Dosky Satshakit: 6 krokov (s obrázkami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-31 10:24

Hej tvorcovia a fabrikári!

Snívali ste niekedy o tom, že si doma vyrobíte vlastnú pokročilú dosku mikrokontroléra a budete používať komponenty smd?

To je ten správny návod pre vás a pre mozog vášho ďalšieho projektu:)

A keď mám na mysli doma, myslím tým, že by ste mohli kúpiť všetko vybavenie na výrobu všetkých týchto DPS za niekoľko stoviek dolárov (pozri ďalšie kroky) a vložiť ho do jedného pracovného priestoru!

Všetko sa začalo mojou cestou Fab Academy, ktorú som absolvoval v roku 2015. S cieľom vytvoriť fabrický dron som sa rozhodol uvoľniť prototyp letového ovládača ako prvú dosku satshakit. Hneď po jednom týždni dosku replikoval Jason Wang z Fab Lab Taipei. To mi dalo neuveriteľný pocit, keď som videl niekoho replikovať a úspešne používať môj projekt, že som sa odvtedy nikdy nezastavil pri výrobe ďalšej fabulovanej elektroniky s otvoreným zdrojom.

Tabule sa potom replikovali a niekoľko stoviek krát upravili z celosvetovej komunity Fab Lab ako vzdelávacia skúsenosť o tom, ako vyrábať PCB a oživiť mnohé projekty Fab Lab. V súčasnej dobe bolo na github vydaných niekoľko ďalších dosiek satshakits:

• https://github.com/satshakit
• https://github.com/satstep/satstep6600
• https://github.com/satsha-utilities/satsha-ttl

Ak vás zaujíma, čo je to Fab Academy, zamyslite sa nad učebnou skúsenosťou „ako vyrobiť (takmer) čokoľvek“, čo vám zmení život, rovnako ako mne:)!

Viac informácií nájdete tu:

Veľká vďaka úžasným Fab Labs, ktoré ma podporovali pri vytváraní dosiek satshakit: Fab Lab Kamp-Lintfort

Hochschule Rhein-Waal Friedrich-Heinrich-Allee 25, 47475 Kamp-Lintfort, Nemecko

Fab Lab OpenDot

Via Tertulliano N70, 20137, Miláno, Taliansko +39.02.36519890

Krok 1: Rozhodnite sa, ktorý satshakit vyrobíte alebo upravíte

Pred výrobou jednej zo satshakitových dosiek by ste sa mali zamyslieť nad tým, čo s ňou chcete robiť.

Môžete hovoriť pre zábavu a učiť sa: D!

A to je pravda, rovnako ako ich konkrétne použitie.

Na obrázkoch sú niektoré projekty, ktoré používali dosky satshakit.

Kliknutím na názov dosky v zozname nižšie sa dostanete do úložísk github so všetkými informáciami, ktoré potrebujete na ich výrobu a/alebo úpravu:

• Schémy a dosky Eagle na výrobu pomocou CNC/laseru
• Voliteľne súbory Eagle na ich výrobu v Číne používam PcbWay
• Kusovník (kusovník)
• Obrázky-p.webp" />
• Obrázky a videá z práce rady

Súbory na tabuli sa v tomto kroku tiež zazipujú ako príloha.

Tu je prehľad funkcií a vlastností každej z dosiek:

• satshakit

  • doska na všeobecné použitie založená na atmega328p
  • úplne ako holé Arduino UNO bez USB a regulátora napätia
  • programovateľné pomocou prevodníka USB na sériový port
  • príklady projektov, ktoré ho používajú: AAVOID Drone, FabKickBoard, RotocastIt

• satshakit mikro

  • mini doska na všeobecné použitie založená na atmega328p
  • určené na použitie v priestorovo obmedzených aplikáciách
  • príklady projektov, ktoré ho používajú: MyOrthotics 2.0, Hologram, FABSthetics

