Progettazione di un PCB di espansione (Intel® IoT): 20 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:00

Questo Instructable è stato scritto come punto di partenza per coloro che desiderano utilizzare Intel® Edison al massimo delle sue potenzialità, incorporandolo in un progetto embedded completamente sviluppato. Per fare ciò, sarà probabilmente necessario creare, come lo chiama Intel® nella Guida hardware di Edison *, un "PCB di espansione progettato dall'utente" personalizzato.

[* Per riferimento, vedere l'Introduzione della Guida hardware (PDF).]

Wut… sulla Terra è un "PCB di espansione progettato dall'utente"?

Un'ottima domanda! Per capire che cos'è un PCB di espansione per Edison, dobbiamo prima considerare che cos'è effettivamente il modulo Intel® Edison stesso e per cosa è più adatto.

Psst, sai già:

1. quali sono le schede di espansione per Intel Edison (Arduino, Breakout, ecc.);
2. cos'è il modulo Edison / e quando dovresti usarlo su piattaforme alternative disponibili; e lo sai?
3. quando dovresti dedicare tempo e sforzi per sviluppare una scheda di espansione completa invece di utilizzare la scheda di espansione Arduino esistente o la scheda Breakout con uno shield personalizzato?

In tal caso, potresti voler saltare oltre le informazioni di base di seguito e passare alla sezione Per iniziare al passaggio 2.

Intel® Edison è un minuscolo computer su un modulo (COM) originariamente concepito per essere utilizzato come piattaforma di sviluppo per la tecnologia indossabile. Anche per le sue dimensioni ridotte, tuttavia, è ancora forse troppo grande per molte applicazioni indossabili e Intel® ha ora sviluppato una nuova piattaforma chiamata Curie. Tuttavia, Edison ha ancora molte applicazioni interessanti ed è maturo per creare innovazione all'interno della comunità dei produttori.

Cosa non è Edison?

È importante capire cosa non è Intel® Edison, oltre a cosa è. L'Edison è un pezzo interessante di hardware maker, in quanto esiste in una nicchia abbastanza nuova. È facile provare a confrontare Edison con un Raspberry Pi® o un Arduino®, soprattutto data l'opzione attualmente predefinita di collegare Edison a una scheda di espansione compatibile con Arduino®. Anche se Edison è compatibile con l'IDE Arduino, Edison non è un Arduino. La sua compatibilità con la piattaforma Arduino è solo una tattica di marketing estremamente intelligente per aiutare Intel® a riconquistare quote di mercato; una tattica che si dà il caso che sia estremamente vantaggiosa anche per il loro mercato di riferimento, che spiegherò nella prossima sezione. Batti il cinque Intel®!

Anche l'Edison non è sicuramente un Raspberry Pi. Mentre il Pi è un computer a scheda singola, completo di uscita grafica, supporto per tastiera e mouse e in grado di sostituire un PC tradizionale in molti modi, l'Edison è un modulo destinato a essere incorporato in un altro prodotto o scheda; e, soprattutto, senza un display tradizionale direttamente collegato ad esso. È più strettamente correlato al modulo di calcolo Raspberry Pi, un altro strumento destinato ad essere integrato in altri prodotti.

A differenza dell'RPi CM, l'Edison manca di un adeguato supporto grafico, ma è più veloce in alcune attività di calcolo, include WiFi e Bluetooth come standard ed è *estremamente* efficiente in termini di potenza e spazio. Ciò lo rende incredibilmente utile per gli sviluppi di tipo Internet of Things (IoT) o Machine to Machine (M2M). In effetti, è qui che l'Edison brilla davvero! Questo Instructable è progettato per aiutarti a pianificare e sviluppare un PCB per il tuo progetto di sistemi embedded utilizzando Edison.

Questa guida NON spiegherà il know-how tecnico su come progettare un PCB, o anche un circuito di base in particolare, poiché ci sono molti eccellenti Instructables che già esistono e servono a questo scopo meglio di quanto potrei. Invece, ti guiderà attraverso un processo generale da seguire durante la progettazione di un PCB e metterà in relazione le informazioni con la costruzione di una scheda di espansione per il modulo Edison. La guida riporterà anche alcune importanti considerazioni da ricordare in relazione alla progettazione per il modulo Edison.

Panoramica della Makability

Difficoltà:	…………	Devi essere in grado di capire circuiti complessi.
Utensili:	…………	Avrai solo bisogno di un computer davvero.
Costo:	…………	BONUS: Il software necessario può essere ottenuto gratuitamente!

Avvertenza: l'autore di questo Instructable NON è un professionista. L'utilizzo delle informazioni di questo tutorial è a rischio e pericolo del lettore. L'autore non si assume alcuna responsabilità per eventuali lesioni del lettore o danni all'apparecchiatura del lettore in base a queste istruzioni!

