PCB Design for Line Follower Robot - Arnab Kumar Das: 4 Βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:33

Αυτό το Έργο υποθέτει ότι έχουμε ήδη κάνει την επιλογή εξαρτημάτων. Για να λειτουργήσει σωστά ένα σύστημα, είναι σημαντικό να κατανοήσουμε τι απαιτεί κάθε εξάρτημα από άποψη ισχύος, τάσης, ρεύματος, χώρου, ψύξης κλπ. Είναι επίσης σημαντικό να κατανοήσουμε τις εξαρτήσεις μεταξύ κάθε εξαρτήματος. Εξαρτήσεις όπως το επίπεδο λογικής, ο θόρυβος μετάδοσης, η σύνθετη αντίσταση κ.λπ. Διαβάστε σχετικά με τα προηγούμενα άρθρα σχετικά με τις απαιτήσεις συστήματος, την επιλογή εξαρτήματος / υλικού.

Μια πολύ σημαντική πτυχή σχεδιασμού αυτού του έργου είναι το PCB, καθώς ο στόχος μας είναι να μειώσουμε όσο το δυνατόν περισσότερο το συντελεστή μορφής του ρομπότ γραμμών, το οποίο με τη σειρά του μειώνει το βάρος. Μικρό μέγεθος και μικρότερο βάρος αυξάνει την αποδοτικότητα και επίσης μειώνει την απώλεια λόγω αεροδυναμικής τριβής. Αν δείτε ένα αγωνιστικό αυτοκίνητο F1, μπορείτε να καταλάβετε πόσο αποδοτικό είναι στην αεροδυναμική. Για να βελτιώσουμε την αποδοτικότητα και να μειώσουμε το βάρος, πρέπει να αφαιρέσουμε κάθε περιττό στοιχείο και να μετακινήσουμε το Κέντρο Μάζας όσο το δυνατόν χαμηλότερα. Για να γίνει αυτό, σκέφτηκα να χρησιμοποιήσω το PCB ως το πλαίσιο. Αυτό θα μειώσει το βάρος και θα κάνει το CM πολύ χαμηλότερο, το οποίο με τη σειρά του αυξάνει τη σταθερότητα κατά τις στροφές. Η κατασκευή του πλαισίου με PCB μειώνει επίσης τον χρόνο που απαιτείται για τη συναρμολόγηση και διευκολύνει τα πράγματα καθώς πρέπει απλά να κολλήσουμε τα εξαρτήματα στο σωστό μέρος και να ξεκινήσουμε με τη δοκιμή του λογισμικού. Καθώς τα PCB θα κατασκευάζονται από ρομπότ και μηχανές CNC, φαίνεται καλύτερα από οποιοδήποτε άλλο πλαίσιο.

Βήμα 1: Λογισμικό που χρησιμοποιείται

Για αυτό το έργο, έχω χρησιμοποιήσει ειδικά λογισμικά δωρεάν λογισμικού και ανοιχτού κώδικα, έτσι ώστε οι μαθητές και οποιοσδήποτε άλλος που δεν έχει πρόσβαση σε λογισμικό επί πληρωμή να μπορεί επίσης να κάνει το έργο αποτελεσματικά και επαγγελματικά.

Χρησιμοποίησα το KiCad για το Schematics και το PCB Design και πιστέψτε με είναι εκπληκτικό λογισμικό. Πριν χρησιμοποιούσα το Eagle CAD και το Altium, παρόλο που το KiCad είναι δωρεάν, έχει όλες τις σημαντικές δυνατότητες και εργαλεία για να σχεδιάσετε επαγγελματικά το PCB σας και να το κατασκευάσετε. Ακόμα και διαθέτει τρισδιάστατη απεικόνιση για το PCB σας.

Η σουίτα KiCad έχει πέντε κύρια μέρη:

• KiCad - ο διαχειριστής έργου.
• Eeschema - ο σχηματικός επεξεργαστής λήψης.
• Pcbnew - το πρόγραμμα διάταξης PCB. Διαθέτει επίσης τρισδιάστατη προβολή.
• GerbView - το πρόγραμμα προβολής Gerber.
• Bitmap2Component - ένα εργαλείο για τη μετατροπή εικόνων σε αποτυπώματα για έργα τέχνης PCB.