• satshakit viacjadrové

  • doska na všeobecné použitie založená na atmega328p
  • dvojvrstvová verzia satshakitu, s 2 x atmega328p pre každú stranu
  • stohovateľný dizajn s viacerými doskami, s 328p pripojeným cez I2C
  • užitočné pre systémy s viacerými počítačmi (napr. každá doska spravuje inú sadu senzorov)
  • programovateľné pomocou prevodníka USB na sériový port
  • príklady projektov, ktoré ho používajú: Bluetooth trilaterácia, satshakit systém IoT

• satshakit 128

  • doska na všeobecné použitie založená na atmega1284p
  • dva hardvérové seriály, 16K ram, 128K flash, viac I/O ako atmega328p
  • kompaktná doska s väčším počtom hardvérových zdrojov ako satshakit
  • programovateľné pomocou prevodníka USB na sériový port
  • príklady projektov, ktoré ho používajú: LedMePlay, FabScope, WorldClock

• letový ovládač satshakit

  • doska založená na atmega328p
  • letový ovládač pre DIY drony kompatibilný s Multiwii
  • podporuje až 8 motorov, 6 kanálových prijímačov a samostatné IMU
  • voliteľná integrovaná doska na distribúciu energie
  • príklady projektov, ktoré ho používajú: satshacopter-250X

• mini letový ovládač satshakit

  • menšia verzia ovládača letu satshakit, tiež založená na atmega328p
  • vhodné pre mini DIY drony (ako 150 mm), kompatibilné s Multiwii
  • podporuje až 4 motory a 4 kanálový prijímač
  • integrovaná rozvodná doska
  • príklady projektov, ktoré ho používajú: satshacopter-150X

• satshakit nero

  • dvojitá doska riadenia letu s mikrokontrolérom s použitím atmega328p a atmega1284p
  • vhodné pre pokročilú aplikáciu dronov
  • atmega1284p môže na automatický let vkladať letové príkazy pomocou sériového protokolu Multiwii
  • ukážkový projekt, ktorý ho používa: On Site Robotics Noumena

• satshakit GRBL

  • doska založená na atmega328p, prispôsobená tak, aby fungovala ako ovládač stroja s GRBL
  • voliteľný integrovaný prevodník USB na sériový port a konektor USB
  • hlukovo filtrované koncové dorazy
  • GRBL usporiadaný pinout
  • príklady projektov, ktoré ho používajú: LaserDuo, Bellissimo Drawing Machine
• satshakit-mega
  • doska na všeobecné použitie založená na atmega2560p, niečo ako bájny Arduino Mega
  • vstavaný prevodník USB na sériový port a konektor USB
  • 8K RAM, 256K Flash, 4 hardvérové seriály
  • príklady projektov, ktoré ho používajú: LaserDuo

• satshakit-m7

  • Doska na všeobecné použitie založená na STM32F765
  • integrovaný radič USB na čipe, konektor USB
  • 216 MHz, 512 kB RAM, 2 MB flash
  • veľa funkcií, môže tiež bežať FREE-RTOS
  • projekt, ktorý ho používa: moje ďalšie platformy pre drony a robotiku (zatiaľ nezverejnené)

• satstep6600

  • krokový ovládač vhodný pre motory Nema23/Nema24
  • Špičkový prúd 4,5A, vstupné napätie 8-40V
  • integrované tepelné vypnutie, ochrana proti nadprúdu a podpätiu
  • opto-izolované vstupy
  • projekty, ktoré ho používajú: LaserDuo, recyklátor filamentov Rex

• satsha-ttl

  • Konvertor USB na sériový prenos založený na čipe CH340
  • integrovaný regulátor napätia
  • jumper voliteľné napätie 3,3V a 5V
  • projekty, ktoré ho používajú: satshakit-grbl, sledovač robotov FollowMe

Všetky dosky sú vydávané pod CC BY-NC-SA 4.0.

Ste vítaní pri úprave pôvodných návrhov tak, aby zodpovedali vašim projektom;)!

Krok 2: Zariadenie a prípravy

Najprv sa porozprávajme o procesoch používaných na výrobu týchto plošných spojov:

1. CNC frézovanie
2. Laserové gravírovanie Fiber/Yag (v zásade tie s 1 064 nm)

Ako si môžete všimnúť, neexistuje medzi nimi žiadne leptanie. A dôvod je ten, že ja (a tiež komunita Fab Lab) nemám rád používanie kyselín na znečistenie aj na nebezpečné účely.

