Рождественская елка на печатную плату за 1 доллар: 7 шагов (с изображениями)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:52

Подписывайтесь на меня в Твиттере! Следуйте еще от автора:

О себе: Меня зовут Лоанн Буден, я производитель и французский студент, изучающий электронику недалеко от Парижа. Я люблю делать вещи сам и делиться своими проектами со всеми. Подробнее о лодке »

Новогодняя елка для печатных плат от Loann BOUDIN | 2018 г.

Что делать любителю электроники с приближением Рождества? Елка PCB конечно же!

Как член небольшого клуба любителей электроники, мне нравится делиться своей страстью к электронике и дизайну печатных плат в небольших проектах. На Рождество я хотел познакомить новых участников со вселенной SMD-пайки с помощью забавного и простого проекта: припаять миниатюрную рождественскую елку на печатную плату со встроенными светодиодами SMD 0805.

В этом руководстве описывается процесс, которым я следовал, чтобы представить, спроектировать и создать кучу дешевых, маленьких, светящихся рождественских елок на печатных платах по цене менее 1 доллара за штуку. Наслаждаться:)

И… если вам понравилась эта инструкция, рассмотрите возможность проголосовать за этот проект в конкурсе PCB Contest! Спасибо !

Шаг 1. Спецификация, необходимые инструменты и навыки

Тебе понадобится:

Необходимые инструменты:

• паяльник
• припой
• наждачная бумага
• плоскогубцы
• кусачки
• тонкий пинцет

Дополнительные (но удобные) инструменты:

• Экстрактор дыма
• мультиметр
• великолепное стекло

Навыки и умения:

базовые навыки пайки

Спецификация материалов:

Компоненты	Поставщик	Оптовая цена ($)	Цена за печатную плату ($)
11x 0805 мигающих светодиодов SMD	Алиэкспресс	15, 79	0, 29
1x CR1220 аккумулятор	Алиэкспресс	0, 75	0, 15
1x держатель батареи	Алиэкспресс	6, 58	0, 07
1x тумблер	Алиэкспресс	2, 62	0, 03
2x 2-контактный разъем	Алиэкспресс	0, 51	0, 01
1x печатная плата	SeeedStudio	4, 90	0, 12

Я выбрал дешевые компоненты, чтобы их стоимость не превышала символическую цену в 1 доллар за печатную плату для рождественской елки. Общая стоимость одной рождественской елки на печатной плате со всеми припаянными электронными компонентами оценивается в 0,67 долларов.

Шаг 2. Ищете вдохновение…

Я хотел создать реалистичную рождественскую елку на печатной плате, где две платы, собранные перпендикулярно, могут давать трехмерную форму, которая может стоять. Создание двух разных печатных плат не делает конструкцию намного более сложной, но более дорогой, поскольку производители взимают больше, если печатная плата содержит более одного дизайна. Чтобы сохранить цену на минимально возможном уровне, мне нужно было подумать об умном размещении конструкции печатной платы, чтобы уменьшить количество отходов и снизить затраты. Стремясь создать идеальную рождественскую елку для печатных плат, я искал похожие проекты в Google и Instructables.

Я наткнулся на дизайн bluquesh, который показался мне особенно интересным и очень хорошо задокументированным. В своем первом руководстве этот участник описывает, как ему удалось создать небольшую рождественскую елку для печатных плат с множеством функций:

• Встроенный чип Arduino
• Двухцветные светодиоды SMD
• Емкостное касание
• Встроенная батарея
• Цепь повышения постоянного / постоянного тока
• … и более !

Некоторые из этих функций несовместимы с моим проектом, который должен быть простым и недорогим. Тем не менее, еще одна деталь его проекта привлекла мое внимание: bluquesh сумел вписать свою трехмерную новогоднюю елку в квадратную область с нулевой потерей пространства. Создав два еловых плавника рядом с основной елью, он повторно использовал потраченное впустую пространство, чтобы создать еще одно полноценное дерево, несмотря на его сложную форму.

Я адаптировал и повторно использовал этот умный дизайн в своем проекте.

Шаг 3: Дизайн печатной платы

Я спроектировал свою рождественскую елку на печатной плате с помощью Autodesk EAGLE. EAGLE - это программное обеспечение для автоматизации электронного проектирования (EDA), позволяющее проектировать принципиальные схемы, размещать компоненты и разводить печатные платы.

Я начал проектирование с создания принципиальной схемы электронной схемы. Он состоит из 11 параллельно мигающих светодиодов, питаемых от батарейки 3 В. Переключатель может размыкать или замыкать цепь. Наконец, дополнительный фильтрующий конденсатор емкостью 10 мкФ помещается между напряжением батареи и землей.

