پروژه های بهتر با استفاده از PCB: 6 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:53

اگر زمان خود را صرف کار با پروژه های الکترونیکی کرده اید ، می دانید که چقدر می تواند سرگرم کننده و هیجان انگیز باشد. هیچ چیز هیجان انگیزتر از دیدن زنده شدن مدار شما درست در برابر چشمان شما نیست. وقتی پروژه شما به یک ابزار مفید تبدیل می شود که می خواهید یک ثابت دائمی در خانه یا محل کار خود کنید ، بسیار هیجان انگیزتر می شود. اما بهترین راه برای انجام این کار چیست؟ Breadboard مطمئناً جواب نمی دهد ، و ایجاد یک مدار پیچیده روی صفحه اولیه می تواند بسیار خسته کننده باشد. هر دوی این ابزارها جای خود را دارند ، اما برای تولید واقع بینانه ایده آل نیستند.

راه حل؟ پروژه خود را با استفاده از PCB (برد مدار چاپی) بسازید. با افزایش روزافزون تعداد سازندگان و علاقه مندان ، تولیدکنندگان خدمات حرفه ای را برای همه در دسترس (و مقرون به صرفه) قرار می دهند. زمانی طراحی و ساخت PCB بسیار گران بود. با نرم افزار CAD با کیفیت بالا که در برخی موارد به صورت رایگان در دسترس است و کارخانه هایی که تخته های نمونه اولیه را با قیمت 5 دلار به علاوه حمل و نقل تولید می کنند. دلایل بسیار کمی برای عدم استفاده از این خدمات وجود دارد.

هدف من این است که شما را در سطح بالایی از این پروژه راهنمایی کنم. از آنجا که هر نرم افزار CAD کمی متفاوت است ، برای تحقق این امر باید اطلاعاتی را از منابع دیگر جمع آوری کنید. من پیوندهایی را به چند منبع که به نظرم مفید بوده ارسال می کنم. قبل از اینکه نگران زمان لازم برای یادگیری این مهارت ها باشید اجازه دهید به من بگویم که من کارم را با دانش و تجربه کاملاً صفر آغاز کردم و پس از گذراندن کمتر از 8 ساعت از یادگیری از منابع آنلاین ، طراحی های موفقی انجام می دادم.

من شخصاً از هر سه بسته نرم افزاری CAD استفاده کرده ام ، اما توصیه می کنم این ویدیوهای مقدماتی را مشاهده کنید تا از نحوه تنظیم هر یک از آنها ایده بگیرید.

• مقدمه ای بر KICAD
• آشنایی با وبینار Eagle CAD
• آشنایی با آلتیم

دکتر پیتر دالماریس یک دوره عالی بر اساس KICAD دارد که من آن را گذرانده ام و اگر این نرم افزاری است که شما انتخاب می کنید بسیار توصیه می کنم. توضیحات وی در مورد نحوه عملکرد همه ویژگی ها آسان است و بسیار کامل است. در اینجا پیوندی به کلاس او در Tech Explorations آمده است.

گزینه دیگری که باید مورد توجه قرار گیرد (اگرچه این گزینه ای نیست که خودم از آن استفاده کرده ام) EasyEDA است. من دیده ام که سازندگان دیگر از این نرم افزار آنلاین برای ایجاد طرح های بسیار محکم استفاده می کنند.

اجازه دهید طراحی کنیم!

تدارکات

• کامپیوتر با نرم افزار CAD
• آهن لحیم کاری
• هجوم
• 1 ماژول ESP-32 (WROOM-32D)
• 2 MCP 23017 (بسته SOIC)
• تنظیم کننده 5 ولت (L7805)
• تنظیم کننده 3.3 ولت (AP2114H)
• جک معمولی بشکه DC برای دوشاخه 2.1 میلی متری
• پین هدرهای مردانه یا زنانه (اختیاری)
• توستر و خمیر لحیم کاری (اختیاری)
• مته (اختیاری)

مرحله 1: برنامه ریزی و طراحی

بسیار مهم است که برای هر پروژه یک پایه محکم داشته باشید. کمی زمان صرف برنامه ریزی می تواند ساعت ها از سرخوردگی شما جلوگیری کند.

