Quadros de Satshakit: 6 etapas (com imagens)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-31 10:23

Ei, fabricantes e fabbers lá fora!

Você já sonhou em fazer sua própria placa microcontroladora avançada em casa e usar componentes smd?

Esse é o instrutivo certo para você e para o cérebro do seu próximo projeto:)

E quando quero dizer em casa, quero dizer que você pode comprar todo o equipamento para fazer todas essas PCBs por algumas centenas de dólares (veja as próximas etapas) e colocá-lo em apenas um espaço de mesa!

Tudo começou a partir da minha jornada na Fab Academy que fiz em 2015. Com o objetivo de fazer um drone fabbed, decidi lançar o protótipo do controlador de vôo, como a primeira placa satshakit. Após uma semana, o quadro foi replicado por Jason Wang do Fab Lab Taipei. Isso me deu uma sensação incrível de ver alguém replicando e usando com sucesso meu projeto, que nunca parei desde então para fazer outros eletrônicos fabbed de código aberto.

As placas foram então replicadas e modificadas algumas centenas de vezes da comunidade mundial do Fab Lab, como uma experiência de aprendizado sobre como fazer PCBs e dar vida a muitos projetos do Fab Lab. Hoje em dia, várias outras placas de satshakits foram lançadas no github:

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

Se você está se perguntando o que é a Fab Academy, pense em um aprendizado sobre "como fazer (quase) qualquer coisa" que vai mudar sua vida, assim como aconteceu comigo:)!

Mais informações aqui:

Muito obrigado aos incríveis Fab Labs que me apoiaram na criação das placas satshakit: Fab Lab Kamp-Lintfort

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

Fab Lab OpenDot

Via Tertulliano N70, 20137, Milão, Itália +39.02.36519890

Etapa 1: decidir qual Satshakit criar ou modificar

Antes de fazer uma das placas satshakit, você deve pensar no que gostaria de fazer com ela.

Você pode dizer para se divertir e aprender: D!

E isso mesmo, assim como seu uso específico.

Nas imagens alguns projetos que utilizaram as placas satshakit.

Clicar no nome do fórum na lista abaixo o levará aos repositórios do github com todas as informações de que você precisa para produzi-los e / ou modificá-los:

• Esquemas Eagle e placas para fazê-lo com o CNC / Laser
• Opcionalmente os arquivos Eagle para produzi-los na China, eu uso o PcbWay
• Lista de materiais (BOM)
• Imagens-p.webp" />
• Imagens e vídeos do quadro funcionando

Os arquivos da placa também são compactados como anexo nesta etapa.

Aqui está uma visão geral das funcionalidades e recursos de cada uma das placas:

• satshakit

  • placa de uso geral baseada em atmega328p
  • totalmente como um Arduino UNO sem USB e o regulador de tensão
  • programável usando um conversor USB para serial
  • exemplos de projetos usando: AAVOID Drone, FabKickBoard, RotocastIt

• satshakit micro

  • Mini placa de uso geral baseada em atmega328p
  • feito para ser usado em aplicações com restrição de espaço
  • exemplos de projetos usando: MyOrthotics 2.0, Hologram, FABSthetics

• satshakit multicore

  • placa de uso geral baseada em atmega328p
  • versão de camada dupla do satshakit, com 2 x atmega328p um para cada lado
  • design multi-placa empilhável, com o 328p conectado via I2C
  • útil para sistemas multi-MCU (por exemplo, cada placa gerencia um conjunto diferente de sensores)
  • programável usando um conversor USB para serial
  • projetos de exemplo usando-o: trilateração Bluetooth, sistema IoT satshakit

• satshakit 128

  • placa de uso geral baseada em atmega1284p
  • dois seriais de hardware, 16 K de RAM, 128 K de flash, mais E / S que o atmega328p
  • placa compacta com mais recursos de hardware do que o satshakit
  • programável usando um conversor USB para serial
  • exemplos de projetos usando: LedMePlay, FabScope, WorldClock

• controlador de voo satshakit

  • placa baseada em atmega328p
  • controlador de vôo para drones DIY compatíveis com Multiwii
  • suporta até 8 motores, receptores de 6 canais e IMU autônomo
  • placa de distribuição de energia integrada opcional
  • exemplos de projetos usando: satshacopter-250X

