Δημιουργώντας τον εαυτό μου ένα PSLab: 6 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:32

Πολυάσχολη μέρα στο εργαστήριο ηλεκτρονικών ε;

Είχατε ποτέ κανένα πρόβλημα με τα κυκλώματά σας; Για τον εντοπισμό σφαλμάτων γνωρίζατε ότι θέλετε ένα πολύμετρο ή έναν παλμογράφο ή μια γεννήτρια κυμάτων ή μια εξωτερική ακριβή πηγή ενέργειας ή πείτε έναν λογικό αναλυτή. Αλλά είναι ένα έργο χόμπι και δεν θέλετε να ξοδέψετε εκατοντάδες δολάρια για ακριβά εργαλεία όπως αυτό. Για να μην αναφέρουμε ολόκληρο το σετ παραπάνω, χρειάζεται πολύς χώρος για να διατηρηθεί. Μπορεί να καταλήξετε με ένα πολύμετρο αξίας 20-30 δολαρίων, αλλά δεν κάνει πραγματικά καλή δουλειά για τον εντοπισμό σφαλμάτων στο κύκλωμα.

Τι γίνεται αν πω, υπάρχει μια συσκευή υλικού ανοιχτού κώδικα που παρέχει όλες αυτές τις λειτουργίες ενός παλμογράφου, ενός πολυμέτρου, ενός αναλυτή λογικής, μιας γεννήτριας κύματος και μιας πηγής ενέργειας και δεν πρόκειται να σας κοστίσει εκατοντάδες δολάρια και να μην πάτε να πάρει ένα ολόκληρο τραπέζι για να γεμίσει. Είναι η συσκευή PSLab από τον οργανισμό ανοιχτού κώδικα FOSSASIA. Μπορείτε να βρείτε τον επίσημο ιστότοπο στη διεύθυνση https://pslab.io/ και τα αποθετήρια ανοιχτού κώδικα από τους ακόλουθους συνδέσμους.

• Διαγράμματα υλικού:
• Υλικολογισμικό MPLab:
• Εφαρμογή επιφάνειας εργασίας:
• Εφαρμογή Android:
• Βιβλιοθήκες Python:

Διατηρώ τα αποθετήρια υλικού και υλικολογισμικού και αν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις κατά τη χρήση της συσκευής ή άλλων σχετικών αντικειμένων, μη διστάσετε να με ρωτήσετε.

Τι μας δίνει το PSLab;

Αυτή η συμπαγής συσκευή με τον συντελεστή μορφής ενός Arduino Mega έχει πολλά χαρακτηριστικά. Πριν ξεκινήσουμε, είναι κατασκευασμένο σε μορφή Mega, ώστε να μπορείτε να το βάλετε στο φανταχτερό σας περίβλημα Arduino Mega χωρίς κανένα πρόβλημα. Τώρα ας ρίξουμε μια ματιά στις προδιαγραφές (εξήχθησαν από το αρχικό αποθετήριο υλικού).

• Πανελλήνιο 4 καναλιών έως 2MSPS. Στάδια ενίσχυσης με δυνατότητα επιλογής λογισμικού
• Βολτόμετρο 12-bit με προγραμματιζόμενο κέρδος. Η είσοδος κυμαίνεται από +/- 10 mV έως +/- 16 V
• 3x 12-bit Προγραμματιζόμενες πηγές τάσης +/- 3,3 V, +/- 5V, 0-3 V
• 12-bit Προγραμματιζόμενη τρέχουσα πηγή. 0-3,3 mA
• 4-Channel, 4 MHz, Logic Analyzer
• 2x Ημιτονοειδείς/Τριγωνικές γεννήτριες κυμάτων. 5 Hz έως 5 KHz. Χειροκίνητος έλεγχος πλάτους για το SI1
• 4x γεννήτριες PWM. Ανάλυση 15 nS. Έως 8 MHz
• Μέτρηση χωρητικότητας. εύρος pF έως uF
• Δίαυλοι δεδομένων I2C, SPI, UART για μονάδες Accel/γύρο/υγρασία/θερμοκρασία

Τώρα που γνωρίζουμε τι είναι αυτή η συσκευή, ας δούμε πώς μπορούμε να φτιάξουμε μια..

Βήμα 1: Ας ξεκινήσουμε με τα σχήματα

Το υλικό ανοιχτού κώδικα συνδυάζεται με λογισμικό ανοιχτού κώδικα:)

Αυτό το έργο είναι σε ανοιχτές μορφές όπου είναι δυνατόν. Αυτό έχει πολλά πλεονεκτήματα. Οποιοσδήποτε μπορεί να εγκαταστήσει το λογισμικό δωρεάν και να δοκιμάσει. Δεν έχουν όλοι την οικονομική δύναμη να αγοράσουν ιδιόκτητο λογισμικό, οπότε αυτό καθιστά δυνατή την ολοκλήρωση της εργασίας. Έτσι, τα σχήματα έγιναν με το KiCAD. Είστε ελεύθεροι να χρησιμοποιήσετε οποιοδήποτε λογισμικό θέλετε. απλά διορθώστε τις συνδέσεις σωστά. Το αποθετήριο GitHub περιέχει όλα τα αρχεία προέλευσης για σχήματα στη διεύθυνση https://github.com/fossasia/pslab-hardware/tree/m… και αν πρόκειται να πάτε με το KiCAD, μπορούμε αμέσως να κλωνοποιήσουμε το αποθετήριο και να έχουμε την πηγή στον εαυτό μας πληκτρολογώντας την ακόλουθη εντολή σε ένα παράθυρο τερματικού Linux.