Všetky dosky je tiež možné vyrobiť iba pomocou stolného/malého cnc stroja a/alebo laserového gravírovania bez konkrétnych obmedzení jednou alebo druhou technikou.

Mimochodom, laserový stroj Fiber/Yag Laser môže ľahko stáť niekoľko tisíc dolárov, takže si myslím, že pre mnohých z vás by bol lepší malý CNC stroj!

Ak má niekto záujem o laserové gravírovanie, odporúčam vám pozrieť si nasledujúci návod:

fabacademy.org/archives/2015/doc/fiber-lase…

Tu je zoznam odporúčaných maloformátových CNC strojov, ktoré by ste mohli použiť:

• FabPCBMaker, open source fabn cnc od jedného z mojich študentov Ahmeda Abdellatifa, menej ako 100 $ potrebuje drobné vylepšenia, bude čoskoro aktualizovaný
• 3810, minimalistické malé cnc, nikdy to neskúsil, ale vyzerá to, že by to šlo
• Eleks Mill, super lacné mini cnc, osobne frézované balíky s rozstupom 0,5 mm (LQFP100) s jemným doladením
• Roland MDX-20, malé, ale super spoľahlivé riešenie od spoločnosti Roland
• Roland SRM-20, novšia náhradná verzia MDX-20
• Othermill, teraz BantamTools, spoľahlivý a presný maloformátový CNC
• Roland MDX-40, väčší stolný cnc, je možné použiť aj na väčšie veci

Na gravírovanie stôp odporúčam použiť nasledujúce stopkové frézy:

• 0,4 mm 1/64 pre väčšinu PCB, napríklad
• Skosenie 0,2 mm, napríklad pri prácach so strednou obtiažnosťou (uistite sa, že posteľ je rovná!)
• 0,1 mm skosenie pre super presné práce, príklad 1, príklad 2 (uistite sa, že posteľ je rovná!)

A nasledujúce bity na vyrezanie dosky plošných spojov:

Obrysový nástroj 1 mm, príklad1, príklad2

Dajte si pozor na čínske, vydrží skutočne niekoľko rezov!

Odporúčaný medený plech je buď FR1 alebo FR2 (35 µm).

Sklolaminát vo FR4 by ľahko opotreboval stopkové frézy a jeho prach môže byť tiež celkom nebezpečný pre vaše zdravie.

Nasledujú nástroje, ktoré by ste mali mať vo svojej spájkovacej lavici:

• spájkovacia stanica, (niektoré odporúčania: ATTEN8586, ERSA I-CON Pico)
• odpájací cop
• pár presných pinzet
• pomocné ruky
• stolná lampa s lupou
• aplikácia lupa
• spájkovací drôt, 0,5 mm by bol dobrý
• elektronické súčiastky (Digi-Key, Aliexpress a tak ďalej …)
• odsávač pár na spájkovanie
• multimeter

Krok 3: Pripravte si súbory na frézovanie

Na vygenerovanie GCode alebo strojového kódu konkrétneho formátu, ktorý potrebujete, musíte použiť softvér CAM (Computer Aided Manufacturing).

Neváhajte použiť ľubovoľný modul CAM, ktorý sa vám páči, najmä ak je súčasťou tohto zariadenia a cítite sa s ním príjemne.

V tomto tutoriále vám ukážem, ako používať moduly Fab, webový CAM s otvoreným zdrojovým kódom od prof Neila Gershenfelda a jeho spolupracovníkov.

Moduly Fab sú k dispozícii ako samostatná inštalácia do počítača alebo online:

• Úložisko a pokyny k inštalácii modulov Fab:
• Online verzia Fab Modules:

Pre jednoduchosť vám ukážem, ako používať online verziu.

