Masaüstünüz için Stargate - PCB Tasarımı: 6 Adım (Resimlerle)

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:18

Fusion 360 Projeleri »

Bu projeyi beğendiyseniz, lütfen PCB Yarışması'nda (sayfanın alt kısmında) ona oy vermeyi düşünün

Stargate SG-1, tüm zamanların en dolu durağı olan en sevdiğim TV şovu. Son birkaç aydır kız arkadaşımı tüm diziyi izlemesi için zorluyorum. Instructables'ın bir PCB Yarışması düzenlediğini gördüğümde 4. sezon civarındaydık ve masama koyabileceğim kendi Yıldız Geçidimi tasarlamak için mükemmel bir fırsat gibi görünüyordu.

Bu proje benim aklıma geldi. Masanızın üzerinde duran ve yanan DHD'ye (bu, meslekten olmayanlar için Çevirmeli Ev Aygıtı) sahip 4 inç çapında bir PCB Yıldız Geçidi'dir! DHD üzerindeki kapasitif dokunmatik yüzeye dokunduğunuzda her şerit sırayla yanacaktır. 7. şerite ulaşın ve solucan deliği aydınlansın!

PCB tek parça olarak tasarlanmıştır ve birbirinden ayrılır. DHD merkezdedir ve dış köşeler Yıldız Geçidi ve DHD için desteklerdir. İki adet AA pil ile çalışır ve pil tutucu, DHD'nin tabanı görevi görür.

Mantık, LED'leri bir 74HC595 kaydırma yazmacı aracılığıyla açan bir ATtiny85 tarafından sağlanır. Nasıl tasarladığımı görmek ve nasıl monte edileceğine dair talimatlar için okumaya devam edin!

Adım 1: Prototipleme

Mümkünse, gerçekten fabrikasyon bir şey elde etmeden önce PCB tasarımlarınızı bir devre tahtasında prototiplemek istersiniz. Bu günlerde PCB'lerin yapılması çok uygun, ancak yine de zamanınızı veya paranızı boşa harcamak istemiyorsunuz.

Benim durumumda, daha önce hiç bir vardiya kaydı ile çalışmamıştım, bu yüzden teste konsantre olmam gereken şey buydu. Nasıl çalıştıklarını öğrenmek için bu Eğitilebilir öğreticiye büyük ölçüde güvendim:

Aslında tam olarak test etmeden önce PCB sipariş etme hatasını yaptım. Özgün tasarımımda WS2812B ayrı ayrı adreslenebilir LED'ler kullanıldı. Bunlar birkaç nedenden dolayı iyi sonuç vermedi ve çok fazla zaman ve para harcadım. Yeni tasarım daha basit ve daha ucuz.

PCB'lerin ikinci revizyonu için vardiya kaydı tasarımımı prototiplemek için her şeyi bir devre tahtasına koydum. ATtiny85, kaydırma yazmacı, dirençler ve LED'lerin hepsi orada. ATtiny85'i bir Arduino aracılığıyla programlamak için ikinci bir alan da var (Google bunun nasıl yapılacağı, birçok öğretici var).

Bu proje için tam parça listesi:

• 1x ATtiny85-20PU
• 1x 74HC595 Vardiya Kaydı
• 7x Kırmızı 3mm LED'ler
• 1x Mavi 3mm LED
• 2x 120ohm Direnç
• 1x 1P2T SPDT Anahtarı
• 1x Pil Tutucu

Ekli ATtiny85 kodudur (bir Arduino kullanılarak yanıp söner). Test ettikten sonra PCB tasarımına geçtim.

Adım 2: PCB Tasarımı

Sadece benim tasarımım kullanılarak PCB'lerin yapılmasını istiyorsanız, ekli StargatePlots.zip klasörünü kullanabilirsiniz. Bunları imal etmek için Gerber dosyalarını içerir

PCB'nin fiziksel tasarımı, son ürün için çok önemliydi - özellikle de parçalandığından ve PCB'nin parçaları destek olarak kullanıldığından. Bu nedenle CAD ile başladım. Sekmeler dahil PCB'yi tasarlamak için Autodesk Fusion 360'ı kullandım.

Fusion 360'ta PCB Anahattı

PCB'nizi CAD'de tasarladıktan sonra, kenar kesimleri eklemek için bunu PCB tasarım yazılımınıza getirmenin bir yoluna ihtiyacınız var. Fusion 360'ta yapmanız gereken tek şey, parçanın yüzeyinde yeni bir çizim oluşturmak ve tüm kenarları projelendirmek. O zaman sadece taslağı kaydedin. Bileşen tarayıcı alanında (pencerenin sol tarafında) yeni çizimi seçin ve bir DXF olarak dışa aktarın. Bunu sonraya sakla.

