Satshakit-borden: 6 stappen (met afbeeldingen)

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-31 10:23

Hey makers en fabbers daar!

Heb je er ooit van gedroomd om thuis je eigen geavanceerde microcontroller-bord te maken en smd-componenten te gebruiken?

Dat is de juiste instructable voor jou en voor het brein van je volgende project:)

En als ik thuis bedoel, bedoel ik dat je alle apparatuur kunt kopen om al deze PCB's te maken voor een paar honderd dollar (zie volgende stappen) en het in slechts één bureauruimte kunt plaatsen!

Alles begon vanaf mijn Fab Academy-reis die ik in 2015 maakte. Met het doel om een fantastische drone te maken, besloot ik het prototype van de vluchtcontroller uit te brengen, als het eerste satshakit-bord. Net na een week werd het bord gerepliceerd door Jason Wang van Fab Lab Taipei. Dit gaf me een ongelooflijk gevoel om iemand mijn project te zien repliceren en met succes te gebruiken, dat ik sindsdien nooit ben gestopt om andere open source gefabriceerde elektronica te maken.

De borden werden vervolgens een paar honderd keer gerepliceerd en aangepast door de wereldwijde Fab Lab-gemeenschap, als een leerervaring over het maken van PCB's en om veel Fab Lab-projecten tot leven te brengen. Tegenwoordig zijn er verschillende andere satshakits-borden uitgebracht op github:

• https://github.com/satshakit
• https://github.com/satstep/satstep6600
• https://github.com/satsha-utilities/satsha-ttl

Als je je afvraagt wat Fab Academy is, denk dan eens aan een leerervaring over "hoe maak je (bijna) alles" dat je leven zal veranderen, net als voor mij:)!

Meer info hier:

Veel dank aan de geweldige Fab Labs die me hebben ondersteund bij het maken van de satshakit-borden:Fab Lab Kamp-Lintfort

Hochschule Rhein-Waal Friedrich-Heinrich-Allee 25, 47475 Kamp-Lintfort, Duitsland

Fab Lab OpenDot

Via Tertulliano N70, 20137, Milaan, Italië +39.02.36519890

Stap 1: Bepaal welke Satshakit maakt of wijzigt

Voordat je een van de satshakit-borden maakt, moet je nadenken over wat je ermee wilt doen.

Je kunt zeggen voor de lol en om te leren:D!

En dat klopt, evenals hun specifieke gebruik.

In de afbeeldingen enkele projecten die de satshakit-borden gebruikten.

Als u op de bordnaam in de onderstaande lijst klikt, gaat u naar de github-repositories met alle informatie die u nodig hebt om ze te produceren en/of te wijzigen:

• Eagle-schema's en borden om het te maken met de CNC/laser
• Optioneel de Eagle-bestanden om ze in China te produceren, ik gebruik PcbWay
• Stuklijst (BOM)
• PNG-afbeeldingen klaar voor de CAM
• Afbeeldingen en video's van het bord in werking

De bestanden van het bord worden in deze stap ook als bijlage gezipt.

Hier is een overzicht van de functionaliteiten en kenmerken van elk van de borden:

• satshakit

  • atmega328p gebaseerd bord voor algemeen gebruik
  • helemaal als een kale Arduino UNO zonder USB en de spanningsregelaar
  • programmeerbaar met een USB-naar-serieel-converter
  • voorbeeldprojecten die het gebruiken: AAVOID Drone, FabKickBoard, RotocastIt

• satshakit micro

  • op atmega328p gebaseerd miniboard voor algemeen gebruik
  • gemaakt om te worden gebruikt in toepassingen met beperkte ruimte
  • voorbeeldprojecten die het gebruiken: MyOrthotics 2.0, Hologram, FABSthetics

• satshakit multicore

  • atmega328p gebaseerd bord voor algemeen gebruik
  • dubbellaagse versie van de satshakit, met 2 x atmega328p één voor elke kant
  • stapelbaar multi-board ontwerp, met de 328p aangesloten via I2C
  • handig voor multi-mcu-systemen (bijv. elk bord beheert een andere set sensoren)
  • programmeerbaar met een USB-naar-serieel-converter
  • voorbeeldprojecten die het gebruiken: Bluetooth-trilateratie, satshakit IoT-systeem

