$ 1 PCB Χριστουγεννιάτικο δέντρο: 7 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:36

Ακολουθήστε με στο Twitter! Ακολουθήστε περισσότερα από τον συγγραφέα:

Σχετικά με: Το όνομά μου είναι Loann Boudin, είμαι κατασκευαστής και Γάλλος φοιτητής που σπουδάζει ηλεκτρονική μηχανική κοντά στο Παρίσι. Μου αρέσει να φτιάχνω πράγματα μόνος μου και να μοιράζομαι τα έργα μου με όλους. Περισσότερα για το loboat »

Χριστουγεννιάτικο δέντρο PCB της Loann BOUDIN | 2018

Όταν έρχονται τα Χριστούγεννα, τι μπορεί να κάνει ένας λάτρης των ηλεκτρονικών; Ένα χριστουγεννιάτικο δέντρο PCB φυσικά!

Ως μέλος μιας μικρής λέσχης χόμπι ηλεκτρονικών, μου αρέσει να μοιράζομαι το πάθος μου για τα ηλεκτρονικά και τον σχεδιασμό PCB μέσω μικρών έργων. Για τα Χριστούγεννα, ήθελα να εισαγάγω το σύμπαν συγκόλλησης SMD σε νέα μέλη με ένα διασκεδαστικό και απλό έργο: κολλήστε ένα χριστουγεννιάτικο δέντρο μικρογραφίας με ενσωματωμένα 0805 SMD που αναβοσβήνουν.

Αυτό το διδακτικό περιγράφει τη διαδικασία που ακολούθησα για να φανταστώ, να σχεδιάσω και να δημιουργήσω ένα σωρό φθηνά, μικρά, λαμπερά χριστουγεννιάτικα δέντρα σε πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων για λιγότερο από 1 $ τη μονάδα. Απολαμβάνω:)

Και… αν σας άρεσε αυτό το Instructable, σκεφτείτε να ψηφίσετε για αυτό το έργο στον Διαγωνισμό PCB! Σας ευχαριστώ !

Βήμα 1: BOM, εργαλεία και δεξιότητες που απαιτούνται

Θα χρειαστείτε:

Απαραίτητα εργαλεία:

• συγκολλητικό σίδερο
• σύρμα συγκόλλησης
• γυαλόχαρτο
• επίπεδη πένσα
• πένσα κοπής
• λεπτές λαβίδες

Προαιρετικά (αλλά εύχρηστα) εργαλεία:

• Αναρροφητής καπνών
• πολύμετρο
• υπέροχο γυαλί

Δεξιότητες:

βασικές δεξιότητες συγκόλλησης

Λογαριασμός υλικών:

Συστατικά	Προμηθευτής	Τιμή χονδρικής ($)	Τιμή ανά PCB ($)
11x 0805 SMD που αναβοσβήνουν	Aliexpress	15, 79	0, 29
1x μπαταρία CR1220	Aliexpress	0, 75	0, 15
1x θήκη μπαταρίας	Aliexpress	6, 58	0, 07
1x διακόπτης εναλλαγής	Aliexpress	2, 62	0, 03
Κεφαλίδα 2x 2 ακίδων	Aliexpress	0, 51	0, 01
1x PCB	SeeedStudio	4, 90	0, 12

Έχω επιλέξει φθηνά εξαρτήματα για να διατηρήσω το BOM κάτω από τη συμβολική τιμή του 1 $ ανά χριστουγεννιάτικο δέντρο PCB. Η συνολική τιμή για ένα χριστουγεννιάτικο δέντρο PCB με όλα τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα συγκολλημένα υπολογίζεται σε $ 0, 67.

