Stargate для вашего рабочего стола - Дизайн печатной платы: 6 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:51

Проекты Fusion 360 »

Если вам понравился этот проект, проголосуйте за него в конкурсе PCB Contest (внизу страницы)

Звездные врата SG-1 - мое любимое телешоу за всю историю. Последние пару месяцев я заставлял свою девушку смотреть весь сериал. Примерно в четвертом сезоне я увидел, что Instructables проводит конкурс PCB Contest, и это показалось мне прекрасной возможностью создать свои собственные Звездные врата, которые я мог бы поставить на свой стол.

Это то, что я придумал. Это печатная плата Stargate диаметром 4 дюйма с прилагаемым DHD (это устройство Dial-Home для непрофессионала), которое сидит на вашем столе и загорается! Коснитесь емкостной сенсорной панели на DHD, и каждый шеврон загорится последовательно. Доберитесь до 7-го шеврона, и червоточина загорится!

Печатная плата спроектирована как единое целое и разъединяется. DHD находится в центре, а внешние углы являются опорами для Stargate и DHD. Он работает от двух батареек AA, а держатель батарейки служит основанием DHD.

Логику обеспечивает ATtiny85, который включает светодиоды через регистр сдвига 74HC595. Читайте дальше, чтобы узнать, как я его сконструировал, и инструкции по его сборке!

Шаг 1: прототипирование

Если это вообще возможно, вы хотите создать прототип своих печатных плат на макетной плате, прежде чем что-либо будет изготовлено. В наши дни изготовление печатных плат очень доступно, но вы все равно не хотите тратить зря время или деньги.

В моем случае я никогда раньше не работал со сдвиговым регистром, поэтому мне нужно было сосредоточиться на тестировании. Чтобы узнать, как они работают, я во многом полагался на это учебное пособие:

На самом деле я совершил ошибку, заказав печатные платы до тщательного тестирования. В моем первоначальном дизайне использовались светодиоды WS2812B с индивидуальной адресацией. Они не сработали по нескольким причинам, и я потратил много времени и денег. Новый дизайн более простой и менее дорогой.

Чтобы создать прототип своего устройства сдвигового регистра для второй ревизии печатных плат, я выложил все на макетную плату. ATtiny85, сдвиговый регистр, резисторы и светодиоды включены. Существует также вторая область для программирования ATtiny85 через Arduino (Google, как это сделать, есть много руководств).

Полный список деталей для этого проекта:

• 1x ATtiny85-20PU
• 1x 74HC595 регистр сдвига
• 7 красных светодиодов диаметром 3 мм
• 1x синий светодиод 3 мм
• 2x резистор 120 Ом
• 1x 1P2T переключатель SPDT
• 1x держатель батареи

Прилагается код ATtiny85 (прошит с помощью Arduino). После тестирования я перешел к дизайну печатной платы.

Шаг 2: Дизайн печатной платы

Если вы просто хотите, чтобы печатные платы были сделаны с использованием моего дизайна, вы можете использовать прикрепленную папку StargatePlots.zip. Он содержит файлы Gerber, чтобы их сфабриковать

Физическая конструкция печатной платы была очень важна для конечного продукта, особенно потому, что она отслаивается, а части печатной платы используются в качестве опор. По этой причине я начал с САПР. Я использовал Autodesk Fusion 360 для проектирования печатной платы, включая выступы.

Схема печатной платы в Fusion 360

После того, как ваша печатная плата спроектирована в САПР, вам понадобится способ внести это в программное обеспечение для проектирования печатных плат, чтобы добавить надрезы по краям. Все, что вам нужно сделать в Fusion 360, - это создать новый эскиз на поверхности детали и спроецировать все края. Тогда просто сохраните набросок. В области просмотра компонентов (в левой части окна) выберите новый эскиз и экспортируйте его как DXF. Прибереги это на потом.

Схема KiCAD

Я сделал свой настоящий дизайн печатной платы в KiCAD. Я бы использовал Autodesk Eagle, но я сокращал его до крайнего срока конкурса, и у меня не было времени, чтобы научиться использовать Eagle. В KiCAD первым шагом является создание схемы печатной платы. Схема представляет собой упрощенную блок-схему вашего проекта, и ее основная цель - сообщить KiCAD, какие выводы компонентов соединены вместе.

Пользовательский компонент

В KiCAD почти все компоненты, которые я использовал, были встроены, поэтому я просто добавил их и соединил выводы. Большим исключением стала емкостная сенсорная панель, которая полностью изготовлена на заказ. Чтобы добавить это, мне пришлось создать новый отпечаток печатной платы.

Сначала я нарисовал форму сенсорной панели в InkScape. Затем я использовал преобразователь растровых изображений KiCAD, чтобы превратить его в посадочное место для нового компонента. Затем это было добавлено к моей схеме.

KiCAD PCB

Когда вы закончите свою схему, вы можете создать фактическую компоновку печатной платы. KiCAD просто выгружает все посадочные места на лист, и вам решать, как их расположить. Однако сначала вы хотите импортировать этот DXF контура вашей печатной платы.

Переключитесь на слой Edge Cuts, а затем выберите импорт DXF. Выберите ваш контур DXF, и он будет размещен на листе. Затем вы можете расположить свои следы по мере необходимости. Все эти шаги подробно описаны в более подробных руководствах по KiCAD. Наконец, добавьте немного медных заливок с закрытыми участками, чтобы они не попадали в вырезы.

Пользовательская шелкография

Звездные врата не обходятся без глифов, а это значит, что необходима индивидуальная шелкография. Я начал с того, что нашел в Google иллюстрацию Звездных врат, на которой четко видны глифы. Затем я использовал GIMP, чтобы удалить все изображение, кроме глифов, и сделал его черно-белым. Я взял это в InkScape, преобразовал в векторное изображение и масштабировал до нужного размера.