$ git clone

Or αν δεν είστε εξοικειωμένοι με τις εντολές της κονσόλας, απλώς επικολλήστε αυτόν τον σύνδεσμο σε ένα πρόγραμμα περιήγησης και θα κατεβάσει το αρχείο zip που περιέχει όλους τους πόρους. Η έκδοση PDF των σχηματικών αρχείων βρίσκεται παρακάτω.

Το σχήμα μπορεί να φαίνεται λίγο περίπλοκο καθώς περιέχει πολλά IC, αντιστάσεις και πυκνωτές. Θα σας καθοδηγήσω τι υπάρχει εδώ.

Στο κέντρο της πρώτης σελίδας, περιέχει έναν μικροελεγκτή PIC. Αυτός είναι ο εγκέφαλος της συσκευής. Συνδέεται με πολλά OpAmps, ένα κρύσταλλο και μερικές αντιστάσεις και πυκνωτές για να ανιχνεύει ηλεκτρικά σήματα από ακίδες εισόδου/εξόδου. Η σύνδεση με υπολογιστή ή κινητό τηλέφωνο γίνεται μέσω γέφυρας UART που είναι MCP2200 IC. Έχει επίσης ένα άνοιγμα για ένα τσιπ ESP8266-12E στο πίσω μέρος της συσκευής. Τα Σχήματα θα έχουν επίσης διπλάσιο τάσης και IC inverter τάσης καθώς η συσκευή μπορεί να υποστηρίξει κανάλια παλμογράφων που μπορούν να φτάσουν έως +/- 16 V

Μόλις ολοκληρωθεί το σχηματικό, το επόμενο βήμα είναι να δημιουργηθεί το πραγματικό PCB…

Βήμα 2: Μετατροπή του σχηματικού σε διάταξη

Εντάξει ναι, αυτό είναι ένα χάος σωστά; Αυτό συμβαίνει επειδή εκατοντάδες μικρά εξαρτήματα τοποθετούνται σε έναν μικρό πίνακα, συγκεκριμένα στη μία πλευρά ενός μικρού πίνακα μεγέθους ενός Arduino Mega. Αυτός ο πίνακας είναι τετράστιχος. Τόσα πολλά επίπεδα χρησιμοποιήθηκαν για καλύτερη ακεραιότητα διαδρομής.

Οι διαστάσεις του πίνακα πρέπει να είναι ακριβείς, καθώς το Arduino Mega και οι κεφαλίδες καρφιτσών τοποθετούνται στα ίδια σημεία όπου το Mega έχει τις καρφίτσες του. Στη μέση, υπάρχουν κεφαλίδες pin για σύνδεση του προγραμματιστή και μονάδα Bluetooth. Υπάρχουν τέσσερα σημεία ελέγχου πάνω και τέσσερα κάτω για να ελέγξετε εάν τα σωστά επίπεδα σήματος φτάνουν στις σωστές συνδέσεις.

Μόλις εισαχθούν όλα τα ίχνη, το πρώτο πράγμα είναι να τοποθετήσετε το μικροελεγκτή στο κέντρο. Στη συνέχεια, τοποθετήστε τις αντιστάσεις και τους πυκνωτές που συνδέονται άμεσα με τον μικροελεγκτή γύρω από το κύριο IC και, στη συνέχεια, προχωρήστε μέχρι να τοποθετηθεί το τελευταίο εξάρτημα. Είναι καλύτερα να έχετε μια πρόχειρη δρομολόγηση πριν από την πραγματική δρομολόγηση. Εδώ έχω επενδύσει περισσότερο χρόνο στην τακτοποιημένη τακτοποίηση των εξαρτημάτων με σωστή απόσταση.

Ως επόμενο βήμα, ας ρίξουμε μια ματιά στον πιο σημαντικό λογαριασμό υλικών.

Βήμα 3: Παραγγελία του PCB και του λογαριασμού υλικών

Επισυνάπτω τον λογαριασμό υλικών. Περιέχει βασικά το ακόλουθο περιεχόμενο.

