Thiết kế PCB mở rộng (Intel® IoT): 20 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Có thể hướng dẫn này được viết như một điểm khởi đầu cho những ai muốn sử dụng Intel® Edison với tiềm năng tối đa của nó, bằng cách kết hợp nó vào một dự án nhúng được phát triển hoàn chỉnh. Để làm được điều này, bạn có thể sẽ phải tạo - như Intel® gọi nó trong Hướng dẫn phần cứng của Edison * - một "PCB mở rộng do người dùng thiết kế" tùy chỉnh.

[* Xem phần Giới thiệu Hướng dẫn Phần cứng (PDF) để tham khảo.]

Wut… trên Trái đất là một "PCB mở rộng do người dùng thiết kế"?

Một câu hỏi xuất sắc! Để hiểu PCB mở rộng cho Edison là gì, trước tiên chúng ta cần xem xét bản thân mô-đun Intel® Edison thực sự là gì và nó phù hợp nhất với mục đích gì.

Psst, bạn đã biết chưa:

1. bo mạch mở rộng cho Intel Edison là gì (Arduino, Breakout, v.v.);
2. Mô-đun Edison là gì / và khi nào bạn nên sử dụng nó trên các nền tảng có sẵn thay thế; và bạn có biết
3. khi nào bạn nên dành thời gian và nỗ lực để phát triển một bảng mở rộng hoàn chỉnh thay vì sử dụng Bảng mở rộng Arduino hiện có hoặc Bảng đột phá với một lá chắn tùy chỉnh?

Nếu vậy, bạn có thể bỏ qua Thông tin cơ bản bên dưới và chuyển tới phần Bắt đầu ở Bước 2.

Intel® Edison là một Máy tính nhỏ trên Mô-đun (COM) ban đầu được dự định sử dụng làm nền tảng phát triển cho công nghệ đeo. Mặc dù vậy, ngay cả với kích thước nhỏ bé, nó vẫn có thể quá lớn đối với nhiều ứng dụng đeo được - và Intel® hiện đã phát triển một nền tảng mới có tên là Curie. Tuy nhiên, Edison vẫn có nhiều ứng dụng thú vị và đã chín muồi để tạo ra sự đổi mới trong cộng đồng nhà sản xuất.

Edison không phải là gì

Điều quan trọng là phải hiểu Intel® Edison không phải là gì cũng như nó là gì. Edison là một phần cứng thú vị của nhà sản xuất, ở chỗ nó tồn tại trong một thị trường ngách khá mới. Thật dễ dàng để thử và so sánh Edison với Raspberry Pi® hoặc Arduino®, đặc biệt là với tùy chọn mặc định hiện tại là kết nối Edison với bảng mở rộng tương thích Arduino®. Mặc dù Edison tương thích với Arduino IDE, Edison không phải là Arduino. Khả năng tương thích của nó với nền tảng Arduino chỉ là một chiến thuật tiếp thị cực kỳ thông minh để giúp Intel® giành lại thị phần; một chiến thuật vô cùng có lợi cho thị trường mục tiêu của họ, mà tôi sẽ giải thích trong phần tiếp theo. Intel® cao cấp năm!

Edison chắc chắn không phải là Raspberry Pi. Vì Pi là Máy tính Bo mạch đơn, hoàn chỉnh với đầu ra đồ họa, hỗ trợ bàn phím và chuột, và có thể thay thế PC truyền thống theo nhiều cách - Edison là một mô-đun được thiết kế để nhúng vào một sản phẩm hoặc bo mạch khác; và quan trọng là không có màn hình truyền thống kết nối trực tiếp với nó. Nó có liên quan chặt chẽ hơn đến Mô-đun tính toán Raspberry Pi, một công cụ khác được dự định tích hợp vào các sản phẩm khác.

Trái ngược với RPi CM, Edison thiếu hỗ trợ đồ họa thích hợp, nhưng nhanh hơn ở một số tác vụ tính toán, bao gồm WiFi và Bluetooth theo tiêu chuẩn, đồng thời tiết kiệm điện và dung lượng cực kỳ *. Điều này làm cho nó trở nên vô cùng hữu ích cho các phát triển loại hình Internet of Things (IoT) hoặc Machine to Machine (M2M). Thật vậy, đây là nơi Edison thực sự tỏa sáng! Có thể hướng dẫn này được thiết kế để giúp bạn lập kế hoạch và phát triển PCB cho dự án hệ thống nhúng của riêng bạn bằng cách sử dụng Edison.

