Projetando um PCB de expansão (Intel® IoT): 20 etapas

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2024-01-30 11:35

Este Instructable foi escrito como um ponto de partida para aqueles que desejam usar o Intel® Edison em todo o seu potencial, incorporando-o a um projeto embarcado totalmente desenvolvido. Para fazer isso, você provavelmente precisará fazer - como a Intel® chama no Guia de Hardware da Edison * - uma "placa de expansão de circuito impresso projetada pelo usuário" personalizada.

[* Consulte a Introdução do Guia do Hardware (PDF) para referência.]

Wut… on Earth é um "Expansion PCB projetado pelo usuário"?

Excelente pergunta! Para entender o que é uma expansão PCB para o Edison, realmente precisamos primeiro considerar o que o módulo Intel® Edison em si realmente é, e para que ele é mais adequado.

Psst, você já sabe:

1. quais são as placas de expansão para o Intel Edison (Arduino, Breakout, etc.);
2. o que é / e quando deve ser usado o módulo Edison sobre as plataformas alternativas disponíveis; e você sabe
3. quando você deve dedicar tempo e esforço para desenvolver uma placa de expansão completa em vez de usar a placa de expansão Arduino existente ou a placa breakout com um escudo personalizado?

Nesse caso, você pode pular as informações básicas abaixo e ir direto para a seção de introdução na etapa 2.

O Intel® Edison é um pequeno computador em um módulo (COM) que foi originalmente planejado para ser usado como uma plataforma de desenvolvimento para tecnologia vestível. Mesmo para seu tamanho minúsculo, ele ainda é possivelmente grande demais para muitos aplicativos vestíveis - e a Intel® agora desenvolveu uma nova plataforma chamada Curie. No entanto, o Edison ainda tem muitas aplicações interessantes e está pronto para criar inovação dentro da comunidade de fabricantes.

O que Edison não é

É importante entender o que o Intel® Edison não é, bem como o que ele é. O Edison é uma peça interessante de hardware do fabricante, pois existe em um nicho relativamente novo. É fácil tentar comparar o Edison a um Raspberry Pi® ou Arduino®, especialmente devido à opção padrão atual de conectar o Edison a uma placa de expansão compatível com Arduino®. Embora o Edison seja compatível com o IDE do Arduino, o Edison não é um Arduino. Sua compatibilidade com a plataforma Arduino é apenas uma tática de marketing extremamente inteligente para ajudar a Intel® a recuperar sua participação no mercado; uma tática que acaba sendo extremamente benéfica para o mercado-alvo deles também, que explicarei na próxima seção. Mais cinco Intel®!

O Edison definitivamente não é um Raspberry Pi. Enquanto o Pi é um computador de placa única, completo com saída gráfica, suporte para teclado e mouse e capaz de substituir um PC tradicional de várias maneiras - o Edison é um módulo que se destina a ser incorporado em outro produto ou placa; e, mais importante, sem um display tradicional diretamente conectado a ele. Ele está mais relacionado ao Módulo de computação do Raspberry Pi, outra ferramenta que deve ser integrada a outros produtos.

Em contraste com o RPi CM, o Edison não tem suporte gráfico adequado, mas é mais rápido em algumas tarefas computacionais, inclui WiFi e Bluetooth como padrão e é * extremamente * eficiente em termos de energia e espaço. Isso o torna incrivelmente útil para desenvolvimentos do tipo Internet of Things (IoT) ou Machine to Machine (M2M). Na verdade, é aqui que o Edison realmente brilha! Este Instructable foi projetado para ajudá-lo a planejar e desenvolver uma PCB para seu próprio projeto de sistemas embarcados usando o Edison.

Este guia NÃO vai explicar o know-how técnico de como projetar uma placa de circuito impresso, ou mesmo um circuito básico especificamente, já que há muitos Instructables excelentes que já existem e servem a esse propósito melhor do que eu. Em vez disso, ele o guiará por um processo geral a ser seguido ao projetar uma PCB e relacionará as informações à construção de uma placa de expansão para o módulo Edison. O guia também observará algumas das considerações importantes que precisam ser lembradas em relação ao projeto para o módulo Edison.

Visão geral da capacidade de manobra

Dificuldade:	…………	Você precisa ser capaz de compreender circuitos complexos.
Ferramentas:	…………	Você só precisa realmente de um computador.
Custo:	…………	BÔNUS: O software necessário pode ser obtido gratuitamente!

Aviso: O autor deste Instructable NÃO é um profissional. O uso das informações deste tutorial é feito por conta e risco do leitor. O autor não se responsabiliza por quaisquer lesões do leitor ou danos ao equipamento do leitor com base nestas instruções!