Βήμα 2: Lookάχνετε για έμπνευση…

Wantedθελα να σχεδιάσω ένα ρεαλιστικό χριστουγεννιάτικο δέντρο PCB, όπου δύο PCB συναρμολογημένα κάθετα μπορούν να δώσουν ένα τρισδιάστατο σχήμα που μπορεί να σταθεί. Η δημιουργία δύο διαφορετικών PCB δεν κάνει το σχέδιο πολύ πιο περίπλοκο αλλά πιο ακριβό, καθώς οι κατασκευαστές χρεώνουν περισσότερο όταν ένα PCB περιέχει περισσότερα από ένα σχέδια. Προκειμένου να διατηρηθεί η τιμή όσο το δυνατόν χαμηλότερη, έπρεπε να σκεφτώ μια έξυπνη διαχείριση χώρου του σχεδιασμού PCB για τη μείωση των αποβλήτων και του κόστους. Στην προσπάθειά μου να σχεδιάσω το τέλειο χριστουγεννιάτικο δέντρο PCB για τον σκοπό μου, έψαξα για παρόμοια έργα στο Google και το Instructables.

Συνάντησα το σχέδιο του bluquesh, το οποίο το βρήκα ιδιαίτερα ενδιαφέρον και πολύ καλά τεκμηριωμένο. Στο πρώτο του Instructable, αυτό το μέλος περιγράφει πώς κατάφερε να δημιουργήσει ένα μικρό χριστουγεννιάτικο δέντρο PCB με πολλά χαρακτηριστικά:

• Ενσωματωμένο τσιπ Arduino
• Δίχρωμες λυχνίες LED SMD
• Χωρητική αφή
• Ενσωματωμένη μπαταρία
• Κύκλωμα ενίσχυσης DC/DC
• … κι αλλα !

Ορισμένες από αυτές τις δυνατότητες δεν είναι συμβατές με το έργο μου, το οποίο στοχεύει να είναι απλό και χαμηλού κόστους. Παρ 'όλα αυτά, μια άλλη λεπτομέρεια του έργου του τράβηξε την προσοχή μου: το bluquesh κατάφερε να χωρέσει το τρισδιάστατο χριστουγεννιάτικο δέντρο του σε μια τετραγωνισμένη περιοχή με μηδενική σπατάλη χώρου. Δημιουργώντας δύο πτερύγια σε σχήμα μισού έλατου δίπλα στο κύριο έλατο, ξαναχρησιμοποίησε τον χαμένο χώρο για να δημιουργήσει ένα άλλο γεμάτο δέντρο παρά την περίπλοκη μορφή του.

Προσάρμοσα και ξαναχρησιμοποίησα αυτό το έξυπνο σχέδιο στο έργο μου.

Βήμα 3: Σχεδιασμός PCB

Σχεδίασα το χριστουγεννιάτικο δέντρο PCB μου χρησιμοποιώντας το Autodesk EAGLE. Το EAGLE είναι ένα λογισμικό αυτοματισμού ηλεκτρονικού σχεδιασμού (EDA) που επιτρέπει σχηματικά σχηματικά διαγράμματα, τοποθέτηση εξαρτημάτων και δρομολόγηση PCB.

Ξεκίνησα τον σχεδιασμό δημιουργώντας το σχηματικό σχήμα του ηλεκτρονικού κυκλώματος. Αποτελείται από 11 LED που αναβοσβήνουν παράλληλα, που τροφοδοτούνται από μπαταρία κυψέλης κουμπιού 3 V. Ένας διακόπτης μπορεί να ανοίξει ή να κλείσει το κύκλωμα. Τέλος, ένας προαιρετικός πυκνωτής φιλτραρίσματος 10 μF τοποθετείται μεταξύ της τάσης της μπαταρίας και της γείωσης.