Я решил не включать резистор последовательно со светодиодами, поскольку 3 В очень близко к прямому напряжению многих цветов светодиодов:

Схема и печатная плата разделены на три части:

• Основная плата: имеет форму елки и включает в себя держатель батареи, переключатель, 3 светодиода на верхней стороне и 2 светодиода на нижней стороне. Два двухконтактных разъема с головкой под штифт позволяют подключать и питать два ребра, одно на верхней поверхности, а другое - на нижней.
• верхний плавник: имеет форму половинки елки с выемкой для держателя батареи и включает 1 светодиод на верхней грани и 2 светодиода на нижней грани. Один коннектор с двухконтактной головкой позволяет подключать плавник и подавать питание на основную плату.
• нижний плавник: он имеет форму половинки елки и включает 2 светодиода на верхней грани и 1 светодиод на нижней грани. Посадочное место разъема с 2-контактной головкой позволяет подключать плавник и подавать питание на основную плату.

Я решил сделать выбор в пользу уменьшенного размера 48 * 48 мм для каждой пихты, нарисовав контур доски 20-м слоем «Dimension».

Я нарисовал форму елки с помощью 46-го слоя «Фрезеровка» шириной 3 мм: эта линия интерпретируется производителем как зона фрезерования и отделяет елку от ее плавников.

После того, как контур схемы был четко определен, я разместил самые большие компоненты, такие как держатель батареи и переключатель, а затем светодиоды, чтобы их распределение было приятным.

Я добавил еще одну зону фрезерования на одном ребре, чтобы держатель батареи мог поместиться, и отверстие на вершине елки, чтобы его можно было повесить где угодно (например, на настоящей рождественской елке).

Затем я проложил все компоненты, используя верхний и нижний слои: напряжение батареи распределяется на светодиоды с дорожками шириной 0,5 мм и общей заземляющей поверхностью.

Наконец, я разработал две отрывные выступы и разместил их между основной елкой и ее ребрами на 3-миллиметровой дорожке фрезерования, чтобы моя плата оставалась единой и позволяла панелить печатную плату (см. Следующий шаг для более подробной информации).

Все файлы Eagle можно найти на моем гитхабе или ниже ▼

Шаг 4: Панелирование печатной платы

Большинство производителей печатных плат теперь предлагают единую цену в 5 долларов за 10 печатных плат размером до 100 * 100 мм. Цена остается неизменной, будь то контур 50 * 50 мм или 100 * 100 мм. Тогда возможна оптимизация затрат за счет максимального увеличения количества цепей на этой максимальной площади. Панелирование печатных плат состоит из создания единой печатной платы из нескольких небольших с целью снижения затрат и потерь.

Большинство производителей печатных плат не взимают дополнительную плату за создание панелей идентичного дизайна. Это означает, что вы можете бесплатно разместить несколько небольших печатных плат в одну, но дизайн должен оставаться одинаковым для всех. Более подробную информацию можно найти на веб-сайте производителя печатных плат Seeedstudio.

Панелирование печатной платы может происходить двумя способами:

Метод панелей с V-образным пазом: он состоит из разреза на 1/3 толщины доски сверху и на 1/3 толщины снизу параллельно верхнему разрезу с помощью круглого режущего лезвия от 30 до 45 градусов. Это можно сделать только по прямым линиям на всем протяжении массива печатной платы

Метод панелизации с отрывными вкладками: он заключается в том, что перфорированные вкладки оставляют пространство между печатными платами. Расстояние между двумя печатными платами составляет около 2,5 мм, так как это стандартный размер маршрутизатора в большинстве заводов-изготовителей и требует только одного прохода фрезы для фрезерования платы. Шаблоны перфорации с N-образными отверстиями являются стандартными для отрывных язычков и предназначены для легкого удаления, не оставляя нежелательных выступов на боковой поверхности

Более подробную информацию о дизайне панелей печатных плат можно найти в хорошо документированной статье, написанной Джеком Лукасом для www. ElectronicDesign.com.

Чтобы снизить стоимость моего проекта, я решил объединить четыре рождественские елки печатных плат в одну плату. Сначала мне пришлось соединить два ребра рождественской елки печатной платы с основной платой. Я разработал два отрывающихся язычка с рисунком перфорации с 3 отверстиями, которые соединяют каждый плавник с основной доской для рождественской елки. Отрывные язычки выполнены из 2 * 3 отверстий диаметром 0,9 мм.

Когда дизайн одной рождественской елки на печатной плате был закончен, я продублировал его четыре раза и отправил каждую из них рядом, чтобы заполнить область 100 * 100 мм, указанную производителем. Все конструкции разделены на 3 мм и соединены отрывными язычками с 3-мя отверстиями перфорации.