Etapa 1: Informações de base

Pessoalmente, cheguei à conclusão de que o Intel® Edison é uma ferramenta perfeita para dois dos três estágios principais em uma jornada do fabricante de estudante a fabricante profissional, ou mesmo a jornada para se tornar um empresário focado em hardware (o Kickstarter projeta alguém?):

Um kit de desenvolvedores compatível com Arduino para alunos, usando o Arduino Breakout Board; ??? (Explicarei abaixo); e Uma plataforma de computação de propósito geral para empreendedores e produtores profissionais.

O Edison e Arduino Breakout Board é absolutamente perfeito para dar a estudantes e amadores iniciantes para desenvolver seus próprios experimentos e widgets legais, usando uma plataforma muito flexível e poderosa. Intel® foi muito inteligente … ligeiro (eu prometo, não vou fazer esse trocadilho de novo … haha) de uma perspectiva de marketing em parceria com o Arduino …

Como um estudante nos estágios iniciais:

Em essência, você começa com um Arduino supercarregado que pode usar para codificar seu coração, sem se preocupar com a falta de capacidade de computação ou memória de armazenamento (muito útil para um aluno iniciante). Então, depois de aprender a usar o IDE do Arduino e quiser algo um pouco mais desafiador, você passa a usar o Yocto Linux e sua escolha de uma linguagem de programação "mainstream" de propósito geral, como C, Python ou Node.js. Agora, você desenvolveu habilidades que serão úteis pelo resto de sua vida; você aprendeu o básico de programação (ou seja, as habilidades lógicas reais) e habilidades simples de integração de hardware com o IDE do Arduino e, em seguida, foi capaz de transferir essas habilidades para linguagens de plataforma cruzada de propósito geral. Essa capacidade de transferir o conhecimento dos programadores de conceitos da linguagem de programação do tipo Arduino C / C ++ para outras linguagens é uma habilidade muito necessária para programadores e designers iniciantes.

De aluno a criador … Não tão rápido:

A partir daí, porém, o uso pretendido do Edison no "mapa da jornada do usuário" de aluno a criador profissional começa a se tornar um pouco obscuro. Muitos alunos começam a querer desenvolver projetos mais completos depois de dominarem esses conceitos básicos - ou seja, os tipos de coisas que você pode levar para casa com você e mostrar aos membros da família, e são projetos dignos de seu fingido interesse. Embora um LED piscando seja legal para nós, criadores geeks, a maioria dos trouxas não vai ficar animada com ele. Trouxas (pais, parentes distantes, amigos, transeuntes na rua, etc.) * ficam * frequentemente interessados e impressionados com protótipos funcionais, que mostram do que o criador é capaz. E, infelizmente, este parece ser o ponto mais fraco de Edison no momento.

Principalmente, parece que o Edison não é particularmente adequado para incorporar permanentemente em projetos "hobby" ou protótipos sem desenvolver um PCB de expansão personalizado. Porque? Por causa do custo.

O quadro Breakout tenta preencher essa lacuna, mas, na verdade, ele meio que fracassa em alguns casos de uso.

Do Maker ao Pro (desenvolvimento de designs finais)

Se você conseguir passar do estágio (ainda em desenvolvimento …)

Então, "O que você fará" com "Intel® Edison Inside ™"?

Estou fazendo uma plataforma educacional de robótica para alunos. Minha primeira versão incorporará um Intel® Edison ao design e será chamada de forma não original de Edibot.

[…]

Agora que sabemos para que estamos construindo uma PCB, vamos começar! (claro, você pode usar os conceitos do tutorial e aplicá-los ao seu próprio design ou produto)

Etapa 2: Primeiros passos … Mais ou menos

Em primeiro lugar, você precisa ler o manual do The Flipping *, passar por alguns outros estágios preliminares e, em seguida, reunir suas coisas. Isso deve ser bastante simples …

(* ou insira um palavrão se preferir esse tipo de coisa)

Ok, antes mesmo de abrir o software de roteamento PCB, você precisará fazer o seguinte:

Leia o manual de inversão Conclua o desenvolvimento básico de seu projeto, incluindo: Desenvolvendo um protótipo funcional para seu projeto incorporado; Desenvolvimento de um conceito para o produto final (localização do porto, etc.); e planejar as dimensões do gabinete final para seu projeto Aprenda a usar o software de roteamento PCB escolhido Reúna suas coisas (materiais)

Os itens 2 e 3 estão completamente fora do escopo deste instrutível, pois já é um texto longo e detalhado. No entanto, incluí algumas notas sobre os itens abaixo para ajudá-lo a começar. Se houver interesse genuíno suficiente em eu escrever alguns instrutíveis para esses três itens e vinculá-los a este artigo, eu ficaria mais do que feliz em fazê-lo. Apenas me diga nos comentários.