یک مکان خوب برای شروع ، ایجاد لیستی از توابع و ویژگی هایی است که می خواهید طراحی شما داشته باشد. در زیر لیستی است که هنگام ایجاد این پروژه نمونه استفاده کردم.

• یک برد مبتنی بر ESP-32 سازگار با طرح های موجود ESP-32
• پین های دیجیتالی بیشتری نسبت به کیت استاندارد ESP-32 Dev
• 5v و 3v3 برای تغذیه لوازم جانبی متصل به PCB موجود است
• یک پورت برنامه نویسی تا بتوانم در آینده واحد را به روز کنم
• قابلیت کار بر روی ورودی 6 تا 12 ولت

دوم این است که لیستی از قسمتهایی را که می خواهید استفاده کنید جمع آوری کرده و یک منبع در دسترس پیدا کنید. آخرین کاری که می خواهید انجام دهید ساخت PCB است که نمی توانید قطعات آن را بخرید. همچنین باید برگه های تولیدکنندگان را برای هر قسمتی که قصد استفاده از آن را دارید جمع آوری کنید (به من اعتماد کنید که این بسیار مهم است و دلیل آن را بعدا توضیح خواهم داد).

در نهایت هر گونه یادداشت و نقشه ای را که ممکن است قبلاً برای این طرح ایجاد کرده اید ، جمع آوری کنید. این شامل هرگونه محدودیت فیزیکی است که ممکن است داشته باشید. برای مثال دوست دارید برد شما با سپر آردوینو سازگار باشد یا در داخل یک محفظه خاص قرار گیرد. همه این اطلاعات در مراحل مختلف فرآیند مورد نیاز است.

مرحله 2: شماتیک PCB با استفاده از CAD

بیایید شروع به ساختن طرحواره خود کنیم!

به طور کلی من دوست دارم همه قسمتهای خود را به طرح کلی اضافه کنم و آنها را به نحوی که برای من منطقی است بیان کنم. در این مرحله که آنها را قرار می دهید هیچ تاثیری بر مکان فیزیکی PCB ندارد ، بنابراین می توانید از این انعطاف پذیری به نفع خود استفاده کنید. اگر برای همه اجزای خود رد پا ندارید ، SnapEDA و Ultralibrarian را به شدت توصیه می کنم. این منابع دارای مجموعه ای شگفت انگیز از قطعات موجود برای تقریباً هر نرم افزار CAD است که ممکن است از آن استفاده کنید. فقط کافی است شماره قسمت جزء را جستجو کرده و فایل های مناسب را بارگیری کنید. آنها آموزش هایی را به شما آموزش می دهند که چگونه می توانید این فایل ها را وارد کنید ، اگر قبلاً نمی دانید چگونه این کار را انجام دهید.

بهتر است قبل از سیم کشی قطعات به یکدیگر ، دقت پین های هر قطعه را بررسی کنید. به همین دلیل داشتن برگه های اطلاعاتی مهم است ، من مجموعه ای از PCB ها را خراب کرده ام (آن ساعتهای ناامیدی را به خاطر دارید؟) زیرا این مرحله را رد کردم. اگر قسمت را خودتان انجام ندادید (و گاهی حتی اگر انجام داده اید) همیشه چک کنید.

وقتی می خواهید طرحواره خود را سیم کشی کنید ، استفاده از برچسب های شبکه برای ایجاد اتصالات مفید است. اگر تعداد زیادی سیم دارید که از هر طرف کار می کنند ، پیگیری آن دشوار می شود و همچنین شانس برقراری ارتباط را در جایی افزایش می دهد که نباید (ساعت ها بیشتر ناامیدی). معمولاً تعادل سیم ها و برچسب های خالص بهترین است ، فقط مطمئن شوید که از لیستی از برچسب های خالص استفاده می کنید که برای هر کس دیگری که به طراحی نگاه می کند ، منطقی خواهد بود. اگر در آینده بخواهید به این طرح برگردید و بخواهید تغییراتی ایجاد کنید ، یا طرح اصلی را عیب یابی کنید ، زندگی را آسان می کند.

