Vánoční stromeček PCB za 1 $: 7 kroků (s obrázky)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:22

By loboatSledujte mě na Twitteru! Sledujte další od autora:

O mně: Jmenuji se Loann Boudin, jsem výrobce a francouzský student, který studuje elektrotechniku poblíž Paříže. Rád vyrábím věci sám a sdílím své projekty se všemi. Více o loboatu »

PCB vánoční strom od Loanna BOUDINA 2018

Co mohou dělat milovníci elektroniky, když se blíží Vánoce? PCB vánoční stromek samozřejmě!

Jako člen klubu malých fanoušků elektroniky rád sdílím svou vášeň pro design elektroniky a desek plošných spojů prostřednictvím malých projektů. O Vánocích jsem chtěl novým členům SMD pájení představit nový zábavný a jednoduchý projekt: pájet miniaturní vánoční stromeček s plošnými spoji s vloženými blikajícími LED 0805 SMD.

Tento návod popisuje postup, který jsem sledoval, abych si představil, navrhl a vytvořil spoustu levných, malých, zářících vánočních stromků na deskách plošných spojů za méně než 1 $ za jednotku. Užívat si:)

A … pokud se vám tento Instructable líbil, zvažte hlasování pro tento projekt v PCB Contestu! Děkuji !

Krok 1: Kusovník, potřebné nástroje a dovednosti

Budete potřebovat:

Potřebné nástroje:

• páječka
• pájecí drát
• smirkový papír
• ploché kleště
• řezací kleště
• jemná pinzeta

Volitelné (ale šikovné) nástroje:

• Odsavač par
• multimetr
• nádherné sklo

Dovednosti:

základní pájecí dovednosti

Kusovník:

Komponenty	Dodavatel	Velkoobchodní cena ($)	Cena za PCB ($)
11x 0805 SMD blikající LED	Aliexpress	15, 79	0, 29
1x baterie CR1220	Aliexpress	0, 75	0, 15
1x držák baterie	Aliexpress	6, 58	0, 07
1x přepínač	Aliexpress	2, 62	0, 03
2x 2 piny záhlaví	Aliexpress	0, 51	0, 01
1x DPS	SeeedStudio	4, 90	0, 12

Vybral jsem levné komponenty, abych kusovník udržel pod symbolickou cenou 1 $ za PCB vánočního stromku. Celková cena za jeden vánoční stromeček s plošnými spoji se všemi pájenými elektronickými součástkami se odhaduje na 0, 67 $.

Krok 2: Hledání inspirace…

Chtěl jsem navrhnout realistický vánoční stromeček s plošnými spoji, kde dvě PCB sestavené kolmo mohou dát 3D tvar, který může obstát. Vytvoření dvou různých desek plošných spojů neznamená, že je návrh mnohem komplikovanější, ale dražší, protože výrobci účtují více, pokud PCB obsahuje více než jeden design. Aby byla cena co nejnižší, potřeboval jsem přemýšlet o chytré správě prostoru konstrukce DPS, aby se snížilo plýtvání a náklady. Ve své snaze navrhnout perfektní vánoční stromeček pro PCB pro svůj účel jsem hledal podobné projekty na Googlu a Instructables.

Narazil jsem na bluqueshův design, který mi přišel obzvláště zajímavý a velmi dobře zdokumentovaný. Tento člen ve svém prvním Instructable popisuje, jak se mu podařilo vytvořit malý vánoční stromeček s plošnými spoji se spoustou funkcí:

• Vestavěný čip Arduino
• Dvoubarevné LED diody SMD
• Kapacitní dotek
• Vestavěná baterie
• Obvod zesílení DC/DC
• … a více !

Některé z těchto funkcí nejsou kompatibilní s mým projektem, jehož cílem je být jednoduchý a levný. Přesto mě zaujal další detail jeho projektu: bluquesh dokázal svůj 3D design vánočního stromku vměstnat do čtvercové oblasti s nulovým plýtváním prostorem. Vytvořením dvou ploutví ve tvaru jedle vedle hlavní jedle znovu využil ztracený prostor k vytvoření dalšího plného stromu navzdory své složité formě.

Přizpůsobil jsem a znovu použil tento chytrý design ve svém projektu.

Krok 3: Návrh DPS

Svůj vánoční stromeček na DPS jsem navrhl pomocí Autodesk EAGLE. EAGLE je software pro automatizaci elektronické konstrukce (EDA) umožňující návrh schematických diagramů, umístění komponent a směrování DPS.

Začal jsem návrh vytvořením schématu elektronického obvodu. Skládá se z 11 paralelně blikajících LED diod napájených 3 V knoflíkovou baterií. Přepínač může otevřít nebo zavřít obvod. Nakonec je mezi napětí baterie a kostru umístěn volitelný filtrační kondenzátor 10 µF.