Passaggio 1: informazioni di base

Personalmente, sono giunto alla conclusione che Intel® Edison è uno strumento perfetto per due delle tre fasi principali del viaggio di un produttore da studente a professionista, o anche il viaggio per diventare un imprenditore focalizzato sull'hardware (Kickstarter progetta qualcuno?):

Un kit per sviluppatori compatibile con Arduino per studenti, utilizzando la scheda Arduino Breakout; ??? (Spiegherò di seguito); e Una piattaforma di calcolo generica per imprenditori e produttori professionisti.

La Breakout Board di Edison e Arduino è assolutamente perfetta da dare a studenti e hobbisti principianti per sviluppare i propri fantastici esperimenti e widget, utilizzando una piattaforma molto flessibile e potente. Intel® è stato molto intelligente..ligente (prometto, non ripeterò questo gioco di parole.. haha) dal punto di vista del marketing nella collaborazione con Arduino…

Come studente nelle prime fasi:

In sostanza, inizi con un Arduino sovralimentato che puoi usare per codificare il tuo cuore, senza preoccuparti della mancanza di potenza di calcolo o memoria di archiviazione (molto utile come studente principiante). Quindi, una volta che hai imparato a utilizzare l'IDE Arduino e desideri qualcosa di un po' più impegnativo, passi all'uso di Yocto Linux e alla tua scelta di un linguaggio di programmazione generico "mainstream", come C, Python o Node.js. Ora hai sviluppato abilità che rimarranno utili per il resto della tua vita; hai appreso le basi della programmazione (cioè le abilità logiche effettive) e le semplici abilità di integrazione hardware con l'IDE Arduino, e poi sei stato in grado di trasferire quelle abilità in linguaggi multipiattaforma per uso generale. Questa capacità di trasferire la conoscenza di concetti da Arduino C/C++ a un programmatore come il linguaggio di programmazione ad altri linguaggi è un'abilità molto necessaria per programmatori e designer in erba.

Da studente a creatore… non così in fretta:

Da lì, però, la destinazione d'uso dell'Edison sulla "mappa del viaggio dell'utente" da studente a professionista inizia a diventare un po' poco chiara. Molti studenti iniziano a voler sviluppare progetti più completi una volta che hanno padroneggiato questi concetti di base, ad esempio i tipi di cose che puoi portare a casa con te e mostrare ai membri della famiglia, e sono progetti degni del loro finto interesse. Mentre un LED lampeggiante è fantastico per noi fanatici dei produttori, la maggior parte dei babbani non ne sarà entusiasta. I Babbani (genitori, parenti lontani, amici, passanti per strada, ecc.) *sono* spesso interessati e colpiti da prototipi funzionanti, che mostrano di cosa è capace il costruttore. E purtroppo questo sembra essere il punto debole di Edison in questo momento.

Per lo più, sembra che Edison non sia particolarmente adatto per l'inserimento permanente in progetti o prototipi "hobby" senza sviluppare un PCB di espansione personalizzato. Come mai? A causa del costo.

La scheda Breakout tenta di colmare questa lacuna, ma in verità in alcuni casi d'uso è un flop.

Da Maker a Pro (sviluppo di progetti finali)

Se riesci a superare il palco (ancora in via di sviluppo…)

Allora, "Cosa farai" con "Intel® Edison Inside™"?

Sto realizzando una piattaforma di robotica educativa per studenti. La mia prima versione incorporerà un Intel® Edison nel design e non sarà originariamente chiamata Edibot.

[…]

Quindi ora che sappiamo per cosa stiamo costruendo un PCB, iniziamo! (ovviamente, puoi utilizzare i concetti nel tutorial e applicarli al tuo design o prodotto)

Passaggio 2: per iniziare… una specie di

Per prima cosa, devi leggere il manuale Flipping*, passare attraverso alcune altre fasi preliminari e poi raccogliere le tue cose. Dovrebbe essere abbastanza semplice…

(*oppure inserisci un'imprecazione se preferisci queste cose)

Ok, prima ancora di aprire il tuo software di routing PCB, dovrai fare le seguenti cose:

Leggi il manuale Flipping Completa lo sviluppo di base del tuo progetto, tra cui: sviluppo di un prototipo funzionante per il tuo progetto incorporato; Sviluppo di un concetto per il prodotto finale (ubicazione del porto, ecc.); e pianifica le dimensioni dell'involucro finale per il tuo progetto Scopri come utilizzare il software di routing PCB prescelto Raccogli le tue cose (materiali)

Gli articoli 2 e 3 sono completamente fuori portata per questo istruibile in quanto è già una scrittura lunga e dettagliata. Tuttavia, ho incluso alcune note sugli elementi di seguito per aiutarti a iniziare. Se c'è abbastanza interesse genuino per me a scrivere alcune istruzioni per questi tre elementi e collegarli a questo articolo, sarei più che felice di farlo. Fammelo sapere nei commenti.