• satshakit 128

  • op atmega1284p gebaseerd bord voor algemeen gebruik
  • twee hardwareseries, 16K ram, 128K flash, meer I/O dan de atmega328p
  • compact bord met meer hardwarebronnen dan de satshakit
  • programmeerbaar met een USB-naar-serieel-converter
  • voorbeeldprojecten die het gebruiken: LedMePlay, FabScope, WorldClock

• satshakit vluchtcontroller

  • op atmega328p gebaseerd bord
  • vluchtcontroller voor doe-het-zelf-drones compatibel met Multiwii
  • ondersteunt tot 8 motoren, 6-kanaals ontvangers en stand-alone IMU
  • optioneel geïntegreerd stroomverdeelbord
  • voorbeeldprojecten die het gebruiken: satshacopter-250X

• satshakit mini-vluchtcontroller

  • kleinere versie van de satshakit-vluchtcontroller, ook gebaseerd op atmega328p
  • geschikt voor mini-doe-het-zelf-drones (zoals 150 mm-drones), compatibel met Multiwii
  • ondersteunt tot 4 motoren en 4 kanalen ontvanger
  • geïntegreerd stroomverdeelbord
  • voorbeeldprojecten die het gebruiken: satshacopter-150X

• satshakit nero

  • dual microcontroller flight controller board, met atmega328p en atmega1284p
  • geschikt voor geavanceerde drone-toepassing
  • de atmega1284p kan vliegcommando's injecteren met behulp van het Multiwii Serial Protocol, voor automatische vlucht
  • voorbeeldproject dat het gebruikt: On Site Robotics Noumena

• satshakit GRBL

  • op atmega328p gebaseerd bord, aangepast om te werken als machinecontroller met GRBL
  • optionele ingebouwde USB-naar-serieel-converter en USB-connector
  • geluid gefilterde eindstops
  • GRBL gearrangeerde pinout
  • voorbeeldprojecten die het gebruiken: LaserDuo, Bellissimo Drawing Machine
• satshakit-mega
  • op atmega2560p gebaseerd bord voor algemene doeleinden, een beetje zoals een fantastische Arduino Mega
  • ingebouwde USB-naar-serieel-converter en USB-connector
  • 8K ram, 256K flash, 4 hardwareseries
  • voorbeeldprojecten die het gebruiken: LaserDuo

• satshakit-m7

  • Op STM32F765 gebaseerd bord voor algemeen gebruik
  • geïntegreerde on-chip USB-controller, USB-connector
  • 216Mhz, 512K ram, 2MB flash
  • tonnen functies, kunnen ook FREE-RTOS uitvoeren
  • project dat het gebruikt: mijn volgende drone- en robotica-platforms (nog niet gepubliceerd)

• satstep6600

  • stappenmotor geschikt voor Nema23/Nema24 motoren
  • 4.5A piekstroom, 8-40V ingangsspanning
  • geïntegreerde thermische uitschakeling, overstroom- en onderspanningsbeveiligingen
  • opto-geïsoleerde ingangen
  • projecten die het gebruiken: LaserDuo, Rex filament recycler

• satsha-ttl

  • USB-naar-serieel-converter op basis van de CH340-chip
  • geïntegreerde spanningsregelaar
  • jumper selecteerbare spanning van 3.3V en 5V
  • projecten die het gebruiken: satshakit-grbl, FollowMe robot tracker

Alle boards zijn vrijgegeven onder de CC BY-NC-SA 4.0.

U bent van harte welkom om de originele ontwerpen aan te passen om ze passend te maken voor uw projecten;)!

Stap 2: Apparatuur en voorbereidingen

Laten we het eerst hebben over de processen die worden gebruikt om deze pcb's te produceren:

1. CNC frezen
2. Fiber/Yag-lasergravure (in feite degenen met 1064nm)

Zoals je kunt zien, zit er geen ets tussen. En de reden is dat ik (en ook de Fab Lab-gemeenschap), niet graag zuren gebruik, zowel om vervuiling als om gevaarlijke redenen.

