք պատրաստել մեկից ավելի անգամ: Այս կերպ Դուք կարող եք ապագայում փոփոխություններ կատարել սխեմայի մեջ և մի հայացքով ասել, թե որ տախտակի տարբերակի հետ եք աշխատում:

Այդ ամենի հետ մեկտեղ, ժամանակն է գծագրել/արտահանել ձեր դիզայնը և ուղարկել այն արտադրողին: Ընդհանուր առմամբ դրանք կլինեն Gerber ֆայլեր, և դրանք սովորաբար պետք է պահվեն մեկ.zip թղթապանակում: Սա այն է, ինչ դուք կբեռնեք, երբ տեղադրեք ձեր PCB պատվերը:

Ահա GitHub- ում իմ օրինակելի նախագծի Gerber ֆայլերի հղումը

Քայլ 5: Պատվիրեք ձեր PCB- ները

Դրա համար ավելի ու ավելի շատ տարբերակներ կան, քան նախկինում: Այն այնքան հեշտ դարձավ, որ յուրաքանչյուրը կարող է իր դիզայնը մասնագիտորեն պատրաստել խոշոր գործարանների կողմից և անհավանական ողջամիտ գնով:

Ես նախագծել եմ ավելի քան 35+ PCB և բոլորը արտադրվել են JLCpcb- ի կողմից (https://jlcpcb.com)

Շատ լավ ընկերություն, որի հետ որակի որևէ խնդիր երբեք չեմ ունեցել: Ահա հղում այն տեսանյութին, որը շրջայց է կատարում իրենց հաստատությունում և մանրամասն բացատրում է PCB- ի պատրաստման գործընթացը: Գործարանային շրջագայություն

Գնացեք նրանց կայք և սկսեք մեջբերում: Հաջորդը վերբեռնեք Gerber ֆայլերի.zip ֆայլը: Վերբեռնման ավարտից հետո դուք պետք է տեսնեք ձեր դիզայնի մատուցումը: Ընտրեք ձեր քանակը, գույնը և ցանկացած այլ չափանիշներ, որոնք ցանկանում եք այս պահին նշել: Հետո դա պարզ հարց է `անցնել ստուգում: Դուք կարող եք հեշտությամբ վերբեռնել ձեր սեփական Gerber ֆայլերը Gerber անվճար առցանց դիտողի վրա և տեսնել, թե ինչ տեսք ունեն այս ֆայլերը, երբ դրանք մատուցվում են:

Սովորաբար ես փորձում եմ միանգամից մի քանի նմուշ ուղարկել ՝ առաքման ընթացքում համատեղելու համար: Սովորաբար ես ակնկալում եմ, որ դրանք կստանամ պատվերը տեղադրվելուց հետո 1-2 շաբաթվա ընթացքում: Սա, իհարկե, կարող է տարբեր լինել ՝ կախված մի շարք գործոններից, բայց դրանք ձեզ կտեղեկացնեն ձեր պատվերների ընթացքի վերաբերյալ իրենց վեբ կայքի և ձեր պատվերի առաքումից հետո հետևող համարի միջոցով:

Քայլ 6: Եկեք կառուցենք այն:

Itsամանակն է հավաքվել:

Հիշում եք ավելի վաղ, ես նշեցի, որ ESP-32 մոդուլը զոդելու հնարք կա: Եթե նայեք PCB- ի ոտնահետքին, բաղադրիչի տակ կնկատեք մեծ պահոց: Դե, դա կարող է մի փոքր մարտահրավեր լինել, բայց ես պետք է ուղիներ ունենամ, որոնցով դուք կարող եք կատարել աշխատանքը:

Տարբերակ 1. Օգտագործեք զոդման մածուկ և փոքր թոնրի վառարան:

Սա իսկապես ուղիղ առաջ է, և դա, անշուշտ, ձեզ կտա լավագույն արդյունքները ընդհանուր առմամբ: Այս տեսանյութը բացատրում է գործընթացը: Համոզվեք, որ հասկանում եք ձեր օգտագործած զոդման մածուկի ջերմաստիճանի պահանջները, և դուք կունենաք բավականին անհավանական արդյունքներ ՝ առանց մեծ ջանքերի: Սա կհոգա SMD- ի, եթե ոչ բոլոր բաղադրիչների միացման համար: Բոնուսային միավորներ, եթե ձեր թոնրի վառարանը եկել է աղբի կույտից և օգտագործելուց առաջ այն պետք է վերանորոգվի:

Տարբերակ 2: Դուրս եկեք վարժությունից:

Այս տարբերակն անպայման կաշխատի, բայց դա ամենաիդեալականը չէ: Այս բարձիկի կենտրոնում գտնվող PCB- ի միջոցով մի փոքր անցք զգուշորեն հորատելը թույլ կտա այն կպցնել տախտակի հետևի մասից `անցքի բաղադրիչի պես: Այս մոտեցման դեպքում ամեն ինչ կարող է շատ հեշտությամբ սխալվել, այնպես որ մի շտապեք և օգտագործեք բարձրորակ հորատիչ: Եթե դուք մտադիր չեք օգտագործել վառարանի վերալիցքավորման գործընթացը, կարող եք լուծել այսպիսի խնդիրներ ձեր նախագծման մեջ ՝ այս բարձիկի կենտրոնում ծածկված անցք ավելացնելով: Սա թույլ կտա զոդել երկաթով ՝ առանց ձեր տախտակը վնասելու վտանգի:

Holeոդեք մնացած բոլոր անցքերի մասերի միջով (և SMD, եթե չեք օգտագործել վերալիցքավորման մեթոդը): Պինների վերնագրերի համար ես կպչեմ մեկ քորոց ՝ այն տեղում պահելու համար, իսկ տախտակը շրջելիս ՝ համոզվելու, որ այն ուղիղ է: Լավ է նաև մանրակրկիտ ստուգել SMD- ի բոլոր մասերի զոդումը `օգտագործելով ինչ -որ խոշորացույց: Եթե գտնեք որևէ բան, որը պետք է շոշափվի, օգտագործեք որոշակի հոսք (հավատացեք ինձ, դա մեծ տարբերություն է տալիս) և տաքացրեք զոդման հանգույցը: Ես իմ օրինակի դիզայնի վրա գտա, որ ESP-32 մոդուլը մի քանի տեղ ուներ, որոնք պետք է նորից մշակվեին: Նաև նշեք, որ ես միտումնավոր որևէ պին-վերնագիր չեմ ավելացրել այս տախտակին, որովհետև ես մտադիր եմ լարերը ուղղակիորեն զոդել իմ ծայրամասային սարքերից: Սա միշտ չէ, որ լավագույն մոտեցումն է, բայց իմ կիրառման համար դա խնդիր չէ:

Վերջ! սկզբից մինչև վերջ մենք վերցրեցինք շրջանագծի հայեցակարգը և պատրաստեցինք այս նախագծի համար մեր անհատականացված PCB- ն: Youանոթանալով դրան ՝ հնարավորությունները գրեթե անվերջ են: Հուսով եմ, որ այս Instructable- ը ձեզ տվել է որոշ լավ գաղափարներ և մատնանշել որոշ օգտակար ռեսուրսներ, որոնք կօգնեն ձեզ ձեր PCB- ի ճանապարհորդության ընթացքում: Շնորհակալություն կարդալու համար:

Ուրախ պատրաստում, և թույլ մի՛ տուր, որ ծուխը դուրս գա: (Լրջորեն դա կախարդական ծխի կարիք ունի)