Een uitbreidings-PCB ontwerpen (Intel® IoT): 20 stappen

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:15

Deze Instructable is geschreven als een startpunt voor diegenen die de Intel® Edison ten volle willen benutten door deze op te nemen in een volledig ontwikkeld embedded project. Om dit te doen, zult u waarschijnlijk - zoals Intel® het noemt in de Edison's Hardware Guide * - een op maat gemaakte "door de gebruiker ontworpen uitbreidingsprintplaat" moeten maken.

[* Zie de inleiding van de hardwarehandleiding (PDF) voor referentie.]

Wut… op aarde een "door de gebruiker ontworpen uitbreidingsprintplaat" is?

Een uitstekende vraag! Om te begrijpen wat een uitbreidingsprintplaat voor de Edison is, moeten we echt eerst bedenken wat de Intel® Edison-module zelf eigenlijk is en waarvoor deze het meest geschikt is.

Psst, weet je al:

1. wat uitbreidingskaarten voor de Intel Edison zijn (Arduino, Breakout, etc.);
2. wat de Edison-module is / en wanneer u deze moet gebruiken via alternatieve beschikbare platforms; en weet je?
3. wanneer moet je de tijd en moeite nemen om een compleet uitbreidingsbord te ontwikkelen in plaats van het bestaande Arduino-uitbreidingsbord of breakout-bord met een aangepast schild te gebruiken?

Als dat het geval is, kunt u de onderstaande achtergrondinformatie overslaan en doorgaan naar het gedeelte Aan de slag bij stap 2.

De Intel® Edison is een kleine computer op een module (COM) die oorspronkelijk bedoeld was om te worden gebruikt als ontwikkelplatform voor draagbare technologie. Zelfs voor zijn kleine formaat is het echter nog steeds mogelijk te groot voor veel draagbare toepassingen - en Intel® heeft nu een nieuw platform ontwikkeld, de Curie. De Edison heeft echter nog steeds veel opwindende toepassingen en is rijp voor het creëren van innovatie binnen de makergemeenschap.

Wat Edison niet is?

Het is belangrijk om te begrijpen wat de Intel® Edison niet is en wat het wel is. De Edison is een interessant stuk makerhardware, omdat het in een vrij nieuwe niche bestaat. Het is gemakkelijk om de Edison te proberen en te vergelijken met een Raspberry Pi® of een Arduino®, vooral gezien de huidige standaardoptie om de Edison aan te sluiten op een Arduino®-compatibel uitbreidingsbord. Hoewel de Edison compatibel is met de Arduino IDE, is de Edison geen Arduino. De compatibiliteit met het Arduino-platform is slechts een uiterst slimme marketingtactiek om Intel® te helpen marktaandeel terug te winnen; een tactiek die toevallig ook zeer gunstig is voor hun doelmarkt, wat ik in de volgende sectie zal uitleggen. High-five Intel®!

De Edison is ook zeker geen Raspberry Pi. Terwijl de Pi een computer met één bord is, compleet met grafische uitvoer, toetsenbord- en muisondersteuning, en in staat om een traditionele pc op vele manieren te vervangen, is de Edison een module die bedoeld is om in een ander product of bord te worden ingebouwd; en belangrijker nog, zonder een traditioneel scherm dat er rechtstreeks op is aangesloten. Het is nauwer verwant aan de Raspberry Pi Compute Module, een ander hulpmiddel dat bedoeld is om in andere producten te worden geïntegreerd.

In tegenstelling tot de RPi CM heeft de Edison geen goede grafische ondersteuning, maar is hij sneller bij sommige rekentaken, is hij standaard voorzien van WiFi en Bluetooth en is hij *extreem* energiezuinig en ruimtebesparend. Dit maakt het ongelooflijk nuttig voor ontwikkelingen van het type Internet of Things (IoT) of Machine to Machine (M2M). Inderdaad, hier schittert de Edison echt! Deze Instructable is ontworpen om u te helpen bij het plannen en ontwikkelen van een PCB voor uw eigen embedded systeemproject met behulp van de Edison.

