PCB Kullanan Daha İyi Projeler: 6 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:17

Elektronik projelerle çalışmak için zaman harcadıysanız, bunun ne kadar eğlenceli ve heyecan verici olabileceğini bilirsiniz. Hiçbir şey devrenizin gözlerinizin önünde canlandığını görmekten daha heyecan verici olamaz. Projeniz, evinizin veya ofisinizin etrafında kalıcı bir fikstür yapmak istediğiniz kullanışlı bir alete dönüştüğünde daha da heyecanlanıyor. Ama bunu başarmanın en iyi yolu nedir? Breadboard kesinlikle cevap değil ve proto-board üzerinde karmaşık bir devre oluşturmak oldukça sıkıcı olabilir. Bu araçların her ikisinin de yeri var, ancak gerçekçi üretim için ideal değiller.

Çözüm? Projenizi PCB (Baskılı devre kartı) kullanarak yapın. Her gün artan yapımcı ve hobici sayısıyla, üreticiler profesyonel düzeyde hizmetleri herkes için erişilebilir (ve uygun fiyatlı) hale getiriyor. Bir zamanlar PCB'leri tasarlamak ve imal etmek inanılmaz derecede pahalıydı. Bazı durumlarda ücretsiz olarak sunulan yüksek kaliteli CAD yazılımı ve 5 $ artı nakliye ücretine kadar küçük prototip panoları yapan fabrikalar. Bu hizmetlerden yararlanmamak için çok az neden vardır.

Amacım sizi bu projeyi üst seviyeye taşımak. Her CAD yazılımı biraz farklı olduğundan, bunun gerçekleşmesi için diğer kaynaklardan biraz bilgi toplamanız gerekecektir. Yararlı bulduğum birkaç kaynağa bağlantılar göndereceğim. Bu becerileri öğrenmenin ne kadar zaman alacağı konusunda endişelenmeden önce, kesinlikle sıfır bilgi ve deneyimle başladığımı ve çevrimiçi kaynaklardan 8 saatten daha az bir süre eğitim alarak başarılı tasarımlar yaptığımı söylememe izin verin.

Bu CAD yazılım paketlerinin üçünü de kişisel olarak kullandım, ancak her birinin nasıl kurulduğuna dair bir fikir edinmek için bu tanıtım videolarına bakmanızı tavsiye ederim.

• KICAD'e giriş
• Eagle CAD web seminerine giriş
• Altium'a Giriş

Doktor Peter Dalmaris'in tamamladığım ve seçtiğiniz yazılım buysa şiddetle tavsiye ettiğim KICAD tabanlı mükemmel bir kursu var. Tüm özelliklerin nasıl çalıştığına dair açıklamalarını takip etmesi kolay ve çok eksiksiz. İşte Tech Explorations'daki sınıfına bir bağlantı.

Dikkate alınması gereken başka bir seçenek (bu benim kullandığım bir seçenek olmasa da) EasyEDA'dır. Diğer üreticilerin bu çevrimiçi yazılımı çok sağlam tasarımlar yapmak için kullandıklarını gördüm.

Haydi tasarıma geçelim!

Gereçler

• CAD yazılımlı bilgisayar
• Havya
• akı
• 1 ESP-32 modülü (WROOM-32D)
• 2 MCP 23017'ler (SOIC paketi)
• 5 volt regülatör (L7805)
• 3,3 volt regülatör (AP2114H)
• 2,1 mm fiş için genel DC varil jakı
• Erkek veya Dişi pin başlıkları (isteğe bağlı)
• Tost makinesi fırını ve lehim pastası (isteğe bağlı)
• Matkap (Opsiyonel)

Adım 1: Planlama ve Tasarım

Herhangi bir proje için sağlam bir temele sahip olmak çok önemlidir. Planlama için harcanan biraz zaman, yolda saatlerce süren hayal kırıklığını önleyebilir.