Ook kunnen alle platen worden gemaakt door gewoon een desktop / kleine cnc-machine te gebruiken en / of lasergraveren zonder specifieke beperkingen met de ene of de andere techniek.

Trouwens, een Fiber/Yag-lasermachine kan gemakkelijk enkele duizenden $ kosten, dus ik denk dat voor velen van jullie een kleine CNC-machine beter zou zijn!

Als iemand nieuwsgierig is naar het lasergraveerproces, raad ik aan om de volgende tutorial te bekijken:

fabacademy.org/archives/2015/doc/fiber-lase…

Hier is een lijst met aanbevolen kleinformaat cnc-machines die u zou kunnen gebruiken:

• FabPCB Maker, open source fabbed cnc van een van mijn studenten Ahmed Abdellatif, minder dan 100 $ heeft enkele kleine verbeteringen nodig, zal binnenkort worden bijgewerkt
• 3810, minimalistische kleine cnc, nooit geprobeerd maar het lijkt erop dat het zou kunnen
• Eleks Mill, supergoedkope mini-cnc, persoonlijk gefreesde pakketten van 0,5 mm (LQFP100) met wat fijnafstelling
• Roland MDX-20, kleine maar superbetrouwbare oplossing van Roland
• Roland SRM-20, nieuwere vervangende versie van de MDX-20
• Othermill, nu BantamTools, betrouwbare en nauwkeurige kleinformaat CNC
• Roland MDX-40, grotere desktop cnc, kan ook voor grotere dingen worden gebruikt

Ik raad aan om de volgende vingerfrezen te gebruiken voor het graveren van de sporen:

• 0,4 mm 1/64 voor de meeste pcb's, bijvoorbeeld:
• 0,2 mm afgeschuind voor bijvoorbeeld middelzware klussen (zorg dat het bed vlak is!)
• 0,1 mm afgeschuind voor superprecieze klussen, voorbeeld1, voorbeeld2 (zorg dat het bed vlak is!)

En de volgende stukjes voor het uitsnijden van de pcb:

1 mm contourgereedschap, voorbeeld1, voorbeeld2

Pas op voor de Chinese, gaan echt weinig sneden mee!

De aanbevolen koperplaat die moet worden gebruikt, is FR1 of FR2 (35 µm).

De glasvezel in de FR4 zou gemakkelijk de vingerfrezen verslijten en ook het stof ervan kan behoorlijk gevaarlijk zijn voor uw gezondheid.

Hieronder volgen de gereedschappen die u in uw soldeerbank zou moeten hebben:

• soldeerstation, (enkele aanbevelingen: ATTEN8586, ERSA I-CON Pico)
• desolderen vlecht
• paar precisiepincetten
• helpende handen
• tafellamp met vergrootglas
• vergrootglas app
• soldeerdraad, 0,5 mm zou goed zijn
• elektronische componenten, (Digi-Key, Aliexpress enzovoort…)
• een soldeerdampafzuiger
• een multimeter

Stap 3: Bereid uw bestanden voor op frezen

Om de GCode te genereren, of om de machinecode van het specifieke formaat te hebben dat u nodig hebt, moet u Computer Aided Manufacturing (CAM)-software gebruiken.

Voel je vrij om elke CAM te gebruiken die je leuk vindt, vooral als deze bij je machine wordt geleverd en je je er prettig bij voelt.

In deze tutorial laat ik je zien hoe je de Fab Modules gebruikt, een open source webgebaseerde CAM van prof Neil Gershenfeld en zijn medewerkers.

De Fab-modules zijn beschikbaar als standalone installatie op uw pc of online:

• Fab Modules repository en installatie-instructies:
• Fab Modules online versie:

Voor de eenvoud laat ik je zien hoe je de online versie gebruikt.

Allereerst nemen de Fab-modules als invoer een zwart-wit PNG-afbeelding om de GCode voor uw PCB's te genereren.