Deze gids gaat NIET de technische knowhow uitleggen over het ontwerpen van een PCB, of zelfs een basiscircuit specifiek, omdat er veel uitstekende Instructables zijn die al bestaan en dat doel beter dienen dan ik zou kunnen. In plaats daarvan zal het u door een algemeen proces leiden dat u moet doorlopen bij het ontwerpen van een PCB, en de informatie relateren aan het bouwen van een uitbreidingskaart voor de Edison-module. De gids zal ook enkele van de belangrijke overwegingen vermelden die moeten worden onthouden met betrekking tot het ontwerpen voor de Edison-module.

Overzicht van maakbaarheid

Moeilijkheidsgraad:	…………	Je moet complexe schakelingen kunnen begrijpen.
Gereedschap:	…………	Je hebt echt alleen een computer nodig.
Kosten:	…………	BONUS: De benodigde software is gratis verkrijgbaar!

Waarschuwing: de auteur van deze Instructable is GEEN professional. Het gebruik van de informatie uit deze tutorial is op eigen risico van de lezer. De auteur aanvaardt geen aansprakelijkheid voor eventuele verwondingen van de lezer of schade aan de apparatuur van de lezer op basis van deze instructies!

Stap 1: Achtergrondinformatie

Persoonlijk ben ik tot de conclusie gekomen dat de Intel® Edison een perfect hulpmiddel is voor twee van de drie hoofdfasen in een makersreis van student naar pro-maker, of zelfs de reis om een hardwaregerichte ondernemer te worden (Kickstarter-projecten iemand?):

Een Arduino-compatibele ontwikkelaarskit voor studenten, met behulp van het Arduino Breakout Board; ??? (Ik zal het hieronder uitleggen); en Een algemeen rekenplatform voor ondernemers en pro-makers.

Het Edison en Arduino Breakout Board is absoluut perfect om aan studenten en beginnende hobbyisten te geven om hun eigen coole experimenten en widgets te ontwikkelen, door gebruik te maken van een zeer flexibel en krachtig platform. Intel® was zeer intelligent..ligent (ik beloof, ik zal die woordspeling niet meer maken.. haha) vanuit een marketingperspectief in samenwerking met Arduino…

Als student in de vroege stadia:

In wezen begin je met een supercharged Arduino die je kunt gebruiken om je hart te coderen, zonder je zorgen te maken over een gebrek aan rekenkracht of opslaggeheugen (erg handig als beginnende student). Als je eenmaal hebt geleerd hoe je de Arduino IDE moet gebruiken en iets uitdagenders wilt, ga je verder met het gebruik van Yocto Linux en je keuze voor een "mainstream" programmeertaal voor algemene doeleinden, zoals C, Python of Node.js. Nu heb je vaardigheden ontwikkeld die de rest van je leven nuttig zullen blijven; je hebt de basis van programmeren geleerd (d.w.z. de eigenlijke logische vaardigheden) en eenvoudige hardware-integratievaardigheden met de Arduino IDE, en vervolgens heb je die vaardigheden kunnen overbrengen naar algemene, platformonafhankelijke talen. Dit vermogen om de kennis van een programmeur over concepten van de Arduino C/C++-achtige programmeertaal over te brengen naar andere talen is een broodnodige vaardigheid voor beginnende programmeurs en ontwerpers.

Van student tot maker… Niet zo snel:

Vanaf daar begint het beoogde gebruik van de Edison op de "user journey map" van student tot pro-maker echter een beetje onduidelijk te worden. Veel studenten willen meer complete projecten ontwikkelen zodra ze deze basisconcepten onder de knie hebben - dat wil zeggen, het soort dingen dat je mee naar huis kunt nemen en aan familieleden kunt laten zien, en het zijn projecten die hun geveinsde interesse waard zijn. Hoewel een knipperende LED cool is voor ons, maker-nerds, zullen de meeste dreuzels er niet door opgewonden raken. Dreuzels (ouders, verre verwanten, vrienden, voorbijgangers op straat, etc.) *zijn* vaak wel geïnteresseerd en onder de indruk van werkende prototypes, die laten zien waartoe de maker in staat is. En helaas lijkt dit op dit moment Edisons zwakste punt te zijn.

