Proyecto 2: Cómo hacer ingeniería inversa: 11 pasos (con imágenes)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:43

Hola, colega aficionado, Un buen amigo mío había reunido varios componentes junto con una Raspberry Pi para decodificar el protocolo RS232 a TTL. El resultado final se arrojó todo en una caja que contenía 3 componentes principales: un convertidor de energía para alimentar el Pi, un relé de doble canal que garantiza que no se desperdicie energía controlando cuándo debe ocurrir la comunicación y un convertidor de módulo RS232 a TTL. La tarea en cuestión es crear una mejor solución que combine todos los hardware en una PCB. El resultado final tendrá menos elementos tendidos -> menos cables -> diseño a prueba de vibraciones. Esto significa que la tarea en cuestión es una tarea de ingeniería inversa de hardware. Los siguientes pasos deberían ayudar a resolver tareas de esta naturaleza.

Paso 1: identificar los componentes

Necesitará buscar en Google basándose en cualquiera de los siguientes:

- Utilizando el nombre impreso en la propia pizarra.

- Utilizando la función del dispositivo.

- Usando el componente principal en la propia placa: busque los chips fornidos -> obtenga sus nombres -> busque en Google su aplicación.

- Imagen de Google de las palabras clave encontradas y desplácese hacia abajo hasta que encuentre el dispositivo o cualquier pista a otra búsqueda.

En pocas palabras, encontré los tres dispositivos y seguí adelante y los pedí en eBay:

- MAX3232 TO TTL:

- Relé de doble canal de 5V: https://www.ebay.ca/itm/5V-Dual-2-Channels-Relay-Module-With-optocoupler-For-PIC-AVR-DSP-ARM-Arduino/263347137695?hash= item3d50b66c9f: g: DlUAAOSwIVhaG-gf

- Convertidor reductor DC-DC: https://www.ebay.ca/itm/DC-DC-Buck-Step-Down-Converter-6V-80V-24V-36V-48V-72V-to-5V-9V-12V -Power-Supply / 122398869642? Hash = item1c7f8a888a: g: 3vkAAOSwuxFYyQyb

Paso 2: Es hora de obtener algunos esquemas de circuitos

Al buscar esquemas de circuitos, es importante tener en cuenta la función principal de cada placa.

Una vez que se encuentran los diagramas de circuito, vaya a Digikey (o Mouser, o cualquier cosa a la que vaya a pedir los elementos) y vea si el chip principal está disponible, ya que lo solicitará más adelante.

Todos los demás elementos deberían estar disponibles en la mayoría de los sitios web electrónicos (diodos, tapas, inductores, resistencias …). A veces, es posible que tenga problemas para encontrar los del tamaño o paquete adecuados (orificio pasante, montaje en superficie, …)

En caso de que esto importe en etapas posteriores del diseño, busque teniendo en cuenta esos detalles.

Así que terminé con las siguientes hojas de datos:

- MAX3232 A TTL:

- Relé de doble canal de 5 V:

- Convertidor reductor DC-DC:

Como mencioné antes, seguí adelante y comencé a buscar los componentes utilizados en los sitios web de Digikey, pude encontrarlos todos excepto un componente con respecto al convertidor reductor DC-DC, más específicamente no pude encontrar el convertidor reductor XLSEMI XL4015 (¡encontrado en LCSC aunque!) Para evitar tener que hacer un pedido desde dos sitios web diferentes y, por lo tanto, pagar el envío dos veces, he decidido omitir el convertidor y optar por otro diseño que utilice componentes que se encuentran en Digikey. Así que terminé siguiendo este esquema:

Nuevo convertidor Buck:

Al asegurarme de que la corriente y el voltaje sean suficientes para alimentar el Pi, finalmente he identificado todos los elementos que se utilizarán en mi PCB principal.

Paso 3: Tenga en cuenta el panorama general

Este paso es realmente importante, ya que marca la pauta del diseño general. Mi tarea es reducir la cantidad de cables que hay dentro de la caja, ya que esta última está expuesta a un entorno con altas vibraciones. Para abordar este problema, tuve que separar las líneas eléctricas (que alimentan el Pi) de las líneas de señal utilizadas para la decodificación y la comunicación entre dispositivos. Teniendo en cuenta la información, combinaremos todo en un solo PCB. El producto final tendrá un cable plano y un cable micro-usb para establecer la conexión con el Pi. El cable plano contendrá todas las señales entre los dos dispositivos, mientras que el cable micro-usb proporcionará la potencia de 5V, 1 A necesaria para encender el Pi. Con esto en mente, seguí adelante y reorganicé los pines GPIO utilizados en el Pi para tener todas las señales cerca unas de otras como se muestra en la imagen. Obviamente, para hacerlo, deberá cambiar los pines GPIO a otros pines GPIO, mientras cambia Gnd con otro Gnd y la alimentación con otros pines de alimentación utilizando el pin general de la Raspberry Pi. Estos cambios se registrarán ya que serán necesarios más adelante para actualizar el firmware que se ejecuta en la Pi.

