Дизайн печатной платы для робота-следящего за линией - Арнаб Кумар Дас: 4 шага

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:50

В этом проекте предполагается, что мы уже выполнили выбор компонентов. Для правильной работы системы важно понимать, что требует каждый компонент с точки зрения мощности, напряжения, тока, пространства, охлаждения и т. Д. Также важно понимать зависимости между каждым компонентом. Зависимости, такие как логический уровень, шум передачи, импеданс и т. Д. Прочтите предыдущие статьи о системных требованиях, выборе компонентов / материалов.

Очень важным аспектом дизайна этого проекта является печатная плата, поскольку наша цель - максимально уменьшить форм-фактор робота-следящего за линией, что, в свою очередь, снизит вес. Небольшой размер и меньший вес повышают эффективность, а также сокращают потери из-за аэродинамического трения. Если вы увидите гоночный автомобиль F1, вы поймете, насколько он эффективен с точки зрения аэродинамики. Чтобы повысить эффективность и снизить вес, мы должны удалить все ненужные компоненты и сместить центр масс как можно ниже. Для этого я подумал об использовании печатной платы в качестве шасси. Это уменьшит вес и сделает CM намного ниже, что, в свою очередь, повысит устойчивость при поворотах. Изготовление шасси с печатной платой также сокращает время, необходимое для сборки, и упрощает работу, поскольку нам просто нужно припаять компоненты в нужном месте и начать с тестирования программного обеспечения. Поскольку печатные платы будут изготавливаться роботами и станками с ЧПУ, это выглядит лучше, чем любое другое шасси.

Шаг 1. Используемое программное обеспечение

Для этого проекта я специально использую бесплатное программное обеспечение и программное обеспечение с открытым исходным кодом, чтобы студенты и все, у кого нет доступа к платному программному обеспечению, также могли выполнять проект эффективно и профессионально.

Я использовал KiCad для проектирования схем и печатных плат и считаю, что это потрясающее программное обеспечение. Раньше я использовал Eagle CAD и Altium, но даже несмотря на то, что KiCad бесплатен, он имеет все важные возможности и инструменты для профессионального проектирования вашей печатной платы и ее изготовления. Даже для вашей печатной платы доступна 3D-визуализация.

Пакет KiCad состоит из пяти основных частей:

• KiCad - руководитель проекта.
• Eeschema - редактор схематических изображений.
• Pcbnew - программа компоновки печатных плат. Он также имеет трехмерный вид.
• GerbView - программа просмотра Gerber.
• Bitmap2Component - инструмент для преобразования изображений в посадочные места для печатных плат.

Я не собираюсь подробно рассказывать, как разработать схему и компоновку печатной платы, поскольку это не входит в объем данной публикации / статьи. Основная важность этой статьи - продемонстрировать продукцию KiCad и показать, как она заказывается и производится. Прежде чем мы начнем с схемотехнического проектирования, рекомендуется создать папку проекта и хранить в ней все файлы. Ниже приведен пример.

Шаг 2: Схема

Для схемы мы должны открыть инструмент Edit Schema Tool из или Eeschema. После открытия вы должны увидеть пустой документ в окне, как показано ниже.

Иногда нам нужно создать новые символы схемы, поскольку в библиотеке по умолчанию их может не быть. Вам нужно изучить таблицу для этих компонентов и добавить их в пользовательскую библиотеку, как это сделал я в моем случае. Я создал символы библиотеки для датчика QTR-8RC, OLED-дисплея SSD1306, платы драйвера двигателя TB6612FNG, двигателя N20 с энкодерами. Как только символы библиотеки созданы, я соединил их вместе, чтобы сформировать систему.

Вы можете скачать схему по ссылке ниже. Позже, в конце руководства, я добавлю несколько хороших руководств по KiCad, чтобы вы могли изучить их и сделать это самостоятельно.

ЧТОБЫ СКАЧАТЬ ДИЗАЙН, ПОСЕТИТЕ МОЙ ВЕБ-САЙТ:

Шаг 3: компоновка печатной платы

Как только схема будет закончена, пора переходить к разводке печатной платы. Иногда вам также необходимо создать посадочное место для некоторых компонентов, если их нет в библиотеке. Для создания посадочного места вы можете использовать инструмент редактора библиотеки посадочных мест в KiCad.

