Mas Mahusay na Mga Proyekto Gamit ang PCB's: 6 Mga Hakbang

2024 May -akda: John Day | [email protected]. Huling binago: 2024-01-30 13:11

Kung gumugol ka ng oras sa pagtatrabaho sa mga proyekto sa electronics alam mo kung gaano ito kasaya at kapana-panabik. Wala nang mas nakakaaliw kaysa makita ang iyong circuit na mabuhay bago mismo sa iyong mga mata. Lalo itong nakakaganyak kapag ang iyong proyekto ay naging isang kapaki-pakinabang na gadget na nais mong gumawa ng isang permanenteng kabit sa paligid ng iyong bahay o opisina. Ngunit ano ang pinakamahusay na paraan upang magawa ito? Ang Breadboard ay tiyak na hindi ang sagot, at ang pagbuo ng isang kumplikadong circuit sa proto-board ay maaaring maging lubos na nakakapagod. Parehong ng mga tool na ito ay may kanilang lugar, ngunit ang mga ito ay hindi perpekto para sa makatotohanang produksyon.

Ang solusyon? Gawin ang iyong proyekto gamit ang isang PCB (Printed circuit board). Sa bilang ng mga gumagawa at libangan na lumalaki sa araw-araw, ginagawa ng mga tagagawa na magagamit ang mga serbisyo sa antas ng propesyonal (at abot-kayang) para sa lahat. Sa isang pagkakataon ito ay hindi kapani-paniwalang mahal upang mag-disenyo at gumawa ng mga PCB. Na may mataas na kalidad na software ng CAD na madaling magagamit nang libre sa ilang mga kaso, at mga pabrika na gumagawa ng maliliit na mga board na prototype nang halos $ 5 plus ang pagpapadala. Napakakaunting mga kadahilanan na huwag samantalahin ang mga serbisyong ito.

Ang layunin ko ay dalhin ka sa proyektong ito sa isang mataas na antas. Dahil ang bawat CAD software ay bahagyang naiiba kakailanganin mong mangolekta ng ilang kaalaman mula sa iba pang mga mapagkukunan upang maganap ito. Magpo-post ako ng mga link sa ilang mga mapagkukunan na nakita kong kapaki-pakinabang. Bago ka mag-alala tungkol sa oras na kinakailangan upang malaman ang mga kasanayang ito sabihin mo sa akin na nagsimula ako sa ganap na zero na kaalaman at karanasan, at gumawa ako ng matagumpay na mga disenyo pagkatapos gumastos ng mas mababa sa 8 oras na pag-aaral mula sa mga mapagkukunang online.

Personal kong ginamit ang lahat ng tatlong mga pakage ng CAD software na ito, ngunit inirerekumenda kong tingnan mo ang mga panimulang video upang makakuha ng ideya kung paano naka-set-up ang bawat isa sa kanila.

• Isang pagpapakilala sa KICAD
• Panimula sa Einar CAD webinar
• Panimula sa Altium

Ang Doctor Peter Dalmaris ay may mahusay na kurso batay sa KICAD na nakumpleto ko at lubos kong inirerekumenda kung iyon ang software na iyong pinili. Ang kanyang mga paliwanag kung paano gumagana ang lahat ng mga tampok na madaling sundin at napaka-kumpleto. Narito ang isang link sa kanyang klase sa Tech Explorations.

Isa pang pagpipilian upang isaalang-alang (kahit na ito ay hindi isang ginamit ko ang aking sarili) Ay EasyEDA. Nakita ko ang ibang mga gumagawa na gumagamit ng online na software na ito upang makagawa ng ilang napaka-solidong mga disenyo.

Hinahayaan ang pagdisenyo!

Mga gamit

• PC na may CAD software
• Panghinang
• Pagkilos ng bagay
• 1 module ng ESP-32 (WROOM-32D)
• 2 MCP 23017's (SOIC package)
• 5 volt regulator (L7805)
• 3.3 volt regulator (AP2114H)
• generic DC barong jack para sa isang 2.1mm plug
• Mga lalaki o Babae na pin-header (opsyonal)
• Toaster ng oven at solder paste (opsyonal)
• Drill (Opsyonal)

Hakbang 1: Pagpaplano at Disenyo

Napakahalaga na magkaroon ng isang matatag na pundasyon sa anumang proyekto. Ang isang maliit na oras na ginugol sa pagpaplano ay maaaring makatipid ng mga oras ng pagkabigo sa kalsada.

