$ 1 Cây thông Noel PCB: 7 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Theo dõi tôi trên Twitter! Theo dõi thêm bởi tác giả:

Giới thiệu: Tên tôi là Loann Boudin, tôi là một nhà sản xuất và là một sinh viên người Pháp theo học ngành kỹ thuật điện tử gần Paris. Tôi thích tự tay mình làm ra những thứ và chia sẻ dự án của mình với mọi người. Thông tin thêm về loboat »

Cây thông Noel PCB của Loann BOUDIN | 2018

Sắp đến Giáng sinh rồi, một người yêu thích đồ điện tử có thể làm gì? Tất nhiên là một cây thông Noel PCB!

Là thành viên của một câu lạc bộ những người yêu thích thiết bị điện tử nhỏ, tôi muốn chia sẻ niềm đam mê của mình về điện tử và thiết kế PCB thông qua các dự án nhỏ. Vào dịp Giáng sinh, tôi muốn giới thiệu vũ trụ hàn SMD với các thành viên mới bằng một dự án đơn giản và thú vị: hàn một cây thông Noel PCB thu nhỏ với đèn LED nhấp nháy 0805 SMD được nhúng.

Tài liệu hướng dẫn này mô tả quy trình tôi đã làm theo để tưởng tượng, thiết kế và tạo ra một loạt cây thông Noel nhỏ, rẻ tiền, phát sáng trên bảng mạch in với giá chưa đến 1 đô la một chiếc. Thưởng thức:)

Và… nếu bạn thích Có thể hướng dẫn này, hãy cân nhắc bỏ phiếu cho dự án này trong Cuộc thi PCB! Cảm ơn bạn !

Bước 1: BOM, Công cụ và Kỹ năng Cần thiết

Bạn sẽ cần:

Các công cụ cần thiết:

• mỏ hàn
• dây hàn
• giấy nhám
• kìm dẹt
• kìm cắt
• nhíp tốt

Các công cụ tùy chọn (nhưng tiện dụng):

• Máy hút khói
• nhiều mét
• kính tuyệt đẹp

Kỹ năng:

kỹ năng hàn cơ bản

Hóa đơn nguyên vật liệu:

Các thành phần	Nhà cung cấp	Giá bán buôn ($)	Giá mỗi PCB ($)
11x 0805 LED nhấp nháy SMD	Aliexpress	15, 79	0, 29
1x pin CR1220	Aliexpress	0, 75	0, 15
1x giá đỡ pin	Aliexpress	6, 58	0, 07
1x công tắc bật tắt	Aliexpress	2, 62	0, 03
Tiêu đề 2x 2 chân	Aliexpress	0, 51	0, 01
1x PCB	SeeedStudio	4, 90	0, 12

Tôi đã chọn các thành phần giá rẻ để giữ BOM dưới mức giá tượng trưng là $ 1 cho mỗi PCB cây thông Noel. Tổng giá cho một cây thông Noel PCB với tất cả các linh kiện điện tử được hàn ước tính là $ 0, 67.

Bước 2: Tìm kiếm nguồn cảm hứng…

Tôi muốn thiết kế một cây thông Noel PCB thực tế, trong đó hai PCB được lắp ráp vuông góc với nhau có thể tạo ra hình dạng 3D có thể dựng đứng. Việc tạo ra hai PCB khác nhau không làm cho thiết kế phức tạp hơn nhiều nhưng đắt hơn, vì các nhà sản xuất tính phí cao hơn khi một PCB chứa nhiều hơn một thiết kế. Để giữ mức giá thấp nhất có thể, tôi cần nghĩ đến việc quản lý không gian thông minh của thiết kế PCB để giảm lãng phí và chi phí. Trong nhiệm vụ thiết kế cây thông Noel PCB hoàn hảo cho mục đích của mình, tôi đã tìm kiếm các dự án tương tự trên Google và Guiductables.

Tôi đã xem qua thiết kế của bluquesh, mà tôi thấy đặc biệt thú vị và được ghi lại rất đầy đủ. Trong bài giảng đầu tiên của mình, thành viên này mô tả cách anh ấy tạo ra một cây thông Noel PCB nhỏ với rất nhiều tính năng:

• Chip Arduino nhúng
• Đèn LED SMD hai màu
• Cảm ứng điện dung
• Pin nhúng
• Mạch tăng DC / DC
• … và hơn thế nữa !