Meestal lijkt het erop dat de Edison niet bijzonder geschikt is voor permanente inbedding in "hobby" -projecten of prototypes zonder een aangepaste uitbreidings-PCB te ontwikkelen. Waarom? Vanwege de kosten.

Het Breakout-bord probeert deze leemte op te vullen, maar in werkelijkheid flopt het in sommige gevallen.

Van maker tot pro (definitieve ontwerpen ontwikkelen)

Als je voorbij het stadium kunt komen (nog in ontwikkeling…)

Dus, "Wat ga je maken" met "Intel® Edison Inside™"?

Ik maak een educatief roboticaplatform voor studenten. Mijn eerste versie zal een Intel® Edison in het ontwerp opnemen en zal oorspronkelijk een Edibot worden genoemd.

[…]

Dus nu we weten waarvoor we een PCB bouwen, gaan we aan de slag! (je kunt natuurlijk de concepten in de tutorial gebruiken en toepassen op je eigen ontwerp of product)

Stap 2: Aan de slag… Soort van

Allereerst moet u The Flipping* Manual lezen, een paar andere voorbereidende fasen doorlopen en dan uw spullen verzamelen. Dit zou eenvoudig genoeg moeten zijn…

(*of voeg een krachtterm in als je daar de voorkeur aan geeft)

Oké, voordat je zelfs je PCB-routeringssoftware opent, moet je de volgende dingen doen:

Lees de flipping-handleiding Voltooi de basisontwikkeling van uw project, inclusief: een werkend prototype ontwikkelen voor uw ingebedde project; Ontwikkelen van een concept voor het eindproduct (havenlocatie, etc.); en plan de afmetingen van de uiteindelijke behuizing voor uw ontwerp Leer hoe u uw gekozen PCB-routeringssoftware gebruikt Verzamel uw spullen (materialen)

Items 2 en 3 vallen volledig buiten het bereik van deze instructable, omdat het al een lange en gedetailleerde beschrijving is. Ik heb enkele opmerkingen over de onderstaande items toegevoegd om u op weg te helpen. Als er voldoende oprechte interesse in mij is om enkele instructables voor die drie items te schrijven en ze aan dit artikel te koppelen, zou ik dat graag doen. Laat het me weten in de reacties.

Oké, laten we beginnen!

Lees de flipping-handleiding

Ga en download het document "Intel® Edison Compute Module – Hardware Guide" van de website van Intel® en lees het.

Serieus, het is lang en technisch en saai en gaat maar door en door… maar je gaat iets verprutsen in je PCB-ontwerp als je het niet leest, en er kan magische rook vrijkomen. Idealiter doe je dit zodra je besluit dat je de reis van student naar pro-maker gaat maken, aangezien er verschillen zijn in de componenten die werken met de breakout boards, en de componenten die je direct kunt gebruiken met de Edison-module.

Het grootste deel van het document is niet zo ingewikkeld om te begrijpen wat het betekent en hoe het zich verhoudt tot het PCB-ontwerp. Intel heeft uitstekend werk geleverd door een redelijk makervriendelijk technisch document te produceren dat normaal gesproken is geschreven voor OEM-/engineeringtypes. Je hoeft alleen maar te negeren dat het er lang uitziet en veel eng uitziende diagrammen heeft voor niet-ingewijden.