Ang isang magandang lugar upang magsimula ay ang paglikha ng isang listahan ng mga pagpapaandar at tampok na nais mong magkaroon ng iyong disenyo. Ang sumusunod ay ang listahan na ginamit ko noong nilikha ko ang halimbawang proyekto.

• Isang board na nakabatay sa ESP-32 na katugma sa mayroon nang mga disenyo ng ESP-32
• Mas maraming mga digital na pin kaysa sa pamantayan ng kit ng ESP-32 Dev
• Magagamit na 5v at 3v3 para sa mga powering accessories na nakakabit sa PCB
• Isang port ng programa upang ma-update ko ang yunit sa hinaharap
• Ang kakayahang tumakbo sa isang 6 hanggang 12 volt input

Pangalawa ay ang pagkolekta ng isang listahan ng mga bahagi na nais mong gamitin, at makahanap ng isang madaling magagamit na mapagkukunan. Ang huling bagay na nais mong gawin ay gumawa ng PCB na hindi mo mabibili ang mga piyesa. Dapat mo ring kolektahin ang mga sheet ng data ng mga tagagawa para sa bawat bahagi na balak mong gamitin (magtiwala sa akin na ito ay SOBRANG mahalaga at ipapaliwanag ko kung bakit sa paglaon).

Panghuli pagkolekta ng anumang mga tala at guhit na maaaring nilikha mo para sa disenyo na ito. Magsasama ito ng anumang mga pagpigil sa pisikal na mayroon ka. Tulad ng nais mong ang iyong board ay maging tugma sa isang Arduino kalasag o magkasya sa loob ng isang tukoy na enclosure. Ang lahat ng impormasyong ito ay kinakailangan sa iba't ibang mga hakbang sa proseso.

Hakbang 2: PCB Schematic Paggamit ng CAD

Hinahayaan nating simulan ang paggawa ng aming eskematiko!

Sa pangkalahatan nais kong idagdag ang lahat ng aking mga bahagi sa eskematiko at ilatag ang mga ito sa isang paraang may katuturan sa akin. Sa puntong ito kung saan mo inilalagay ang mga ito ay walang epekto sa pisikal na lokasyon sa PCB, upang maaari mong gamitin ang kakayahang umangkop sa iyong kalamangan. Kung wala kang mga bakas ng paa para sa lahat ng iyong mga sangkap lubos kong inirerekumenda ang SnapEDA at Ultralibrarian. Ang mga mapagkukunang ito ay may kamangha-manghang pagpipilian ng mga magagamit na mga bahagi para sa halos bawat CAD software na maaaring ginagamit mo. Hanapin lamang ang bahagi ng bilang ng bahagi, at i-download ang naaangkop na mga file. Mayroon silang mga tutorial na nagtuturo sa iyo kung paano i-import ang mga file na ito kung hindi mo pa alam kung paano gawin iyon.

Bago magkabit ang iyong mga bahagi mas mahusay na suriin ang mga pin-out ng bawat bahagi para sa kawastuhan. Ito ang dahilan kung bakit mahalaga ang pagkakaroon ng mga sheet ng data ng bahagi, nasira ko ang buong mga batch ng PCB (tandaan ang mga oras ng pagkabigo?) Dahil nilaktawan ko ang hakbang na ito. Kung hindi mo ginawa ang bahagi sa iyong sarili (at kung minsan kahit na ginawa mo) ALWAYS double check.

Kapag nagpunta ka sa kawad ng iyong eskematiko Natagpuan ko ang kapaki-pakinabang na gumamit ng mga net label upang gawin ang mga koneksyon. Kung mayroon kang isang malaking dami ng mga wires na tumatakbo sa bawat paraan saan magiging mahirap na sundin, at nagdaragdag din ng mga pagkakataong gumawa ng isang koneksyon sa isang lugar na hindi mo dapat (mas maraming oras ng pagkabigo). Ang isang balanse ng mga wire at net label ay karaniwang pinakamahusay, siguraduhing gumamit ng isang listahan ng mga net label na magkakaroon ng katuturan sa sinumang tumingin sa disenyo. Gagawin nitong madali ang buhay kung babalik ka sa disenyo na ito sa hinaharap na nais na gumawa ng mga pagbabago, o i-troubleshoot ang orihinal na disenyo.

