Diseño de una PCB de expansión (Intel® IoT): 20 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

Este Instructable ha sido escrito como un punto de partida para aquellos que deseen utilizar Intel® Edison en su máximo potencial, incorporándolo en un proyecto integrado completamente desarrollado. Para hacer esto, probablemente necesitará hacer, como lo llama Intel® en la Guía de hardware de Edison *, una "PCB de expansión diseñada por el usuario" personalizada.

[* Consulte la Introducción de la Guía de hardware (PDF) como referencia.]

¿Wut … en la Tierra es un "PCB de expansión diseñado por el usuario"?

¡Excelente pregunta! Para comprender qué es una PCB de expansión para Edison, primero debemos considerar qué es realmente el módulo Intel® Edison y para qué es más adecuado.

Psst, ya sabes:

1. qué son las placas de expansión para Intel Edison (Arduino, Breakout, etc.);
2. qué es el módulo de Edison y cuándo debe usarlo en plataformas alternativas disponibles; y sabes
3. ¿Cuándo debería tomarse el tiempo y el esfuerzo para desarrollar una placa de expansión completa en lugar de utilizar la placa de expansión Arduino existente o la placa de conexión con un protector personalizado?

Si es así, es posible que desee omitir la información de antecedentes a continuación y pasar a la sección Introducción en el Paso 2.

Intel® Edison es una pequeña computadora en un módulo (COM) que originalmente se pensó para ser utilizada como una plataforma de desarrollo para tecnología portátil. Sin embargo, incluso para su pequeño tamaño, es posible que todavía sea demasiado grande para muchas aplicaciones portátiles, e Intel® ahora ha desarrollado una nueva plataforma llamada Curie. Sin embargo, el Edison todavía tiene muchas aplicaciones interesantes y está listo para crear innovación dentro de la comunidad de fabricantes.

Lo que no es Edison

Es importante comprender qué no es Intel® Edison, así como qué es. El Edison es una pieza interesante de hardware de fabricante, ya que existe en un nicho bastante nuevo. Es fácil probar y comparar el Edison con una Raspberry Pi® o un Arduino®, especialmente dada la opción actualmente predeterminada de conectar el Edison a una placa de expansión compatible con Arduino®. Aunque el Edison es compatible con el IDE de Arduino, el Edison no es un Arduino. Su compatibilidad con la plataforma Arduino es solo una táctica de marketing extremadamente inteligente para ayudar a Intel® a recuperar participación de mercado; una táctica que resulta ser extremadamente beneficiosa para su mercado objetivo, que explicaré en la siguiente sección. ¡Choca esos cinco Intel®!

El Edison tampoco es definitivamente una Raspberry Pi. Mientras que la Pi es una computadora de placa única, completa con salida de gráficos, soporte para teclado y mouse, y capaz de reemplazar una PC tradicional de muchas formas, la Edison es un módulo que está diseñado para integrarse en otro producto o placa; y lo que es más importante, sin una pantalla tradicional directamente conectada a ella. Está más estrechamente relacionado con el módulo de cómputo Raspberry Pi, otra herramienta destinada a integrarse en otros productos.

A diferencia del RPi CM, el Edison carece de soporte gráfico adecuado, pero es más rápido en algunas tareas computacionales, incluye WiFi y Bluetooth como estándar, y es * extremadamente * eficiente en cuanto a energía y espacio. Esto lo hace increíblemente útil para desarrollos de tipo Internet of Things (IoT) o Machine to Machine (M2M). De hecho, ¡aquí es donde realmente brilla el Edison! Este Instructable está diseñado para ayudarlo a planificar y desarrollar una PCB para su propio proyecto de sistemas integrados utilizando Edison.

Esta guía NO va a explicar el conocimiento técnico de cómo diseñar una PCB, o incluso un circuito básico específicamente, ya que hay muchos Instructables excelentes que ya existen y sirven para ese propósito mejor que yo. En cambio, lo guiará a través de un proceso general a seguir al diseñar una PCB y relacionará la información con la construcción de una placa de expansión para el módulo Edison. La guía también señalará algunas de las consideraciones importantes que deben recordarse en relación con el diseño del módulo de Edison.

Descripción general de makability

Dificultad:	…………	Necesita ser capaz de comprender circuitos complejos.
Instrumentos:	…………	Realmente solo necesitarás una computadora.
Costo:	…………	BONIFICACIÓN: ¡El software necesario se puede obtener de forma gratuita!

