Browsergebaseerde PCB's: 7 stappen

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:17

Als u projecten aanneemt of maakt, zullen sommige gemakkelijk zijn en andere moeilijk. Sommige zullen eenmalig zijn en andere zullen op grote schaal moeten worden gemaakt. In dit artikel zullen we mijn grootste project tot nu toe onderzoeken, Distributed Symphony, en hoe de microcontroller in zijn kern werd gebouwd in een browser.

Stap 1: De kans

The Distributed Symphony is het grootste en meest complexe project dat ik heb uitgevoerd. Een keer per jaar heb ik de unieke kans om een leuke ervaring te brengen naar een corporate offsite voor een publiek van 600 executives. De afgelopen paar afleveringen is het "plezier" verpakt als een ontwerpuitdaging. De opdracht voor de eerste iteratie was om een ballenmachine te bouwen die een bal precies twee seconden op zijn pad stuurt. Elk opeenvolgend jaar had een toenemende complexiteit en technische aanwezigheid. Dit jaar besloot ik dat het tijd was om een ervaring te ontwerpen die ontzagwekkend was.

Stap 2: Gedistribueerde symfonie

Het project bestond uit honderdtwintig kits met alle ingrediënten die een team van vijf nodig had om een percussie-instrument te maken. Elke kit bevatte de volgende items.

• Verbonden microcontroller
• Solenoïde Ball Dropper
• Geïnstrumenteerde resonator van een Glockenspiel
• Triggerknop
• Tien houten ballen
• Bouwstoffen
• Artistieke elementen

Centraal in dit project stond de microcontroller. Het toevoegen van logica en cloudconnectiviteit was bedoeld om de ervaring te verbeteren en niet in de weg te zitten. De controllerkaart had een aanzienlijke functionaliteit die op de eenvoudigst mogelijke manier werd weergegeven. Weerstandswaarden, stroomproblemen, diodes en condensatoren werden in het bordontwerp ingebakken, zodat de deelnemers zich vrij konden concentreren op de uitdaging en niet op de technologie.

Stap 3: Grijp kansen

Dit project bood de mogelijkheid om een zwerm aangepaste SMT-microcontrollerkaarten te bouwen. Dit was nieuw voor mij, maar leek me iets om te leren en een grote uitdaging. Voor het ontwerpen van de boards heb ik Upverter gebruikt. Het is een erg coole, browsergebaseerde end-to-end oplossing voor PCB-ontwerp en -productie. Als u eenmaal gewend bent aan het vinden van componenten in hun bibliotheek, is het gemakkelijk te gebruiken. De borden waren gebaseerd op de zeer capabele ESP32-microcontroller. De borden zijn ontworpen om dit project te overleven, omdat ze waren gemarkeerd voor donatie om kinderen te helpen code en circuitontwerp te leren. Elk bord heeft de volgende kenmerken:

• ESP32 Micro Controller - Geschikt voor Wifi en Bluetooth
• Twee PWM-solenoïde/motor-headers
• Vier geaarde 3.3V GPIO-headers
• Twee Neopixel Strip-stuurprogramma's
• Twee capacitieve touchpads en optionele headers
• LCD-scherm aan boord
• Aan boord van enkele Neopixel
• Aan boord van USB naar UART-programmeur -
• 5V stroombus
• 3V stroombus

Het project gebruikte slechts een enkele Solenoid Driver, het LCD-scherm, Neopixel aan boord en drie van de GPIO-headers. De extra functionaliteit is sindsdien gebruikt als onderdeel van praktische lesworkshops voor kinderen.

Stap 4: Plan het uit

De eerste stap bij het maken van uw aangepaste PCB's is om het te plannen. Als het gaat om circuitontwerp, betekent dat het maken van uw schema. Ik gebruikte mijn breadboard om elke functie van het grotere project te ontwerpen. Toen elk circuit begon te werken, heb ik het zorgvuldig vertaald in de Upverter Schematic-tool. Daarna heb ik het breadboard leeggemaakt en aan het volgende gedeelte gewerkt totdat het controllerboard logisch compleet was.

Stap 5: Leg het uit

De volgende stap in de hardwareproductie is de PCB-layout. Dit was veel leuker dan ik dacht dat het zou zijn, het was alsof ik SimCity met elektriciteit speelde. De lay-outtool Upverter is best cool en leuk om te gebruiken. Hoe meer ik ermee werkte, hoe meer ik het ontwerp polijstte en waar mogelijk voor stijlpunten ging. Het is jouw taak om draden toe te voegen tussen de componenten. Er zijn groene lijnen die verbindingen markeren die niet met koper zijn getraceerd. Het meest opwindende deel van de PCB-lay-out is de mogelijkheid om grondsporen over te slaan. Het enige wat ze hoeven te doen is de onderste laag aanraken en ze zijn geaard, makkelijk! Nu we het toch over de onderste laag hebben, dat is nog iets moois. Als je veel sporen hebt die in de weg zitten, hoef je alleen maar naar de onderste laag te gaan, om het verkeer heen te gaan en aan de andere kant weer omhoog te komen.

Stap 6: Maak het echt

Als je eenmaal naar productie gaat, worden de dingen echt en erg duur. Zoek een productiehuis waar je je prettig bij voelt of een die iemand die je kent al eerder heeft gebruikt. Je stuurt ze bestanden om je boards te maken en optioneel de volledige montage te doen. Het grootste deel van de kosten zit in het kopen van de onderdelen en montage. Omdat dit project veel eenheden vereiste en componenten voor opbouwmontage gebruikten, koos ik voor het productiehuis om de montage te doen.

Upverter heeft een downloadsectie waar u de bestanden kunt genereren die u aan productie moet overdragen. Om wat terug en vierde op te slaan, is hier de lijst met bestanden die ik heb geëxporteerd:

• GerberFiles
• NC-boor (Excellon)
• XYRS (kies en plaats)
• Stuklijst

Wees klaar om een of twee kleinere testruns te doen voordat u uw grote bestelling verzendt. Mijn ontwerp ging naar twee kleine productieruns, elk met fouten vóór de grote order van honderddertig stuks. Ik vulde de bestelling met tien aan voor het geval sommige borden met fouten waren geproduceerd. Zoals je op de tweede afbeelding kunt zien, moest ik groene jumperdraden gebruiken om de planken van een van de eerdere productieruns te bevestigen. Dat is alles, u bent nu de trotse eigenaar van 5 tot 50.000 aangepaste controllerkaarten.

Stap 7: De onthulling

Dit was het bitterzoete einde van een lange lange weg. De kits werden uitgedeeld en prompt werd gegeven. De teams gingen aan de slag om een percussie-instrument te bouwen dat bij elke druk op de knop op betrouwbare wijze een bal op de resonator kon laten vallen. Naarmate de build vorderde, onthulden we dat de projecten met de cloud waren verbonden en bijbehorende mobiele dashboards hadden. De teams gebruikten het mobiele dashboard om patronen in hun apparaten af te spelen. "Save and a Haircut" was nu het doel. Toen het grootste deel van de teams "Shave an a Haircut" had kunnen spelen, waren we klaar voor het recital.

Iedereen laadde zijn ballentrechters en deed een stap achteruit. We gebruikten onze administratieve console om individuele machine-offsets te berekenen en liedjes op alle machines af te spelen alsof ze een enkel instrument waren. We testten met Guns and Roses en speelden wat Bach. De zaal vulde zich met zachte muziek en het was een succes.

Blijf bouwen en laat aangepaste PCB-projecten je niet afschrikken of in de weg staan. Ze zijn volledig uitvoerbaar en er is een hele wereld aan ondersteuning.