Projeto 2: Como reverter a engenharia: 11 etapas (com fotos)

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

Olá companheiro Hobbyist, Um bom amigo meu juntou vários componentes junto com um Raspberry Pi para decodificar o protocolo RS232 para TTL. O resultado final foi lançado em uma caixa que continha 3 componentes principais: um conversor de energia para alimentar o Pi, um relé de canal duplo que garante que a energia não seja desperdiçada controlando quando a comunicação deve acontecer e um conversor de módulo RS232 para TTL. A tarefa é criar a melhor solução que combine todos os hardwares em um único PCB. O resultado final terá menos elementos dispostos ao redor -> menos cabos -> design à prova de vibração. Isso significa que a tarefa em questão é uma tarefa de engenharia reversa de hardware. As etapas a seguir devem ajudar a resolver tarefas dessa natureza.

Etapa 1: identificar os componentes

Você precisará pesquisar no Google com base em uma das seguintes opções:

- Usando o nome impresso no próprio quadro.

- Usando a função do dispositivo.

- Usando o componente principal na própria placa: procure os chips carnudos -> obtenha seus nomes -> google seu aplicativo.

- Faça uma imagem no Google de quaisquer palavras-chave encontradas e role para baixo até encontrar o dispositivo ou qualquer indicação para outra pesquisa.

Resumindo, encontrei todos os três dispositivos e fui em frente e os encomendei no ebay:

- MAX3232 PARA TTL:

- Relé de canal duplo 5V: https://www.ebay.ca/itm/5V-Dual-2-Channels-Relay-Module-With-optocoupler-For-PIC-AVR-DSP-ARM-Arduino/263347137695?hash= item3d50b66c9f: g: DlUAAOSwIVhaG-gf

- Conversor de buck DC-DC: https://www.ebay.ca/itm/DC-DC-Buck-Step-Down-Converter-6V-80V-24V-36V-48V-72V-to-5V-9V-12V -Power-Suppply / 122398869642? Hash = item1c7f8a888a: g: 3vkAAOSwuxFYyQyb

Etapa 2: hora de obter alguns esquemas de circuito

Ao pesquisar esquemas de circuito, é importante ter em mente a função principal de cada placa.

Assim que os diagramas de circuito forem encontrados, vá para digikey (ou mouser, ou qualquer coisa de onde você vai pedir os elementos) e veja se o chip principal está disponível, pois você fará o pedido mais tarde.

Todos os outros elementos devem estar disponíveis na maioria dos sites eletrônicos (diodos, tampas, indutores, resistores …) Às vezes, você pode ter um problema para encontrar aqueles no tamanho ou pacote certo (através do orifício, montagem de superfície, …)

Caso isso seja importante em estágios posteriores do design, pesquise tendo esses detalhes em mente.

Então, acabei com as seguintes fichas técnicas:

- MAX3232 PARA TTL:

- Relé de canal duplo 5V:

- Conversor de buck DC-DC:

Como mencionei antes, fui em frente e comecei a pesquisar os componentes usados nos sites da Digikey, consegui encontrar todos eles, exceto um componente relacionado ao conversor DC-DC buck, mais especificamente, não consegui encontrar o conversor buck XLSEMI XL4015 (encontrado no LCSC tho!) Para evitar ter que fazer pedidos de dois sites diferentes e, portanto, pagar o frete duas vezes, decidi ignorar o conversor disponível e ir para outro design que usa componentes encontrados no Digikey. Então, acabei seguindo este esquema:

Conversor New Buck:

Certificando-me de que a corrente e a tensão são suficientes para alimentar o Pi, finalmente identifiquei todos os elementos que serão usados em meu PCB principal.

Etapa 3: manter o panorama geral em mente

Esta etapa é muito importante, pois define o tom para o design geral. Minha tarefa é reduzir o número de fios colocados dentro da caixa, já que este último é exposto a um ambiente com altas vibrações. Para resolver este problema, tive que separar as linhas de energia (alimentando o Pi) das linhas de sinal usadas para a decodificação e a comunicação entre os dispositivos. Com as informações em mente, combinaremos tudo em um PCB. O produto final terá um cabo de fita e um cabo micro-usb para estabelecer a conexão com o Pi. O cabo de fita conterá todos os sinais entre os dois dispositivos, enquanto o cabo micro-usb fornecerá a energia de 5 V, 1 A necessária para ligar o Pi. Com isso em mente, fui em frente e reorganizei os pinos GPIO usados no Pi para ter todos os sinais próximos uns dos outros como mostra a imagem. Obviamente, para fazer isso, você precisará alterar os pinos GPIO para outros pinos GPIO, enquanto altera Gnd com outro Gnd e power com outros pinos de energia usando o pino geral do Raspberry Pi. Essas alterações devem ser registradas, pois serão necessárias posteriormente para atualizar o firmware em execução no Pi.