Als je een bestaand satshakit-bord wilt maken zonder aanpassingen, hoef je alleen maar de PNG's (soms SVG's) te downloaden die ik heb voorbereid om te frezen. We maken de gaten meestal met de hand (met een kleine proxxon-boor), maar ik zal laten zien hoe je een-p.webp

Je kunt de PNG's hieronder of in de repositories vinden:

• satshakit

  • sporen
  • uitknippen

• satshakit micro

  • sporen
  • uitknippen

• satshakit multicore

  svg

• satshakit 128

  • sporen
  • uitknippen

• satshakit vluchtcontroller

  • sporen
  • uitknippen

• satshakit mini-vluchtcontroller

  • sporen
  • uitknippen

• satshakit nero

  • sporen
  • uitknippen

• satshakit GRBL

  • sporen
  • uitknippen
• satshakit mega
  • sporen
  • uitknippen

• satshakit M7

  • sporen
  • uitknippen

• satstep6600

  • top sporen
  • bovenste uitsparing
  • bodemsporen
  • onderste uitsparing

• satsha ttl

  • sporen
  • uitknippen

Als u een bestaand satshakit-ontwerp wilt wijzigen, moet u nog twee andere stappen uitvoeren:

1. gebruik Autodesk Eagle om het bord aan uw behoeften aan te passen
2. gebruik een rasterafbeeldingseditor om de PNG-afbeeldingen voor te bereiden, in dit geval zal ik het laten zien met Gimp

Nadat u de benodigde wijzigingen hebt aangebracht, gebruikt u de volgende stappen om een PNG-afbeelding uit Eagle te exporteren (zie bijgevoegde afbeeldingen):

1. Open de bordindeling
2. Druk op de laagknop
3. Selecteer alleen top en pads (ook VIA's als de PCB dubbellaags is zoals de satstep6600)

4. Zorg ervoor dat signaalnamen niet in de afbeelding worden weergegeven door naar Set->Misc te gaan en het vinkje weg te halen

   1. signaalnamen op pad
   2. signaalnamen op sporen
   3. padnamen weergeven
5. Zoom in op het bordontwerp zodat het op het zichtbare scherm past
6. Selecteer Bestand->Exporteren->Afbeelding

7. Stel het volgende in in het pop-upvenster Afbeelding exporteren:

   1. controleer zwart-wit
   2. selecteer Gebied->venster
   3. typ een resolutie van minimaal 1500 DPI
   4. Selecteer de locatie voor het opslaan van bestanden (Bladeren)
8. druk op de ok-knop

Hierna zou je een zwart-witte-p.webp

Nu is het tijd om de afbeelding met Gimp te openen en de volgende stappen uit te voeren (zie bijgevoegde afbeeldingen):

1. als de afbeelding grote zwarte marges heeft, snijd deze dan bij met behulp van de Extra->Selectiehulpmiddelen-> Rechthoekselectie-tool en selecteer vervolgens Afbeelding-> Bijsnijden tot selectie (houd nog steeds wat zwarte marge rond, zoals 3-4 mm)
2. exporteer de huidige afbeelding als traces.png
3. gebruik opnieuw de Tools->Selection Tools->Rectangle select tool en selecteer alle sporen (laat nog steeds een zwarte marge eromheen, zoals 1 mm)
4. maak optioneel een filet in de rechthoekselectie door te klikken op Selecteren->Afgeronde rechthoek->en vul een waarde van 15 in
5. klik nu met de rechtermuisknop in het geselecteerde gebied en Bewerken->Vul in met BG-kleur (zorg ervoor dat het wit is, meestal standaard)
6. exporteer deze afbeelding als cutout.png
7. open nu het trace.png-bestand dat u eerder hebt opgeslagen
8. gebruik de Tools->paint tools->bucket fill, vul alle zwarte gebieden die geen gaten zijn met wit
9. exporteer deze afbeelding als holes.png

Nadat u de PNG-bestanden hebt, bent u klaar om de GCode voor frezen te genereren.

Je moet wel de GCode genereren voor elke afzonderlijke-p.webp

Voor het traces-p.webp

1. ga naar
2. open het bestand traces.png

3. selecteer uw automaat:

   1. gcodes werken voor op GRBL gebaseerde machines (meestal zijn ook de kleine Chinese cnc erop gebaseerd)
   2. Roland RML voor Roland
4. selecteer proces 1/64
5. Als je de Roland RML hebt geselecteerd, selecteer dan je machine (SRM-20 of een andere enz.)