Rozhodl jsem se nezahrnout odpor do série s LED diodami, protože 3 V je velmi blízké dopřednému napětí mnoha barev LED:

Schéma a DPS jsou rozděleny do tří částí:

• hlavní deska: má tvar vánočního stromečku a obsahuje držák baterie, vypínač, 3 LED diody na horní straně a 2 LED na spodní straně. Dva 2pinové konektory pinhead umožňují připojit a napájet dvě žebra, jedno na horní straně a druhé na spodní straně.
• horní ploutev: má tvar půlky vánočního stromku se zářezem pro držák baterie a obsahuje 1 LED na horní straně a 2 LED na spodní straně. Jeden 2kolíkový konektor konektoru umožňuje připojení a napájení ploutve k základní desce.
• spodní ploutev: má tvar půlky vánočního stromku a obsahuje 2 LED diody na horní straně a 1 LED na spodní straně. Rozteč konektoru 2 pinů umožňuje připojení a napájení žeber k základní desce.

Rozhodl jsem se rozhodnout pro zmenšenou velikost 48 * 48 mm na jedli nakreslením obrysu desky 20. vrstvou „Dimension“.

Tvar jedle jsem nakreslil pomocí 46. vrstvy „Frézování“o šířce 3 mm: tato čára je pro výrobce interpretována jako oblast frézování a odděluje jedli od jejích žeber.

Jakmile je jasně definován obrys obvodu, umístil jsem největší součásti, jako je držák baterie a spínač, pak LED diody, aby jejich rozdělení bylo příjemné.

Přidal jsem další frézovací plochu na jedno žebro, aby se držák baterie vešel a otvor na stromě, aby jej bylo možné zavěsit kamkoli (například do skutečného vánočního stromku).

Poté jsem směroval všechny komponenty pomocí vrstev Horní a Dolní: Napětí baterie je distribuováno do LED diod se stopami šířky 0, 5 mm a celkovou zemní rovinou.

Nakonec jsem navrhl dvě odtrhávací poutka a umístil je mezi hlavní jedli a její žebra na 3 mm frézovací stopu, aby moje deska zůstala jako jediný design a umožnila panelizaci PCB (další krok viz další krok).

Všechny soubory Eagle najdete na mém githubu nebo níže ▼

Krok 4: Panelizace PCB

Většina výrobců desek plošných spojů nyní nabízí jednotnou cenu 5 USD za 10 desek plošných spojů až do velikosti 100*100 mm. Cena zůstává stejná, ať je obvod 50*50 mm nebo 100*100 mm. Optimalizace nákladů je pak možná maximalizací počtu obvodů na této maximální ploše. Panelizace desek plošných spojů spočívá ve vytvoření jediné desky plošných spojů z několika malých za účelem snížení nákladů a plýtvání.

Většina výrobců desek plošných spojů neúčtuje příplatek za panelizaci identického designu. Znamená to, že se vám podaří zdarma vložit několik malých desek plošných spojů do jednoho, ale pro všechny musí zůstat stejný. Více informací naleznete na webových stránkách výrobce PCB Seeedstudio.

Panelizace desek plošných spojů může mít 2 způsoby:

Metoda panelizace s V-drážkou: sestává z řezání 1/3 tloušťky desky shora a 1/3 tloušťky zespodu, rovnoběžně s horním řezem, pomocí kruhového řezacího kotouče 30 až 45 stupňů. To lze provést pouze po přímkách po celé ploše desky plošných spojů

Metoda panelizace odtržené karty: spočívá v ponechání prostoru pro směrování perforovaných karet mezi deskami plošných spojů. Rozteč mezi dvěma deskami plošných spojů je přibližně 2,5 mm, protože jde o standardní velikost routeru ve většině výrobních domů a k frézování desky vyžaduje pouze jeden průchod bitu routeru. Vzory perforace N-otvorů jsou standardní pro odlamovací poutka a jsou navrženy tak, aby je bylo možné snadno odstranit, aniž by zůstaly nežádoucí výčnělky bočních desek

Více informací o návrhu panelizace PCB najdete ve velmi dobře zdokumentovaném článku, který napsal Jack Lucas pro www. ElectronicDesign.com.

Abych snížil náklady na svůj projekt, rozhodl jsem se panelovat čtyři své vánoční stromky z PCB do jedné desky. Nejprve jsem musel spojit dvě ploutve vánočního stromku s plošnými spoji na hlavní desku. Navrhl jsem dvě odtrhávací poutka se 3-otvory perforačním vzorem, které spojují každou ploutev s hlavní deskou vánočního stromku. Odlamovací poutka jsou vyrobena ze 2*3 otvorů o průměru 0, 9 mm.

Jakmile byl dokončen návrh jednoho vánočního stromku s plošnými spoji, duplikoval jsem jej čtyřikrát a odeslal každý z nich vedle sebe, abych vyplnil plochu 100*100 mm uloženou výrobcem. Všechny designy jsou od sebe vzdáleny 3 mm a spojeny s odlamovacími poutky se 3otvorovým perforačním vzorem.

Konečný PCB má velikost 100*100 mm a obsahuje 4 PCB vánočního stromku. Náklady na jednotku PCB jsou tak děleny 4!