Hướng dẫn này sẽ KHÔNG giải thích kiến thức kỹ thuật về cách thiết kế một PCB, hoặc thậm chí là một mạch cơ bản cụ thể, vì chúng có rất nhiều Sách hướng dẫn tuyệt vời đã tồn tại và phục vụ mục đích đó tốt hơn tôi có thể. Thay vào đó, nó sẽ hướng dẫn bạn một quy trình chung cần thực hiện khi thiết kế PCB và sẽ liên hệ thông tin với việc xây dựng một bảng mở rộng cho mô-đun Edison. Hướng dẫn cũng sẽ lưu ý một số lưu ý quan trọng cần được ghi nhớ liên quan đến việc thiết kế mô-đun Edison.

Tổng quan về Makability

Khó khăn:	…………	Bạn cần có khả năng hiểu các mạch phức tạp.
Công cụ:	…………	Bạn sẽ chỉ cần một máy tính thực sự.
Trị giá:	…………	THƯỞNG: Có thể có phần mềm cần thiết miễn phí!

Cảnh báo: Tác giả của cuốn sách có thể hướng dẫn này KHÔNG phải là một chuyên gia. Việc sử dụng thông tin từ hướng dẫn này được thực hiện với rủi ro riêng của người đọc. Tác giả không chịu trách nhiệm về bất kỳ thương tích nào của người đọc, hoặc thiệt hại đối với thiết bị của người đọc dựa trên các hướng dẫn này!

Bước 1: Thông tin cơ bản

Cá nhân tôi đã đi đến kết luận rằng Intel® Edison là một công cụ hoàn hảo cho hai trong ba giai đoạn chính trong hành trình của các nhà sản xuất từ sinh viên đến nhà sản xuất chuyên nghiệp, hoặc thậm chí là hành trình trở thành một doanh nhân tập trung vào phần cứng (Kickstarter dự đoán có ai không?):

Bộ công cụ dành cho nhà phát triển tương thích với Arduino dành cho sinh viên, sử dụng Arduino Breakout Board; ??? (Tôi sẽ giải thích bên dưới); và Một nền tảng máy tính có mục đích chung dành cho các doanh nhân và nhà sản xuất chuyên nghiệp.

Edison và Arduino Breakout Board hoàn toàn hoàn hảo để cung cấp cho sinh viên và những người mới bắt đầu có sở thích phát triển các vật dụng và thí nghiệm thú vị của riêng họ, bằng cách sử dụng một nền tảng rất linh hoạt và mạnh mẽ. Intel® rất thông minh.. thông minh (tôi hứa, tôi sẽ không chơi chữ đó nữa.. haha) từ góc độ tiếp thị khi hợp tác với Arduino…

Là một sinh viên trong giai đoạn đầu:

Về bản chất, bạn bắt đầu với một Arduino siêu nạp mà bạn có thể sử dụng để viết mã theo ý mình mà không phải lo lắng về việc thiếu sức mạnh tính toán hoặc bộ nhớ lưu trữ (rất hữu ích khi là sinh viên mới bắt đầu). Sau đó, khi bạn đã học cách sử dụng Arduino IDE và muốn một thứ gì đó khó khăn hơn một chút, bạn chuyển sang sử dụng Yocto Linux và lựa chọn ngôn ngữ lập trình mục đích chung "chính thống", chẳng hạn như C, Python hoặc Node.js. Bây giờ, bạn đã phát triển các kỹ năng sẽ hữu ích cho phần còn lại của cuộc đời bạn; bạn đã học được các kiến thức cơ bản về lập trình (tức là các kỹ năng logic thực tế) và các kỹ năng tích hợp phần cứng đơn giản với Arduino IDE, và sau đó bạn có thể chuyển các kỹ năng đó sang các ngôn ngữ đa nền tảng, mục đích chung. Khả năng chuyển kiến thức của lập trình viên về các khái niệm từ Arduino C / C ++ như ngôn ngữ lập trình sang các ngôn ngữ khác là một kỹ năng rất cần thiết cho các nhà lập trình và thiết kế mới chớm nở.

Từ Sinh viên đến Nhà sản xuất… Không quá nhanh:

Tuy nhiên, từ đó, mục đích sử dụng của Edison trên "bản đồ hành trình của người dùng" từ sinh viên đến nhà sản xuất chuyên nghiệp bắt đầu trở nên không rõ ràng. Nhiều sinh viên bắt đầu muốn phát triển các dự án hoàn chỉnh hơn khi họ đã nắm vững các khái niệm cơ bản này - tức là các loại công việc bạn có thể mang về nhà và cho các thành viên trong gia đình xem và là những dự án xứng đáng với sự quan tâm của họ. Mặc dù đèn LED nhấp nháy rất thú vị đối với những người đam mê sản xuất chúng tôi, nhưng hầu hết những người yêu thích âm nhạc sẽ không hào hứng với nó. Mặc dù vậy, những người yêu thích Muggles (cha mẹ, họ hàng xa, bạn bè, người qua đường, v.v.) * thường quan tâm và ấn tượng bởi những nguyên mẫu đang làm việc, điều đó cho thấy khả năng của nhà sản xuất. Và thật không may, đây dường như lại là điểm yếu nhất của Edison ở thời điểm hiện tại.