KiCAD Şeması

Gerçek PCB tasarımımı KiCAD'de yaptım. Autodesk Eagle'ı kullanırdım, ancak yarışmanın son tarihine yaklaşıyordum ve Eagle'ı nasıl kullanacağımı öğrenmek için zamanım olmadı. KiCAD'de ilk adım PCB şemanızı oluşturmaktır. Şematik, tasarımınızın basitleştirilmiş bir blok diyagramıdır ve birincil amacı KiCAD'e hangi bileşenlerin birbirine bağlı olduğunu söylemektir.

Özel Bileşen

KiCAD, kullandığım bileşenlerin neredeyse tamamına yerleşik olarak sahipti, bu yüzden onları ekledim ve pinleri bağladım. En büyük istisna, tamamen özel olan kapasitif dokunmatik yüzeydi. Bunu eklemek için yeni bir PCB ayak izi oluşturmam gerekiyordu.

İlk olarak, InkScape'te dokunmatik yüzeyin şeklini çizdim. Daha sonra bunu yeni bileşen için bir ayak izine dönüştürmek için KiCAD'in Bitmap dönüştürücüsünü kullandım. Bu daha sonra şemama eklendi.

KiCAD PCB'si

Şemanızı bitirdikten sonra, gerçek PCB düzenini oluşturabilirsiniz. KiCAD, tüm ayak izlerini kağıda dökecek ve bunları konumlandırmak size kalmış. Ancak önce, PCB anahattınızın bu DXF'sini içe aktarmak istiyorsunuz.

Edge Cuts katmanına geçin ve ardından DXF'yi içe aktar'ı seçin. DXF'nin ana hatlarını seçtiğinizde, sayfaya yerleştirilecektir. Ardından ayak izlerinizi gerektiği gibi konumlandırabilirsiniz. Bu adımların tümü, KiCAD'e yönelik çok daha ayrıntılı kılavuzlarda ayrıntılı olarak ele alınmaktadır. Son olarak, kesiklerden uzak durmak için, dışarıda kalma alanları olan bazı bakır dökme dolguları ekleyin.

Özel Serigrafi

Glifler olmadan hiçbir Yıldız Geçidi tamamlanmaz, bu da özel bir serigrafi gerekli olduğu anlamına gelir. Google'da Yıldız Geçidi'nin glifleri açıkça gösteren bir resmini bularak başladım. Ardından, glifler dışındaki tüm görüntüyü kaldırmak için GIMP'yi kullandım ve siyah beyaz yaptım. Bunu InkScape'e alıp bir vektör görüntüsüne dönüştürdüm ve uygun boyuta ölçeklendirdim.

Oradan, süreç özel bir ayak izi oluşturmaya benziyordu. Ancak görüntüyü ayak izi olarak kullanmak yerine serigrafi katmanı için kullandım. Sonra onu PCB'ye taşıdım ve konumlandırdım. Bu işlem DHD glifleri için tekrarlandı.

Adım 3: PCB'lerinizi Üretin

PCB'lerinizi yaptırmak için kullanabileceğiniz birçok üretim hizmeti vardır. OSH Park, kullanımı son derece kolay ve mükemmel kaliteye sahip popüler bir seçimdir, ancak biraz pahalıdır - PCB'ler de mordur.

Bu proje için Seeed Studio Fusion PCB servisini kullandım. Çok daha uygun fiyatlıydı, kalitesi de harikaydı ve çok daha fazla kişiselleştirme sunuyorlar. Örneğin, bunları siyah olarak elde edebildim ve birkaç renk seçeneği mevcut.

Gönderim için birkaç seçeneğiniz olacak ama ben DHL'i seçtim. Siparişimi 11 Ocak'ta verdim ve panolarım 22 Ocak'ta elime ulaştı. Bu 101,6 x 101,6 mm'lik panolardan 10'u için nakliye dahil toplam maliyet 51,94 ABD dolarıydı. Panoları varsayılan yeşil renkte sipariş etseydim, daha ucuz olurdu. Ancak, ne kadar büyük oldukları göz önüne alındığında, tahta başına 5,20 ABD doları oldukça makul.

Tüm bunlar, istediğiniz hizmeti kullanabileceğinizi söyledi. Diğer popüler seçenekler JLCPCB ve PCBWay'dir. Tasarımlarınızı bu servislere yüklemek için tek yapmanız gereken KiCAD veya Eagle'dan Gerber dosyalarını çizmek. OSH Park kullanıyorsanız, doğrudan KiCAD projenizi yükleyebilirsiniz.