V prvom rade, moduly Fab berú ako vstup čiernobiely obrázok-p.webp

Ak chcete vytvoriť existujúcu dosku satshakit bez úprav, stačí si stiahnuť súbory-p.webp

• satshakit

  • stopy
  • výrez

• satshakit mikro

  • stopy
  • výrez

• satshakit viacjadrové

  svg

• satshakit 128

  • stopy
  • výrez

• letový ovládač satshakit

  • stopy
  • výrez

• mini letový ovládač satshakit

  • stopy
  • výrez

• satshakit nero

  • stopy
  • výrez

• satshakit GRBL

  • stopy
  • výrez
• satshakit mega
  • stopy
  • výrez

• satshakit M7

  • stopy
  • výrez

• satstep6600

  • top stopy
  • horný výrez
  • spodné stopy
  • spodný výrez

• satsha ttl

  • stopy
  • výrez

V prípade, že chcete zmeniť existujúci dizajn satshakit, musíte vykonať ďalšie dva kroky:

1. použite Autodesk Eagle na úpravu dosky podľa svojich potrieb
2. na úpravu obrázkov-p.webp" />

Akonáhle vykonáte potrebné úpravy, pomocou nasledujúceho postupu exportujte obrázok-p.webp

1. Otvorte rozloženie dosky
2. Stlačte tlačidlo vrstvy
3. Vyberte iba vrch a podložky (aj VIA v prípade, že je doska plošných spojov dvojvrstvová ako satstep6600)

4. Prejdite na položku Nastaviť-> Rôzne a zrušte začiarknutie, aby sa na obrázku nezobrazovali názvy signálov

   1. názvy signálov na pade
   2. názvy signálov na stopách
   3. názvy zobrazovacích panelov
5. Priblížte dizajn dosky tak, aby sa zmestil na viditeľnú obrazovku
6. Vyberte položku Súbor-> Exportovať-> Obrázok

7. V rozbaľovacom okne exportu obrázka nastavte nasledujúce položky:

   1. skontrolujte monochromatické
   2. vyberte oblasť-> okno
   3. zadajte rozlíšenie najmenej 1 500 DPI
   4. Vyberte umiestnenie na uloženie súboru (Prehľadávať)
8. stlačte tlačidlo ok

Potom by ste mali mať čiernobiely-p.webp

Teraz je čas otvoriť obrázok pomocou Gimpu a vykonať nasledujúce kroky (pozri priložené obrázky):

1. v prípade, že má obrázok veľké čierne okraje, orežte ho pomocou Nástroje-> Nástroje na výber-> Nástroj na výber obdĺžnika, potom vyberte položku Obrázok-> orezať na výber (stále ponechajte okolo seba čierny okraj, napríklad 3-4 mm)
2. exportujte aktuálny obrázok ako traces.png
3. znova použite Nástroje-> Nástroje na výber-> nástroj na výber obdĺžnika a vyberte všetky stopy (okolo neho nechajte stále čierny okraj, napríklad 1 mm)
4. voliteľne vytvorte nejaké zaoblenie vo výbere obdĺžnikov kliknutím na Vybrať-> Zaoblený obdĺžnik-> a zadajte hodnotu 15
5. teraz kliknite pravým tlačidlom myši do vybratej oblasti a kliknite na položku Upraviť-> Vyplniť farbou BG (uistite sa, že je biela, zvyčajne predvolená)
6. exportujte tento obrázok ako cutout.png
7. teraz otvorte súbor traces.png, ktorý ste predtým uložili
8. pomocou Nástroje-> maliarske nástroje-> výplň vedra vyplňte všetky čierne oblasti, ktoré nie sú dierami, bielou
9. exportujte tento obrázok ako hole.png

Potom, čo máte súbory PNG, ste pripravení vygenerovať GCode na frézovanie.

Musíte vygenerovať GCode pre každý jednotlivý PNG, ktorý máte, traces.png, cutout-p.webp

V prípade súboru traces-p.webp

1. choďte na
2. otvorte súbor traces.png

3. vyberte svoj stroj:

   1. gcodes bude fungovať pre stroje založené na GRBL (zvyčajne na nich sú založené aj malé čínske cnc)
   2. Roland RML pre Roland
4. zvoľte postup 1/64
5. V prípade, že ste vybrali Roland RML, vyberte svoj stroj (SRM-20 alebo iný atď.)