Δεν πρόκειται να δείξω λεπτομερώς πώς να σχεδιάσετε μια Σχηματική και Διάταξη PCB καθώς αυτό δεν είναι το πεδίο εφαρμογής αυτής της ανάρτησης/άρθρου. Η κύρια σημασία αυτού του άρθρου είναι να παρουσιάσει την παραγωγή του KiCad και να δείξει πώς παραγγέλλεται και κατασκευάζεται. Πριν ξεκινήσουμε με τον σχηματικό σχεδιασμό, είναι σκόπιμο να δημιουργήσουμε ένα φάκελο έργου και να διατηρήσουμε όλα τα αρχεία μέσα σε αυτό. Παρακάτω είναι ένα παράδειγμα.

Βήμα 2: Σχηματικό

Για το σχηματικό, πρέπει να ανοίξουμε το Εργαλείο επεξεργασίας σχήματος από ή Eeschema. Μόλις ανοίξετε θα πρέπει να δείτε ένα κενό έγγραφο σε ένα παράθυρο όπως παρακάτω.

Μερικές φορές χρειάζεται να δημιουργήσουμε νέα σχηματικά σύμβολα, καθώς η προεπιλεγμένη βιβλιοθήκη ενδέχεται να μην τα έχει. Πρέπει να μελετήσετε το φύλλο δεδομένων για αυτά τα στοιχεία και να τα προσθέσετε σε μια προσαρμοσμένη βιβλιοθήκη όπως έκανα στην περίπτωσή μου. Δημιούργησα σύμβολα βιβλιοθήκης για αισθητήρα QTR-8RC, OLED Display SSD1306, TB6612FNG Motor Driver Board, N20 Motor with Encoders. Μόλις δημιουργηθούν τα σύμβολα της βιβλιοθήκης, τα συνέδεσα για να σχηματίσω ένα σύστημα.

Μπορείτε να κατεβάσετε το Σχηματικό από τον παρακάτω σύνδεσμο. Αργότερα στο τέλος του σεμιναρίου, θα προσθέσω μερικά καλά σεμινάρια για το KiCad για να το μάθετε και να το κάνετε μόνοι σας.

ΓΙΑ ΝΑ ΚΑΤΕΒΑΣΤΕ ΤΟ ΣΧΕΔΙΟ ΕΠΙΣΚΕΗ ΣΤΗΝ ΙΣΤΟΣΕΛΙΔΑ ΜΟΥ:

Βήμα 3: Διάταξη PCB

Μόλις τελειώσει το Schematic, είναι ώρα να μεταβείτε στη διάταξη της πλακέτας PCB. Μερικές φορές πρέπει επίσης να δημιουργήσετε το αποτύπωμα ορισμένων στοιχείων εάν δεν υπάρχουν στη βιβλιοθήκη. Για να δημιουργήσετε footprint, μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το Footprint Library Editor Tool στο KiCad.

Έχω χρησιμοποιήσει εδώ το σχεδιασμό δύο επιπέδων γιατί καθιστά πολύ εύκολη τη διάταξη όταν έχετε πολλά εξαρτήματα κατανεμημένα στον πίνακα. Για να ξεκινήσουμε με το PCB Design πρέπει να ανοίξουμε το πρόγραμμα PCB Layout Editor στο KiCad. Θα πρέπει να δείτε κάτι όπως παρακάτω, αλλά με ένα κενό έγγραφο σε αυτό.

Θα χρησιμοποιούμε το NextPCBas την υπηρεσία κατασκευής PCB, επομένως είναι σημαντικό να δούμε ποια είναι τα ελάχιστα και τα μέγιστα τεχνικά όρια που έχουν για την κατασκευή τους. Για να ελέγξουμε ότι πρέπει να επισκεφτούμε τη σελίδα "Δυνατότητες". Οι βασικές παράμετροι που πρέπει να ελέγξουμε είναι:

• Μέγιστη. Διάσταση 510*590mm
• Ελάχ. Traχνος 4mil / 0.1mm
• Ελάχ. Trace Spacing 4mil / 0.1mm
• Ελάχ. μέγεθος τρύπας 0,3mm
• Ελάχ. Μέσω διαμέτρου 0,45mm
• Μέσω To Trace Spacing ≥ 5mil
• Μέγεθος οπής τρυπανιού 0,2-6,3mm
• Ανίχνευση στο Outline≥0,4mm

Με βάση τις παραπάνω παραμέτρους, πρέπει να προσαρμόσουμε τους κανόνες σχεδίασης στο πρόγραμμα επεξεργασίας διάταξης KiCad.