Ang eskematiko ay isang magandang lugar din upang mag-iwan ng mga tala tungkol sa kung paano gagana ang iba't ibang bahagi ng circuit. Ito ay isang mabuting paraan upang subaybayan ang lahat ng mga detalyeng kinakailangan upang mapagana ang bagay ayon sa nararapat. Ang isang halimbawa sa proyektong ito ay ang isang lumulukso ay kinakailangan sa pagitan ng paganahin ang pin ng module ng ESP at ang supply ng 3.3v para sa pagprograma. Habang marahil hindi ito ang tanging lugar na dapat mong idokumento ang ganoong uri ng impormasyon, tiyak na mabuti na ugaliing magsulat ng LAHAT.

Bigyan ang iyong iskema ng isang mahusay na inspeksyon bago magpatuloy sa susunod na hakbang. Kailangang tama ito para sa proseso ng layout ng PCB upang maging maayos. Ang isang mabagal at pamamaraan na diskarte ay palaging magbibigay sa iyo ng pinakamahusay na pangwakas na resulta. Pumunta sa anumang mga tala na mayroon ka at i-verify ang bawat isa sa mga ito laban sa eskematiko.

Hakbang 3: Layout ng PCB

Bago namin simulan ang pag-aayos ng aming mga bahagi pinakamahusay na tingnan ang mga yapak at tiyaking tama ang mga ito para sa mga bahaging nais mong gamitin. Halimbawa ang ilang mga bahagi ay magkakaroon ng mga hole at SMD variant na magagamit, tiyaking gumagamit ka lamang ng mga bahagi na mai-install mo. Ang module na EPS-32 ay may isang pad sa ilalim ng ay mangangailangan ng ilang mga espesyal na paghawak (higit pa sa ito sa paglaon) Siguraduhin lamang na mayroon kang isang plano para sa mga sitwasyong ito. Matapos mapili ang wastong mga pakete para sa aming mga bahagi dapat mong suriin muli ang mga pin-out ng bawat bahagi laban sa sheet ng data (napansin mo ba ang isang trend dito?) Maniwala ka sa akin kapag sinabi kong ang mga ito ay maaaring mali at ito ay makakagawa para sa isang mahabang araw kung kailangan mong subaybayan ang mga isyung ito sa paglaon

Kapag nag-aayos ng iyong mga bahagi siguraduhin na account mo para sa alinman sa mga pisikal na hadlang na nabanggit ko kanina. Sa ilang mga kaso maaaring kailanganin mong ilagay muna ang ilang mga bahagi dahil ang kanilang lokasyon ay kritikal, at umaangkop sa lahat ng iba pa sa kanilang paligid. Alalahaning ilagay ang mga bahagi na magkakaugnay nang malapit, ngunit payagan din ang sapat na silid para sa iyo upang gumana sa pagpupulong. Kung mayroon kang isang tukoy na enclosure na plano mong gamitin ito ay maaaring magkaroon ng katuturan upang lumikha muna ng profile ng board at anumang mga butas ng drill.

Matapos ang lahat ng iyong mga bahagi ay matatagpuan kung saan mo nais ang mga ito oras na upang simulan ang pagruruta ng iyong mga track. Mayroong ilang mga pangunahing puntong dapat tandaan habang ginagawa ito.

• Ang pinakamaikling posibleng bakas sa pangkalahatan ay pinakamahusay
• Ang mas malaki ay karaniwang mas mahusay (lalo na para sa mga linya ng supply ng kuryente)
• Kailangan mong malaman kung gaano karaming kasalukuyang isang naibigay na track ang dapat hawakan at tiyaking ang laki na iyong pinili ay maaaring ligtas na hawakan ang halagang iyon (Ito ay isang napakahalagang isyu sa kaligtasan, sa sobrang kasalukuyang maaaring maging sanhi ng pag-init at potensyal na maging isang panganib sa sunog)
• Alamin kung ano ang nagpapahintulot sa iyong tagagawa na mapanatili at sundin ang mga alituntuning iyon. Narito ang isang link sa pahina ng mga kakayahan para sa isang tagagawa (ang iyong CAD software ay maaaring may isang checker ng mga patakaran sa disenyo na aalerto sa iyo sa anumang mga lugar na hindi nakakatugon sa isang pamantayan na maaaring sundin ng pabrika)