6. upravte nasledujúce nastavenia:

   1. rýchlosť, odporúčam 3 mm/s s nástrojmi skoseným 0,4 mm a 0,2 mm, 2 mm/s pre 0,1 mm
   2. X0, Y0 a Z0, dajte všetky na 0
   3. hĺbka rezu môže byť 0,1 mm s valcovými nástrojmi 0,4 mm, 0 mm so skosenými nástrojmi
   4. priemer nástrojov musí byť ten, ktorý máte (ak nie je možné vytvoriť niektoré stopy, oklamte ho o niečo menším priemerom, ako máte, kým sa stopy nezobrazia po stlačení výpočtu)
7. stlačte tlačidlo vypočítať
8. počkajte, kým sa vygeneruje cesta
9. stlačením tlačidla Uložiť uložte Gcode

Kroky sú pre súbory hole-p.webp

1. načítajte otvory-p.webp" />
2. zvoľte postup 1/32

3. upravte nasledujúce nastavenia:

   1. znížte rýchlosť, odporúčam 1-2mm/s
   2. skontrolujte a vložte (o niečo viac) hrúbku medeného plechu plošných spojov
   3. skontrolujte a vložte priemer nástroja pre výrez (zvyčajne 0,8 alebo 1 mm)

Súbory, ktoré ste uložili, si nechajte so sebou, pretože ich budeme potrebovať na výrobu DPS s CNC frézou.

Krok 4: Frézovanie DPS

Jedným jednoduchým pravidlom úspešného CNC frézovania vašich DPS je dobre pripraviť lôžko stroja pomocou medeného plechu.

Pri tejto úlohe by ste sa mali snažiť byť veľmi pokojní a čo najpresnejší. Čím viac investujete do týchto dvoch vecí, tým lepšie výsledky budete mať.

Cieľom je, aby bol medený povrch čo najviac rovnobežný (plochý) s lôžkom stroja.

Rovinnosť medeného plechu bude obzvlášť dôležitá, ak budete frézovať vysoko presné dosky plošných spojov, vyžadujúce skosené nástroje, ako sú tie s koncom 0,2 mm alebo 0,1 mm.

Zoberte do úvahy, že po gravírovaní stôp plošných spojov je stále potrebné plošný spoj vyrezať, a preto je potrebná, aby sme mali takzvanú obetavú vrstvu.

Obetná vrstva bude mierne preniknutá prerušovacou frézou, aby sa zaistilo, že rez prejde úplne medeným plechom.

Na prilepenie medeného plechu k obetnej vrstve sa odporúča použiť tenkú obojstrannú pásku a vyhnúť sa akýmkoľvek záhybom, ktoré by páska mohla mať.

Tu je niekoľko základných krokov, ako vytvoriť celkom plochú posteľ (pozri priložené obrázky):

1. nájdite plochý kus materiálu pre obetnú vrstvu, ktorý je už celkom plochý (napr. kus MDF alebo extrudovaný akryl); uistite sa, že nástroj na vystrihnutie môže do neho preniknúť a nerozbije sa, pretože je príliš tvrdý
2. znížte obetnú vrstvu o veľkosť lôžka vášho cnc
3. na obetovanú vrstvu pripevnite pásy obojstrannej pásky, uistite sa, že ste ich tesne pred pripevnením napli, aby ste sa uistili, že sa neobjavia žiadne záhyby alebo vzduchové bubliny; obojstranná páska by mala pokrývať väčšinu povrchu rovnomerne rozloženým spôsobom
4. pripevnite medený plech na obojstrannú pásku; snažte sa tlačiť rovnakým spôsobom po celom jeho povrchu
5. pripevnite obetnú vrstvu k lôžku vášho CNC stroja, najlepšie niečím, čo sa dá potom ľahko odstrániť, ale je to pevné, ako napríklad svorky, skrutky

Po nastavení postele je čas pripraviť cnc stroj na frézovanie. Aj táto operácia vyžaduje pozornosť a presnosť. V závislosti od druhu CNC, ktoré máte, sa tieto kroky môžu mierne líšiť, ale nie veľmi.

