Vianočný stromček s plošnými spojmi za 1 dolár: 7 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Od loboat Sledujte ma na Twitteri! Nasledovať Viac od autora:

O mne: Volám sa Loann Boudin, som výrobca a francúzsky študent, ktorý študuje elektrotechniku v blízkosti Paríža. Rád vyrábam veci sám a zdieľam svoje projekty s každým. Viac o loboate »

PCB vianočný stromček od Loanna BOUDINA 2018

Čo môžu robiť milovníci elektroniky, keď sa blížia Vianoce? PCB vianočný stromček samozrejme!

Ako člen klubu malých fanúšikov elektroniky sa rád podelím o svoju vášeň pre návrh elektroniky a PCB prostredníctvom malých projektov. Na Vianoce som chcel novým členom predstaviť spájkovací vesmír SMD zábavným a jednoduchým projektom: spájkovať miniatúrny vianočný stromček s plošnými spojmi so vstavanými blikajúcimi diódami 0805 SMD.

Tento návod popisuje postup, ktorý som dodržal pri predstavovaní, navrhovaní a vytváraní zväzku lacných, malých, žiariacich vianočných stromčekov na doskách s plošnými spojmi za cenu nižšiu ako 1 dolár za jednotku. Užite si to:)

A … ak sa vám tento Instructable páčil, zvážte hlasovanie za tento projekt v PCB Contest! Ďakujem !

Krok 1: kusovník, potrebné nástroje a zručnosti

Budete potrebovať:

Potrebné nástroje:

• spájkovačka
• spájkovací drôt
• brúsny papier
• ploché kliešte
• strihacie kliešte
• jemná pinzeta

Voliteľné (ale praktické) nástroje:

• Odsávač pár
• multimetr
• nádherné sklo

Zručnosti:

základné spájkovacie schopnosti

Kusovník:

Komponenty	Dodávateľ	Veľkoobchodná cena ($)	Cena za PCB ($)
11x 0805 SMD blikajúce LED diódy	Aliexpress	15, 79	0, 29
1x batéria CR1220	Aliexpress	0, 75	0, 15
1x držiak na batériu	Aliexpress	6, 58	0, 07
1x prepínač	Aliexpress	2, 62	0, 03
2x 2 kolíková hlavička	Aliexpress	0, 51	0, 01
1x DPS	SeeedStudio	4, 90	0, 12

Vybral som lacné komponenty, aby bol kusovník pod symbolickou cenou 1 dolár za PCB vianočného stromčeka. Celková cena za jeden vianočný stromček s plošnými spojmi so všetkými spájkovanými elektronickými komponentmi sa odhaduje na 0,67 dolára.

Krok 2: Hľadanie inšpirácie…

Chcel som navrhnúť realistický vianočný stromček s plošnými spojmi, kde dve PCB zostavené kolmo môžu poskytnúť 3D tvar, ktorý môže obstáť. Vytvorenie dvoch rôznych PCB neznamená, že návrh je oveľa komplikovanejší, ale drahší, pretože výrobcovia účtujú viac, ak PCB obsahuje viac ako jeden dizajn. Aby bola cena čo najnižšia, potreboval som popremýšľať o šikovnom manažmente priestoru pri návrhu DPS, aby sa znížilo plytvanie a náklady. V snahe navrhnúť perfektný vianočný stromček pre DPS pre svoj účel som hľadal podobné projekty na stránkach Google a Instructables.

Narazil som na bluqueshov dizajn, ktorý sa mi zdal obzvlášť zaujímavý a veľmi dobre zdokumentovaný. Tento člen vo svojom prvom pokyne popisuje, ako sa mu podarilo vytvoriť malý vianočný stromček s plošnými spojmi s mnohými funkciami:

• Zabudovaný čip Arduino
• Dvojfarebné LED diódy SMD
• Kapacitný dotyk
• Zabudovaná batéria
• Obvod zosilnenia DC/DC
• … a viac !