Paso 4: EasyEDA: Esquemas

En este paso, deberá familiarizarse con la herramienta CAD más simple que existe. EasyEDA! como su nombre indica, aprender a utilizar esta herramienta de desarrollo de sitios web debería ser sencillo. Adjunto el enlace al sitio web junto con otras buenas referencias para avanzar rápidamente:

EasyEDA:

Vídeos de introducción (de GreatScott):

www.youtube.com/watch?v=35YuILUlfGs

Tutorial rápido realizado por los propios desarrolladores del sitio web:

Paso 5: seleccione los componentes necesarios

En este paso, debe seleccionar si desea utilizar componentes de montaje en superficie o de orificio pasante según la dimensión de la placa, su equipo de soldadura y sus habilidades de soldadura. He decidido montar todos los componentes en superficie si es posible, con algunas excepciones en las que la versión SMD no está disponible, digamos los relés, por ejemplo.

A continuación, deberá fijar el tamaño del paquete para todas las tapas, resistencias, diodos, etc. En mi caso, he decidido conformarme con 1206 para la mayoría de los componentes comunes.

Aquí nuevamente hay muchos tutoriales en línea sobre técnicas de soldadura de montaje en superficie. Particularmente confié en el tutorial de Dave Jone sobre este tema (vinculado a continuación), no dude en ver los otros dos tutoriales de soldadura:

EEVblog # 186 - Tutorial de soldadura Parte 3 - Montaje en superficie

www.youtube.com/watch?v=b9FC9fAlfQE&t=1259s

Sé que el video es largo, pero el tipo habla sobre otras cosas interesantes mientras te enseña a soldar. Obviamente, él tiene más experiencia que la mayoría de los aficionados, como tú y yo, así que debería estar bien.

Paso 6: Dibuje esquemas para los componentes faltantes

EasyEDA tiene la gran mayoría de los componentes que planeaba pedir, excepto un dispositivo. Dicho esto, no debería ser un problema, ya que este software le permite agregar sus dibujos a la biblioteca en línea.

Necesitaba agregar un "conector hembra D-SUB 15" (digikey:

Al verificar las hojas de datos del dispositivo en el enlace, podrá replicar las características geométricas del componente. Eso debe incluir los espacios, las dimensiones y la dirección del dispositivo. Si tiene la suerte, a veces los fabricantes también incluyen los dibujos de PCB para que usted simplemente los copie y pegue manualmente en easyeda.

Paso 7: diseñe el diseño de su PCB

Al colocar los diferentes componentes en la placa, deberá asegurarse de reducir la longitud de las pistas de conexión. Cuanto más largos sean estos últimos, más expuestas estarán las líneas de señal a las interferencias de impedancia y ruido. Con esta regla de oro en mente, seguí adelante y coloqué todos mis componentes como se muestra en el video.

Paso 8: procesa los números en

En este paso, deberá determinar el ancho de trazo correcto que se utilizará para conectar diferentes elementos. El grosor de la traza de Easyeda está estandarizado a 1 oz (su opción económica). Esto significa que simplemente necesita tener una estimación aproximada de la corriente que fluye en cada una de las trazas. Según la aplicación en cuestión, decidí fijar 30 mil para la mayoría de mis trazas de potencia (para mantener un máximo de 1 A) y 10 ~ 15 mil para las trazas de señal (para mantener un máximo de 100 mm A).

Puede usar alguna calculadora de rastreo en línea como esta para obtener esos números.

Calculadora de rastreo en línea:

Paso 9: Conéctelo

Una vez que se fija el grosor de la pista para las diferentes líneas, es el momento de hacer el cableado de todos los componentes. Si ha colocado sus componentes de acuerdo con las reglas generales de diseño de PCB (enlazadas a continuación), debería poder hacer el cableado fácilmente. Al final, después de agregar el recubrimiento de cobre, terminará con una PCB completa lista para ser ordenada. Para eso, recomiendo usar el sitio web del socio para easyeda, JLCPCB (vinculado a continuación), al realizar el pedido, no es necesario realizar ningún cambio en las opciones de pedido estándar. Además, si está soldando más de una placa, le recomiendo que pida la hoja de la plantilla que acompaña al archivo gerber cargado. Hacerlo le permitirá ahorrar mucho tiempo durante el proceso de soldadura.

Paso 10: Es hora de realizar una soldadura seria

Como estoy soldando solo un componente para probar mi diseño, llevé la soldadura manualmente para mejorar mis habilidades en esa área. El producto final se verá como la imagen adjunta.

Paso 11: Realice las comprobaciones finales

En este paso final, deberá realizar una prueba de continuidad básica de sus rastros importantes, como las líneas eléctricas. Esto debería ayudarlo a evitar dañar cualquier cosa que se conecte con su placa (en mi caso: la Raspberry Pi). Y así, usando ingeniería inversa, pude crear un dispositivo a prueba de vibraciones.

Como siempre, gracias por seguir mis historias con la ingeniería. Siéntete libre de dar me gusta, compartir o comentar cualquiera de mis publicaciones.

Hasta la proxima vez, Saludos: D