6. bewerk de volgende instellingen:

   1. snelheid, raad ik 3 mm/s aan met de 0,4 mm en de 0,2 mm afgeschuinde gereedschappen, 2 mm/s voor de 0,1 mm
   2. X0, Y0 en Z0, zet ze allemaal op 0
   3. snijdiepte kan 0,1 mm zijn met de cilindrische gereedschappen 0,4 mm, 0 mm met de afgeschuinde
   4. de diameter van het gereedschap moet degene zijn die je hebt (als sommige sporen onmogelijk te maken zijn, probeer het dan door iets minder diameter in te voeren dan degene die je hebt, totdat de sporen worden weergegeven nadat je op berekenen hebt gedrukt)
7. druk op de rekenknop
8. wacht tot het pad wordt gegenereerd
9. druk op de knop Opslaan om de Gcode op te slaan

Voor de holes-p.webp

1. laad de holes-p.webp" />
2. selecteer proces 1/32

3. bewerk de volgende instellingen:

   1. verlaag de snelheid, ik adviseer 1-2 mm/s
   2. controleer en plaats (iets meer dan) de dikte van je PCB-koperplaat
   3. controleer en plaats de gereedschapsdiameter voor de uitsnijding (meestal 0,8 of 1 mm)

Bewaar de bestanden die je hebt opgeslagen bij je, want we hebben ze nodig om de PCB te maken met de CNC-freesmachine.

Stap 4: PCB-frezen

Een eenvoudige regel om uw PCB's met succes te cnc-frezen, is om het machinebed goed voor te bereiden met de koperen plaat.

Bij deze taak moet je proberen heel kalm en zo precies mogelijk te zijn. Hoe meer u in deze twee zaken investeert, hoe beter de resultaten.

Het doel is om het koperen oppervlak zoveel mogelijk parallel (plat) te maken met het machinebed.

De vlakheid van de koperen plaat is vooral van cruciaal belang als u zeer nauwkeurige PCB's wilt frezen, waarvoor afgeschuinde gereedschappen nodig zijn, zoals die met een uiteinde van 0,2 mm of 0,1 mm.

Bedenk dat u na het graveren van de PCB-sporen nog steeds de PCB moet uitsnijden, en hiervoor is een zogenaamde opofferingslaag nodig.

De opofferingslaag wordt licht gepenetreerd door de uitgesneden vingerfrees, om ervoor te zorgen dat de snede volledig door de koperplaat gaat.

Het wordt aanbevolen om een dunne dubbelzijdige tape te gebruiken om de koperplaat op de opofferingslaag te plakken en om eventuele plooien van de tape te voorkomen.

Hier enkele basisstappen om een vrij vlak bed te maken (zie bijgevoegde foto's):

1. zoek een vlak stuk materiaal voor de opofferingslaag, dat al vrij vlak is geproduceerd (bijvoorbeeld een stuk MDF of geëxtrudeerd acrylaat); zorg ervoor dat het uitsnijdingsgereedschap erin kan doordringen en niet zal breken omdat het te hard is
2. snijd de opofferingslaag door de bedmaat van je cnc
3. plak stroken van de dubbelzijdige tape op de opofferingslaag, zorg ervoor dat deze wordt gespannen net voordat u deze bevestigt, om ervoor te zorgen dat er geen vouwen of luchtbellen ontstaan; de dubbelzijdige tape moet het grootste deel van het oppervlak op een gelijk verdeelde manier bedekken;
4. bevestig de koperen plaat aan dubbelzijdig plakband; probeer op een gelijke manier het hele oppervlak te duwen
5. bevestig de opofferingslaag aan het bed van uw cnc-machine, bij voorkeur met iets dat achteraf gemakkelijk te verwijderen is, maar stevig, zoals klemmen, schroeven

Na het opzetten van het bed is het tijd om de cnc machine voor te bereiden op het frezen. Ook deze operatie vereist aandacht en precisie. Afhankelijk van het soort CNC dat u heeft, kunnen deze stappen enigszins verschillen, maar niet echt veel.