• satshakit mini controlador de vôo

  • versão menor do controlador de vôo satshakit, também baseado em atmega328p
  • adequado para mini drones DIY (como os de 150 mm), compatível com Multiwii
  • suporta até 4 motores e receptor de 4 canais
  • quadro de distribuição de energia integrado
  • exemplos de projetos usando: satshacopter-150X

• satshakit nero

  • placa controladora de voo com microcontrolador duplo, usando atmega328p e atmega1284p
  • adequado para aplicação avançada de drones
  • o atmega1284p pode injetar comandos de vôo usando o protocolo Multiwii Serial, para vôo automático
  • projeto de exemplo usando: On Site Robotics Noumena

• satshakit GRBL

  • Placa baseada em atmega328p, customizada para funcionar como controlador de máquina com GRBL
  • conversor USB-para-serial opcional integrado e conector USB
  • paradas finais com filtro de ruído
  • Pinagem organizada GRBL
  • exemplos de projetos usando: LaserDuo, Bellissimo Drawing Machine
• satshakit-mega
  • placa de uso geral baseada em atmega2560p, parecida com um Arduino Mega fabricado
  • conversor USB para serial integrado e conector USB
  • 8 K de RAM, 256 K de flash, 4 seriais de hardware
  • projetos de exemplo usando: LaserDuo

• satshakit-m7

  • Placa de uso geral baseada em STM32F765
  • controlador USB integrado no chip, conector USB
  • 216 MHz, 512 K de RAM, 2 MB de flash
  • toneladas de recursos, também pode executar RTOS GRÁTIS
  • projeto usando: meu próximo drone e plataformas de robótica (ainda não publicado)

• satstep6600

  • driver de passo adequado para motores Nema23 / Nema24
  • 4,5 A de corrente de pico, tensão de entrada de 8-40 V
  • desligamento térmico integrado, proteção contra sobrecorrente e subtensão
  • entradas opto-isoladas
  • projetos usando: LaserDuo, reciclador de filamentos Rex

• satsha-ttl

  • Conversor USB para serial baseado no chip CH340
  • regulador de tensão integrado
  • tensão selecionável por jumper de 3,3 V e 5 V
  • projetos que o usam: satshakit-grbl, rastreador de robôs FollowMe

Todas as placas são lançadas sob o CC BY-NC-SA 4.0.

Você é muito bem-vindo para modificar os designs originais para torná-los adequados aos seus projetos;)!

Etapa 2: Equipamentos e preparações

Em primeiro lugar, vamos falar sobre os processos usados para produzir esses pcbs:

1. Fresagem CNC
2. Gravação a laser de fibra / Yag (basicamente aquelas com 1064 nm)

Como você pode notar, não há corrosão entre eles. E a razão é que eu (e também a comunidade Fab Lab) não gosto muito de usar ácidos tanto por poluição quanto por razões perigosas.

Além disso, todas as placas podem ser feitas usando apenas uma mesa / pequena máquina cnc e / ou gravação a laser sem limitações específicas com uma ou outra técnica.

A propósito, uma máquina a laser de fibra / Yag pode custar vários milhares de dólares facilmente, então acho que para muitos de vocês uma pequena máquina CNC seria melhor!

Se alguém estiver curioso sobre o processo de gravação a laser, recomendo dar uma olhada no seguinte tutorial:

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

Aqui está uma lista de máquinas cnc de formato pequeno recomendadas que você pode usar:

• FabPCBMaker, cnc fabbed de código aberto de um dos meus alunos Ahmed Abdellatif, menos de 100 $ precisa de algumas pequenas melhorias, será atualizado em breve
• 3810, pequeno cnc minimalista, nunca tentei, mas parece que poderia fazer
• Eleks Mill, mini cnc super-barato, pacotes de passo de 0,5 mm fresados pessoalmente (LQFP100) com alguns ajustes finos
• Roland MDX-20, solução pequena, mas super confiável da Roland
• Roland SRM-20, versão substituta mais recente do MDX-20
• Othermill, agora BantamTools, CNC de pequeno formato confiável e preciso
• Roland MDX-40, cnc de mesa maior, também pode ser usado para coisas maiores

Eu recomendo usar as seguintes fresas de topo para gravar os traços:

• 0,4 mm 1/64 para a maioria dos pcbs, exemplo
• 0,2 mm chanfrado para trabalhos de dificuldade média, por exemplo (certifique-se de que a cama é plana!)
• 0,1 mm chanfrado para trabalhos superprecisos, exemplo 1, exemplo 2 (certifique-se de que a cama é plana!)

