Progettazione PCB per Robot Line Follower - Arnab Kumar Das: 4 Steps

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Questo progetto presuppone che abbiamo già effettuato la selezione dei componenti. Affinché un sistema funzioni correttamente, è importante capire cosa richiede ciascun componente in termini di potenza, tensione, corrente, spazio, raffreddamento, ecc. È anche importante comprendere le dipendenze tra ciascun componente. Dipendenze come livello logico, rumore di trasmissione, impedenza ecc. Si prega di leggere gli articoli precedenti su Requisiti di sistema, selezione di componenti/materiali.

Un aspetto molto importante del design di questo progetto è il PCB, poiché il nostro obiettivo è ridurre il più possibile il fattore di forma del robot line follower, il che a sua volta riduce il peso. Dimensioni ridotte e peso ridotto aumentano l'efficienza e riducono anche le perdite dovute all'attrito aerodinamico. Se vedi un'auto da corsa di F1 puoi capire quanto sia efficiente in termini di aerodinamica. Per migliorare l'efficienza e ridurre il peso, dobbiamo rimuovere qualsiasi componente non necessario e spostare il centro di massa il più in basso possibile. Per fare questo, ho pensato di utilizzare il PCB come Chassis. Ciò ridurrà il peso e renderà il CM molto più basso, il che a sua volta aumenta la stabilità durante le svolte. Realizzare lo chassis con PCB riduce anche il tempo necessario per l'assemblaggio e semplifica le cose in quanto dobbiamo solo saldare i componenti nel posto giusto e iniziare con il test del software. Poiché i PCB saranno prodotti da robot e macchine CNC, ha un aspetto migliore di qualsiasi altro chassis.

Passaggio 1: software utilizzato

Per questo progetto, ho utilizzato specificamente software freeware e open source in modo che anche gli studenti e chiunque altro non abbia accesso a software a pagamento possano svolgere il progetto in modo efficiente e professionale.

Ho usato KiCad per Schematics e PCB Design e credetemi è un software fantastico. Prima ho usato Eagle CAD e Altium, ma anche se KiCad è gratuito, ha tutte le funzionalità e gli strumenti importanti per progettare il tuo PCB in modo professionale e realizzarlo. Ha anche la visualizzazione 3D disponibile per il tuo PCB.

La suite KiCad ha cinque parti principali:

• KiCad – il responsabile del progetto.
• Eeschema: l'editor di acquisizione schematica.
• Pcbnew – il programma di layout PCB. Ha anche una vista 3D.
• GerbView: il visualizzatore Gerber.
• Bitmap2Component: uno strumento per convertire le immagini in impronte per la grafica del PCB.

Non mostrerò in dettaglio come progettare un layout schematico e PCB in quanto questo non è lo scopo di questo post/articolo. L'importanza principale di questo articolo è mostrare l'output di KiCad e mostrare come viene ordinato e prodotto. Prima di iniziare con il disegno schematico, è consigliabile creare una cartella di progetto e conservare tutti i file al suo interno. Di seguito è riportato un esempio.

Passaggio 2: schematico

Per lo schema, dobbiamo aprire lo strumento Modifica schema da o Eeschema. Una volta aperto dovresti vedere un documento vuoto in una finestra come di seguito.

A volte è necessario creare nuovi simboli schematici poiché la libreria predefinita potrebbe non averli. Devi studiare il foglio dati per quei componenti e aggiungerli a una libreria personalizzata come ho fatto nel mio caso. Ho creato simboli di libreria per sensore QTR-8RC, display OLED SSD1306, scheda driver motore TB6612FNG, motore N20 con encoder. Una volta creati i simboli della libreria li ho collegati tra loro per formare un sistema.

Puoi scaricare lo Schema dal link sottostante. Più tardi, alla fine del tutorial, aggiungerò alcuni buoni tutorial per KiCad da imparare e da fare da soli.