Оттуда процесс был похож на создание пользовательского посадочного места. Но вместо того, чтобы использовать изображение как след, я использовал его для слоя шелкографии. Затем я просто переместил его на печатную плату и расположил. Этот процесс был повторен для глифов DHD.

Шаг 3: Изготовьте свои печатные платы

Существует множество услуг по изготовлению, которые вы можете использовать для изготовления своих печатных плат. OSH Park - популярный выбор, который чрезвычайно прост в использовании и имеет отличное качество, но он немного дорогой - печатные платы тоже фиолетового цвета.

Для этого проекта я использовал сервис Seeed Studio Fusion PCB. Он был значительно более доступным, качество также было отличным, и они предлагали гораздо больше настроек. Например, мне удалось сделать их в черном цвете, и есть несколько доступных цветовых вариантов.

У вас будет несколько вариантов доставки, но я выбрал DHL. Я разместил заказ 11 января и получил свои доски 22 января. Общая стоимость, включая доставку, составила 51,94 доллара за 10 таких плат размером 101,6 x 101,6 мм. Если бы я заказал платы зеленого цвета по умолчанию, они были бы дешевле. Но 5,20 доллара за доску вполне разумно, учитывая их размер.

Все это говорит о том, что вы можете использовать любую услугу, какую захотите. Другие популярные варианты - JLCPCB и PCBWay. Все, что вам нужно сделать, это построить файлы Gerber из KiCAD или Eagle, чтобы загрузить свои проекты в эти службы. Если вы используете OSH Park, вы можете загрузить свой проект KiCAD напрямую.

Шаг 4: соберите доску

Если вы разработали свою собственную доску, вы должны знать, как ее собрать. Но, если вы используете мою конструкцию печатной платы, вот как ее собрать:

Все компоненты имеют сквозные отверстия и маркированы на плате, поэтому сборка должна быть простой. Каждый компонент размещен на стороне платы с этикеткой. Позиции ATtiny85 и 74HC595 отмечены тем, как они должны быть ориентированы. На микросхемах есть точка с маркировкой Pin 1, которая идет рядом с выемкой в контуре микросхемы на плате.

Светодиоды имеют полярность, поэтому при их установке необходимо соблюдать осторожность. Отрицательный катод (короткая ножка) светодиодов проходит через квадратное отверстие, а положительный анод (длинная ножка) проходит через круглое отверстие. Сначала припаяйте семь красных светодиодов для шевронов, а затем переверните плату.

Синий светодиод нужно согнуть под углом 90 градусов вниз к центру Звездных врат. Вставляйте только примерно наполовину, а затем отогните перед пайкой.

Далее идут провода DHD. Припаяйте одну сторону каждого провода к DHD части печатной платы, затем припаяйте другие концы к части Stargate. Неважно, какой провод в какое отверстие входит, емкостная сенсорная панель не имеет полярности.

Наконец, припаиваем провода аккумулятора. Если у вас первая ревизия платы, на ней будет неправильная маркировка и будет указано, что нижнее отверстие имеет «+» для положительного результата. Это была моя ошибка. Нижнее (внешнее) отверстие отрицательное. Итак, припаяйте положительный провод аккумулятора к верхнему (внутреннему) отверстию, а отрицательный провод к нижнему (внешнему) отверстию.

Шаг 5: 3D-печать ваших деталей

В этом проекте всего девять деталей, напечатанных на 3D-принтере: семь шевронных крышек, а также передняя и задняя части светодиода с червоточиной.

Шевроны просты и наклеены на светодиоды шевронов для придания особого стиля. Они должны быть напечатаны черным или серым цветом.

Рассеиватель светодиодов в виде червоточин разделен на две части, чтобы упростить печать и сделать ее более эффективной. Передняя часть напечатана полупрозрачной нитью, поэтому свет будет светить сквозь нее, а задняя часть напечатана белой нитью, которая помогает отражать свет обратно через переднюю часть.

Все эти изделия можно напечатать без подставок. Я рекомендую использовать высоту слоя 0,15 мм, заполнение должно составлять примерно 20%.

Шаг 6: Окончательная сборка

Чтобы закончить сборку Звездных врат, вам просто нужно соединить части горячим клеем. Во-первых, я рекомендую вам использовать наждачную бумагу или дремель, чтобы сгладить выступы на деталях печатной платы.

Затем с помощью небольшого количества горячего клея или суперклея прикрепите переднюю часть диффузора к задней части диффузора. Они должны быть концентрическими (по центру).

Затем залейте шеврон горячим клеем и надавите на светодиодный шеврон. Повторите то же самое для остальных шести шевронных светодиодов. Идите вперед и используйте еще немного горячего клея, чтобы прикрепить рассеиватель светодиода в виде червоточины на печатной плате. Есть небольшое отверстие для светодиода, поэтому просто вставьте его и используйте толстую часть диффузора в качестве поверхности для горячего приклеивания его к печатной плате.

Оберните провода DHD вокруг проводов аккумулятора несколько раз, чтобы они оставались аккуратными. Печатная плата DHD предназначена для установки на верхнюю часть держателя батареи, поэтому приклейте ее туда горячим клеем (так, чтобы провода батареи были внизу). Затем с помощью горячего клея прикрепите опоры (без выемок) к сторонам держателя батареи, чтобы он оставался вертикальным и устойчивым.

Наконец, вставьте опору с выемками в соответствующие выемки на плате Stargate. Нанесите немного горячего клея на каждую, чтобы удержать их на месте.

И вы сделали! Просто включите переключатель, подождите несколько секунд, а затем вы можете коснуться сенсорной панели, чтобы задействовать каждый шеврон и создать червоточину!