Một số tính năng này không tương thích với dự án của tôi, nhằm mục đích đơn giản và chi phí thấp. Tuy nhiên, một chi tiết khác trong dự án của anh ấy đã thu hút sự chú ý của tôi: bluquesh đã xoay sở để điều chỉnh thiết kế cây thông Noel 3D của anh ấy vào một khu vực hình vuông và không tốn diện tích. Bằng cách tạo ra hai chiếc vây hình nửa cây linh sam bên cạnh cây linh sam chính, anh đã tái sử dụng không gian lãng phí để tạo ra một cây đầy đủ khác mặc dù có hình dạng phức tạp.

Tôi đã điều chỉnh và sử dụng lại thiết kế thông minh này trong dự án của mình.

Bước 3: Thiết kế PCB

Tôi đã thiết kế cây thông Noel PCB của mình bằng Autodesk EAGLE. EAGLE là một phần mềm tự động hóa thiết kế điện tử (EDA) cho phép thiết kế sơ đồ giản đồ, vị trí thành phần và định tuyến PCB.

Tôi bắt đầu thiết kế bằng cách tạo sơ đồ mạch điện tử. Nó bao gồm 11 đèn LED nhấp nháy song song, được cung cấp bởi pin di động nút 3 V. Một công tắc có thể mở hoặc đóng mạch. Cuối cùng, một tụ lọc tùy chọn 10 µF được đặt giữa điện áp pin và mặt đất.

Tôi đã lựa chọn không bao gồm một điện trở mắc nối tiếp với các đèn LED vì 3 V rất gần với điện áp chuyển tiếp của nhiều màu đèn LED:

Sơ đồ và PCB được chia thành ba phần:

• Bo mạch chính: có hình cây thông Noel và bao gồm giá đỡ pin, công tắc, 3 đèn LED ở mặt trên và 2 đèn LED ở mặt dưới. Hai đầu nối pinhead 2 chân cho phép kết nối và cấp nguồn cho hai cánh tản nhiệt, một ở mặt trên và một ở mặt dưới.
• vây trên cùng: nó có hình dạng của một nửa cây thông Noel với một rãnh để chứa pin và bao gồm 1 đèn LED ở mặt trên và 2 đèn LED ở mặt dưới. Một chân cắm đầu nối pinhead 2 chân cho phép kết nối vây và cấp nguồn cho bo mạch chính.
• vây dưới: nó có hình dạng của một nửa cây thông Noel và bao gồm 2 đèn LED ở mặt trên và 1 đèn LED ở mặt dưới. Chân kết nối đầu pin 2 chân cho phép kết nối vây và cấp nguồn cho bo mạch chính.

Tôi quyết định chọn giảm kích thước 48 * 48 mm cho mỗi cây thông bằng cách vẽ đường viền của bảng với lớp thứ 20 "Kích thước".

Tôi đã vẽ hình dạng của cây linh sam bằng cách sử dụng lớp thứ 46 "Phay" với chiều rộng 3 mm: đường này được hiểu là khu vực phay của nhà sản xuất và tách cây linh sam khỏi các vây của nó.

Khi đường viền của mạch đã xác định rõ ràng, tôi đặt các thành phần lớn nhất như giá đỡ pin và công tắc, sau đó là đèn LED để sự phân bố của chúng dễ chịu.

Tôi đã thêm một khu vực phay khác trên một vây để giá đỡ pin có thể vừa vặn và một lỗ trên đỉnh cây để có thể treo nó ở bất cứ đâu (ví dụ như trong một cây thông Noel thực sự).

Sau đó, tôi định tuyến tất cả các thành phần bằng cách sử dụng lớp Trên và Dưới: điện áp pin được phân phối đến các đèn LED với các dấu vết chiều rộng 0, 5 mm và một mặt phẳng tổng thể.

Cuối cùng, tôi thiết kế hai tab ly khai và đặt chúng giữa cây linh sam chính và các vây của nó trên đường phay 3 mm để giữ cho bảng của tôi là một thiết kế duy nhất và cho phép ngăn PCB (xem bước tiếp theo để biết thêm chi tiết).

Tất cả các tệp Eagle có thể được tìm thấy trên github của tôi hoặc bên dưới ▼

Bước 4: Khử trùng PCB

Hầu hết các nhà sản xuất PCB hiện cung cấp một mức giá duy nhất là $ 5 cho 10 PCB có kích thước lên đến 100 * 100 mm. Giá vẫn giữ nguyên cho dù mạch 50 * 50 mm hay 100 * 100 mm. Sau đó có thể tối ưu hóa chi phí bằng cách tối đa hóa số lượng mạch trên diện tích tối đa này. Quá trình xử lý PCB bao gồm việc tạo ra một PCB duy nhất từ một số cái nhỏ để giảm chi phí và chất thải.