شماتیک همچنین مکان خوبی برای یادداشت گذاشتن در مورد نحوه عملکرد قسمتهای مختلف مدار است. این یک راه خوب برای پیگیری تمام جزئیات مورد نیاز برای کارکردن آن چیز به نحوی است که باید است. یک مثال در این پروژه این است که برای برنامه نویسی به یک جهنده بین پین فعال ماژول ESP و منبع 3.3v نیاز است. اگرچه این احتمالاً تنها مکانی نیست که باید چنین اطلاعاتی را مستند کنید ، اما قطعاً عادت به نوشتن همه چیز خوب است.

قبل از اینکه به مرحله بعدی بروید ، طرحواره خود را یک بازرسی خوب انجام دهید. این امر باید صحیح باشد تا روند چیدمان PCB بدون مشکل پیش برود. یک روش آهسته و روشمند همیشه بهترین نتیجه نهایی را به شما می دهد. هرگونه یادداشتی را که دارید مرور کنید و هریک را با طرح کلی بررسی کنید.

مرحله 3: طرح PCB

قبل از شروع به چیدمان اجزای خود ، بهتر است ردپاها را بررسی کرده و مطمئن شوید که آنها برای قسمتهایی که قصد استفاده از آنها را دارید درست هستند. به عنوان مثال ، برخی از قطعات دارای انواع سوراخ و SMD هستند ، مطمئن شوید که فقط از قطعاتی که قادر به نصب آنها هستید استفاده می کنید. ماژول EPS-32 دارای یک پد است که در زیر آن نیاز به دستکاری خاصی وجود دارد (بیشتر در این مورد بعداً) فقط مطمئن شوید که برنامه ای برای این شرایط دارید. پس از انتخاب بسته های مناسب برای اجزای ما ، باید دوباره پین های هر قسمت را در برگه اطلاعات بررسی کنید (آیا در اینجا متوجه یک روند شده اید؟) باور کنید وقتی می گویم که اینها ممکن است اشتباه باشند و برای یک روز طولانی کار خواهد کرد ، باور کنید. اگر بعداً باید این مسائل را پیگیری کنید

هنگام تنظیم اجزای خود مطمئن شوید که هر یک از آن محدودیت های فیزیکی را که قبلاً ذکر کردم ، در نظر بگیرید. در برخی موارد ممکن است لازم باشد قسمتهای خاصی را ابتدا قرار دهید زیرا موقعیت آنها بسیار مهم است و همه چیز را در اطراف آنها مناسب کنید. به یاد داشته باشید که قطعاتی را که به هم متصل شده اند نزدیک یکدیگر قرار دهید ، اما همچنین فضای کافی را برای کار با شما در طول مونتاژ فراهم کنید. اگر محوطه خاصی دارید که قصد استفاده از آن را دارید ، ایجاد نمای تخته و هرگونه سوراخ در ابتدا منطقی است.

بعد از اینکه همه اجزای شما در جایی قرار گرفتند که زمان آنها رسیده است ، زمان شروع به مسیر یابی آهنگ ها را دارد. هنگام انجام این کار چند نکته مهم وجود دارد که باید به آنها توجه کنید.

• به طور کلی کوتاهترین ردیابی ممکن بهترین است
• بزرگتر معمولاً بهتر است (مخصوصاً برای خطوط منبع تغذیه)
• شما باید بدانید که یک مسیر معین باید چقدر جریان داشته باشد و مطمئن شوید که اندازه انتخاب شده می تواند با خیال راحت این مقدار را کنترل کند (این یک مسئله ایمنی بسیار مهم است ، بیش از حد جریان می تواند باعث گرمایش شود و به طور بالقوه خطر آتش سوزی را ایجاد کند)
• بدانید سازنده شما چه تحملاتی را قادر به حفظ و پیروی از آن دستورالعمل ها است. در اینجا پیوندی به صفحه قابلیت ها برای یک تولید کننده وجود دارد (نرم افزار CAD شما ممکن است دارای یک کنترل کننده قوانین طراحی باشد که به شما در مورد مکانهایی که از استانداردی که کارخانه می تواند رعایت کند ، اطلاع می دهد)