Niektoré z týchto funkcií nie sú kompatibilné s mojím projektom, ktorého cieľom je byť jednoduchý a lacný. Napriek tomu ma zaujal ďalší detail jeho projektu: bluqueshu sa jeho 3D návrh vianočného stromčeka zmestil do štvorcovej oblasti s nulovým plytvaním priestorom. Vytvorením dvoch plutiev v tvare polovičnej jedle vedľa hlavnej jedle znova využil zbytočný priestor na vytvorenie ďalšieho plného stromu napriek svojej zložitej forme.

Tento šikovný dizajn som prispôsobil a znova použil vo svojom projekte.

Krok 3: Návrh DPS

Vianočný stromček pre DPS som navrhol pomocou programu Autodesk EAGLE. EAGLE je softvér na automatizáciu elektronického návrhu (EDA), ktorý umožňuje návrh schematických diagramov, umiestnenie komponentov a smerovanie DPS.

Začal som s návrhom vytvorením schémy elektronického obvodu. Skladá sa z 11 paralelne blikajúcich LED diód napájaných 3 V gombíkovou batériou. Spínač môže obvod otvoriť alebo zatvoriť. Nakoniec je medzi napätie batérie a uzemnenie umiestnený voliteľný filtračný kondenzátor 10 µF.

Rozhodol som sa nezaradiť odpor do série s LED diódami, pretože 3 V je veľmi blízke prednému napätiu mnohých farieb diód LED:

Schéma a doska plošných spojov sú rozdelené do troch častí:

• hlavná doska: má tvar vianočného stromčeka a obsahuje držiak batérie, vypínač, 3 diódy LED na hornej strane a 2 diódy na spodnej strane. Dva 2-kolíkové konektory pinhead umožňujú pripojiť a napájať dve rebrá, jednu na hornej strane a druhú na spodnej strane.
• horná plutva: má tvar polovice vianočného stromčeka so zárezom pre držiak batérie a obsahuje 1 diódu LED na hornej strane a 2 diódy LED na spodnej strane. Jedna stopa konektora s 2 kolíkmi umožňuje pripojiť plutvu k hlavnej doske a napájať ju.
• spodná plutva: má tvar polovice vianočného stromčeka a obsahuje 2 LED diódy na hornej strane a 1 LED na spodnej strane. 2-kolíkový konektor konektora umožňuje pripojenie a napájanie plutvy k základnej doske.

Rozhodol som sa rozhodnúť pre zmenšenú veľkosť 48 * 48 mm na jedľu tým, že som obrys dosky nakreslil 20. vrstvou „Dimension“.

Nakreslil som tvar jedle pomocou 46. vrstvy „Frézovanie“so šírkou 3 mm: táto čiara je pre výrobcu interpretovaná ako oblasť frézovania a oddeľuje jedľu od plutiev.

Akonáhle je obrys obvodu jasne definovaný, umiestnil som najväčšie súčiastky ako držiak batérie a vypínač, potom LED diódy, aby ich distribúcia bola príjemná.

Na jednu plutvu som pridal ďalšiu frézovaciu plochu, aby sa držiak batérie zmestil, a otvor na vrchole stromu, aby ste ho mohli zavesiť kdekoľvek (napríklad v skutočnom vianočnom stromčeku).

Potom som smeroval všetky komponenty pomocou vrchných a spodných vrstiev: napätie batérie je distribuované do LED diód so stopami šírky 0, 5 mm a celkovou základnou rovinou.

Nakoniec som navrhol dve odlamovacie záložky a umiestnil ich medzi hlavnú jedľu a jej rebrá na 3 mm frézovaciu stopu, aby bola moja doska ako jediný dizajn a umožnila panelizáciu DPS (ďalšie podrobnosti nájdete v nasledujúcom kroku).

Všetky súbory Eagle nájdete na mojom githube alebo nižšie ▼

Krok 4: Panelizácia DPS

Väčšina výrobcov dosiek plošných spojov teraz ponúka jednotnú cenu 5 dolárov za 10 dosiek plošných spojov s veľkosťou až 100 x 100 mm. Cena zostáva rovnaká, či je obvod 50 x 50 mm alebo 100 x 100 mm. Optimalizácia nákladov je potom možná maximalizáciou počtu obvodov na tejto maximálnej ploche. Panelizácia PCB pozostáva z vytvorenia jednej PCB z niekoľkých malých, aby sa znížili náklady a plytvanie.