Tudo bem, vamos começar!

Leia o manual de inversão

Vá e baixe o documento "Módulo de computação Intel® Edison - Guia do hardware" no site da Intel® e leia-o.

Sério, é longo, técnico e enfadonho e continua indefinidamente … mas você vai bagunçar alguma coisa no design de sua placa de circuito impresso se não ler, e uma fumaça mágica pode ser liberada. Idealmente, você fará isso assim que decidir que fará a jornada de aluno a criador profissional, pois há diferenças nos componentes que funcionam com as placas de breakout e nos componentes que você pode usar diretamente com o Módulo Edison.

A maior parte do documento não é tão complicada em termos de compreensão do que significa e como se relaciona com o design do PCB. A Intel fez um excelente trabalho ao produzir um documento técnico bastante amigável para o fabricante, que normalmente é escrito para OEM / tipos de engenharia. Você só precisa ignorar o fato de que parece longo e tem muitos diagramas de aparência assustadora para os não iniciados.

Divida seção por seção e apenas tome o seu tempo para garantir que você entendeu cada componente do documento. Você não precisa necessariamente entender as razões técnicas pelas quais você precisa fazer algo em seu PCB de uma determinada maneira, apenas o que você precisa fazer e o que você precisa manter em mente com seu design. Eventualmente, fará sentido como um todo. Quando você fica preso em algo, você publica online em uma das muitas comunidades disponíveis, afirma que está aprendendo e está interessado em descobrir como fazer projetos incorporados e, em seguida, faz sua pergunta. Provavelmente, alguém poderá ajudar.

Para perguntas relacionadas ao Intel Edison e projetos associados, eu recomendaria fazer perguntas no StackOverflow (inserir subsite), no Intel Community Forum ou neste site, Instructables _. Você também pode fazer qualquer pergunta nos comentários abaixo, é claro, mas por favor, reconheça que eu não sou de forma alguma um engenheiro elétrico profissional, então haverá perguntas para as quais eu não entendi as respostas. Este instrutível é basicamente a minha tradução do documento do guia de hardware como eu o entendo, misturado com alguns processos de design que encontrei nos últimos anos que estão relacionados ao design para o módulo Edison especificamente (e também agradeço quaisquer comentários corrigindo óbvios e erros que induzem a morte!). Basicamente, adotarei uma abordagem de "fazer isso" em vez de uma compreensão profunda dos aspectos técnicos dos circuitos elétricos.

Aprenda a usar o software de roteamento PCB (também conhecido como Electronic Design Automation Software)

Existem muitas opções de soluções de software EDA para escolher:

Allegro PCB Designer é usado por profissionais, como a Intel. Isso mesmo, o Edison foi projetado usando este pacote de software específico. No entanto, é caro - provavelmente fora do seu orçamento. O outro pacote de software EDA caro no qual estou interessado pessoalmente é o da Altium. Eles são uma empresa australiana, e estou ansioso para aprender mais sobre software com minha empresa local.

Verdade seja dita, não sei o suficiente para comentar sobre qualquer uma dessas ofertas além de seu preço. Eles parecem interessantes e eu acredito que Altium oferece algumas opções de preços mais baixos para estudantes e amadores que estou muito interessado em explorar. Vou atualizar esta seção se algum dia tiver a chance de jogar com opções profissionais. Além das opções profissionais, você tem mais opções de nível amador para escolher:

EAGLE by CadSoft é o padrão de fato absoluto, e eu pessoalmente não gosto disso. Como a maioria dos pacotes de software EDA, é feio. Pode me chamar de superficial, mas acredito que o software deve ter uma boa aparência e ser intuitivo de usar. EAGLE não faz nenhum dos dois. Dito isso, todos os principais fabricantes de PCBs que oferecem suporte à produção em nível de hobby darão suporte a arquivos que foram gerados pelo EAGLE de uma forma ou de outra. É uma opção muito segura de se trabalhar e está disponível em Mac, Linux e Windoze. Circuitos KiCAD Fritzing 123D da Autodesk

Obviamente, há mais opções. O lugar mais fácil para ver os diferentes recursos das várias opções é visitar este artigo de comparação de software EDA da Wikipedia.

Materiais

Protótipo (circuito de placa de ensaio, etc.)

Pensamento crítico

Design físico

Computador com EDA de sua escolha instalado

Ok, então tem sido um longo processo e ainda nem começamos a projetar o PCB real. Afinal, nunca disse que seria fácil, mas é um projeto muito gratificante de se concluir. É uma sensação especialmente boa projetar uma PCB para os projetos mais complexos para os quais o módulo Edison é adequado.