Başlamak için iyi bir yer, tasarımınızda olmasını istediğiniz işlevlerin ve özelliklerin bir listesini oluşturmaktır. Bu örnek projeyi oluştururken kullandığım liste aşağıdadır.

• Mevcut ESP-32 tasarımlarıyla uyumlu ESP-32 tabanlı bir kart
• Standart ESP-32 Dev kitinden daha fazla dijital pin
• PCB'ye bağlı aksesuarlara güç sağlamak için mevcut 5v ve 3v3
• Gelecekte üniteyi güncelleyebilmem için bir programlama portu
• 6 ila 12 volt girişte çalışma yeteneği

İkincisi, kullanmak istediğiniz parçaların bir listesini toplamak ve hazır bir kaynak bulmaktır. Yapmak isteyeceğiniz son şey, parçalarını satın alamayacağınız bir PCB yapmaktır. Ayrıca kullanmayı planladığınız her parça için üretici veri sayfalarını da toplamalısınız (inan bana bu ÇOK önemli ve nedenini daha sonra açıklayacağım).

Son olarak, bu tasarım için oluşturmuş olabileceğiniz tüm notları ve çizimleri toplayın. Bu, sahip olabileceğiniz tüm fiziksel kısıtlamaları içerir. Örneğin, kartınızın bir Arduino kalkanıyla uyumlu olmasını veya belirli bir kasanın içine sığmasını istiyorsunuz. Tüm bu bilgilere, sürecin çeşitli adımlarında ihtiyaç duyulacaktır.

Adım 2: CAD Kullanarak PCB Şeması

Şemamızı yapmaya başlayalım!

Genel olarak tüm parçalarımı şemaya eklemeyi ve bana mantıklı gelecek şekilde yerleştirmeyi seviyorum. Bunları yerleştirdiğiniz bu noktada PCB üzerindeki fiziksel konum üzerinde hiçbir etkisi yoktur, bu nedenle bu esnekliği kendi avantajınıza kullanabilirsiniz. Tüm bileşenleriniz için ayak izleriniz yoksa SnapEDA ve Ultralibrarian'ı şiddetle tavsiye ederim. Bu kaynaklar, kullanıyor olabileceğiniz hemen hemen her CAD yazılımı için harika bir mevcut parça seçimine sahiptir. Sadece bileşenin parça numarasına bakın ve uygun dosyaları indirin. Bunu nasıl yapacağınızı bilmiyorsanız, size bu dosyaları nasıl içe aktaracağınızı öğreten eğiticileri var.

Parçalarınızı birbirine bağlamadan önce, her bir bileşenin pin çıkışlarını doğruluk açısından kontrol etmek en iyisidir. Bu nedenle parça veri sayfalarına sahip olmak önemlidir, bu adımı atladığım için tüm PCB yığınları mahvoldu (o saatler süren hayal kırıklığını hatırlıyor musunuz?). Parçayı kendiniz yapmadıysanız (ve bazen yapmış olsanız bile) HER ZAMAN iki kez kontrol edin.

Şemanızı kablolamaya gittiğinizde, bağlantıları yapmak için ağ etiketleri kullanmanın faydalı olduğunu gördüm. Her yöne giden çok sayıda kablonuz varsa, takip etmek zorlaşır ve ayrıca yapmamanız gereken bir yerde bağlantı kurma şansınızı artırır (daha fazla hayal kırıklığı). Teller ve ağ etiketleri dengesi genellikle en iyisidir, sadece tasarıma bakan herhangi biri için anlamlı olacak bir ağ etiketleri listesi kullandığınızdan emin olun. Gelecekte değişiklik yapmak veya orijinal tasarımdaki sorunları gidermek için bu tasarıma geri dönerseniz, bu hayatı kolaylaştıracaktır.