Hầu hết các nhà sản xuất PCB không tính thêm chi phí cho việc thiết kế panel giống hệt nhau. Nó có nghĩa là bạn có thể quản lý để lắp một số PCB nhỏ vào một cái miễn phí, nhưng nó phải giữ nguyên thiết kế cho tất cả. Thông tin thêm có thể được tìm thấy trên trang web của nhà sản xuất PCB Seeedstudio.

Quá trình ngăn PCB có thể xảy ra theo 2 cách:

Phương pháp cắt rãnh chữ V: nó bao gồm bằng cách cắt 1/3 độ dày của ván từ trên xuống và 1/3 độ dày từ dưới cùng, song song với đường cắt trên, với một lưỡi cắt hình tròn 30-45 độ. Điều này chỉ có thể được thực hiện dọc theo các đường thẳng xuyên suốt mảng PCB

Phương pháp ngăn bảng Breakaway-tab: nó bao gồm bằng cách để lại không gian định tuyến các tab đục lỗ giữa các PCB. Khoảng cách giữa hai PCB là khoảng 2,5 mm vì đây là kích thước bộ định tuyến tiêu chuẩn trong hầu hết các nhà chế tạo và chỉ yêu cầu một đường truyền bit bộ định tuyến duy nhất để xử lý bo mạch. Các mẫu lỗ N-Holes là tiêu chuẩn cho các tab ly khai và được thiết kế để dễ dàng loại bỏ mà không để lại các phần nhô ra không mong muốn của bảng phụ

Bạn có thể tìm thấy thêm thông tin về thiết kế ngăn cách PCB trong bài báo được tài liệu rất tốt do Jack Lucas viết cho www. ElectronicDesign.com.

Để giảm chi phí cho dự án của mình, tôi đã quyết định ghép bốn cây thông Noel PCB của mình thành một bảng duy nhất. Đầu tiên, tôi phải liên kết hai vây của cây thông Noel PCB với bo mạch chính. Tôi đã thiết kế hai tab ly khai với mô hình thủng 3 lỗ liên kết mỗi vây với bảng cây thông Noel chính. Các tab ly khai được làm bằng 2 * 3 lỗ với đường kính 0, 9 mm.

Sau khi thiết kế xong một cây thông Noel PCB, tôi đã sao chép nó bốn lần và đặt từng cây cạnh nhau để lấp đầy diện tích 100 * 100 mm do nhà sản xuất áp đặt. Tất cả các thiết kế đều có khoảng cách 3mm và được kết nối bằng các tab ly khai với mô hình 3 lỗ thủng.

PCB cuối cùng có kích thước 100 * 100 mm và chứa 4 PCB cây thông Noel. Chi phí của một đơn vị PCB được chia cho 4!

Bước 5: Hàn PCB

Khi tất cả các thành phần được tập hợp, quá trình hàn PCB có thể bắt đầu!

Hàn các đèn LED -

Tốt nhất là bắt đầu với việc hàn đèn LED vì chúng là những thành phần nhỏ nhất. Việc hàn chúng lần cuối sẽ làm cho nhiệm vụ có khả năng khó khăn hơn vì các thành phần lớn hơn có thể cản trở vị trí của chúng. Đèn LED là thành phần phân cực và điều quan trọng là phải xác định trên PCB như thế nào chúng được cho là được hàn. Dấu chân đèn LED trên PCB luôn giống nhau: miếng đệm kết nối với mặt đất là khối lượng (cực âm) và miếng đệm kết nối với một rãnh là điện áp cung cấp (cực dương). Mũi tên màu xanh lá cây dưới LED CMS cho biết hướng dòng điện và do đó là cực của nó.

Kiểm tra đèn LED bằng đồng hồ vạn năng trong cấu hình "máy kiểm tra diode" có thể giúp xác định cực tính và màu sắc của nó.

Để hàn các đèn LED, trước tiên tôi bắt đầu bằng cách đặt một lượng nhỏ chất hàn vào một trong các miếng đệm đèn LED. Sau đó, tôi tiếp cận đèn LED bằng nhíp nhỏ trong khi giữ cho chất hàn nóng chảy bằng mỏ hàn của tôi. Khi đèn led được đặt chính xác, tôi tháo mỏ hàn của mình để làm rắn mối hàn. Sau đó, mối hàn thứ hai có thể được thực hiện mà không cần giữ đèn LED bằng nhíp. Quá trình này được lặp lại cho 10 đèn LED còn lại.