Volg de onderstaande stappen om de cnc-machine voor te bereiden op frezen:

1. installeer het juiste gereedschap in de spantang (of gereedschapshouder)
2. zorg ervoor dat u de Z-as van het bed een beetje omhoog beweegt voordat u de X- en Y-as verplaatst, om te voorkomen dat de vingerfrees crasht
3. verplaats de X- en Y-as naar het relatieve oorsprongspunt, als je de Fab-modules hebt gebruikt, is dit de linkerbenedenhoek van de PNG
4. Controleer voordat u de X en Y in de machinebesturingssoftware op nul zet of er voldoende ruimte is om het bord te frezen
5. stel als X- en Y-nulpunt de huidige machinepositie in
6. ga langzaam naar beneden met de Z-as en plaats de vingerfrezen dicht bij het koperen oppervlak

7. er zijn verschillende technieken die je zou kunnen gebruiken om het nulpunt van de Z-as te nemen, het doel van deze stap is ervoor te zorgen dat de gereedschappen het koperen oppervlak iets raken:

   1. één techniek werkt door de spil te starten en naar beneden te gaan door de minimale stapgrootte van de machine te gebruiken; wanneer u een ander geluid hoort dat wordt veroorzaakt doordat de vingerfrees lichtjes in het oppervlak dringt, is dat uw Z-nulpunt
   2. u kunt proberen de elektrische connectiviteit van het gereedschap naar het koperen oppervlak te controleren met een multimeter; bevestig de multimetersondes aan de vingerfrees en aan de koperen plaat en probeer vervolgens met de Z-as naar beneden te gaan bij de minimale stap; wanneer de multimeter piept, is dat uw Z-nulpunt
   3. ga met het gereedschap dicht bij het oppervlak met een tussenruimte van enkele mm (zoals 2-3 mm), open dan de spantang en laat de vingerfrees naar beneden gaan om het koperen oppervlak aan te raken; sluit vervolgens de vingerfrezen in de spantang en stel dit in als het Z-nulpunt
   4. gebruik een sensor die door de machine wordt geleverd, in dit geval wanneer de vingerfrees de sensor raakt, zal de machine automatisch het Z-oorsprongspunt nemen

En eindelijk ben je nu klaar om je PCB-graveeropdracht te starten:)

Het wordt aanbevolen om dicht bij de machine te blijven om goed te observeren of u een fout hebt gemaakt in de bovenstaande stappen, en misschien te stoppen en de taak opnieuw te starten met de vereiste reparaties en/of aanpassingen.

Enkele snelle tips voor problemen:

• als uw PCB op sommige gebieden is gegraveerd en op andere niet, dan is uw koperen plaat niet vlak

  als uw gereedschap een cilindrisch uiteinde heeft, kunt u gewoon een iets diepere Z-as nemen en de taak opnieuw starten in dezelfde positie; hetzelfde geldt voor afgeschuinde gereedschappen en als het verschil in graveerdiepte niet veel is

• als uw sporen scherpe randen hebben, kan het beter zijn om de snijvoedingssnelheid te verlagen
• als je een (vrij nieuwe) vingerfrees kapot hebt gemaakt, verlaag dan de snelheid met een consistente hoeveelheid
• als je sporen vernietigd of te dun zijn, ben je misschien te diep, controleer ook de spoordikte in Eagle, of controleer je CAM-instellingen, vooral als de diameter van de vingerfrezen correct is

Wanneer het tijd is om de uitsnijding te doen, vergeet dan niet om het vingerfreesgereedschap te vervangen en de uitsnijding of het gatenbestand te openen. Denk eraan om, nadat u dit hebt gedaan, ALLEEN het nulpunt van de Z-as opnieuw te nemen, deze keer hoeft u niet zo nauwkeurig te zijn bij het aanraken van het oppervlak van de koperen plaat.

Wanneer het tijd is om uw PCB van de opofferingslaag te verwijderen, probeer deze dan langzaam los te trekken met een dunne schroevendraaier. Doe dit nogmaals heel voorzichtig om te voorkomen dat het bord barst.

Aan het einde van deze stap zou je een geweldige gegraveerde PCB in je handen moeten hebben:)!!