1. PIC24EP256GP204 - Μικροελεγκτής
2. MCP2200 - γέφυρα UART
3. TL082 - OpAmps
4. LM324 - OpAmps
5. MCP6S21 - Κερδίστε ελεγχόμενο OpAmp
6. MCP4728 - Μετατροπέας ψηφιακού σε αναλογικό
7. TC1240A - Μετατροπέας τάσης
8. TL7660 - Διπλασιαστής τάσης
9. 0603 μεγέθους αντιστάσεις, πυκνωτές και επαγωγείς
10. Κρυστάλλοι SMD 12MHz

Κατά την τοποθέτηση της παραγγελίας PCB, βεβαιωθείτε ότι έχετε τις ακόλουθες ρυθμίσεις

• Διαστάσεις: 55mm x 99mm
• Στρώματα: 4
• Υλικό: FR4
• Πάχος: 1,6mm
• Ελάχιστη απόσταση διαδρομής: 6mil
• Ελάχιστο μέγεθος τρύπας: 0,3 mm

Βήμα 4: Ας ξεκινήσουμε με τη συνέλευση

Όταν το PCB είναι έτοιμο και τα εξαρτήματα έχουν φτάσει, μπορούμε να ξεκινήσουμε με τη συναρμολόγηση. Για το σκοπό αυτό καλύτερα να έχουμε ένα στένσιλ ώστε η διαδικασία να είναι ευκολότερη. Αρχικά, τοποθετήστε το στένσιλ ευθυγραμμισμένο με τακάκια και εφαρμόστε την πάστα συγκόλλησης. Στη συνέχεια, αρχίστε να τοποθετείτε εξαρτήματα. Το βίντεο εδώ δείχνει μια χρονική παρέλευση έκδοσής μου για την τοποθέτηση εξαρτημάτων.

Μόλις τοποθετηθεί κάθε εξάρτημα, κολλήστε το ξανά με ροή χρησιμοποιώντας έναν σταθμό επεξεργασίας SMD. Βεβαιωθείτε ότι δεν θερμαίνετε πολύ τον πίνακα, καθώς τα εξαρτήματα ενδέχεται να αποτύχουν ενάντια σε έντονη ζέστη. Επίσης μην σταματάτε και κάντε πολλές φορές. Κάντε το με ένα σκούπισμα καθώς αφήνετε τα εξαρτήματα να κρυώσουν και στη συνέχεια να ζεσταθούν θα αποτύχει στη δομική ακεραιότητα τόσο των εξαρτημάτων όσο και του ίδιου του PCB.

Βήμα 5: Ανεβάστε το υλικολογισμικό

Μόλις ολοκληρωθεί η συναρμολόγηση, το επόμενο βήμα είναι να κάψετε το υλικολογισμικό στο μικροελεγκτή. Για αυτό, χρειαζόμαστε?

• Προγραμματιστής PICKit3 - Για να ανεβάσετε το υλικολογισμικό
• Καλώδια άλματος αρσενικού σε αρσενικό x 6 - Για να συνδέσετε τον προγραμματιστή με τη συσκευή PSLab
• Καλώδιο τύπου USB Mini B - Για σύνδεση προγραμματιστή με υπολογιστή
• Καλώδιο τύπου USB Micro B - Για σύνδεση και ενεργοποίηση του PSLab με υπολογιστή

Το υλικολογισμικό αναπτύσσεται χρησιμοποιώντας MPLab IDE. Το πρώτο βήμα είναι να συνδέσετε τον προγραμματιστή PICKit3 στην κεφαλίδα προγραμματισμού PSLab. Ευθυγραμμίστε τον πείρο MCLR τόσο στον προγραμματιστή όσο και στη συσκευή και οι υπόλοιποι ακροδέκτες θα τοποθετηθούν σωστά.

Ο ίδιος ο προγραμματιστής δεν μπορεί να ενεργοποιήσει τη συσκευή PSLab καθώς δεν μπορεί να παρέχει μεγάλη ισχύ. Πρέπει λοιπόν να ενεργοποιήσουμε τη συσκευή PSLab χρησιμοποιώντας μια εξωτερική πηγή. Συνδέστε τη συσκευή PSLab σε υπολογιστή χρησιμοποιώντας καλώδιο τύπου Micro B και, στη συνέχεια, συνδέστε τον προγραμματιστή στον ίδιο υπολογιστή.

Ανοίξτε το MPLab IDE και κάντε κλικ στο "Δημιουργία και προγραμματισμός συσκευής" από τη γραμμή μενού. Θα ανοίξει ένα παράθυρο για να επιλέξετε έναν προγραμματιστή. Επιλέξτε "PICKit3" από το μενού και πατήστε OK. Θα αρχίσει να καίει το υλικολογισμικό στη συσκευή. Προσέξτε μηνύματα που εκτυπώνονται στην κονσόλα. Θα πει ότι ανιχνεύει το PIC24EP256GP204 και τελικά ο προγραμματισμός ολοκληρώνεται.

Βήμα 6: Ενεργοποιήστε το και ετοιμαστείτε

Εάν το υλικολογισμικό κάψει σωστά, θα ανάψει η πράσινη λυχνία LED που υποδεικνύει έναν επιτυχημένο κύκλο εκκίνησης. Τώρα είμαστε έτοιμοι να χρησιμοποιήσουμε τη συσκευή PSLab για να κάνουμε κάθε είδους δοκιμή ηλεκτρονικού κυκλώματος, να πραγματοποιήσουμε πειράματα κ.λπ.

Οι εικόνες δείχνουν πώς φαίνεται η εφαρμογή για επιτραπέζιους υπολογιστές και η εφαρμογή Android.