Krok 5: Pájení DPS

Když jsou všechny součásti shromážděny, pájení desky plošných spojů může začít!

Pájení LED diod -

Nejlepší je začít s pájením LED, protože jde o nejmenší součásti. Jejich poslední pájení by potenciálně ztížilo úkol, protože větší součásti by mohly zasahovat do jejich umístění. LED diody jsou polarizované součásti a na desce plošných spojů je důležité určit, jak mají být pájeny. Stopy LED diod na desce plošných spojů jsou vždy stejné: podložka připojená k základní rovině je hmota (katoda) a podložka připojená ke stopě je napájecí napětí (anoda). Zelená šipka pod LED CMS indikuje směr toku proudu a tedy jeho polaritu.

Testování LED diody pomocí multimetru v konfiguraci „testeru diod“může pomoci určit její polaritu a barvu.

Chcete -li pájet LED diody, nejprve jsem umístil malé množství pájky na jednu z LED diod. Potom jsem se přiblížil k LED pomocí jemné pinzety, přičemž jsem nechal páječku roztavenou mojí páječkou. Jakmile byla LED správně umístěna, odstranil jsem svou páječku, aby pájka ztuhla. Druhou pájku pak lze vyrobit bez nutnosti přidržovat LED pinzetou. Tento proces se opakuje pro zbývajících 10 LED diod.

Pájení držáku baterie -

Držák baterie drží knoflíkový článek proti desce plošných spojů pro vytvoření elektrického připojení. Aby baterie držela pevně, položil jsem na podložku držáku baterie malou vrstvu cínu. Poté je konektor umístěn a pájen.

Pájení spínače -

Nakonec je spínač připájen na stejnou stranu jako konektor baterie. Přepínač vyčnívá z DPS pro snadné ovládání.

Krok 6: Sestavení DPS

Jakmile jsou všechny součásti pájeny, je čas sestavit vánoční stromeček.

Oddělení desek -

Začal jsem lámat desku plochými kleštěmi, abych oddělil dvě žebra od hlavní desky. Pomocí řezacích kleští jsem odstranil všechny velké hrany, které by mohly ublížit. Poté jsem pomocí smirkového papíru vyhladil boky vánočního stromku a nakonec měl tři čistá prkna: hlavní strom a jeho dvě ploutve.

Připojení desek -

Jedno žebro je připevněno k základní desce pájením 2pinového konektoru mezi nimi. Konektor pinhead zde má dvě použití: přidržte křídlo k hlavní desce a přiveďte napětí a hmotnost k LED diodám žebra.

Vystřihl jsem 2* 2 pinové konektory pinhead z velkého pásu pinhead konektorů a plastové hrany vyčistil brusným papírem. Poté jsem je připájel od hlavy k patě na hlavní desku, jak je znázorněno na obrázcích, jeden na horní straně a druhý na spodní straně.

Obě žebra jsem připájel ke konektorům, dával jsem pozor, abych je správně zarovnal a umístil žebro zářezem na straně konektoru baterie.

PCB vánoční strom je nyní konečně sestaven!

Zapnutí obvodu -

Deska plošných spojů je napájena lithiovou baterií CR1220 o napětí 3V. Jakmile je knoflíková baterie vložena do držáku baterie na desce a spínač se zavře, všechny LED diody začnou blikat jako kouzlo!

Knoflíkový článek použitý v tomto projektu má průměrnou kapacitu 40 mAh, což například znamená, že může dodávat až 40 mA během 1 hodiny nebo 20 mA během 2 hodin. Aktuální spotřeba vánočního stromku na DPS se pohybuje kolem 80 mA a závisí na zvolených barvách LED: bílé, modré a fialové LED odebírají více proudu než červené, oranžové a žluté LED.

Ze zkušenosti vám doporučuji používat červené, oranžové, žluté a zelené LED diody, protože ušetří životnost baterie a poskytnou pěkné barvy v motivu vánočního ducha:) S těmito barvami ve stejném poměru svítí moje vánoční stromky na PCB po dobu 1 hodiny dokud zelené LED diody nezačnou mizet.

Krok 7: Závěr

Bavil jsem se při navrhování těchto malých vánočních stromků z DPS a naučil jsem se hodně o výrobě DPS a panelizaci DPS.

Díky nízkonákladovému návrhu projektu byla pájecí dílna zdarma nabídnuta těm, kteří si ji chtěli vyzkoušet. Tyto PCB byly v mém klubu velmi úspěšné a mnoho nových členů připájelo svůj první čip založený na součástech SMD. Byl jsem více než šťastný, když jsem slyšel, že některé z mých výtvorů zdobily vánoční stromky mých přátel.

Dnes jsem hrdý na to, že mohu prostřednictvím tohoto workshopu a tohoto tutoriálu předat znalosti, které jsem během tohoto projektu získal. Doufám, že se vám líbil a přeji vám to nejlepší do nadcházejícího roku:)