Golden Arduino Board: 12 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:57

Účel

Účelom tejto dosky je mať úplne rovnakú funkcionalitu ako Arduino Uno, ale s vylepšenými dizajnovými funkciami. Bude obsahovať konštrukčné prvky na zníženie hluku, ako napríklad vylepšené smerovacie a oddeľovacie kondenzátory. Ponecháme štandardnú pin-out stopu dosky Arduino, aby bola kompatibilná so štítmi; mimo tejto stopy však bude pridaný rad spätných kolíkov, aby sa zlepšilo rozloženie dosky znížením krížových hovorov pre signály prichádzajúce z dosky. Okrem toho bude na systémové hodiny namiesto rezonátora použitý kryštál 16 MHz, aby sa zvýšila presnosť a stabilita hodín

Rozpočet moci

Vstupný výkon bude rovnaký ako ten, ktorý je potrebný na napájanie Arduino Uno. Odporúčaný rozsah vstupného napätia je 7 až 12 voltov. Ak je napájaný menším napätím ako 7 V, výstupný kolík 5 V môže napájať menej ako päť voltov a doska môže byť nestabilná. Pri použití viac ako 12 V sa môže regulátor napätia prehriať a poškodiť dosku. Atmega 328 bude využívať 5 V namiesto 3,3 V, aby mal najrýchlejší takt.

Riadenie rizika Potenciálne riziká:

Prijímanie chybných komponentov je potenciálnym rizikom, ktoré je možné zmierniť objednaním doplnkov.

Nesprávna orientácia čipov IC ako Atmega 328 môže mať za následok nesprávne pripojenie k pinom. Pred spájkovaním skontrolujeme správnu orientáciu.

Mechanické napätie pôsobiace na výstupné kolíky by mohlo prerušiť spojenia. Na zaistenie toho, aby sa to nestalo, použijeme priechodné otvory.

Pri spájkovaní existuje potenciál pre studené spájkovacie spoje. Môžeme to zmierniť kontrolou každého spoja po vytvorení spoja.

Identifikácia toho, kde sa diely nachádzajú na doske, môže byť náročná.

Zahrnutie identifikácie na hodvábnej obrazovke to uľahčí.

Začiatočný plán:

Spínače budú umiestnené tak, aby izolovali obvody dosky a umožnili nám zostaviť a otestovať kusy dosky jeden po druhom a zaistiť, aby každý kus správne fungoval, než sa pohnete ďalej a zostavíte zvyšok kanca.

Krok 1: Schéma

Schéma bola vytvorená odkazom na open source schémy Arduino Uno a ich úpravou tak, aby sa zlepšila integrita signálu.

Krok 2: Rozloženie DPS

Krok 3: Zostavenie

Začali sme montovať DPS s oddeľovacími kondenzátormi a poistkami.

Potom sme spájkovali výkonové čipy a čip diódy ESD. Ochranný čip ESD bolo ťažké spájkovať kvôli malým rozmerom čipu a malým podložkám, ale montáž sme úspešne dokončili.

Vyskytol sa problém, pri ktorom sa naša doska neresetovala, ale bolo to kvôli tomu, že naše tlačidlo zle nadväzovalo kontakt. Po stlačení tlačidla určitou silou sa vrátilo do funkčného stavu a fungovalo normálne

Krok 4: Prepínanie šumu: kolík 9

Tu sú dva obrázky, kde sa porovnávajú zvuky prepínania z pinov 9-13. Zelené zábery predstavujú komerčnú dosku, žlté zábery predstavujú našu domácu dosku a modré signály predstavujú spúšťacie signály na získanie čistého a konzistentného rozsahu.

Na záberoch ďalekohľadu je ťažko vidieť označovanie, ale komerčná doska (zelená) má špičkový až špičkový spínací šum asi štyri volty. Doska Our in House má hluk pri prepínaní približne dva volty. Toto je 50% zníženie hluku pri prepínaní na pine 9.