در حالی که مسیریابی مسیرها می تواند یک معمای سرگرم کننده باشد ، اما گاهی اوقات طرح های ما پیچیده می شود و این را به یک چالش شدید تبدیل می کند. در این موارد استفاده از یک نرم افزار مسیریابی خودکار می تواند زمان قابل توجهی را در شما ذخیره کند. در اینجا پیوندی به روتر خودکار است که در چندین پروژه استفاده کرده ام. روتر خودکار پروژه شما را وارد می کند و از قوانین طراحی شما برای ایجاد ردیابی مناسب برای همه شبکه های شما استفاده می کند. به طور معمول من به روتر خودکار اجازه می دهم کار خود را انجام دهد ، سپس چند مورد را که ممکن است بخواهم متفاوت باشند ، به صورت دستی تغییر دهم. همچنین می توانید مسیرهایی را که می خواهید در مکانهای خاصی قرار دهید ، مسیریابی کنید و مسیریاب خودکار نیز همانطور که در شبکه های باقی مانده کار می کند ، در اطراف آن آهنگ های موجود کار می کند.

مرحله 4: لمس نهایی و آماده سازی برای تولید

با قرار دادن قطعات و اجرای قطعات ، PCB شما تقریباً آماده کار است. در حال حاضر زمان مناسبی است که یک بار دیگر کل طرح را به خوبی ارائه دهید. با استفاده از شماتیک به عنوان راهنما ، ردگیری کنید و مطمئن شوید که تمام اتصالات مورد نیاز شما ایجاد شده است.

همچنین باید افزودن گرافیک به برد خود در لایه صفحه ابریشم را در نظر بگیرید. نام شما یا علامت سازندگان دیگر راه خوبی است تا به دیگران اطلاع دهید که به کار خود افتخار می کنید. من همچنین معتقدم که اگر نه همه نقاط ارتباطی خود را با آنچه که برای آنها مناسب است مشخص کنم. این به شما کمک می کند تا بعد از مونتاژ آن را وصل کنید و درک عملکرد این نقاط اتصال را برای دیگران آسان تر می کند.

نکته دیگری که باید مورد توجه قرار گیرد علامت گذاری یک شناسه تجدید نظر است ، به خصوص اگر این تخته ای است که قصد دارید بیش از یک بار بسازید. به این ترتیب می توانید در آینده تغییراتی را در مدار ایجاد کنید و در یک نگاه بگویید که با کدام نسخه از برد کار می کنید.

با تمام این کارها وقت خود را برای طراحی/صادرات طرح شما و ارسال آن به سازنده انجام داد. به طور کلی اینها فایل های Gerber هستند و معمولاً همه آنها باید در یک پوشه.zip ذخیره شوند. این چیزی است که هنگام سفارش PCB خود بارگذاری می کنید.

در اینجا پیوندی به فایل های Gerber برای پروژه نمونه من در GitHub آمده است

مرحله 5: سفارش PCB های خود

گزینه های بیشتری نسبت به گذشته در این زمینه در دسترس است. این کار آنقدر آسان شده است که هرکسی می تواند طرح های خود را به طور حرفه ای توسط کارخانه های بزرگ و قیمت فوق العاده مناسب تهیه کند.

من بیش از 35+ PCB طراحی کرده ام و همه آنها توسط JLCpcb تولید شده اند (https://jlcpcb.com)

یک شرکت بسیار خوب است که من تا به حال هیچ مشکل کیفی با آن نداشته ام. در اینجا پیوندی به یک ویدئو وجود دارد که به بازدید از امکانات آنها می پردازد و مراحل ساخت PCB را با جزئیات توضیح می دهد. تور کارخانه

به وب سایت آنها بروید و یک نقل قول شروع کنید. سپس.zip فایل های Gerber خود را بارگذاری کنید. پس از اتمام بارگذاری ، باید یک طرح از طراحی خود مشاهده کنید. مقدار ، رنگ و هر معیار دیگری را که می خواهید در آن زمان مشخص کنید انتخاب کنید. سپس کار ساده ای برای پرداخت است. شما به راحتی می توانید فایل های Gerber خود را در یک نمایشگر آنلاین Gerber رایگان بارگذاری کنید و ببینید وقتی این فایل ها رندر می شوند چگونه هستند.

