Как построить робота – разработка печатной платы

Добавлено 25 января 2018 в 07:48

Как построить робота (от Travis Fagerness)

Как построить робота – разработка печатной платы

Начнем собирать робота, который будет следовать за линиями или стенами и избегать препятствий!

Обзор

Это вторая часть из серии статей о моем опыте создания робота, который может делать разные простые вещи. Первую часть смотрите здесь.

Я думал, что было бы замечательно создать робота, которого легко было бы собрать лишь с одним паяльником, и комплектующие к нему были бы доступны. Я составил следующий список требований к этому роботу:

  1. Многие наборы стоят дорого, поэтому он должен быть относительно недорог.
  2. Он должен быть простым в сборке, не требуя специального оборудования.
  3. Он должен быть простым в программировании, не требуя сложных IDE и программатора.
  4. Он должен быть мощным для расширяемости.
  5. Он должен запускаться от простого источника питания.
  6. Он должен быть способен следовать за линией или за стеной и избегать препятствий.

В этой статье я расскажу о том, как я преобразовал конструкцию и схему в печатную плату, которую можно заказать онлайн!

Выбор производителя печатных плат

В наши дни так много производителей печатных плат, что на самом деле трудно сделать выбор между ними. Я пошел за самой низкой стоимостью, которую смог найти, поскольку моей целью была доступность, и у меня не было каких-либо сложных требований к плате. Я нашел веб-сайт под названием Elecrow, который предложил производство 10 печатных плат всего за 14 долларов! Это потрясающе. Доставка удваивает стоимость, если вы хотите, чтобы платы были доставлены в разумные сроки, но это всё еще не так уж плохо, учитывая, что они доставляются из Китая. Всякий раз при выборе нового производителя печатных плат вам необходимо ознакомиться с их спецификациями для плат. Некоторые ключевые моменты, на которые нужно обратить внимание:

  • Сколько слоев они поддерживают?
  • Делают ли они бесплатно шелкографию на обоих сторонах?
  • Каков минимальный размер переходов между слоями?
  • Каков диапазон диаметров отверстий?
  • Чему равны минимальные ширина дорожки и расстояние между ними? Эта спецификация одна из наиболее критических для небольших плат или плат с плотным монтажом, поскольку, если производитель не может работать с близкими дорожками, то может быть трудно развести плату.
  • Работа становится проще, если у производителя есть файл DRC (design-rule check, проверка правил проектирования), который вы можете загрузить в свою программу компоновки печатной платы, чтобы убедиться, что вы придерживаетесь спецификаций производителя. К счастью, Elecrow предоставляет файл для двухслойных плат.

Размещение компонентов

Очень важно потратить много времени на размещение компонентов, чтобы соответствовать физическим требованиям и объединить все схемы вместе. На этой плате есть много вставляемых плат, соединенных вместе, поэтому группировка схем не так важна. Главная проблема – установить всё на плате, размер которой разрешается Eagle. Бесплатная версия Eagle допускает плату размером только 100 x 80 мм. Это подходит, так как у производителя печатных плат есть специальное предложение на платы размером 10x10 см и менее. Однако это затрудняет установку больших компонентов, таких как батареи и двигатели. Я создал корпуса для всех компонентов и разместил их, как показано ниже. Единственная проблема, с которой я столкнулся, заключалась в том, что два винта шаровой опоры мешали пластиковому держателю батареи, поэтому либо держатель будет поставлен немного криво, либо я могу пропустить эти два винта и закрепить шаровую опору только на два передних винта. Датчик линии будет подключен через линейку разъема, потому что он должен быть очень близко к полу. Поскольку у меня не было места под платой, то этот датчик будет подключаться к прямоугольному разъему, который будет припаян сверху платы и находиться в передней части робота.

Размещение компонентов на плате
Размещение компонентов на плате

Разводка ключевых соединений

Автоматический разводчик плохо подходит для разводки силовых линий. Важные соединения я проложил вручную (показано ниже): линии питания, управление двигателем. Ширина силовых дорожек должна быть максимально возможной, чтобы ограничить падение напряжения. Если возможно, лучше всего разводить все дорожки вручную, чтобы вы знали, что происходит с сигналами. Для таких сигналов, как низкоскоростные цифровые соединения и другие некритические сети, автоматический разводчик может сохранить вам много времени. Я не разводил землю, потому что планирую использовать "земляной полигон", чтобы соединить земли вместе. Желтые линии, показанные ниже, называются "ratsnest", и они показывают, какие соединения еще предстоит развести. Они полезны во время ручной разводки, чтобы видеть куда должен идти проводник.