Väčšina výrobcov dosiek plošných spojov neúčtuje dodatočné poplatky za panelizáciu panelov rovnakého dizajnu. Znamená to, že sa vám zadarmo podarí zmestiť niekoľko malých plošných spojov do jednej, ale musí zostať pre všetkých rovnaký. Viac informácií nájdete na webovej stránke výrobcu PCB Seeedstudio.

Panelizácia PCB môže mať 2 spôsoby:

Metóda panelizácie V-drážky: pozostáva z narezania 1/3 hrúbky dosky zhora a 1/3 hrúbky zospodu, rovnobežne s horným rezom, s 30- až 45-stupňovým kruhovým rezacím kotúčom. To sa dá urobiť iba pozdĺž priamych liniek celou cestou cez pole plošných spojov

Metóda panelizácie oddeľovacích záložiek: pozostáva z ponechania priestoru na smerovanie perforovaných záložiek medzi DPS. Rozstup medzi dvoma doskami plošných spojov je približne 2,5 mm, pretože ide o štandardnú veľkosť routera vo väčšine výrobných domov a na frézovanie dosky vyžaduje iba jeden prechod frézovacieho bitu. Vzory perforácie N-otvorov sú štandardné pre odlamovacie chlopne a sú navrhnuté tak, aby sa dali ľahko odstrániť bez toho, aby zanechali nežiaduce výstupky bočnej dosky

Viac informácií o dizajne panelizácie PCB nájdete vo veľmi dobre zdokumentovanom článku, ktorý napísal Jack Lucas pre www. ElectronicDesign.com.

Aby som znížil náklady na svoj projekt, rozhodol som sa panelovať štyri svoje vianočné stromčeky z PCB do jednej dosky. Najprv som musel prepojiť dve plutvy vianočného stromčeka PCB s hlavnou doskou. Navrhol som dve odlamovacie záložky s 3-dierkovým perforačným vzorom, ktoré spájajú každú plutvu s hlavnou doskou vianočného stromčeka. Odlamovacie chlopne sú vyrobené z 2*3 otvorov s priemerom 0,9 mm.

Akonáhle bol návrh jedného vianočného stromčeka s plošnými spojmi dokončený, duplikoval som ho štyrikrát a odoslal každý z nich vedľa seba, aby vyplnil plochu 100 x 100 mm uloženú výrobcom. Všetky prevedenia sú od seba vzdialené 3 mm a sú spojené odlamovacími chlopňami s 3-dierkovým perforačným vzorom.

Konečná doska plošných spojov má veľkosť 100 x 100 mm a obsahuje 4 dosky plošných spojov pre vianočný stromček. Náklady na jednotku PCB sú tak vydelené 4!

Krok 5: Spájkovanie DPS

Keď sú všetky súčiastky zhromaždené, môže sa začať spájkovanie DPS!

Spájkovanie LED diód -

Najlepšie je začať s spájkovaním LED, pretože sú to najmenšie komponenty. Ich posledné spájkovanie by úlohu potenciálne sťažilo, pretože väčšie súčiastky by mohli zasahovať do ich umiestnenia. LED diódy sú polarizované súčiastky a na doske plošných spojov je dôležité identifikovať, ako sa majú spájkovať. Stopa LED diód na doske plošných spojov je vždy rovnaká: podložka pripojená k základnej rovine je hmotnosť (katóda) a podložka pripojená k trati je napájacie napätie (anóda). Zelená šípka pod LED CMS indikuje smer toku prúdu a tým aj jeho polaritu.

Testovanie LED diódy pomocou multimetra v konfigurácii „testera diód“môže pomôcť určiť jej polaritu a farbu.