E os seguintes bits para cortar o pcb:

Ferramenta de contorno de 1 mm, exemplo 1, exemplo 2

Cuidado com os chineses, vão durar pouquíssimos cortes!

A folha de cobre recomendada a ser usada é FR1 ou FR2 (35 µm).

A fibra de vidro no FR4 facilmente desgastaria as fresas de topo e também sua poeira pode ser muito perigosa para sua saúde.

A seguir estão as ferramentas que você deve ter em sua bancada de solda:

• estação de soldagem, (algumas recomendações: ATTEN8586, ERSA I-CON Pico)
• trança desoldering
• par de pinças de precisão
• mãos que ajudam
• abajur com lupa
• aplicativo de lupa
• fio de solda, 0,5 mm seria bom
• componentes eletrônicos, (Digi-Key, Aliexpress e assim por diante …)
• um extrator de fumaça de solda
• um multímetro

Etapa 3: Prepare seus arquivos para moagem

Para gerar o GCode, ou para ter o código de máquina do formato específico que você precisa, você deve usar um software de manufatura auxiliada por computador (CAM).

Sinta-se à vontade para usar qualquer CAM de sua preferência, especialmente se ele vier com sua máquina e se sentir confortável com ele.

Neste tutorial, vou mostrar como usar o Fab Modules, um CAM de código aberto baseado na web do prof Neil Gershenfeld e seus colaboradores.

Os Módulos Fab estão disponíveis como instalação autônoma em seu PC ou online:

• Repositório de Módulos Fab e instruções de instalação:
• Versão online dos Módulos Fab:

Para simplificar, vou mostrar como usar a versão online.

Em primeiro lugar, os Módulos Fab tomam como entrada uma imagem-p.webp

Se você quiser fazer uma placa satshakit existente sem modificações, tudo que você precisa fazer é baixar os PNGs (às vezes SVGs) que preparei para fresamento. Normalmente fazemos os furos à mão (com uma pequena broca proxxon), mas vou mostrar como criar um-p.webp

Você pode encontrar os PNGs abaixo ou nos repositórios:

• satshakit

  • vestígios
  • Cortar fora

• satshakit micro

  • vestígios
  • Cortar fora

• satshakit multicore

  SVG

• satshakit 128

  • vestígios
  • Cortar fora

• controlador de voo satshakit

  • vestígios
  • Cortar fora

• satshakit mini controlador de vôo

  • vestígios
  • Cortar fora

• satshakit nero

  • vestígios
  • Cortar fora

• satshakit GRBL

  • vestígios
  • Cortar fora
• satshakit mega
  • vestígios
  • Cortar fora

• satshakit M7

  • vestígios
  • Cortar fora

• satstep6600

  • principais traços
  • recorte superior
  • traços de fundo
  • recorte inferior

• satsha ttl

  • vestígios
  • Cortar fora

Caso queira modificar um design de satshakit existente, você deve seguir duas outras etapas:

1. use o Autodesk Eagle para modificar a placa de acordo com suas necessidades
2. usar um editor de imagem raster para preparar as imagens PNG, neste caso irei mostrá-lo usando o Gimp

Depois de fazer as modificações necessárias, use as seguintes etapas para exportar uma imagem-p.webp

1. Abra o layout do tabuleiro
2. Pressione o botão da camada
3. Selecione apenas a parte superior e as almofadas (também VIAs no caso do PCB ser de camada dupla, como o satstep6600)

4. Certifique-se de que os nomes dos sinais não serão mostrados na imagem indo em Definir-> Diversos e desmarque

   1. nomes de sinais no teclado
   2. nomes de sinais em rastros
   3. nomes de painéis de exibição
5. Amplie o design da placa para caber na tela visível
6. Selecione Arquivo-> Exportar-> Imagem

7. Defina o seguinte na janela pop-up de exportação de imagem:

   1. verificar monocromático
   2. selecione Área-> janela
   3. digite uma resolução de pelo menos 1500 DPI
   4. Selecione o local para salvar o arquivo (Navegar)
8. aperte o botão ok

Depois disso, você deve ter um-p.webp

Agora é hora de abrir a imagem com o Gimp e executar as seguintes etapas (veja as fotos em anexo):