Разводка силовых линий
Разводка силовых линий

Автоматическая разводка

Я установил автоматический разводчик, чтобы использовать ширину дорожек и промежутков между ними, заданную производителем печатных плат, которая использовалась как настройка по умолчанию. Ч также указал разводчику использовать по максимуму ресурсы моего компьютера. Эта плата небольшая и поэтому не требует от авторазводчика больших усилий, но автоматическая разводка большой платы может занять некоторое время. Перед запуском автоматического разводчика обязательно сохраните копию файла вашей печатной платы на случай, если авторазводчик сделает не совсем то, что вы хотели.

Настройка автоматического разводчика
Настройка автоматического разводчика

Ниже показан результат автоматической разводки:

Результаты автоматической разводки
Результаты автоматической разводки

Очистка и заливка

Теперь важно запустить проверку DRC, потому что авторазводчик может совершать ошибки и оставлять небольшие дорожки, которых не должно быть. DRC была обнаружена ошибка перекрытия, которое авторазводчик создал у вывода 5 датчика линии:

Ошибка автоматического разводчика
Ошибка автоматического разводчика

Я также удалил все дорожки земли, так как намерен использовать заливку. Чтобы использовать заливку земли, нарисуйте на плате полигон поверх размерных линий платы. Затем используйте команду "name", чтобы задать сеть "GND". С помощью свойства Spacing в свойствах полигона я настроил так, чтобы полигон земли оставался в 50 мил (1,27 мм) от любых других дорожек. Это уменьшает вероятность того, что дорожка может быть закорочена на землю, если производитель печатных плат допустит ошибку.

Свойства земляного полигона

Свойства земляного полигона
Свойства земляного полигона

Земляной полигон без прошивки

Земляной полигон без соединений
Земляной полигон без соединений

Земляной полигон должен быть сшит вместе с помощью соединительных отверстий. Это минимизирует емкостную связь между слоями, которая может вызывать проблемы в аналоговых и радиочастотных схемах. Что еще более важно для этого робота, так это то, что это уменьшает петли и длину пути, который обратный ток должен пройти по пути к батарее. Это также позволяет добраться к областям, которые полигон не смог достичь из-за разведенных сигнальных дорожек.

Земляной полигон – прошитый

Земляной полигон – прошитый
Земляной полигон – прошитый

Финальные проверки DRC и ERC

Запустите проверки DRC и ERC в последний раз, чтобы убедиться, что у вас на плате нет проблем, которые будут обнаружены производителем. Также неплохо бы дважды проверить ключевые соединения и ориентации компонентов, особенно на пропущенные соединения.

Создание файлов Gerber

Что такое файлы Gerber? Это коллекция файлов, которые используются производителем печатных плат для создания платы. Файл CAM (computer-aided manufacturing) – это способ рассказать программе разработки о создании Gerber. У Elecrow есть CAM файл, доступный для Eagle, что делает простым создание Gerber. По сути, он определяет, какие слои должны быть объединены в каждый файл Gerber. Обработчик CAM выглядит следующим образом:

Обработчик CAM
Обработчик CAM

После обработки задания генерируются следующие файлы. Эти файлы объединяются в zip архив, который отправляется производителю для проверки.

Список файлов для производства печатной платы
Список файлов для производства печатной платы

Я заказал платы у Elecrow, используя доставку Шеньчжэнь DHL (2-3 рабочих дня). Заказ я разместил 18 октября, а платы получил уже 23 октября! Вот они:

Готовые печатные платы для робота
Готовые печатные платы для робота

Примечание: на платах, показанных выше, отверстия для крепления шаровой опоры маленькие. Я переработал корпус для этой статьи, чтобы подошла шаровая опора, большая по размеру.

Заключение

В данной статье я продемонстрировал процесс создания печатной платы, которую можно заказать у онлайн-производителей. Пока проект прост, платы настолько дешевы, что имеет смысл их заказывать. Ваш проект будет выглядеть намного аккуратнее, и времени на его сборку потратится гораздо меньше. В следующей статье я соберу робота и проверю электрические соединения!

Загрузки

По ссылке ниже можно скачать файл печатной платы, файлы Gerber и библиотеку компонентов для Eagle.


На сайте работает сервис комментирования DISQUS, который позволяет вам оставлять комментарии на множестве сайтов, имея лишь один аккаунт на Disqus.com.


Сообщить об ошибке