Şematik, devrenin çeşitli bölümlerinin nasıl çalışması gerektiği hakkında notlar bırakmak için de iyi bir yerdir. Bu, bir şeyin olması gerektiği gibi çalışması için gereken tüm ayrıntıları takip etmenin iyi bir yoludur. Bu projeye bir örnek, programlama için ESP modülünün etkinleştirme pimi ile 3.3v beslemesi arasında bir köprünün gerekli olmasıdır. Muhtemelen bu tür bilgileri belgelemeniz gereken tek yer burası olmasa da, HER ŞEYİ yazma alışkanlığını edinmek kesinlikle iyidir.

Bir sonraki adıma geçmeden önce şemanıza iyi bir inceleme yapın. PCB yerleşim sürecinin sorunsuz ilerlemesi için bunun doğru olması gerekir. Yavaş ve metodik bir yaklaşım size her zaman en iyi sonucu verecektir. Sahip olabileceğiniz tüm notları gözden geçirin ve her birini şemaya göre doğrulayın.

Adım 3: PCB Düzeni

Bileşenlerimizi düzenlemeye başlamadan önce, ayak izlerine bakmak ve kullanmayı düşündüğünüz parçalar için doğru olduklarından emin olmak en iyisidir. Örneğin, bazı parçalarda delik ve SMD varyantları bulunacaktır, yalnızca kurabileceğiniz parçaları kullandığınızdan emin olun. EPS-32 modülünün altında bir altlık vardır, bunun altında bazı özel işlemler gerekir (bununla ilgili daha fazlası ileride anlatılacaktır) Sadece bu durumlar için bir planınız olduğundan emin olun. Bileşenlerimiz için uygun paketleri seçtikten sonra, her bir parçanın pin çıkışlarını veri sayfasına göre tekrar kontrol etmelisiniz (burada bir eğilim fark ettiniz mi?) Bunların yanlış olabileceğini ve uzun bir gün süreceğini söylediğimde bana inanın Bu sorunları daha sonra izlemeniz gerekiyorsa

Bileşenlerinizi düzenlerken, daha önce bahsettiğim fiziksel kısıtlamalardan herhangi birini hesaba kattığınızdan emin olun. Bazı durumlarda, konumları kritik olduğundan ve diğer her şeyi etraflarına sığdırdığından, önce belirli parçaları yerleştirmeniz gerekebilir. Birbirine yakın olan parçaları yerleştirmeyi unutmayın, ancak aynı zamanda montaj sırasında çalışmanız için yeterli alana da izin verin. Kullanmayı planladığınız belirli bir muhafazanız varsa, önce pano profilini ve herhangi bir delme deliğini oluşturmak mantıklı olabilir.

Tüm bileşenleriniz, istediğiniz yere yerleştirildikten sonra, raylarınızı yönlendirmeye başlama zamanı. Bunu yaparken hatırlamanız gereken birkaç önemli nokta var.

• Mümkün olan en kısa iz genellikle en iyisidir
• Daha büyük genellikle daha iyidir (özellikle güç kaynağı hatları için)
• Belirli bir rayın ne kadar akım taşıması gerektiğini bilmeniz ve seçtiğiniz boyutun bu miktarı güvenle kaldırabileceğinden emin olmanız gerekir (Bu çok önemli bir güvenlik sorunudur, aşırı akım ısınmaya neden olabilir ve potansiyel olarak yangın tehlikesi oluşturabilir)
• Üreticinizin hangi toleransları koruyabildiğini bilin ve bu yönergelere uyun. İşte bir üreticinin yetenekler sayfasına bir bağlantı (CAD yazılımınızda, fabrikanın takip edebileceği bir standardı karşılamayan herhangi bir yerde sizi uyaracak bir tasarım kuralları denetleyicisi olabilir)

