PCBs baseados em navegador: 7 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:38

Conforme você assume ou cria projetos, alguns serão fáceis e outros difíceis. Alguns serão pontuais e outros precisarão ser feitos em escala. Neste artigo, exploraremos meu maior projeto até agora, o Distributed Symphony, e como o microcontrolador em seu núcleo foi construído em um navegador.

Etapa 1: A oportunidade

O Distributed Symphony é o maior e mais complexo projeto que realizei. Uma vez por ano, tenho a oportunidade única de levar uma experiência divertida a um externo corporativo para um público de 600 executivos. Nas últimas parcelas, a "diversão" foi apresentada como um desafio de design. O prompt para a primeira iteração foi construir uma máquina de bolas que envia uma bola em seu caminho por exatamente dois segundos. Cada ano sucessivo teve uma complexidade e presença técnica crescentes. Este ano, decidi que era hora de arquitetar uma experiência que fosse inspiradora.

Etapa 2: Sypmony distribuído

O projeto consistia em cento e vinte kits contendo todos os ingredientes necessários para uma equipe de cinco pessoas criar um instrumento percussivo. Cada kit inclui os seguintes itens.

• Microcontrolador conectado
• Conta-gotas de bola solenóide
• Ressonador instrumentado de um Glockenspiel
• Botão de gatilho
• Dez bolas de madeira
• Materiais de construção
• Elementos artísticos

Central para este projeto era o microcontrolador. Adicionar lógica e conectividade em nuvem tinha como objetivo aprimorar a experiência e não atrapalhar. A placa controladora tinha uma funcionalidade considerável exposta da maneira mais simples possível. Os valores do resistor, questões de energia, diodos e capacitores foram incorporados ao design da placa para que os participantes estivessem livres para se concentrar no desafio e não na tecnologia.

Etapa 3: arriscar

Este projeto apresentou a oportunidade de construir um enxame de micro placas controladoras SMT personalizadas. Isso era novo para mim, mas parecia algo que valia a pena aprender e um grande desafio. Para desenhar as placas, usei o Upverter. É uma solução de ponta a ponta baseada em navegador muito legal para design e produção de PCBs. Depois que você se acostumar a localizar componentes em sua biblioteca, é fácil de usar. As placas foram baseadas em um microcontrolador ESP32 muito capaz. As placas foram projetadas para durar este projeto, pois foram marcadas para doação para ajudar as crianças a aprender código e design de circuitos. Cada placa possui os seguintes recursos:

• Micro controlador ESP32 - compatível com Wi-Fi e Bluetooth
• Dois conectores de motor / solenóide PWM
• Quatro cabeçalhos GPIO de 3,3 V aterrados
• Dois Drivers de Tira Neopixel
• Dois touch pads capacitivos e cabeçalhos opcionais
• Display LCD integrado
• Neopixel único a bordo
• USB integrado para programador UART -
• 5V Power Bus
• Barramento de energia 3V

O projeto usou apenas um único driver de solenóide, o display LCD, Neopixel onboard e três dos conectores GPIO. A funcionalidade adicional desde então tem sido usada como parte de workshops práticos de ensino para crianças.

Etapa 4: Planeje

A primeira etapa para fazer seus PCBs personalizados é planejá-los. Quando se trata de projeto de circuito, isso significa criar seu esquema. Usei minha placa de ensaio para projetar cada recurso do projeto maior. Conforme cada circuito começou a funcionar, eu o traduzi cuidadosamente para a ferramenta Upverter Schematic. Depois disso, limpei a placa de ensaio e comecei a trabalhar na próxima seção até que a placa do controlador estivesse logicamente completa.

Etapa 5: Layout

A próxima etapa na produção de hardware é o layout do PCB. Foi muito mais divertido do que pensei que seria, foi como jogar SimCity com eletricidade. A ferramenta de layout Upverter é muito legal e divertida de usar. Quanto mais eu trabalhava com ele, mais eu polia o design e buscava pontos de estilo sempre que possível. É seu trabalho adicionar fios entre os componentes. Existem linhas verdes que destacam as conexões não rastreadas com cobre. A parte mais interessante do layout do PCB é a capacidade de ignorar rastros de solo. Tudo o que eles precisam fazer é tocar a camada inferior e eles estão aterrados, fácil! Enquanto falamos sobre a camada inferior, isso é outra coisa bonita. Se houver muitos traços no caminho, tudo o que você precisa fazer é descer para a camada inferior, contornar o tráfego e voltar do outro lado.

Etapa 6: torne isso real

Depois que você vai para a produção, as coisas ficam reais e muito caras. Encontre uma produtora com a qual se sinta confortável ou que alguém que você conheça já tenha usado. Você enviará arquivos para criar suas placas e, opcionalmente, fará a montagem completa. A maior parte do custo está na compra de peças e montagem. Como este projeto exigia muitas unidades, além de usar componentes de montagem em superfície, optei pela casa de produção para fazer a montagem.

Upverter tem seção de download onde você pode gerar os arquivos que você precisa para entregar à produção. Para ajudar a economizar um pouco, aqui está a lista de arquivos que exportei:

• GerberFiles
• Broca NC (Excellon)
• XYRS (escolher e colocar)
• Lista de Materiais

Esteja pronto para fazer um ou dois testes menores antes de enviar seu grande pedido. Meu projeto passou por duas pequenas execuções de produção, cada uma com erros, antes do grande pedido de cento e trinta peças. Aumentei a ordem em dez para o caso de algumas das placas terem sido produzidas com erros. Como você pode ver na segunda imagem, tive que usar fios de jumper verdes para consertar as placas de uma das primeiras execuções de produção. É isso, agora você é o orgulhoso proprietário de 5 a 50.000 placas controladoras personalizadas.

Etapa 7: a revelação

Este foi o final agridoce para uma longa e longa estrada. Os kits foram distribuídos e prontamente atendidos. As equipes se propuseram a construir um instrumento percussivo que pudesse lançar uma bola com segurança no ressonador a cada pressionamento de botão. Conforme a construção avançava, revelamos que os projetos estavam conectados à nuvem e tinham painéis móveis correspondentes. As equipes usaram o painel móvel para reproduzir padrões em seus dispositivos. "Salvar e cortar o cabelo" era agora o objetivo. Assim que a maior parte das equipes puderam jogar "Raspar e cortar o cabelo", estávamos prontos para o recital.

Todos carregaram seus funis e recuaram. Usamos nosso console administrativo para calcular deslocamentos de máquina individuais e tocar músicas em todas as máquinas como se fossem um único instrumento. Testamos com o Guns and Roses e continuamos a tocar um pouco de Bach. A sala se encheu de música fraca e foi um sucesso.

Continue construindo e não deixe que os projetos de PCB personalizados o assustem ou atrapalhem. Eles são totalmente viáveis e há todo um mundo de suporte lá fora.