Στο τέλος του σεμιναρίου, θα επισυνάψω ένα καλό σεμινάριο σχετικά με το PCB Designing στο KiCad από το οποίο μπορείτε να μάθετε. Παρακάτω είναι το συνημμένο σχέδιο PCB που μπορείτε να χρησιμοποιήσετε για αναφορά.

ΓΙΑ ΝΑ ΚΑΤΕΒΑΣΤΕ ΤΟ ΣΧΕΔΙΟ ΕΠΙΣΚΕΗ ΣΤΗΝ ΙΣΤΟΣΕΛΙΔΑ ΜΟΥ:

Βήμα 4: Κατασκευή PCB

Πριν κατασκευάσουμε το PCB σε ένα PCB Fabrication House / Industry likeNextPCB, πρέπει να μετατρέψουμε το σχέδιό μας σε μια κατασκευάσιμη μορφή που μπορεί να διαβαστεί από τις μηχανές της βιομηχανίας.

Οι παραπάνω ρυθμίσεις χρησιμοποιήθηκαν για τη δημιουργία όλων των αρχείων Gerber. συνιστάται να εξάγετε τα αρχεία σε ξεχωριστό φάκελο Gerber, όπως έχω κάνει.

Οι πληροφορίες σχετικά με τις τρύπες του PCB αποθηκεύονται σε ξεχωριστό αρχείο Drill και για να δημιουργήσω ότι έχω χρησιμοποιήσει την παραπάνω διαμόρφωση για το NextPCB. Άλλοι κατασκευαστές μπορεί να έχουν διαφορετικές ρυθμίσεις. Υπάρχουν πολλοί λόγοι για να επιλέξετε NextPC Ένας από τους λόγους είναι η διαφάνειά τους σχετικά με τη διαδικασία κατασκευής τους. Παρακάτω είναι μερικές φωτογραφίες από το εργοστάσιό τους.

Δέχονται επίσης μια ποικιλία επιλογών πληρωμής: PayPal, Τραπεζική Μεταφορά, Western Union, Πληρωμή σε μετρητά στο HQ. Για τους τρόπους αποστολής, διαθέτουν DHL, FedEx, Hongkong Post που είναι βολικό με διαφορετικές τιμές και οφέλη. Για τη διαδικασία της παραγγελίας, πρέπει να δημιουργήσουμε έναν λογαριασμό στον ιστότοπο. Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τον σύνδεσμο εγγραφής και να δημιουργήσετε έναν νέο λογαριασμό. μετά τη δημιουργία του λογαριασμού θα δείτε κάτι όπως παρακάτω.

Επόμενο βήμα είναι να ανεβάσετε τα αρχεία Gerber και να πραγματοποιήσετε μια επιτυχημένη παραγγελία για να ξεκινήσετε την κατασκευή. Μόλις δημιουργηθεί το Gerber, συνιστάται να τα συμπιέσετε σε ένα μόνο αρχείο και να τα ανεβάσετε

Μόλις ολοκληρωθεί η μεταφόρτωση, μπορείτε να δείτε την παραγγελία στη σελίδα του λογαριασμού σας.

Η παραγγελία σας θα αναλυθεί σωστά και μόλις είναι έτοιμη για κατασκευή θα ζητήσει την πληρωμή και μόλις εκκαθαριστεί η πληρωμή θα ξεκινήσει η κατασκευή.

Καταβάλλουν μεγάλη προσπάθεια στην ανάλυση των αρχείων Gerber, καθώς ενδέχεται να περιέχουν σφάλματα και ενδέχεται να μην κατασκευάζονται καλά εάν οι οπές είναι πολύ μικρές ή οποιαδήποτε άλλα λάθη σχεδιασμού.

Μόλις επαληθευτεί και κατασκευαστεί το PCB, θα λάβετε το PCB σε λίγες ημέρες και θα είστε έτοιμοι να το επεξεργαστείτε.

ΓΙΑ ΕΙΔΙΚΗ ΕΚΠΤΩΣΗ ΕΠΙΣΚΕΦΘΕΙΤΕ ΤΟΝ ΣΥΝΔΕΣΜΟ: NextPCB και θα μπορούσατε να λάβετε έκπτωση 10% για παραγγελία συναρμολόγησης PCB και PCB (Επικύρωση δραστηριότητας: 26 Μαρτίου 2020 - 30 Απριλίου 2020)

Σας ευχαριστούμε που διαβάσατε αυτό το άρθρο ελπίζω να σας βοηθήσει. Μην ξεχάσετε να ελέγξετε άλλα άρθρα αυτής της σειράς.