1. caso a imagem tenha grandes margens pretas, corte-a usando Ferramentas-> Ferramentas de Seleção-> ferramenta de seleção de retângulo e selecione Imagem-> Cortar para seleção (ainda mantenha algumas margens pretas ao redor, como 3-4mm)
2. exporte a imagem atual como traces.png
3. use novamente as Ferramentas-> Ferramentas de Seleção-> ferramenta de seleção de retângulo e selecione todos os traços (deixe ainda uma margem preta ao redor, como 1 mm)
4. opcionalmente, crie algum filete na seleção do retângulo clicando em Selecionar-> Retângulo Arredondado-> e coloque um valor de 15
5. agora, clique com o botão direito dentro da área selecionada e Editar-> Preencher com a cor BG (certifique-se de que é branco, geralmente o padrão)
6. exporte esta imagem como cutout.png
7. agora abra o arquivo traces-p.webp" />
8. usando as ferramentas-> ferramentas de pintura-> preenchimento de balde, preencha todas as áreas pretas que não são buracos com branco
9. exporte esta imagem como holes.png

Depois de ter os arquivos PNGs, você está pronto para gerar o GCode para fresamento.

Você tem que gerar o GCode para cada-p.webp

Para o arquivo traces.png, essas são as etapas com os Módulos Fab:

1. vá para
2. abra o arquivo traces.png

3. selecione sua máquina:

   1. gcodes funcionará para as máquinas baseadas em GRBL (normalmente também o pequeno cnc chinês é baseado nele)
   2. Roland RML para Roland
4. selecionar processo 1/64
5. Caso você tenha selecionado o Roland RML, selecione sua máquina (SRM-20 ou outro etc.)

6. edite as seguintes configurações:

   1. velocidade, eu recomendo 3 mm / s com as ferramentas chanfradas de 0,4 mm e 0,2 mm, 2 mm / s para as ferramentas de 0,1 mm
   2. X0, Y0 e Z0, coloque todos eles em 0
   3. a profundidade de corte pode ser 0,1 mm com as ferramentas cilíndricas 0,4 mm, 0 mm com as chanfradas
   4. o diâmetro das ferramentas deve ser o que você tem (se alguns traços forem impossíveis de fazer, engane-o colocando um pouco menos o diâmetro do que você tem, até que os traços sejam mostrados após pressionar calcular)
7. pressione o botão calcular
8. espere que o caminho seja gerado
9. pressione o botão Salvar para salvar o Gcode

Para o holes-p.webp

1. carregar o holes-p.webp" />
2. selecione o processo 1/32

3. edite as seguintes configurações:

   1. reduza a velocidade, recomendo 1-2mm / s
   2. verifique e coloque (um pouco mais do que) a espessura de sua folha de cobre PCB
   3. verifique e coloque o diâmetro da ferramenta para o corte (geralmente 0,8 ou 1 mm)

Mantenha os arquivos salvos com você, pois vamos precisar deles para fazer a placa de circuito impresso com a fresadora CNC.

Etapa 4: Moagem de PCB

Uma regra simples para fresar com sucesso seus PCBs é preparar bem a base da máquina com a folha de cobre.

Nesta tarefa, você deve tentar ser muito calmo e o mais preciso possível. Quanto mais você investir nessas duas coisas, melhores resultados terá.

O objetivo é tornar a superfície de cobre o mais paralela (plana) possível com a base da máquina.

O nivelamento da folha de cobre será especialmente crítico se você for fresar PCBs de alta precisão, exigindo ferramentas chanfradas como aquelas com 0,2 mm ou 0,1 mm de extremidade.

Considere que depois de gravar os traços de PCB, você ainda precisa cortar o PCB, e para isso é necessário ter o que chamamos de camada sacrificial.

A camada sacrificial será levemente penetrada pela fresa de topo recortada, para garantir que o corte vai completamente através da folha de cobre.

Recomenda-se o uso de uma fita dupla-face fina para colar a folha de cobre à camada sacrificial e para evitar dobras que a fita possa ter.