Rotaları yönlendirmek eğlenceli bir bulmaca olsa da bazen tasarımlarımız karmaşıklaşarak bunu aşırı bir zorluk haline getirebilir. Bu durumlarda bir otomatik yönlendirme yazılımı kullanmak size önemli ölçüde zaman kazandırabilir. İşte birkaç projede kullandığım bir Otomatik yönlendiricinin bağlantısı. Otomatik yönlendirici, projenizi içe aktarır ve tüm ağlarınız için uygun izlemeler yapmak için tasarım kurallarınızı kullanır. Tipik olarak, Otomatik yönlendiricinin işini yapmasına izin vereceğim, ardından farklı olmasını isteyebileceğim birkaç şeyi manuel olarak değiştireceğim. Ayrıca, belirli konumlarda olmasını istediğiniz izleri yönlendirebilirsiniz ve otomatik yönlendirici, kalan ağlarda çalışırken bu mevcut izler etrafında çalışacaktır.

Adım 4: Son Dokunuşlar ve Üretime Hazırlanma

Parçalar yerleştirilmiş ve raylar çalıştırıldığında PCB'niz hemen hemen kullanıma hazır. Şimdi tüm düzeni bir kez daha gözden geçirmenin tam zamanı. Şemayı kılavuz olarak kullanarak izleri takip edin ve ihtiyacınız olan tüm bağlantıların yapıldığından emin olun.

Ayrıca, serigrafi katmanında panonuza grafik eklemeyi de düşünmelisiniz. Adınız veya diğer bazı yapımcıların işareti, başkalarına işinizle gurur duyduğunuzu bildirmenin iyi bir yoludur. Ayrıca bağlantı noktalarımın hepsi olmasa da çoğunu ne için olduklarıyla işaretlemeye inanıyorum. Bu, montajdan sonra şeyi bağlamaya gittiğinizde yardımcı olur ve başkalarının bu bağlantı noktalarının işlevlerini anlamasını kolaylaştırır.

Dikkate alınması gereken başka bir şey de, bir revizyon tanımlayıcısını işaretlemektir, özellikle bu, bir kereden fazla yapmayı düşündüğünüz bir pano ise. Bu şekilde gelecekte devrede değişiklikler yapabilir ve bir bakışta anakartın hangi versiyonuyla çalıştığınızı anlayabilirsiniz.

Tüm bunlarla, tasarımınızı çizme/dışa aktarma ve üreticiye gönderme zamanı geldi. Genelde bunlar Gerber dosyaları olacaktır ve genellikle hepsi tek bir.zip klasöründe saklanmalıdır. PCB siparişinizi verdiğinizde yükleyeceğiniz şey budur.

İşte GitHub'daki örnek projem için Gerber dosyalarına bir bağlantı

Adım 5: PCB'lerinizi Sipariş Edin

Bunun için geçmişte olduğundan daha fazla seçenek mevcuttur. O kadar kolay hale geldi ki, herkes tasarımlarını büyük fabrikalar tarafından profesyonelce ve inanılmaz derecede makul bir fiyata yaptırabilir.

35'ten fazla PCB tasarladım ve hepsi JLCpcb tarafından üretildi (https://jlcpcb.com)

Hiç kalite sorunu yaşamadığım çok iyi bir firma. İşte tesislerini gezdiren ve PCB üretim sürecini ayrıntılı olarak açıklayan bir videonun bağlantısı. Fabrika turu

Web sitelerine gidin ve bir teklif başlatın. Ardından Gerber dosyalarınızın.zip dosyasını yükleyin. Yükleme tamamlandıktan sonra tasarımınızın bir görüntüsünü görmelisiniz. Miktarınızı, renginizi ve şu anda belirtmek istediğiniz diğer kriterleri seçin. O zaman ödemeye devam etmek basit bir mesele. Kendi Gerber dosyalarınızı ücretsiz bir çevrimiçi Gerber görüntüleyiciye kolayca yükleyebilir ve bu dosyaların oluşturulduklarında nasıl göründüğünü görebilirsiniz.