Έκανα την επιλογή να μην συμπεριλάβω μια αντίσταση σε σειρά με τις λυχνίες LED, καθώς τα 3 V είναι πολύ κοντά στην εμπρόσθια τάση πολλών χρωμάτων LED:

Το σχηματικό και το PCB χωρίζονται σε τρία μέρη:

• ο κύριος πίνακας: έχει σχήμα χριστουγεννιάτικου δέντρου και περιλαμβάνει τη θήκη μπαταρίας, το διακόπτη, 3 LED στην επάνω όψη και 2 LED στην κάτω όψη. Δύο συνδετήρες ακίδων 2 ακίδων επιτρέπουν τη σύνδεση και τροφοδοσία των δύο πτερυγίων, το ένα στην επάνω όψη και το άλλο στην κάτω όψη.
• το πάνω πτερύγιο: έχει σχήμα μισού χριστουγεννιάτικου δέντρου με εγκοπή για τη θήκη της μπαταρίας και περιλαμβάνει 1 LED στην επάνω όψη και 2 LED στην κάτω όψη. Ένα ίχνος σύνδεσης ακίδων 2 ακίδων επιτρέπει στο πτερύγιο να συνδεθεί και να τροφοδοτηθεί στην κύρια πλακέτα.
• το κάτω πτερύγιο: έχει σχήμα μισού χριστουγεννιάτικου δέντρου και περιλαμβάνει 2 LED στην επάνω όψη και 1 LED στην κάτω όψη. Ένα ίχνος σύνδεσης με 2 ακίδες με ακίδα pin επιτρέπει τη σύνδεση και την τροφοδοσία του πτερυγίου στην κύρια πλακέτα.

Αποφάσισα να επιλέξω ένα μειωμένο μέγεθος 48 * 48 mm ανά έλατο σχεδιάζοντας το περίγραμμα της σανίδας με το 20ο στρώμα "Διάσταση".

Σχεδίασα το σχήμα του έλατου χρησιμοποιώντας το 46ο στρώμα "Φρεζάρισμα" με πλάτος 3 mm: αυτή η γραμμή ερμηνεύεται ως περιοχή άλεσης για τον κατασκευαστή και διαχωρίζω το έλατο από τα πτερύγιά του.

Μόλις καθορίστηκε με σαφήνεια το περίγραμμα του κυκλώματος, τοποθέτησα τα μεγαλύτερα εξαρτήματα όπως το στήριγμα μπαταρίας και ο διακόπτης, στη συνέχεια τα LED έτσι ώστε η κατανομή τους να είναι ευχάριστη.

Πρόσθεσα μια άλλη περιοχή φρεζαρίσματος σε ένα πτερύγιο, ώστε να χωρέσει η μπαταρία και μια τρύπα στην κορυφή του δέντρου για να μπορεί να κρεμαστεί οπουδήποτε (σε πραγματικό χριστουγεννιάτικο δέντρο για παράδειγμα).

Στη συνέχεια, δρομολόγησα όλα τα εξαρτήματα χρησιμοποιώντας επάνω και κάτω στρώματα: η τάση της μπαταρίας κατανέμεται στα LED με ίχνη πλάτους 0,5 mm και συνολικό επίπεδο γείωσης.

Τέλος, σχεδίασα δύο αποσπώμενες γλωττίδες και τις τοποθέτησα μεταξύ του κύριου ελάτου και των πτερυγίων του στο ίχνος φρεζαρίσματος 3 mm, προκειμένου να διατηρηθεί η σανίδα μου ως ενιαίο σχέδιο και να επιτραπεί η επένδυση PCB (δείτε το επόμενο βήμα για περισσότερες λεπτομέρειες).

Όλα τα αρχεία Eagle μπορούν να βρεθούν στο github μου ή παρακάτω

Βήμα 4: Πίνακας PCB

Οι περισσότεροι κατασκευαστές PCB προσφέρουν τώρα μια ενιαία τιμή 5 $ για 10 PCB έως 100*100 mm σε μέγεθος. Η τιμή παραμένει η ίδια είτε το κύκλωμα είναι 50*50 mm είτε 100*100 mm. Η βελτιστοποίηση κόστους είναι τότε δυνατή με τη μεγιστοποίηση του αριθμού κυκλωμάτων σε αυτήν τη μέγιστη περιοχή. Το πάνελ PCB συνίσταται στη δημιουργία ενός μεμονωμένου PCB από πολλά μικρά, προκειμένου να μειωθεί το κόστος και τα απόβλητα.