Aqui estão alguns passos básicos para fazer uma cama bem plana (veja as fotos em anexo):

1. encontre um pedaço de material plano para a camada sacrificial, que já seja produzido bastante plano (por exemplo, um pedaço de MDF ou acrílico extrudado); certifique-se de que a ferramenta de corte pode penetrar e não quebrar porque é muito difícil
2. corte a camada sacrificial pelo tamanho da cama do seu cnc
3. prenda tiras da fita dupla-face na camada sacrificial, certifique-se de tensioná-la antes de prendê-la, para garantir que nenhuma dobra ou bolha de ar apareça; a fita dupla-face deve cobrir a maior parte da superfície de maneira igualmente distribuída
4. prenda a folha de cobre à fita dupla-face; tente empurrar de maneira igual toda a sua superfície
5. anexe a camada sacrificial à base de sua máquina cnc, de preferência com algo que seja fácil de remover depois, mas sólido, como grampos, parafusos

Depois de configurar a cama, é hora de preparar a máquina cnc para a fresagem. Além disso, esta operação requer atenção e precisão. Dependendo do tipo de CNC que você possui, essas etapas podem ser ligeiramente diferentes, mas não muito.

Para preparar a máquina cnc para fresagem, siga as etapas abaixo:

1. instale a ferramenta adequada na pinça (ou porta-ferramenta)
2. certifique-se de mover um pouco para cima o eixo Z da base antes de mover os eixos X e Y, para evitar colidir com a fresa de topo
3. mova os eixos X e Y para o ponto de origem relativo, caso você tenha usado os Módulos Fab, este é o canto inferior esquerdo do PNG
4. antes de zerar X e Y no software de controle da máquina, verifique se há espaço suficiente para fresar a placa
5. definir como ponto zero X e Y a posição atual da máquina
6. desça lentamente com o eixo Z, colocando as fresas de topo perto da superfície de cobre

7. Existem diferentes técnicas que você pode usar para obter o ponto zero do eixo Z, o objetivo desta etapa é garantir que as ferramentas toquem levemente a superfície de cobre:

   1. uma técnica funciona iniciando o fuso e descendo usando o tamanho mínimo de passo da máquina; quando você ouve um som diferente causado pela fresa de topo penetrando levemente na superfície, esse é o seu ponto Z zero
   2. você pode tentar verificar a conectividade elétrica da ferramenta à superfície de cobre com um multímetro; conecte as pontas de prova do multímetro à fresa de topo e à folha de cobre e, em seguida, tente descer com o eixo Z no degrau mínimo; quando o multímetro emite um bipe, esse é o seu ponto zero Z
   3. aproxime a ferramenta da superfície, deixando alguns mm entre eles (como 2-3 mm), abra a pinça e deixe a fresa de topo descer para tocar a superfície de cobre; em seguida, feche as fresas de topo na pinça e defina isso como o ponto zero Z
   4. usar um sensor fornecido pela máquina, neste caso, quando a fresa de topo tocar o sensor, a máquina irá automaticamente tomar o ponto de origem Z

E finalmente agora você está pronto para lançar seu trabalho de gravação de PCB:)

Recomenda-se ficar perto da máquina para observar cuidadosamente se você cometeu algum erro nas etapas acima, e talvez parar e reiniciar o trabalho com as correções e / de ajustes necessários.

Algumas dicas rápidas sobre os problemas:

• se o seu PCB foi gravado em algumas áreas e não em outras, então sua folha de cobre não é plana

  se suas ferramentas têm uma extremidade cilíndrica, você pode simplesmente pegar um eixo Z ligeiramente mais profundo e reiniciar o trabalho na mesma posição; o mesmo se aplica com ferramentas chanfradas e se a diferença na profundidade de gravação não for muito

• se seus traços têm bordas afiadas poderia ser melhor diminuir a taxa de avanço de corte
• se você quebrou uma fresa de topo (totalmente nova), diminua a velocidade em uma quantidade consistente
• se seus traços estão destruídos ou muito finos, você pode estar muito profundo, verifique também a espessura do traço no Eagle ou verifique suas configurações CAM, especialmente se o diâmetro das fresas de topo estiver correto

Quando chegar a hora de fazer o recorte, lembre-se de trocar a ferramenta de fresa de topo e de abrir o recorte ou o arquivo de furos. Depois de fazer isso, lembre-se de pegar novamente APENAS o ponto zero do eixo Z, desta vez você não precisa ser muito preciso ao tocar a superfície da folha de cobre.

Quando for a hora de remover seu PCB da camada sacrificial, tente puxá-lo lentamente com uma chave de fenda fina. Faça isso novamente com muito cuidado para evitar rachar a placa.

No final desta etapa, você deve ter uma placa de circuito impresso incrível gravada em suas mãos:) !!