Bene, cominciamo!

Leggi il manuale del flipping

Vai e scarica il documento "Intel® Edison Compute Module – Hardware Guide" dal sito Web di Intel® e leggilo.

Seriamente, è lungo, tecnico e noioso e continua all'infinito… ma se non lo leggi rovinerai qualcosa nella progettazione del tuo PCB e il fumo magico potrebbe essere rilasciato. Idealmente, lo farai non appena deciderai che farai il viaggio da studente a professionista, poiché ci sono differenze tra i componenti che funzionano con le schede breakout e i componenti che puoi utilizzare direttamente con il Modulo Edison.

La maggior parte del documento non è così complicata in termini di comprensione del significato e della relazione con il design del PCB. Intel ha fatto un ottimo lavoro nel produrre un documento tecnico abbastanza amichevole per i produttori che normalmente è scritto per tipi di OEM/ingegneria. Dovrai solo ignorare il fatto che sembra lungo e ha molti diagrammi dall'aspetto spaventoso per i non iniziati.

Scomponilo sezione per sezione e prenditi il tuo tempo per assicurarti di comprendere ogni componente del documento. Non devi necessariamente comprendere le ragioni tecniche per cui devi realizzare qualcosa sul tuo PCB in un certo modo, ma solo cosa devi fare e cosa devi tenere a mente con il tuo progetto. Alla fine, avrà senso nel suo insieme. Quando rimani bloccato su qualcosa, pubblichi online in una delle tante comunità disponibili, dichiari che stai imparando e che sei interessato a capire come realizzare progetti incorporati, quindi fai la tua domanda. È probabile che qualcuno sarà in grado di aiutare.

Per domande relative a Intel Edison e ai progetti associati, consiglierei di porre domande su StackOverflow (inserire sottosito), sull'Intel Community Forum o su questo sito Web, Instructables _. Ovviamente puoi anche porre qualsiasi domanda tu abbia nei commenti qui sotto, ma ti preghiamo di riconoscere che non sono in alcun modo un ingegnere elettrico professionista, quindi ci saranno domande a cui non capisco le risposte. Questo istruibile è fondamentalmente la mia traduzione del documento della guida hardware per come l'ho capito, mescolato con alcuni processi di progettazione che ho incontrato negli ultimi anni relativi alla progettazione specifica del modulo Edison (e accolgo con favore anche eventuali commenti correttivi ovvi e errori che portano alla morte!). Fondamentalmente, adotterò un approccio "fai tutto" su una profonda comprensione degli aspetti tecnici dei circuiti elettrici.

Scopri come utilizzare il software di routing PCB (noto anche come software di automazione della progettazione elettronica)

Ci sono molte opzioni di soluzioni software EDA tra cui scegliere:

Allegro PCB Designer è utilizzato da professionisti, come Intel. Esatto, Edison è progettato utilizzando questo particolare pacchetto software. Tuttavia, è costoso, probabilmente fuori dal tuo budget. L'altro costoso pacchetto software EDA che mi interessa personalmente è di Altium. Sono un'azienda australiana e sono desideroso di saperne di più sul software dalla mia azienda di origine.

A dire il vero, però, non ne so abbastanza per commentare nessuna di queste offerte oltre il loro prezzo. Sembrano interessanti e credo che Altium offra alcune opzioni a basso prezzo per studenti e hobbisti che sono molto interessato ad esplorare. Aggiornerò questa sezione se mai avrò la possibilità di giocare con opzioni professionali. Oltre alle opzioni professionali, hai quindi le opzioni di livello più hobbista tra cui scegliere:

EAGLE di CadSoft è lo standard di fatto assoluto e personalmente non mi piace. Come la maggior parte dei pacchetti software EDA, è brutto. Chiamami superficiale, ma credo che il software dovrebbe avere un bell'aspetto ed essere intuitivo da usare. EAGLE non fa né l'uno né l'altro. Detto questo, tutti i principali produttori di PCB che supportano la produzione a livello di hobby supporteranno i file che sono stati generati da EAGLE in un modo o nell'altro. È un'opzione molto sicura con cui lavorare ed è disponibile su Mac, Linux e Windoze. Circuiti KiCAD Fritzing 123D di Autodesk

Ci sono ovviamente più opzioni. Il posto più semplice per vedere le diverse caratteristiche delle varie opzioni è visitare questo articolo di confronto software EDA da Wikipedia.

Materiali

Prototipo (circuito breadboard, ecc.)

Pensiero critico

Design fisico

Computer con la tua scelta di EDA installato

Ok, quindi è stato un processo lungo e non abbiamo ancora iniziato a progettare il PCB vero e proprio. Non ho mai detto che sarebbe stato facile, dopotutto, ma è un progetto molto appagante da completare. È una sensazione particolarmente piacevole progettare un PCB per i progetti più complessi a cui è adatto il modulo Edison.