Diseño de PCB para robot seguidor de línea - Arnab Kumar Das: 4 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:41

Este proyecto asume que ya hemos realizado la selección de componentes. Para que un sistema funcione correctamente, es importante comprender qué demanda cada componente en términos de potencia, voltaje, corriente, espacio, refrigeración, etc. También es importante comprender las dependencias entre cada componente. Dependencias como nivel lógico, ruido de transmisión, impedancia, etc. Lea acerca de los artículos anteriores sobre requisitos del sistema, selección de componentes / materiales.

Un aspecto de diseño muy importante de este proyecto es el PCB, ya que nuestro objetivo es reducir el factor de forma del robot seguidor de línea tanto como sea posible, lo que a su vez reduce el peso. El tamaño pequeño y el menor peso aumentan la eficiencia y también reducen las pérdidas debido a la fricción aerodinámica. Si ve un auto de carreras de F1, puede comprender cuán eficiente es en aerodinámica. Para mejorar la eficiencia y reducir el peso, tenemos que eliminar cualquier componente innecesario y mover el centro de masa lo más bajo posible. Para hacer esto, pensé en usar la PCB como chasis. Esto reducirá el peso y hará que el CM sea mucho más bajo, lo que a su vez aumenta la estabilidad durante los giros. Hacer el chasis con PCB también reduce el tiempo necesario para el montaje y facilita las cosas, ya que solo tenemos que soldar los componentes en el lugar correcto y comenzar con la prueba del software. Como los PCB serán fabricados por robots y máquinas CNC, se ve mejor que cualquier otro chasis.

Paso 1: software utilizado

Para este proyecto, he utilizado específicamente software gratuito y de código abierto para que los estudiantes y cualquier otra persona que no tenga acceso a software pago también puedan realizar el proyecto de manera eficiente y profesional.

Usé KiCad para los esquemas y el diseño de PCB y créanme que es un software increíble. Antes he usado Eagle CAD y Altium, pero a pesar de que KiCad es gratuito, tiene todas las capacidades y herramientas importantes para diseñar su PCB de manera profesional y hacer que se fabrique. Incluso tiene visualización 3D disponible para su PCB.

La suite KiCad tiene cinco partes principales:

• KiCad: el director del proyecto.
• Eeschema: el editor de captura de esquemas.
• Pcbnew: el programa de diseño de PCB. También tiene una vista en 3D.
• GerbView: el visor de Gerber.
• Bitmap2Component: una herramienta para convertir imágenes en huellas para ilustraciones de PCB.

No voy a mostrar en detalle cómo diseñar un esquema y un diseño de PCB, ya que este no es el alcance de esta publicación / artículo. La principal importancia de este artículo es mostrar la salida de KiCad y mostrar cómo se ordena y se fabrica. Antes de comenzar con el diseño esquemático, es recomendable crear una carpeta de proyecto y mantener todos los archivos dentro de ella. A continuación se muestra un ejemplo.

Paso 2: esquema

Para el esquema, tenemos que abrir la herramienta Editar esquema desde o Eeschema. Una vez abierto, debería ver un documento vacío en una ventana como la siguiente.

A veces necesitamos crear nuevos símbolos esquemáticos, ya que es posible que la biblioteca predeterminada no los tenga. Debe estudiar la hoja de datos de esos componentes y agregarlos a una biblioteca personalizada como hice en mi caso. Creé símbolos de biblioteca para el sensor QTR-8RC, la pantalla OLED SSD1306, la placa de controlador de motor TB6612FNG, el motor N20 con codificadores. Una vez que se crearon los símbolos de la biblioteca, los conecté para formar un sistema.

Puede descargar el esquema desde el siguiente enlace. Más adelante, al final del tutorial, agregaré algunos buenos tutoriales para KiCad para que lo aprenda y lo haga usted mismo.

PARA DESCARGAR EL DISEÑO VISITE MI SITIO WEB:

Paso 3: diseño de PCB

Una vez que el esquema está terminado, es hora de pasar a diseñar la placa PCB. A veces también es necesario crear la huella de algunos componentes si no están presentes en la biblioteca. Para crear una huella, puede utilizar la herramienta Editor de biblioteca de huellas en KiCad.

He usado el diseño de dos capas aquí porque hace que sea muy fácil de diseñar cuando tienes muchos componentes distribuidos en la placa. Para comenzar con el diseño de PCB, tenemos que abrir el programa Editor de diseño de PCB en KiCad. Debería ver algo como a continuación, pero con un documento vacío.

Usaremos NextPCB como el Servicio de Fabricación de PCB por lo que es importante ver cuáles son los límites técnicos mínimos y máximos que tienen para su fabricación. Para comprobarlo, debemos visitar su página de capacidades. Los principales parámetros que tenemos que comprobar son:

• Max. Dimensión 510 * 590 mm
• Min. Traza 4mil / 0.1mm
• Min. Espaciado de trazas 4 mil / 0,1 mm
• Min. tamaño del agujero 0.3 mm
• Min. A través de un diámetro de 0,45 mm
• Vía To Trace Spacing ≥5mil
• Tamaño del orificio de perforación 0,2-6,3 mm
• Trazar al contorno ≥0,4 mm

Basándonos en los parámetros anteriores, tenemos que ajustar nuestras reglas de diseño en KiCad Layout Editor.

Al final del tutorial, adjuntaré un buen tutorial sobre el diseño de PCB en KiCad del que puede aprender. A continuación se muestra el diseño de PCB adjunto que puede utilizar como referencia.

PARA DESCARGAR EL DISEÑO VISITE MI SITIO WEB:

Paso 4: Fabricación de PCB

Antes de fabricar el PCB en una casa / industria de fabricación de PCB como NextPCB, necesitamos convertir nuestro diseño en un formato fabricable que pueda ser leído por las máquinas de la industria.

La configuración anterior se utilizó para la generación de todos los archivos Gerber. se recomienda que exporte los archivos en una carpeta Gerber separada como lo hice yo.

La información sobre los orificios de la PCB se almacena en un archivo de perforación separado y, para generarlo, he utilizado la configuración anterior para NextPCB. Otros fabricantes pueden tener configuraciones diferentes. Hay muchas razones para seleccionar NextPCBone de la razón es su transparencia sobre su proceso de fabricación. A continuación se muestran algunas fotos de su fábrica.

También aceptan una variedad de opciones de pago: PayPal, transferencia bancaria, Western Union, pago en efectivo en la sede central. Para los métodos de envío, tienen DHL, FedEx, Hongkong Post, que es conveniente con diferentes precios y beneficios. Para el proceso de pedido, necesitamos crear una cuenta en el sitio web. Puede utilizar el enlace de registro y crear una nueva cuenta. una vez creada la cuenta, verá algo como a continuación.

El siguiente paso es cargar sus archivos Gerber y realizar un pedido exitoso para comenzar la fabricación. Una vez que se genera su Gerber, se recomienda comprimirlos juntos en un solo archivo y cargarlos

Una vez finalizada la carga, puede ver el pedido en la página de su cuenta.

Su Pedido será analizado adecuadamente y una vez esté listo para fabricar le solicitarán el pago y una vez liquidado el pago se iniciará la fabricación.

Se esfuerzan mucho en analizar sus archivos Gerber, ya que pueden contener errores y es posible que no se fabriquen bien si los orificios son demasiado pequeños o cualquier otro error de diseño.

Una vez que la PCB esté verificada y fabricada, la recibirá en unos días y estará lista para trabajar en ella.

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Gracias por leer este artículo espero que te sea de ayuda. No olvide consultar otros artículos de esta serie.