Οι περισσότεροι κατασκευαστές PCB δεν χρεώνουν επιπλέον κόστος για πανομοιότυπη σχεδίαση πάνελ. Αυτό σημαίνει ότι μπορείτε να καταφέρετε να χωρέσετε αρκετά μικρά PCB σε ένα δωρεάν, αλλά πρέπει να παραμείνει το ίδιο σχέδιο για όλους. Περισσότερες πληροφορίες μπορείτε να βρείτε στον ιστότοπο του κατασκευαστή PCB Seeedstudio.

Η πλακέτα PCB μπορεί να έρθει με 2 τρόπους:

Μέθοδος επένδυσης V-groove: συνίσταται στην κοπή 1/3 του πάχους της σανίδας από πάνω και 1/3 του πάχους από κάτω, παράλληλα με την επάνω κοπή, με κυκλική λεπίδα κοπής 30 έως 45 μοιρών. Αυτό μπορεί να γίνει μόνο σε ευθείες γραμμές σε όλη τη διαδρομή μέσω της συστοιχίας PCB

Μέθοδος επιτροπής Breakaway-tab: συνίσταται στο να αφήνετε διάτρητες καρτέλες να δρομολογούν χώρο μεταξύ των PCB. Η απόσταση μεταξύ δύο PCB είναι περίπου 2, 5 mm, καθώς είναι το τυπικό μέγεθος του δρομολογητή στα περισσότερα κατασκευαστικά σπίτια και απαιτεί μόνο ένα πέρασμα από το κομμάτι του δρομολογητή για να αλέσει τον πίνακα. Τα μοτίβα διάτρησης N-Holes είναι στάνταρ για αποσπώμενες γλωττίδες και έχουν σχεδιαστεί για να αφαιρούνται εύκολα χωρίς να αφήνουν ανεπιθύμητες προεξοχές του πλαϊνού πίνακα

Περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τον σχεδιασμό πίνακα PCB μπορείτε να βρείτε στο πολύ καλά τεκμηριωμένο άρθρο που γράφτηκε από τον Jack Lucas για το www. ElectronicDesign.com.

Προκειμένου να μειώσω το κόστος του έργου μου, αποφάσισα να συγκεντρώσω τέσσερα χριστουγεννιάτικα δέντρα PCB μου σε έναν μόνο πίνακα. Αρχικά, έπρεπε να συνδέσω τα δύο πτερύγια του χριστουγεννιάτικου δέντρου PCB με τον κεντρικό πίνακα. Σχεδίασα δύο αποσπασματικές γλωττίδες με μοτίβο διάτρησης 3 οπών που συνδέουν κάθε πτερύγιο με τον κύριο πίνακα χριστουγεννιάτικου δέντρου. Οι αποσπώμενες γλωττίδες είναι κατασκευασμένες από οπές 2*3 με διάμετρο 0, 9 mm.

Μόλις τελειώσει ο σχεδιασμός ενός χριστουγεννιάτικου δέντρου PCB, το αντιγράψα τέσσερις φορές και το έστειλα το καθένα δίπλα -δίπλα για να καλύψει την περιοχή 100*100 mm που επέβαλε ο κατασκευαστής. Όλα τα σχέδια απέχουν κατά 3 mm και συνδέονται με αποσπώμενες γλωττίδες με μοτίβο διάτρησης 3 οπών.

Το τελικό PCB έχει μέγεθος 100*100 mm και περιέχει 4 PCB χριστουγεννιάτικου δέντρου. Το κόστος μιας μονάδας PCB διαιρείται έτσι με 4!

Βήμα 5: Συγκόλληση του PCB

Όταν συγκεντρωθούν όλα τα εξαρτήματα, μπορεί να ξεκινήσει η συγκόλληση του PCB!