Breek het sectie voor sectie op en neem gewoon de tijd om ervoor te zorgen dat u elk onderdeel van het document begrijpt. U hoeft niet per se de technische redenen te begrijpen waarom u iets op uw PCB op een bepaalde manier moet maken, alleen wat u moet doen en waar u rekening mee moet houden bij uw ontwerp. Uiteindelijk zal het als geheel logisch zijn. Als je ergens vastloopt, post je online in een van de vele beschikbare communities, geef je aan dat je aan het leren bent en geïnteresseerd bent in het maken van embedded projecten, en stel je vervolgens je vraag. Grote kans dat iemand kan helpen.

Voor vragen met betrekking tot de Intel Edison en aanverwante projecten, raad ik aan om vragen te stellen op StackOverflow (subsite invoegen), het Intel Community Forum of deze website, Instructables _. Je kunt natuurlijk ook al je vragen stellen in de opmerkingen hieronder, maar erken alsjeblieft dat ik op geen enkele manier een professionele elektrotechnisch ingenieur ben, dus er zullen vragen zijn waarop ik de antwoorden niet begrijp. Deze instructable is in feite mijn vertaling van het hardwaregidsdocument zoals ik het begrijp, vermengd met een paar ontwerpprocessen die ik de afgelopen jaren ben tegengekomen die specifiek verband houden met het ontwerpen voor de Edison-module (en ik verwelkom ook alle opmerkingen die voor de hand liggend en dood veroorzakende fouten!). Kortom, ik zal een "get it done" -benadering volgen met een diep begrip van de technische aspecten van elektrische circuits.

Leer hoe u PCB-routeringssoftware gebruikt (ook bekend als Electronic Design Automation Software)

Er zijn veel opties voor EDA-softwareoplossingen om uit te kiezen:

Allegro PCB Designer wordt gebruikt door professionals, zoals Intel. Dat klopt, de Edison is ontworpen met dit specifieke softwarepakket. Het is echter duur - waarschijnlijk buiten uw budget. Het andere dure EDA-softwarepakket waar ik persoonlijk in geïnteresseerd ben, is van Altium. Ze zijn een Australisch bedrijf en ik wil graag meer leren over software van mijn thuisbedrijf.

De waarheid is echter dat ik niet genoeg weet om commentaar te geven op een van deze aanbiedingen buiten hun prijs. Ze zien er interessant uit en ik geloof dat Altium een aantal goedkopere opties biedt voor studenten en hobbyisten die ik graag wil verkennen. Ik zal deze sectie bijwerken als ik ooit de kans krijg om met professionele opties te spelen. Naast de professionele opties, heb je dan de meer hobbyistenniveau-opties om uit te kiezen:

EAGLE van CadSoft is de absolute defacto standaard, en persoonlijk houd ik er niet van. Zoals de meeste EDA-softwarepakketten is het lelijk. Noem me oppervlakkig, maar ik vind dat software er zowel goed uit moet zien als intuïtief in het gebruik moet zijn. EAGLE doet dat ook niet. Dat gezegd hebbende, elke grote PCB-fabrikant die productie op hobbyniveau ondersteunt, ondersteunt bestanden die op de een of andere manier door EAGLE zijn gegenereerd. Het is een zeer veilige optie om mee te werken en is beschikbaar op Mac, Linux en Windoze. KiCAD Fritzing 123D Circuits van Autodesk

Er zijn natuurlijk meer opties. De gemakkelijkste plaats om de verschillende kenmerken van de verschillende opties te zien, is door dit artikel over EDA-softwarevergelijking van Wikipedia te bezoeken.

Materialen

Prototype (breadboardschakeling, enz.)

Kritisch denken

Fysiek ontwerp

Computer waarop EDA naar keuze is geïnstalleerd

Oké, dus het is een lang proces geweest en we zijn nog niet eens begonnen met het ontwerpen van de eigenlijke PCB zelf. Ik heb nooit gezegd dat het toch gemakkelijk zou worden, maar het is een zeer bevredigend project om te voltooien. Het is een bijzonder goed gevoel om een PCB te ontwerpen voor de meer complexe projecten waar de Edison-module geschikt voor is.