Na spájkovanie LED diód som najskôr začal umiestnením malého množstva spájky na jednu z diód LED. Potom som sa priblížil k LED pomocou jemnej pinzety, pričom spájku som nechal roztavenú pomocou mojej spájkovačky. Akonáhle je dióda správne umiestnená, odstránil som svoju spájkovačku, aby spájka stuhla. Druhú spájku je potom možné vyrobiť bez toho, aby ste museli LED držať pinzetou. Tento proces sa opakuje pre zostávajúcich 10 LED diód.

spájkovanie držiaka batérie -

Držiak batérie drží gombíkový článok na doske plošných spojov na vytvorenie elektrického spojenia. Aby batéria držala pevne, na podložku držiaka batérie som položil malú vrstvu cínu. Potom sa konektor umiestni a spájkuje.

spájkovanie spínača -

Nakoniec je spínač spájkovaný s rovnakou stranou ako konektor batérie. Prepínač vyčnieva z DPS pre jednoduchú obsluhu.

Krok 6: Zostavenie DPS

Keď sú všetky diely spájkované, je čas zostaviť vianočný stromček.

Oddelenie dosiek -

Začal som lámať dosku plochými kliešťami, aby som oddelil dve plutvy od hlavnej dosky. Rezacími kliešťami som odstránil všetky zostávajúce veľké hrany, ktoré by mohli ublížiť. Potom som brúsnym papierom vyhladil boky vianočného stromčeka a nakoniec som dostal tri čisté dosky: hlavný strom a jeho dve plutvy.

Pripojenie dosiek -

Jedna plutva je pripevnená k základnej doske spájkovaním 2 -kolíkového konektora medzi nimi. Konektor pinhead tu má dve použitia: podržte krídlo na hlavnej doske a priveďte napätie a hmotnosť na diódy LED plutvy.

Odrezal som 2* 2 kolíkové konektory pinhead z veľkého pásu pinhead konektorov a plastové okraje som vyčistil brúsnym papierom. Potom som ich spájkoval hlavou k chvostu na základnej doske, ako je to znázornené na obrázkoch, jeden na hornú stranu a druhý na spodnú stranu.

Dve plutvy som spájkoval s konektormi, dával som pozor, aby som ich správne zarovnal a umiestnil plutvu so zárezom na strane konektora batérie.

Vianočný stromček s plošnými spojmi je teraz konečne zostavený!

Zapnutie obvodu -

DPS je napájaná lítiovou batériou CR1220 s napätím 3V. Akonáhle sa gombíková batéria vloží do držiaka batérie na doske a vypínač sa zatvorí, všetky diódy LED začnú blikať ako kúzlo!

Gombíkový článok použitý v tomto projekte má priemernú kapacitu 40 mAh, čo napríklad znamená, že môže dodávať až 40 mA počas 1 hodiny alebo 20 mA počas 2 hodín. Aktuálna spotreba vianočného stromčeka plošných spojov sa pohybuje okolo 80 mA a závisí od farieb zvolených diód LED: biele, modré a fialové diódy LED odoberajú viac prúdu ako červené, oranžové a žlté diódy LED.

Zo skúsenosti vám odporúčam používať červené, oranžové, žlté a zelené diódy LED, pretože ušetria životnosť batérie a zároveň poskytnú pekné farby v téme vianočného ducha:) S týmito farbami v rovnakých pomeroch moje vianočné stromčeky s plošnými spojmi žiaria počas 1 hodiny kým zelené LED diódy nezačnú slabnúť.

Krok 7: Záver

Bavil som sa pri navrhovaní týchto malých vianočných stromčekov s plošnými spojmi a dozvedel som sa veľa o výrobe plošných spojov a o ich panelizácii.

Vďaka nízkonákladovému návrhu projektu bola spájkovacia dielňa bezplatne ponúknutá tým, ktorí si to chceli vyskúšať. Tieto DPS boli v mojom klube veľmi úspešné a mnoho nových členov spájkovalo svoj prvý čip založený na komponentoch SMD. Potešilo ma, keď som počul, že niektoré moje výtvory zdobili vianočné stromčeky mojich priateľov.

Dnes som hrdý na to, že môžem prostredníctvom tohto workshopu a tohto tutoriálu odovzdať znalosti, ktoré som získal počas tohto projektu. Dúfam, že sa vám páčilo a prajem vám to najlepšie do nasledujúceho roku:)