Συγκόλληση των LED -

Είναι καλύτερο να ξεκινήσετε με συγκόλληση LED, καθώς είναι τα μικρότερα εξαρτήματα. Η συγκόλλησή τους τελευταία θα έκανε το έργο δυνητικά πιο δύσκολο, καθώς μεγαλύτερα εξαρτήματα θα μπορούσαν να επηρεάσουν την τοποθέτησή τους. Τα LED είναι πολωμένα εξαρτήματα και είναι σημαντικό να προσδιορίσετε στο PCB πώς υποτίθεται ότι πρέπει να συγκολληθούν. Το αποτύπωμα LED στο PCB είναι πάντα το ίδιο: το μαξιλάρι που συνδέεται με το επίπεδο γείωσης είναι η μάζα (κάθοδος) και το μαξιλάρι που συνδέεται σε ένα κομμάτι είναι η τάση τροφοδοσίας (άνοδος). Ένα πράσινο βέλος κάτω από το LED CMS υποδεικνύει την κατεύθυνση ροής του ρεύματος και επομένως την πολικότητά του.

Η δοκιμή μιας λυχνίας LED με πολύμετρο σε διαμόρφωση "δοκιμαστής διόδου" μπορεί να βοηθήσει στον προσδιορισμό της πολικότητας και του χρώματος της.

Για να κολλήσω τα LED, ξεκίνησα αρχικά τοποθετώντας μια μικρή ποσότητα συγκόλλησης σε ένα από τα μαξιλάρια LED. Στη συνέχεια πλησίασα το LED με λεπτές λαβίδες ενώ διατηρούσα τη συγκόλληση λιωμένη με το κολλητήρι μου. Μόλις τοποθετήθηκε σωστά το led, αφαίρεσα το κολλητήρι μου για να στερεοποιηθεί η συγκόλληση. Η δεύτερη συγκόλληση μπορεί στη συνέχεια να γίνει χωρίς να χρειάζεται να κρατήσετε το LED με το τσιμπιδάκι. Αυτή η διαδικασία επαναλαμβάνεται για τα 10 LED που απομένουν.

Συγκόλληση της θήκης της μπαταρίας -

Η θήκη μπαταρίας συγκρατεί το κελί κουμπιού στο PCB για να δημιουργήσει την ηλεκτρική σύνδεση. Για να κρατήσω τη μπαταρία σταθερά, άφησα ένα μικρό στρώμα κασσίτερου στο τακάκι της μπαταρίας. Στη συνέχεια τοποθετείται ο σύνδεσμος και συγκολλάται.

Συγκόλληση του διακόπτη -

Τέλος, ο διακόπτης είναι κολλημένος στην ίδια πλευρά με το βύσμα της μπαταρίας. Η εναλλαγή προεξέχει από το PCB για εύκολη λειτουργία.

Βήμα 6: Συναρμολόγηση του PCB

Μόλις συγκολληθούν όλα τα εξαρτήματα, ήρθε η ώρα να συναρμολογήσετε το χριστουγεννιάτικο δέντρο.

Διαχωρισμός των σανίδων -

Άρχισα να σπάω τον πίνακα με επίπεδη πένσα για να χωρίσω τα δύο πτερύγια από τον κύριο πίνακα. Χρησιμοποίησα πένσα κοπής για να αφαιρέσω τυχόν μεγάλη άκρη που θα μπορούσε να βλάψει. Στη συνέχεια, χρησιμοποίησα γυαλόχαρτο για να εξομαλύνω τις πλευρές του χριστουγεννιάτικου δέντρου και τελικά είχα τρεις καθαρές σανίδες: το κεντρικό δέντρο και τα δύο πτερύγιά του.