Hầu hết, có vẻ như Edison không đặc biệt thích hợp để nhúng vĩnh viễn vào các dự án hoặc nguyên mẫu "sở thích" mà không phát triển PCB mở rộng tùy chỉnh. Tại sao? Vì chi phí.

Bảng Breakout cố gắng lấp đầy khoảng trống này, nhưng trên thực tế, nó khá thất bại đối với một số trường hợp sử dụng.

From Maker to Pro (Đang phát triển các thiết kế cuối cùng)

Nếu bạn có thể vượt qua giai đoạn này (vẫn đang phát triển…)

Vì vậy, "Bạn sẽ làm gì" với "Intel® Edison Inside ™"?

Tôi đang tạo ra một nền tảng rô bốt giáo dục cho sinh viên. Phiên bản đầu tiên của tôi sẽ kết hợp Intel® Edison vào thiết kế và sẽ được gọi nguyên bản là Edibot.

[…]

Vì vậy, bây giờ chúng ta biết chúng ta đang xây dựng một PCB để làm gì, hãy Bắt đầu! (tất nhiên, bạn có thể sử dụng các khái niệm trong hướng dẫn và áp dụng chúng vào thiết kế hoặc sản phẩm của riêng bạn)

Bước 2: Bắt đầu… Sắp xếp

Điều đầu tiên, bạn cần đọc Sách hướng dẫn sử dụng Flipping *, trải qua một vài giai đoạn sơ bộ khác và sau đó thu thập những thứ của bạn. Điều này phải đủ đơn giản…

(* hoặc chèn một từ ngữ nếu bạn thích những thứ như vậy)

Được rồi, trước khi mở phần mềm định tuyến PCB của mình, bạn sẽ cần thực hiện những việc sau:

Đọc Hướng dẫn sử dụng Flipping Hoàn thành quá trình phát triển cơ bản cho dự án của bạn, bao gồm: phát triển một nguyên mẫu làm việc cho dự án nhúng của bạn; Phát triển ý tưởng cho sản phẩm cuối cùng (vị trí cảng, v.v.); và Lập kế hoạch Kích thước của Vỏ bọc Cuối cùng cho Thiết kế của Bạn Tìm hiểu Cách Sử dụng Phần mềm Định tuyến PCB đã Chọn của Bạn Thu thập Những thứ của Bạn (Vật liệu)

Mục 2 và 3 hoàn toàn không nằm trong phạm vi hướng dẫn này vì nó đã được viết dài và chi tiết. Tôi đã bao gồm một số lưu ý về các mục bên dưới để giúp bạn bắt đầu. Nếu có đủ sự quan tâm thực sự đến việc tôi viết một số hướng dẫn cho ba mục đó và liên kết chúng với bài viết này, tôi sẽ rất vui khi làm như vậy. Chỉ cần cho tôi biết trong các ý kiến.

Được rồi, chúng ta hãy bắt đầu!

Đọc Hướng dẫn Lật

Truy cập và tải xuống tài liệu "Mô-đun Máy tính Intel® Edison - Hướng dẫn Phần cứng" từ trang web của Intel® và đọc nó.

Nghiêm túc mà nói, nó dài và kỹ thuật và nhàm chán và cứ lặp đi lặp lại… nhưng bạn sẽ làm rối tung thứ gì đó trong thiết kế PCB của mình nếu bạn không đọc nó, và khói ma thuật có thể được giải phóng. Lý tưởng nhất là bạn sẽ làm điều này ngay khi bạn quyết định rằng bạn sẽ thực hiện hành trình từ sinh viên trở thành nhà sản xuất chuyên nghiệp, vì có sự khác biệt trong các thành phần hoạt động với bảng đột phá và các thành phần mà bạn có thể sử dụng trực tiếp với Mô-đun Edison.

Hầu hết tài liệu không phức tạp về mặt hiểu ý nghĩa của nó và nó liên quan như thế nào đến thiết kế PCB. Intel đã làm rất tốt trong việc tạo ra một tài liệu kỹ thuật khá thân thiện với nhà sản xuất thường được viết cho các loại OEM / kỹ thuật. Bạn sẽ chỉ cần bỏ qua thực tế rằng nó trông dài và có rất nhiều sơ đồ trông đáng sợ cho những người chưa quen.