Habang ang pagruruta ng mga track ay maaaring maging isang nakakatuwang palaisipan, kung minsan ang aming mga disenyo ay maaaring maging kumplikado sa paggawa nito ng isang matinding hamon. Sa mga kasong iyon ang paggamit ng isang auto-routing software ay maaaring makatipid sa iyo ng malaking oras. Narito ang isang link sa isang Auto-router na ginamit ko sa maraming mga proyekto. Ina-import ng Auto-router ang iyong proyekto at ginagamit ang iyong mga patakaran sa disenyo sa paggawa ng naaangkop na mga bakas para sa lahat ng iyong mga lambat. Kadalasan ay hahayaan ko ang Auto-router na gawin ang gawain nito, pagkatapos ay manu-manong baguhin ang ilang mga bagay na maaaring gusto kong maging iba. Maaari mo ring i-ruta ang mga bakas na nais mong maging sa mga tukoy na lokasyon, at gagana ang auto-router sa paligid ng mga mayroon nang mga track habang gumagana ito sa natitirang mga lambat.

Hakbang 4: Pangwakas na Pag-ugnay at Paghahanda para sa Paggawa

Sa mga bahagi na nakalagay at subaybayan ang iyong PCB ay handa nang pumunta. Ngayon ay isang magandang panahon upang bigyan ang buong layout ng isang mahusay na isang beses. Sundin ang mga bakas gamit ang eskematiko bilang isang gabay at tiyakin na ang lahat ng mga koneksyon na kailangan mo ay nagawa.

Dapat mo ring isaalang-alang ang pagdaragdag ng mga graphic sa iyong board sa silkscreen layer. Ang iyong pangalan o ibang marka ng mga gumagawa ay isang mabuting paraan upang ipaalam sa iba na ipinagmamalaki mo ang iyong trabaho. Naniniwala rin ako sa pagmamarka ng karamihan kung hindi lahat ng aking koneksyon ay tumuturo sa kung para saan sila. Nakakatulong ito kapag na-hook mo ang bagay pagkatapos ng pagpupulong, at ginagawang mas madali para sa iba na maunawaan ang mga pagpapaandar ng mga puntong ito ng koneksyon.

Ang isa pang bagay na isasaalang-alang ay ang pagmamarka ng isang identifier ng rebisyon, lalo na kung ito ay isang board na balak mong gumawa ng higit sa isang beses. Sa ganitong paraan maaari kang gumawa ng mga pagbabago sa circuit sa hinaharap, at sabihin sa isang sulyap kung aling bersyon ng board ang iyong pinagtatrabahuhan.

Sa lahat ng iyon ay natapos ang oras upang magbalangkas / i-export ang iyong disenyo, at ipadala ito sa tagagawa. Sa pangkalahatan ito ay magiging mga Gerber file, at karaniwang lahat sila ay dapat na maiimbak sa isang solong.zip folder. Ito ang ia-upload mo kapag inilagay mo ang iyong order ng PCB.

Narito ang isang link sa mga file ng Gerber para sa aking halimbawang proyekto sa GitHub

Hakbang 5: Pag-order ng Iyong PCB

Parami nang parami ang mga pagpipilian na magagamit para sa ito kaysa sa nakaraan. Napakadali nito na ang sinuman ay maaaring magkaroon ng kanilang mga disenyo nang propesyonal na ginawa ng malalaking pabrika at isang hindi kapani-paniwalang makatuwirang presyo.

Dinisenyo ko ang higit sa 35+ PCB at lahat sa kanila ay ginawa ng JLCpcb (https://jlcpcb.com)

Ang isang napakahusay na kumpanya na hindi pa ako nakakaranas ng anumang mga problema sa kalidad. Narito ang isang link sa isang video na nagbibigay ng paglilibot sa kanilang pasilidad at ipinapaliwanag nang detalyado ang proseso ng paggawa ng PCB. Pabrika Tour

Pumunta sa kanilang website at magsimula ng isang quote. Susunod na i-upload ang.zip ng iyong mga Gerber file. Dapat mong makita ang isang pag-render ng iyong disenyo pagkatapos makumpleto ang pag-upload. Piliin ang iyong dami, kulay, at anumang iba pang pamantayan na nais mong tukuyin sa ngayon. Pagkatapos ito ay isang simpleng bagay ng pagpapatuloy sa pag-checkout. Madali mong mai-upload ang iyong sariling mga file ng Gerber sa isang libreng online Gerber viewer at makita kung ano ang hitsura ng mga file na ito kapag na-render.