PER SCARICARE IL DESIGN VISITA IL MIO SITO WEB:

Passaggio 3: layout PCB

Una volta terminato lo schema, è il momento di passare al layout della scheda PCB. A volte è necessario creare anche il footprint di alcuni componenti se non sono presenti nella libreria. Per creare un'impronta puoi usare lo strumento Editor della libreria di impronte in KiCad.

Ho usato il design a due strati qui perché rende molto facile il layout quando hai molti componenti distribuiti sulla scheda. Per iniziare con il PCB Design dobbiamo aprire il programma PCB Layout Editor in KiCad. Dovresti vedere qualcosa di simile sotto ma con un documento vuoto al suo interno.

Useremo NextPCBas il servizio di produzione di PCB, quindi è importante vedere quali sono i limiti tecnici minimi e massimi che hanno per la loro produzione. Per verificare che dobbiamo visitare la loro Pagina delle capacità. I parametri principali che dobbiamo controllare sono:

• massimo Dimensione 510*590mm
• min. Traccia 4mil/0.1mm
• min. Spaziatura della traccia 4mil/0.1mm
• min. dimensione del foro0.3mm
• min. Tramite diametro 0,45 mm
• Distanza da via a traccia ≥5mil
• Dimensione foro 0,2-6,3 mm
• Traccia al contorno≥0.4mm

Sulla base dei parametri di cui sopra, dobbiamo regolare le nostre regole di progettazione nell'editor di layout di KiCad.

Alla fine del tutorial, allegherò un buon tutorial sulla progettazione di PCB in KiCad da cui puoi imparare. Di seguito è riportato il PCB Design allegato che è possibile utilizzare come riferimento.

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Passaggio 4: produzione PCB

Prima di produrre il PCB in una casa di fabbricazione di PCB / industria come NextPCB, dobbiamo convertire il nostro design in un formato producibile che possa essere letto dalle macchine del settore.

Le impostazioni di cui sopra sono state utilizzate per la generazione di tutti i file Gerber. si consiglia di esportare i file in una cartella Gerber separata come ho fatto io.

Le informazioni sui fori del PCB sono memorizzate in un file Drill separato e per generare che ho utilizzato la configurazione sopra per NextPCB. Altri produttori potrebbero avere impostazioni diverse. Ci sono molti motivi per scegliere NextPCB, uno dei motivi è la loro trasparenza sul processo di produzione. Di seguito alcune foto della loro fabbrica.

Accettano anche una varietà di opzioni di pagamento: PayPal, bonifico bancario, Western Union, pagamento in contanti presso la sede centrale. Per i metodi di spedizione, hanno DHL, FedEx, Hongkong Post che è conveniente con prezzi e vantaggi diversi. Per il processo di ordinazione, abbiamo bisogno di creare un account sul sito web. Puoi utilizzare il link di registrazione e creare un nuovo account. dopo che l'account è stato creato vedrai qualcosa come sotto.

Il prossimo passo è caricare i tuoi file Gerber e piazzare un ordine di successo per iniziare la produzione. Una volta che il tuo Gerber è stato generato, si consiglia di comprimerli insieme in un unico file e caricarli

Una volta terminato il caricamento, puoi vedere l'ordine nella pagina del tuo account.

Il tuo ordine verrà analizzato correttamente e una volta pronto per la produzione chiederanno il pagamento e una volta che il pagamento sarà cancellato, la produzione verrà avviata.

Si impegnano molto nell'analizzare i tuoi file Gerber in quanto potrebbero contenere errori e potrebbero non produrre bene se i fori sono troppo piccoli o altri errori di progettazione al loro interno.

Una volta che il PCB è stato verificato e prodotto, riceverai il PCB in pochi giorni e pronto per essere lavorato su di esso.

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Grazie per aver letto questo articolo spero che ti sia d'aiuto. Non dimenticare di controllare altri articoli di questa serie.