Итоговая печатная плата имеет размер 100 * 100 мм и содержит 4 печатные платы «елки». Стоимость блока PCB делится на 4!

Шаг 5: Пайка печатной платы

Когда все компоненты собраны, можно начинать пайку печатной платы!

Пайка светодиодов -

Лучше всего начать с пайки светодиодов, так как они являются самыми мелкими компонентами. Пайка их последними может усложнить задачу, поскольку более крупные компоненты могут помешать их размещению. Светодиоды - это поляризованные компоненты, и на печатной плате важно указать, как они должны быть припаяны. След светодиодов на печатной плате всегда один и тот же: контактная площадка, подключенная к заземляющей поверхности, является массой (катодом), а контактная площадка, подключенная к дорожке, является напряжением питания (анодом). Зеленая стрелка под светодиодом CMS указывает направление потока тока и, следовательно, его полярность.

Проверка светодиода с помощью мультиметра в конфигурации «тестер диодов» может помочь определить его полярность и цвет.

Чтобы припаять светодиоды, я сначала нанёс небольшое количество припоя на одну из светодиодных площадок. Затем я подошел к светодиоду с помощью тонкого пинцета, удерживая припой в расплавленном состоянии с помощью паяльника. После того, как светодиод правильно установлен, я снял паяльник, чтобы припой затвердел. Затем можно сделать второй припой без необходимости удерживать светодиод пинцетом. Этот процесс повторяется для оставшихся 10 светодиодов.

Пайка батарейного отсека -

Держатель батареи прижимает кнопочную ячейку к печатной плате, чтобы создать электрическое соединение. Чтобы надежно удерживать батарею, я нанес небольшой слой олова на площадку держателя батареи. Затем устанавливается и припаивается разъем.

Пайка переключателя -

Наконец, переключатель припаивается к той же стороне, что и разъем аккумулятора. Переключатель выступает из печатной платы, что упрощает работу.

Шаг 6: Сборка печатной платы

После того, как все компоненты спаяны, пора собирать елку.

Разделение досок -

Я начал ломать доску плоскогубцами, чтобы отделить два ребра от основной платы. Я использовал кусачки, чтобы удалить все оставшиеся большие края, которые могли повредить. Затем я наждачной бумагой сгладил стороны елки и, наконец, получил три чистые доски: основное дерево и два его плавника.

Подключение плат -

Один плавник прикрепляется к основной плате путем пайки двухконтактного разъема между ними. Коннектор с булавочной головкой имеет здесь два применения: удерживает крыло на основной плате и передает напряжение и массу на светодиоды плавника.

Я вырезал 2 * 2 штыревые соединители из большой соединительной ленты и зачистил пластиковые края наждачной бумагой. Затем я припаял их головой к хвосту на основной плате, как показано на картинках, один на верхней стороне, а другой на нижней стороне.

Я припаял два ребра к разъемам, стараясь правильно их совместить, и поместил ребро с выемкой на стороне разъема аккумулятора.

Елка PCB наконец-то собрана!

Включение цепи -

Плата питается от литиевой батареи CR1220 на 3 В. Как только кнопочный элемент вставлен в держатель батареи на плате и переключатель замкнут, все светодиоды начинают мигать, как по волшебству!

Кнопочный элемент, используемый в этом проекте, имеет среднюю емкость 40 мАч, что означает, например, что он может выдавать до 40 мА в течение 1 часа или 20 мА в течение 2 часов. Потребляемый ток рождественской елки печатной платы составляет около 80 мА и зависит от выбранных цветов светодиодов: белые, синие и фиолетовые светодиоды потребляют больше тока, чем красные, оранжевые и желтые светодиоды.

По опыту я рекомендую вам использовать красные, оранжевые, желтые и зеленые светодиоды, так как они сэкономят заряд батареи, обеспечивая при этом приятные цвета в теме Рождества:) С этими цветами в равных пропорциях мои рождественские елки на печатной плате светятся в течение 1 часа. пока зеленые светодиоды не начнут гаснуть.

Шаг 7: Заключение

Я весело провел время, проектируя эти маленькие рождественские елки для печатных плат, и я много узнал о производстве печатных плат и панелизации печатных плат.

Благодаря недорогой конструкции проекта, паяльная мастерская была предложена бесплатно для тех, кто хотел ее опробовать. Эти печатные платы пользовались большим успехом в моем клубе, и многие новые члены спаяли свой первый чип на основе SMD-компонентов. Я был более чем счастлив услышать, что некоторые из моих творений украшали елки моих друзей.

Сегодня я горжусь тем, что могу передать через этот семинар и этот учебник знания, которые я получил в ходе этого проекта. Надеюсь, вам понравилось, и я желаю вам всего наилучшего в наступающем году:)