Я использовал здесь двухуровневый дизайн, потому что он очень упрощает компоновку, когда у вас есть много компонентов, распределенных на плате. Чтобы начать проектирование печатной платы, мы должны открыть программу PCB Layout Editor в KiCad. Вы должны увидеть что-то вроде ниже, но с пустым документом.

Мы будем использовать NextPCB в качестве службы производства печатных плат, поэтому важно увидеть, каковы минимальные и максимальные технические ограничения, которые они имеют для своего производства. Чтобы проверить это, нам нужно посетить их страницу возможностей. Основные параметры, которые мы должны проверить:

• Максимум. Размер 510 * 590 мм
• Мин. След 4 мил / 0,1 мм
• Мин. Расстояние между дорожками 4 мил / 0,1 мм
• Мин. размер отверстия 0,3 мм
• Мин. Диаметр переходного отверстия 0,45 мм
• Расстояние между переходными отверстиями для трассировки ≥5 мил
• Размер сверла 0,2-6,3 мм
• От трассы до контура ≥0,4 мм

Основываясь на приведенных выше параметрах, мы должны скорректировать наши правила проектирования в редакторе макетов KiCad.

В конце руководства я прикреплю несколько хороших руководств по проектированию печатных плат в KiCad, из которых вы можете научиться. Ниже приведен прилагаемый дизайн печатной платы, который вы можете использовать для справки.

ЧТОБЫ СКАЧАТЬ ДИЗАЙН, ПОСЕТИТЕ МОЙ ВЕБ-САЙТ:

Шаг 4: Изготовление печатной платы

Прежде чем мы будем производить печатную плату в таком заводе по производству печатных плат, как NextPCB, нам необходимо преобразовать нашу конструкцию в технологичный формат, который может быть прочитан промышленными машинами.

Вышеуказанные настройки использовались для генерации всех файлов Gerber. рекомендуется экспортировать файлы в отдельную папку Gerber, как это сделал я.

Информация об отверстиях на печатной плате хранится в отдельном файле сверления, и для его создания я использовал приведенную выше конфигурацию для NextPCB. У других производителей могут быть другие настройки. Существует множество причин для выбора NextPCB, одна из которых - прозрачность производственного процесса. Ниже представлены фотографии с их завода.

Они также принимают различные варианты оплаты: PayPal, банковский перевод, Western Union, оплата наличными в штаб-квартире. Для способов доставки у них есть DHL, FedEx, Hongkong Post, что удобно с разными ценами и преимуществами. Для оформления заказа нам необходимо создать учетную запись на сайте. Вы можете использовать ссылку для регистрации и создать новую учетную запись. после создания учетной записи вы увидите что-то вроде ниже.

Следующим шагом является загрузка ваших файлов Gerber и размещение успешного заказа для начала производства. После того, как ваш Гербер будет сгенерирован, рекомендуется заархивировать их в один файл и загрузить.

После завершения загрузки вы можете увидеть заказ на странице своей учетной записи.

Ваш заказ будет должным образом проанализирован, и как только он будет готов к производству, они запросят оплату, и как только оплата будет очищена, производство будет начато.

Они прилагают большие усилия для анализа ваших файлов Gerber, поскольку они могут содержать ошибки и могут не работать надлежащим образом, если отверстия слишком малы или есть какие-либо другие ошибки в конструкции.

После того, как печатная плата будет проверена и изготовлена, вы получите печатную плату через несколько дней и будете готовы к работе над ней.

ДЛЯ СПЕЦИАЛЬНОЙ СКИДКИ ПОСЕТИТЕ ССЫЛКУ: NextPCB, и вы можете получить 10% скидку на заказ на сборку печатных плат и печатных плат (проверка активности: 26 марта 2020 г. - 30 апреля 2020 г.)

Спасибо, что прочитали эту статью, надеюсь, она вам поможет. Не забудьте ознакомиться с другими статьями из этой серии.