Pri príprave CNC stroja na frézovanie postupujte nasledovne:

1. nainštalujte do klieštiny (alebo držiaka nástroja) správny nástroj
2. pred posunutím osi X a Y sa uistite, že sa posuniete o niečo vyššie od osi Z, aby nedošlo k zrúteniu stopkovej frézy
3. presuňte os X a Y do relatívneho počiatočného bodu, v prípade, že ste použili moduly Fab, toto je ľavá dolná časť PNG
4. Pred vynulovaním X a Y v softvéri na ovládanie stroja skontrolujte, či je na frézovaní dosky dostatok miesta
5. nastaviť ako nulový bod X a Y aktuálnu polohu stroja
6. pomaly choďte dole s osou Z a umiestnite koncové frézy blízko medeného povrchu

7. existujú rôzne techniky, ktoré by ste mohli použiť na získanie nulového bodu osi Z, cieľom tohto kroku je uistiť sa, že sa nástroje mierne dotýkajú medeného povrchu:

   1. jedna technika funguje tak, že naštartujete vreteno a idete dole pomocou minimálnej veľkosti kroku stroja; keď počujete iný zvuk spôsobený tým, že koncová fréza mierne prenikne na povrch, je to váš nulový bod Z.
   2. môžete sa pokúsiť skontrolovať elektrickú konektivitu z nástroja na medený povrch pomocou multimetra; pripevnite sondy multimetra k čelnej fréze a k medenému plechu a potom sa pokúste ísť dole s osou Z v minimálnom kroku; keď multimetr zapípa, je to váš nulový bod Z.
   3. priblížte sa nástrojom k povrchu a nechajte medzi nimi niekoľko mm (napríklad 2-3 mm), potom otvorte klieštinu a nechajte frézu klesnúť, aby sa dotkla povrchu medi; potom zatvorte koncové frézy do klieštiny a nastavte ju ako nulový bod Z.
   4. použite senzor dodaný strojom, v tomto prípade, keď sa stopková fréza dotkne senzora, stroj automaticky vezme východiskový bod Z

A konečne ste pripravení začať svoju prácu s gravírovaním DPS:)

Odporúča sa zostať blízko stroja, aby ste pozorne sledovali, ak ste vo vyššie uvedených krokoch urobili chybu, a možno prácu zastavte a znova spustite s potrebnými opravami a/alebo úpravami.

Niekoľko rýchlych rád k problémom:

• ak je vaša doska plošných spojov gravírovaná v niektorých oblastiach a v niektorých iných nie, potom váš medený plech nie je plochý

  ak majú vaše nástroje valcový koniec, stačí zobrať o niečo hlbšiu os Z a znova spustiť prácu v rovnakej polohe; to isté platí pre skosené nástroje a ak rozdiel v hĺbke gravírovania nie je veľký

• ak majú vaše stopy ostré hrany, bolo by lepšie znížiť rýchlosť posuvu rezu
• ak ste pokazili (celkom novú) stopkovú frézu, znížte rýchlosť o konzistentné množstvo
• ak sú vaše stopy zničené alebo príliš tenké, ste možno príliš hlbokí, skontrolujte tiež hrúbku stopy v Eagle alebo skontrolujte nastavenia CAM, najmä ak je priemer koncových fréz správny

Keď je načase urobiť výrez, nezabudnite zmeniť nástroj na stopkové frézy a otvoriť výrez alebo súbor otvorov. Keď to urobíte, znova vezmite POUZE nulový bod osi Z, tentoraz nemusíte byť pri dotyku s povrchom medeného plechu tak presní.

Keď je čas vybrať vašu DPS z obetnej vrstvy, pokúste sa ju pomaly stiahnuť tenkým skrutkovačom. Vykonajte to znova veľmi opatrne, aby ste predišli prasknutiu dosky.

Na konci tohto kroku by ste mali mať v rukách úžasný gravírovaný plošný spoj:) !!