Etapa 4: EasyEDA: esquemas

Nesta etapa, você precisará se familiarizar com a ferramenta cad mais simples que existe. EasyEDA! como o nome indica, aprender a usar essa ferramenta de desenvolvimento de website deve ser simples. Estou anexando o link do próprio site, juntamente com outras boas referências para você avançar rapidamente:

EasyEDA:

Vídeos de introdução (por GreatScott):

www.youtube.com/watch?v=35YuILUlfGs

Tutorial rápido feito pelos próprios desenvolvedores do site:

Etapa 5: Selecione os componentes necessários

Nesta etapa, você deve selecionar se deseja usar componentes de furo passante ou de montagem em superfície com base na dimensão da placa, seu equipamento de soldagem e suas habilidades de soldagem! Decidi montar em superfície para todos os componentes, se possível, com poucas exceções onde a versão SMD não está disponível, digamos, os relés, por exemplo.

Em seguida, você precisará corrigir o tamanho do pacote para todas as tampas, resistores, diodos, etc … No meu caso, decidi definir em 1206 para a maioria dos componentes comuns.

Aqui, novamente, há muitos tutoriais on-line sobre técnicas de soldagem de montagem em superfície. Eu confiei particularmente no tutorial de Dave Jone sobre este assunto (link abaixo), fique à vontade para assistir os outros dois tutoriais de solda:

EEVblog # 186 - Tutorial de soldagem parte 3 - Montagem em superfície

www.youtube.com/watch?v=b9FC9fAlfQE&t=1259s

Eu sei que o vídeo é longo, mas o cara fala sobre outras coisas interessantes enquanto ensina como soldar. Obviamente, ele tem mais experiência do que a maioria dos amadores por aí, como você e eu, então deve ficar tudo bem.

Etapa 6: desenhe esquemas para os componentes ausentes

EasyEDA tem a grande maioria dos componentes que eu planejava encomendar, exceto um dispositivo. Dito isso, não deve ser um problema, pois este software permite que você adicione seus desenhos à biblioteca online.

Eu precisava adicionar “conector fêmea D-SUB 15” (digikey:

Ao verificar as folhas de dados do dispositivo no link, você poderá replicar as características geométricas do componente. Isso deve incluir espaçamentos, dimensões, bem como a direção do dispositivo. Se você tiver sorte o suficiente, às vezes os fabricantes também incluem os desenhos de PCB para que você simplesmente copie e cole manualmente na easyeda.

Etapa 7: Projete o layout de seu PCB

Ao colocar os diferentes componentes na placa, você precisará certificar-se de reduzir o comprimento dos traços de conexão. Quanto mais tempo durarem, mais expostos estarão as linhas de sinal às interferências de impedância e ruído. Com essa regra de ouro em mente, fui em frente e coloquei todos os meus componentes conforme mostrado no vídeo.

Etapa 8: Analise os números

Nesta etapa, você precisará determinar a largura correta do traço a ser usada para conectar diferentes elementos. A espessura do traço da Easyeda é padronizada para 1 onça (sua opção barata). Isso significa que você simplesmente precisa ter uma estimativa aproximada da corrente fluindo em cada um dos traços. Com base no aplicativo em questão, decidi corrigir 30mil para a maioria dos meus traços de energia (para manter um máximo de 1 A) e 10 ~ 15 mil para os traços de sinal (para manter um máximo de 100 mm A).

Você pode usar uma calculadora de rastreamento online como esta para obter esses números.

Calculadora de rastreamento on-line:

Etapa 9: conecte-o

Uma vez fixada a espessura da pista para as diferentes linhas, é hora de fazer a fiação de todos os componentes. Se você colocou seus componentes de acordo com as regras gerais de design de PCB (link abaixo), você deve ser capaz de fazer a fiação facilmente. No final, após adicionar o revestimento de cobre, você terá um PCB completo pronto para ser pedido. Para isso, recomendo usar o site do parceiro da easyeda, JLCPCB (link abaixo), ao fazer o pedido você não precisa fazer nenhuma alteração nas opções de pedido padrão. Além disso, se você estiver soldando mais de uma placa, recomendo solicitar a folha de estêncil que acompanha o arquivo gerber enviado. Isso permitirá que você economize muito tempo durante o processo de soldagem.

Etapa 10: É hora de uma solda séria

Como estou soldando apenas um componente para testar meu projeto, carreguei a solda manualmente para aprimorar minhas habilidades nessa área. O produto final será semelhante à imagem anexada.

Etapa 11: Faça as verificações finais

Nesta etapa final, você precisará fazer o teste básico de continuidade de seus traços importantes, como as linhas de força. Isso deve ajudá-lo a evitar danos a qualquer coisa conectada à sua placa (no meu caso: o Raspberry Pi). E assim, usando engenharia reversa, fui capaz de criar um dispositivo à prova de vibração.

Como sempre, obrigado por seguir minhas histórias com engenharia. Sinta-se à vontade para curtir, compartilhar ou comentar qualquer uma das minhas postagens.

Até a próxima vez, Saúde: D