Hàn giá đỡ pin -

Giá đỡ pin giữ ô nút dựa vào PCB để tạo kết nối điện. Để giữ pin chắc chắn, tôi đã lắng một lớp thiếc nhỏ lên miếng giữ pin. Đầu nối sau đó được đặt và hàn.

Hàn công tắc -

Cuối cùng, công tắc được hàn vào cùng một phía với đầu nối pin. Nút chuyển đổi nhô ra khỏi PCB để dễ vận hành.

Bước 6: Lắp ráp PCB

Sau khi tất cả các thành phần được hàn, đã đến lúc lắp ráp cây thông Noel.

Tách các bảng -

Tôi bắt đầu bẻ bảng bằng kìm dẹt để tách hai vây ra khỏi bảng chính. Tôi đã sử dụng kìm cắt để loại bỏ bất kỳ cạnh lớn nào có thể bị thương. Sau đó, tôi dùng giấy nhám để làm nhẵn các mặt của cây thông Noel và cuối cùng có ba tấm ván sạch: cây chính và hai chiếc vây của ông.

Kết nối các bảng -

Một vây được gắn vào bo mạch chính bằng cách hàn đầu nối pin 2 chân giữa chúng. Đầu nối chân cắm ở đây có hai công dụng: giữ cánh vào bo mạch chính và đưa điện áp và mass đến các đèn LED của vây.

Tôi cắt các đầu nối pinhead 2 * 2 từ một dải đầu nối pinhead lớn và làm sạch các cạnh nhựa bằng giấy nhám. Sau đó, tôi hàn chúng từ đầu đến đuôi trên bảng chính như thể hiện trên hình, một ở mặt trên và mặt kia ở mặt dưới.

Tôi đã hàn hai cánh tản nhiệt vào các đầu nối, cẩn thận để căn chỉnh chúng đúng cách và đặt vây có một rãnh ở phía đầu nối pin.

Cây thông Noel PCB cuối cùng đã được lắp ráp!

Bật mạch -

PCB được cung cấp bởi pin CR1220 lithium 3V. Khi ô nút được lắp vào ngăn chứa pin xuống bo mạch và đóng công tắc, tất cả các đèn LED bắt đầu nhấp nháy như ảo thuật!

Tế bào nút được sử dụng trong dự án này có dung lượng trung bình là 40 mAh, có nghĩa là nó có thể cung cấp tới 40 mA trong 1 giờ hoặc 20 mA trong 2 giờ. Mức tiêu thụ hiện tại của cây thông Noel PCB là khoảng 80 mA và phụ thuộc vào màu sắc của đèn LED được chọn: đèn LED trắng, xanh lam và tím thu hút nhiều dòng điện hơn đèn LED đỏ, cam và vàng.

Theo kinh nghiệm, tôi khuyên bạn nên sử dụng đèn LED màu đỏ, cam, vàng và xanh lá cây, vì chúng sẽ tiết kiệm pin đồng thời cung cấp màu sắc đẹp theo chủ đề tinh thần Giáng sinh:) Với những màu này với tỷ lệ bằng nhau, cây thông Noel PCB của tôi phát sáng trong suốt 1 giờ cho đến khi đèn LED màu xanh lá cây bắt đầu mờ dần.

Bước 7: Kết luận

Tôi đã có một khoảng thời gian vui vẻ khi thiết kế những cây thông Noel bằng PCB nhỏ này và tôi đã học được rất nhiều điều về sản xuất PCB cũng như cách chế tạo PCB.

Nhờ thiết kế chi phí thấp của dự án, xưởng hàn đã được cung cấp miễn phí cho những ai muốn thử. Những PCB này đã rất thành công trong câu lạc bộ của tôi và nhiều thành viên mới đã hàn con chip đầu tiên của họ dựa trên các thành phần SMD. Tôi rất vui khi biết rằng một số sáng tạo của tôi đã trang trí cây thông Noel của những người bạn của tôi.

Hôm nay, tôi tự hào có thể truyền tải thông qua hội thảo và hướng dẫn này những kiến thức mà tôi có được trong quá trình thực hiện dự án này. Tôi hy vọng bạn thích nó và tôi chúc bạn những điều tốt đẹp nhất trong năm tới:)