Karaniwan sinusubukan kong magpadala ng maraming mga disenyo nang sabay-sabay upang pagsamahin ang pagpapadala. Karaniwan ay inaasahan kong matanggap ang mga ito sa 1-2 linggo pagkatapos mailagay ang order. Siyempre ito ay maaaring mag-iba depende sa iba't ibang mga kadahilanan, ngunit bibigyan ka nila ng mga pag-update sa iyong pag-unlad ng mga order sa pamamagitan ng kanilang website at isang numero ng pagsubaybay pagkatapos ng iyong mga order ship.

Hakbang 6: Hinahayaan Mong Buuin Ito

Oras nito upang magtipon!

Naalala mo kanina binanggit ko na mayroong isang trick sa paghihinang sa module na ESP-32? Kung titingnan mo ang bakas ng paa sa PCB mapapansin mo ang isang malaking pad sa ilalim ng sangkap. Sa gayon ay maaaring maging isang hamon, ngunit kailangan kong gumawa ng mga paraan upang magawa mo ang trabaho.

Pagpipilian 1: Gumamit ng solder paste at isang maliit na oven ng toaster.

Ito ay talagang tuwid na pasulong, at tiyak na bibigyan ka nito ng pinakamahusay na mga resulta sa pangkalahatan. Ipinapaliwanag ng video na ito ang proseso. Tiyaking naiintindihan mo ang mga kinakailangan sa temperatura ng ginagamit mong solder paste, at magkakaroon ka ng medyo hindi kapani-paniwalang mga resulta nang walang labis na pagsisikap. Pangangalagaan nito ang panghinang kung hindi lahat ng mga bahagi ng SMD. Mga puntos ng bonus kung ang iyong oven sa toaster ay nagmula sa isang basura at kailangan ayusin bago gamitin.

Pagpipilian 2: Lumabas sa drill!

Ang pagpipiliang ito ay tiyak na gagana ngunit hindi ito ang pinaka-perpekto. Maingat na pagbabarena ng isang maliit na butas sa pamamagitan ng PCB sa gitna ng pad na ito ay magbibigay-daan sa iyo upang maghinang ito mula sa likod na bahagi ng board tulad ng isang bahagi ng butas. Ang mga bagay ay maaaring mali nang madali sa pamamaraang ito kaya't maglaan ng iyong oras at gumamit ng isang de-kalidad na drill bit. Kung hindi mo nilalayon na gumamit ng isang proseso ng pag-refow ng oven maaari mong hawakan ang mga isyu tulad nito sa iyong disenyo sa pamamagitan ng pagdaragdag ng isang tubog sa butas sa gitna ng pad na ito. Papayagan ka nitong maghinang gamit ang isang bakal nang walang panganib na mapinsala ang iyong board.

Maghinang ng anumang natitirang mga bahagi ng butas (at SMD kung hindi mo ginamit ang pamamaraang refow). Para sa mga header ng pin ay maghinang ako ng isang solong pin upang hawakan ito sa lugar habang binabaling ko ang board upang matiyak na tuwid ito. Mahusay din na suriin nang maingat ang paghihinang sa lahat ng mga bahagi ng SMD gamit ang isang magnifier ng ilang uri. Kung nakakita ka ng anumang bagay na kailangang ma-touch up gumamit ng ilang pagkilos ng bagay (tiwala sa akin na gumagawa ito ng isang malaking pagkakaiba) at muling pag-isahin ang magkasanib na panghinang. Nalaman ko sa aking halimbawa ng disenyo na ang module na ESP-32 ay may maraming mga lugar na kailangan upang muling gumana. Tandaan din na sadyang hindi ako nagdagdag ng anumang mga pin-header sa board na ito, iyon ay dahil balak kong direktang maghinang ng mga wire mula sa aking mga aparatong paligid. Hindi ito palaging ang pinakamahusay na diskarte, ngunit para sa aking aplikasyon hindi ito isang problema.

Ayan yun! mula simula hanggang katapusan ay kumuha kami ng isang konsepto ng circuit at gumawa ng aming sariling pasadyang PCB para sa proyektong ito. Sa sandaling makuha mo ang hang ng mga ito ang mga posibilidad ay halos walang katapusan. Inaasahan kong binigyan ka ng Instructable na ito ng ilang magagandang ideya, at itinuro ka sa ilang mga kapaki-pakinabang na mapagkukunan upang matulungan ka sa iyong paglalakbay sa PCB. Salamat sa pagbabasa!

Maligayang paggawa, at huwag palabasin ang usok! (Seryoso kailangan nito ang magic usok)