Adım 4: Tahtayı Birleştirin

Kendi tahtanızı tasarladıysanız, nasıl monte edeceğinizi bilmelisiniz. Ancak, benim PCB tasarımımı kullanıyorsanız, nasıl bir araya getireceğiniz aşağıda açıklanmıştır:

Tüm bileşenler delikten geçmektedir ve kart üzerinde etiketlenmiştir, bu nedenle montaj kolay olmalıdır. Her bileşen, etiketin bulunduğu panonun yanına yerleştirilir. ATtiny85 ve 74HC595 konumlarının her ikisi de nasıl yönlendirilmeleri gerektiği ile işaretlenmiştir. Çipler, tahtadaki çip anahattındaki çentiğin yanına giden Pin 1'i işaretleyen bir nokta işaretine sahiptir.

LED'lerin bir polaritesi vardır, bu yüzden onları yerleştirirken dikkatli olmanız gerekir. LED'lerin negatif katotu (kısa bacak) kare delikten, pozitif anot (uzun bacak) ise yuvarlak delikten geçer. Önce köşeli çift ayraçlar için yedi kırmızı LED'i lehimleyin ve ardından kartı ters çevirin.

Mavi LED'in Yıldız Geçidi'nin merkezine doğru 90 derecelik bir açıyla bükülmesi gerekiyor. Sadece yarıya kadar sokun ve lehimlemeden önce aşağı doğru bükün.

Ardından DHD kabloları geliyor. Her bir telin bir tarafını PCB'nin DHD kısmına lehimleyin, ardından diğer uçlarını Yıldız Geçidi kısmına lehimleyin. Hangi kablonun hangi deliğe girdiği önemli değil, kapasitif dokunmatik yüzeyin polaritesi yok.

Son olarak, pil kablolarını lehimleyin. Kartın ilk revizyonuna sahipseniz, yanlış işaretlenir ve alttaki deliğin pozitif için "+" olduğunu söyler. Bu benim açımdan bir hataydı. Alt (dış) delik negatiftir. Bu nedenle, pozitif pil kablosunu üst (iç) deliğe ve negatif kabloyu alt (dış) deliğe lehimleyin.

Adım 5: Parçalarınızı 3D Yazdırın

Bu projede toplam dokuz adet 3D baskılı parça var: yedi şeritli kapak ve solucan deliği LED difüzörün ön ve arka parçaları.

Köşeli çift ayraçlar basittir ve ekstra stil için şerit LED'lerin üzerine sıcak yapıştırılmıştır. Bunlar siyah veya gri olarak basılmalıdır.

Solucan deliği LED difüzörü, yazdırmayı kolaylaştırmak ve daha etkili hale getirmek için iki parçaya ayrılmıştır. Ön parça, ışığın parlaması için yarı saydam filamanla basılmıştır ve arka parça, ışığı önden geri yansıtmaya yardımcı olmak için beyaz filamanla basılmıştır.

Bu parçaların tümü desteksiz olarak basılabilir. 0.15 mm'lik bir katman yüksekliği kullanmanızı öneririm, dolgu %20 gibi bir şey olmalıdır.

Adım 6: Son Montaj

Yıldız Geçidi'nin montajını bitirmek için parçaları sıcak tutkalla bir araya getirmeniz yeterli. İlk olarak, PCB parçalarındaki tırnakları düzeltmek için zımpara kağıdı veya Dremel kullanmanızı öneririm.

Ardından, ön difüzör parçasını difüzörün arkasına tutturmak için biraz sıcak tutkal veya süper tutkal kullanın. Konsantrik (merkezli) olmalıdırlar.

Ardından, bir şeriti sıcak tutkalla doldurun ve şerit LED'inin üzerine aşağı doğru itin. Bunu diğer altı şerit LED için tekrarlayın. Devam edin ve solucan deliği LED difüzörünü PCB'ye monte etmek için biraz daha sıcak tutkal kullanın. LED'in sığması için küçük bir delik vardır, bu yüzden sadece takın ve difüzörün kalın kısmını PCB'ye sıcak yapıştırmak için bir yüzey olarak kullanın.

DHD kablolarını düzenli tutmak için pil kablolarının etrafına birkaç kez sarın. DHD PCB'nin pil tutucunun üstüne çıkması amaçlanmıştır, bu nedenle oraya sıcak yapıştırın (böylece pil kabloları altta olur). Ardından, pil tutucuyu dik ve sabit tutmak için destekleri (çentikler olmadan) pil tutucunun kenarlarına tutturmak için biraz sıcak tutkal kullanın.

Son olarak, çentikli desteği Stargate PCB'deki karşılık gelen çentiklere itin. Yerinde tutmak için her birinin üzerine bir parça sıcak tutkal kullanın.

Ve işin bitti! Düğmeyi açın, birkaç saniye bekleyin ve ardından dokunmatik yüzeye dokunarak her bir şeritle birleşebilir ve bir solucan deliği oluşturabilirsiniz!