Krok 5: Prepínanie šumu: kolík 10

Na pine 10 je šum pri prepínaní na komerčnej doske väčší ako štyri volty. Sedí na približne 4,2 voltov od vrcholu k vrcholu. Na našej internej doske je šum pri prepínaní tesne nad dvoma voltmi od vrcholu k vrcholu. Ide o približne 50% zníženie hluku pri prepínaní.

Krok 6: Prepínanie šumu: kolík 11

Na kolíku 11 na komerčnej doske je hluk pri prepínaní od najvyššieho k najnižšiemu okolo 800 mV a pri nízkom k vysokému spínaciemu hluku je asi 900 mV. Na našej internej doske je hluk pri prepínaní od najvyššieho k najnižšiemu okolo 800 mV a náš spínací hluk od najnižšieho k najvyššiemu je približne 200 mV. Dramaticky sme znížili hluk pri prepínaní z nízkeho na vysoký, ale v skutočnosti sme neovplyvnili hluk z prepínania z vysokého na nízky.

Krok 7: Prepínanie šumu: kolík 12

Na pine 12 sme použili spínací IO na spustenie záberov rozsahu v komerčnej a internej doske. V komerčnej doske je hluk pri prepínaní asi 700 mV od špičky k špičke a interná doska má špičku k vrcholu 150 mV. To je približne 20% zníženie hluku pri prepínaní.

Krok 8: Prepínanie šumu: kolík 13

Na pine 13 komerčná doska ukazuje šum pri prepínaní štyri volty od špičky k špičke a naša domáca doska ukazuje malý alebo žiadny hluk pri prepínaní. To je obrovský rozdiel a je dôvodom na oslavu

Krok 9: Vytvorenie novej dosky špeciálnych funkcií pomocou nášho vylepšeného dizajnu

Účelom tejto dosky je rozšíriť našu dosku Golden Arduino s vylepšenými konštrukčnými funkciami a pridanými komponentmi, ako sú LED diódy meniace farbu a snímač srdcového tepu. Bude obsahovať konštrukčné prvky na zníženie hluku, ako napríklad vylepšené smerovanie, používanie ďalších 2 vrstiev dosky plošných spojov, aby bola 4-vrstvová doska, a oddelenie kondenzátorov okolo napájacích líšt a prepínanie vstupov/výstupov. Na vytvorenie snímača srdcového tepu použijeme fotodiódu umiestnenú medzi dvoma diódami LED, ktorá bude merať svetlo odrazené od krvi v prste, ktorý je umiestnený nad snímačom srdcového tepu. Okrem toho zahrnieme individuálne adresovateľné diódy LED, ktoré sa ovládajú pomocou I2C.

Vstupný výkon bude rovnaký ako ten, ktorý je potrebný na napájanie Arduino Uno. Odporúčaný rozsah vstupného napätia je 7 až 12 voltov. Ak je napájaný menším napätím ako 7 V, výstupný kolík 5 V môže napájať menej ako päť voltov a doska môže byť nestabilná. Pri použití viac ako 12 V sa môže regulátor napätia prehriať a poškodiť dosku. Atmega 328 bude využívať 5 V namiesto 3,3 V, aby mal najrýchlejší takt.

Krok 10: Schéma

Krok 11: Rozloženie dosky

Power layer Pour a Ground Layer Pour Hidden to see stopy. Keď bola táto doska navrhnutá, stopa USB bola v skutočnosti náhodne orientovaná dozadu. Mal by byť preklopený, aby sa kábel správne zapojil.

Krok 12: Zostavenie

V každom kroku neboli urobené obrázky, ale na fotografii nižšie je zobrazené konečné vynesenie dosky. Kolíky záhlavia neboli pridané, pretože primárnou funkciou tejto dosky je pridanie diód LED a ADC. Port USB by mal smerovať opačným smerom, aby kábel nemusel siahať po celej doske.