Tipik olarak, nakliyeyi birleştirmek için aynı anda birkaç tasarım göndermeye çalışırım. Normalde bunları sipariş verildikten sonra 1-2 hafta içinde almayı beklerdim. Bu elbette çeşitli faktörlere bağlı olarak değişebilir, ancak siparişiniz gönderildikten sonra web siteleri ve bir takip numarası aracılığıyla siparişlerinizin ilerleme durumu hakkında size güncellemeler verirler.

Adım 6: Haydi İnşa Edelim

Toplanma zamanı!

ESP-32 modülünü lehimlemenin bir hilesi olduğundan daha önce bahsettiğimi hatırlıyor musunuz? PCB üzerindeki ayak izine bakarsanız, bileşenin altında büyük bir ped göreceksiniz. Pekala, bu biraz zor olabilir, ama işi halletmen için yollarım var.

Seçenek 1: Lehim pastası ve küçük bir ekmek kızartma makinesi fırını kullanın.

Bu gerçekten çok basit ve kesinlikle size genel olarak en iyi sonuçları verecek. Bu video süreci açıklıyor. Kullanmakta olduğunuz lehim pastasının sıcaklık gereksinimlerini anladığınızdan emin olun ve fazla çaba harcamadan oldukça inanılmaz sonuçlar elde edeceksiniz. Bu, tüm SMD bileşenleri olmasa da çoğu lehimlemeyi halledecektir. Tost makinesi fırınınız bir hurda yığınından geldiyse ve kullanmadan önce onarılması gerekiyorsa bonus puanlar.

Seçenek 2: Matkaptan çıkın!

Bu seçenek kesinlikle işe yarayacak ama en ideali değil. Bu pedin ortasındaki PCB'den dikkatlice küçük bir delik delmek, kartın arka tarafından delikli bir bileşen gibi lehimlemenize izin verecektir. Bu yaklaşımla işler kolayca ters gidebilir, bu yüzden acele etmeyin ve yüksek kaliteli bir matkap ucu kullanın. Yeniden akışlı bir fırın işlemi kullanmayı düşünmüyorsanız, bu pedin ortasına kaplamalı bir delik ekleyerek tasarımınızdaki bu gibi sorunları çözebilirsiniz. Bu, tahtanıza zarar verme riski olmadan bir ütüyle lehimlemenizi sağlar.

Kalan tüm delik parçalarını (ve yeniden akış yöntemini kullanmadıysanız SMD'yi) lehimleyin. Pin başlıkları için, düz olduğundan emin olmak için tahtayı çevirirken yerinde tutmak için tek bir pim lehimleyeceğim. Bir çeşit büyüteç kullanarak tüm SMD parçalarındaki lehimlemeyi çok dikkatli bir şekilde kontrol etmek de iyidir. Eğer rötuş yapılması gereken bir şey bulursanız, biraz akı kullanın (inan bana bu büyük bir fark yaratır) ve lehim bağlantısını yeniden ısıtın. Örnek tasarımımda ESP-32 modülünün yeniden işlenmesi gereken birkaç yeri olduğunu buldum. Ayrıca, bu panoya kasıtlı olarak herhangi bir pin başlığı eklemediğimi de unutmayın, bunun nedeni, kabloları doğrudan çevre aygıtlarımdan lehimleme niyetinde olmamdır. Bu her zaman en iyi yaklaşım değildir, ancak benim uygulamam için sorun değil.

Bu kadar! Baştan sona bir devre konsepti aldık ve bu proje için kendi özel PCB'mizi yaptık. Bir kez asıldığınızda, olasılıklar neredeyse sonsuzdur. Umarım bu Eğitilebilir Tablo size bazı iyi fikirler vermiştir ve PCB yapım yolculuğunuzda size yardımcı olacak bazı faydalı kaynaklara işaret etmiştir. Okuduğunuz için teşekkürler!

Mutlu olun ve dumanı dışarı bırakmayın! (Cidden sihirli dumana ihtiyacı var)