به طور معمول من سعی می کنم چندین طرح را همزمان ارسال کنم تا در حمل و نقل ترکیب شوند. به طور معمول انتظار می رود این موارد را 1-2 هفته پس از ثبت سفارش دریافت کنم. البته این امر بسته به عوامل مختلفی می تواند متفاوت باشد ، اما به شما در مورد پیشرفت سفارشات شما از طریق وب سایت آنها و یک شماره پیگیری پس از ارسال سفارش شما ، به شما اطلاع می دهد.

مرحله 6: اجازه دهید آن را بسازیم

زمان تجمع فرا رسیده است!

به یاد دارید قبلاً اشاره کردم که ترفندی برای لحیم کاری ماژول ESP-32 وجود دارد؟ اگر به رد پای روی PCB نگاه کنید متوجه یک پد بزرگ در زیر قطعه می شوید. خوب ، این می تواند کمی چالش برانگیز باشد ، اما من باید راه هایی را برای کمک به شما به انجام رسانم.

گزینه 1: از خمیر لحیم کاری و اجاق کوچک توستر استفاده کنید.

این واقعاً مستقیم است و قطعاً بهترین نتایج را در کل به شما می دهد. این ویدئو روند کار را توضیح می دهد. مطمئن شوید که شرایط دمای خمیر لحیم مورد استفاده خود را درک کرده اید و بدون تلاش زیاد نتایج بسیار باورنکردنی خواهید داشت. با این کار بیشتر از همه قطعات SMD لحیم کاری می شود. اگر فر توستر شما از یک توده ناخواسته بود و قبل از استفاده نیاز به تعمیر داشت ، امتیازهای اضافی دریافت می کنید.

گزینه 2: از تمرین خارج شوید!

این گزینه قطعاً کار خواهد کرد اما ایده آل ترین آن نیست. با حفر یک سوراخ کوچک از طریق PCB در مرکز این پد ، می توانید آن را از قسمت پشتی تخته مانند یک قطعه سوراخ لحیم کنید. با این روش همه چیز به راحتی می تواند اشتباه شود ، بنابراین وقت بگذارید و از یک مته با کیفیت بالا استفاده کنید. در صورتی که قصد استفاده از فر اجاق گاز را ندارید ، می توانید با اضافه کردن یک سوراخ آبکاری شده در مرکز این پد ، مسائلی مانند این را در طراحی خود حل کنید. این به شما این امکان را می دهد که بدون خطر آسیب رساندن به صفحه خود ، با اتو لحیم کنید.

قطعات باقی مانده از سوراخ (و SMD را در صورت عدم استفاده از روش reflow) لحیم کنید. برای سرصفحه های پین ، من یک پین را لحیم می کنم تا در حالی که تخته را برمی گردانم در جای خود ثابت بماند تا صاف شود. همچنین خوب است لحیم کاری را با دقت در همه قطعات SMD با استفاده از نوعی ذره بین بررسی کنید. اگر چیزی را پیدا کردید که نیاز به لمس دارد ، از مقدار کمی استفاده کنید (باور کنید این تفاوت بزرگی ایجاد می کند) و محل اتصال را دوباره گرم کنید. در طرح نمونه خود دریافتم که ماژول ESP-32 دارای چندین مکان بود که باید دوباره کار کرد. همچنین توجه داشته باشید که من عمدا هیچ سرصفحه ای به این صفحه اضافه نکرده ام ، زیرا قصد دارم سیم ها را مستقیماً از دستگاه های جانبی خود لحیم کنم. این همیشه بهترین روش نیست ، اما برای برنامه من مشکلی ایجاد نمی کند.

خودشه! از ابتدا تا انتها ما یک مفهوم مدار را در نظر گرفتیم و PCB سفارشی خود را برای این پروژه ساختیم. هنگامی که به این موضوع پی بردید ، احتمالات تقریباً بی پایان است. امیدوارم این دستورالعمل ایده های خوبی به شما داده باشد و منابع مفیدی را برای کمک به شما در سفر PCB به شما نشان داده باشد. ممنون که خواندید!

خوشحالم ، و اجازه ندهید که دود خارج شود! (به طور جدی به دود جادویی نیاز دارد)