Σύνδεση των σανίδων -

Το ένα πτερύγιο είναι προσαρτημένο στην κύρια πλακέτα συγκολλώντας ένα σύνδεσμο 2 ακίδων μεταξύ τους. Ο σύνδεσμος του ακροδέκτη έχει δύο χρήσεις εδώ: κρατήστε το φτερό στην κύρια πλακέτα και φέρτε την τάση και τη μάζα στα LED του πτερυγίου.

Έκοψα συνδετήρες 2* 2 καρφίτσες από μια μεγάλη ταινία συνδετήρων ακίδων και καθάρισα τις πλαστικές άκρες με γυαλόχαρτο. Στη συνέχεια, τα κόλλησα από την κορυφή στην ουρά στον κεντρικό πίνακα, όπως φαίνεται στις εικόνες, το ένα στο πάνω μέρος και το άλλο στο κάτω μέρος.

Κόλλησα τα δύο πτερύγια στους συνδετήρες προσέχοντας να τα ευθυγραμμίσω σωστά και τοποθετώντας το πτερύγιο με μια εγκοπή στην πλευρά του συνδετήρα της μπαταρίας.

Το χριστουγεννιάτικο δέντρο PCB έχει πλέον συναρμολογηθεί!

Ενεργοποίηση του κυκλώματος -

Το PCB τροφοδοτείται από μπαταρία λιθίου CR1220 3V. Μόλις το κελί κουμπιού τοποθετηθεί στη θήκη της μπαταρίας κάτω από την πλακέτα και κλείσει ο διακόπτης, όλα τα LED αρχίζουν να αναβοσβήνουν σαν μαγικά!

Το κελί κουμπιού που χρησιμοποιείται σε αυτό το έργο έχει μέση χωρητικότητα 40 mAh, που σημαίνει για παράδειγμα ότι μπορεί να αποδώσει έως και 40 mA κατά τη διάρκεια 1 ώρας ή 20 mA για 2 ώρες. Η τρέχουσα κατανάλωση του χριστουγεννιάτικου δέντρου PCB είναι περίπου 80 mA και εξαρτάται από τα χρώματα των επιλεγμένων λυχνιών LED: τα λευκά, μπλε και μωβ LED τροφοδοτούν περισσότερο ρεύμα από τα κόκκινα, πορτοκαλί και κίτρινα LED.

Από εμπειρία, σας συνιστώ να χρησιμοποιείτε κόκκινες, πορτοκαλί, κίτρινες και πράσινες λυχνίες LED, καθώς θα μειώσουν τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας παρέχοντας ωραία χρώματα στο θέμα του πνεύματος των Χριστουγέννων:) Με αυτά τα χρώματα σε ίσες αναλογίες, τα χριστουγεννιάτικα δέντρα μου PCB λάμπουν για 1 ώρα μέχρι να αρχίσουν να σβήνουν τα πράσινα LED.

Βήμα 7: Συμπέρασμα

Πέρασα καλά διαμορφώνοντας αυτά τα μικρά χριστουγεννιάτικα δέντρα PCB και έμαθα πολλά για την κατασκευή PCB και την επένδυση PCB.

Χάρη στον χαμηλού κόστους σχεδιασμό του έργου, το εργαστήριο συγκόλλησης προσφέρθηκε δωρεάν σε όσους ήθελαν να το δοκιμάσουν. Αυτά τα PCB ήταν πολύ επιτυχημένα στη λέσχη μου και πολλά νέα μέλη έχουν κολλήσει το πρώτο τους τσιπ με βάση στοιχεία SMD. Χάρηκα περισσότερο από το άκουσμα ότι μερικές από τις δημιουργίες μου στόλισαν τα χριστουγεννιάτικα δέντρα των φίλων μου.

Σήμερα, είμαι περήφανος που μπορώ να μεταδώσω μέσω αυτού του εργαστηρίου και αυτού του σεμιναρίου τη γνώση που απέκτησα κατά τη διάρκεια αυτού του έργου. Ελπίζω να σας άρεσε και σας εύχομαι τα καλύτερα για τη χρονιά που έρχεται:)