Hãy chia nhỏ nó theo từng phần và chỉ cần dành thời gian của bạn để đảm bảo bạn hiểu từng thành phần của tài liệu. Bạn không nhất thiết phải hiểu các lý do kỹ thuật tại sao bạn cần làm một cái gì đó trên PCB của mình theo một cách nhất định, chỉ cần những gì bạn cần làm và những gì bạn cần lưu ý với thiết kế của mình. Cuối cùng, nó sẽ có ý nghĩa về tổng thể. Khi bạn gặp khó khăn về điều gì đó, sau đó bạn đăng trực tuyến lên một trong nhiều cộng đồng có sẵn, nói rằng bạn đang tìm hiểu và quan tâm đến việc tìm ra cách thực hiện các dự án nhúng, sau đó đặt câu hỏi của bạn. Rất có thể ai đó sẽ có thể giúp đỡ.

Đối với các câu hỏi liên quan đến Intel Edison và các dự án liên quan, tôi khuyên bạn nên đặt câu hỏi trên StackOverflow (chèn trang phụ), Diễn đàn Cộng đồng Intel hoặc trang web này, Guiductables _. Tất nhiên, bạn cũng có thể hỏi bất kỳ câu hỏi nào mà bạn có trong phần bình luận bên dưới, nhưng xin lưu ý rằng tôi không phải là một kỹ sư điện chuyên nghiệp, vì vậy sẽ có những câu hỏi mà tôi không hiểu câu trả lời. Tài liệu hướng dẫn này về cơ bản là bản dịch của tôi về tài liệu hướng dẫn phần cứng khi tôi hiểu về nó, kết hợp với một vài quy trình thiết kế mà tôi đã gặp trong vài năm qua có liên quan đến việc thiết kế cụ thể cho mô-đun Edison (và tôi cũng hoan nghênh mọi ý kiến sửa chữa rõ ràng và cái chết gây ra sai lầm!). Về cơ bản, tôi sẽ thực hiện cách tiếp cận "làm cho xong việc" để hiểu sâu sắc về các khía cạnh kỹ thuật của mạch điện.

Tìm hiểu Cách sử dụng Phần mềm Định tuyến PCB (hay còn gọi là Phần mềm Tự động hóa Thiết kế Điện tử)

Có nhiều tùy chọn giải pháp phần mềm EDA để lựa chọn:

Allegro PCB Designer được sử dụng bởi các chuyên gia, chẳng hạn như Intel. Đúng vậy, Edison được thiết kế bằng cách sử dụng gói phần mềm cụ thể này. Tuy nhiên, nó đắt - có thể nằm ngoài ngân sách của bạn. Gói phần mềm EDA đắt tiền khác mà cá nhân tôi quan tâm là của Altium. Họ là công ty của Úc, và tôi muốn tìm hiểu thêm về phần mềm từ công ty quê nhà.

Sự thật mà nói, tôi không biết đủ để nhận xét về một trong hai dịch vụ này ngoài giá của chúng. Chúng trông thú vị và tôi tin rằng Altium cung cấp một số lựa chọn giá thấp hơn cho sinh viên và những người có sở thích mà tôi rất muốn khám phá. Tôi sẽ cập nhật phần này nếu tôi có cơ hội chơi với các lựa chọn chuyên nghiệp. Ngoài các tùy chọn chuyên nghiệp, bạn còn có nhiều tùy chọn cấp độ theo sở thích hơn để lựa chọn:

EAGLE của CadSoft là tiêu chuẩn defacto tuyệt đối, và cá nhân tôi không thích nó. Giống như hầu hết các gói phần mềm EDA, nó rất xấu. Gọi tôi là hời hợt, nhưng tôi tin rằng phần mềm phải trông đẹp và trực quan để sử dụng. EAGLE cũng không. Điều đó nói rằng, mọi nhà sản xuất PCB lớn hỗ trợ sản xuất theo sở thích sẽ hỗ trợ các tệp đã được tạo bởi EAGLE theo cách này hay cách khác. Đây là một tùy chọn rất an toàn để làm việc và khả dụng trên Mac, Linux và Windoze. KiCAD Fritzing 123D Circuits của Autodesk

Rõ ràng là có nhiều lựa chọn hơn. Nơi dễ nhất để xem các tính năng khác nhau của các tùy chọn khác nhau là truy cập bài viết So sánh phần mềm EDA này từ Wikipedia.

Vật liệu

Nguyên mẫu (mạch breadboard, v.v.)

Tư duy phản biện

Thiết kế vật lí

Máy tính có cài đặt EDA do bạn lựa chọn

Được rồi, vì vậy đó là một quá trình dài và chúng tôi thậm chí vẫn chưa bắt đầu thiết kế PCB thực sự. Tôi chưa bao giờ nói rằng nó sẽ dễ dàng sau khi tất cả, nhưng đó là một dự án rất mãn nguyện để hoàn thành. Đó là một cảm giác đặc biệt tốt khi thiết kế PCB cho các dự án phức tạp hơn mà mô-đun Edison phù hợp.