Advertencia: el autor de este Instructable NO es un profesional. El uso de la información de este tutorial se realiza bajo el propio riesgo de los lectores. ¡El autor no acepta ninguna responsabilidad por las lesiones del lector o daños al equipo del lector según estas instrucciones!

Paso 1: Información de antecedentes

Personalmente, he llegado a la conclusión de que Intel® Edison es una herramienta perfecta para dos de las tres etapas principales en el viaje de un creador de estudiante a creador profesional, o incluso el viaje para convertirse en un emprendedor centrado en el hardware (¿proyectos de Kickstarter, alguien?):

Un kit de desarrolladores compatible con Arduino para estudiantes, utilizando la placa de arranque Arduino; ??? (Lo explicaré a continuación); y Una plataforma informática de propósito general para emprendedores y profesionales.

El tablero de distribución de Edison y Arduino es absolutamente perfecto para que los estudiantes y aficionados principiantes desarrollen sus propios experimentos y widgets geniales mediante el uso de una plataforma muy flexible y potente. Intel® fue muy inteligente (lo prometo, no volveré a hacer ese juego de palabras … jaja) desde una perspectiva de marketing al asociarme con Arduino …

Como estudiante en las primeras etapas:

En esencia, comienzas con un Arduino sobrealimentado que puedes usar para codificar tu corazón, sin preocuparte por la falta de potencia de cómputo o memoria de almacenamiento (muy útil como estudiante principiante). Luego, una vez que haya aprendido a usar el IDE de Arduino y desee algo un poco más desafiante, pase a usar Yocto Linux y su elección de un lenguaje de programación de propósito general "convencional", como C, Python o Node.js. Ahora, ha desarrollado habilidades que seguirán siendo útiles por el resto de su vida; ha aprendido los conceptos básicos de programación (es decir, las habilidades lógicas reales) y habilidades simples de integración de hardware con el IDE de Arduino, y luego ha podido transferir esas habilidades a lenguajes multiplataforma de propósito general. Esta capacidad de transferir el conocimiento de los programadores de conceptos del lenguaje de programación tipo Arduino C / C ++ a otros lenguajes es una habilidad muy necesaria para los programadores y diseñadores en ciernes.

De estudiante a creador … no tan rápido:

A partir de ahí, sin embargo, el uso previsto de Edison en el "mapa de viaje del usuario" del estudiante al fabricante profesional comienza a volverse un poco confuso. Muchos estudiantes comienzan a desear desarrollar proyectos más completos una vez que han dominado estos conceptos básicos, es decir, los tipos de cosas que puede llevarse a casa y mostrar a los miembros de la familia, y son proyectos dignos de su fingido interés. Si bien un LED parpadeante es genial para nosotros, los fanáticos de los creadores, la mayoría de los muggles no se emocionarán con él. Los muggles (padres, parientes lejanos, amigos, transeúntes en la calle, etc.) * a menudo están * interesados e impresionados por los prototipos en funcionamiento, que muestran de lo que es capaz el creador. Y, lamentablemente, este parece ser el punto más débil de Edison en este momento.

En general, parece que la Edison no es particularmente adecuada para integrarse permanentemente en proyectos o prototipos de "pasatiempos" sin desarrollar una PCB de expansión personalizada. ¿Por qué? Por el costo.

El tablero Breakout intenta llenar este vacío, pero en realidad, fracasa en algunos casos de uso.

From Maker to Pro (desarrollo de diseños finales)

Si puede pasar de la etapa (aún en desarrollo …)

Entonces, "¿Qué vas a hacer" con "Intel® Edison Inside ™"?

Estoy haciendo una plataforma de robótica educativa para estudiantes. Mi primera versión incorporará un Intel® Edison en el diseño y, de manera poco original, se llamará Edibot.

[…]

Entonces, ahora que sabemos para qué estamos construyendo una PCB, ¡comencemos! (por supuesto, puede utilizar los conceptos del tutorial y aplicarlos a su propio diseño o producto)

Paso 2: Primeros pasos … Más o menos

Lo primero es lo primero, debe leer el manual Flipping *, pasar por algunas otras etapas preliminares y luego reunir sus cosas. Esto debería ser lo suficientemente simple …

(* o inserte un improperio si prefiere tales cosas)

De acuerdo, incluso antes de abrir su software de enrutamiento de PCB, deberá hacer lo siguiente:

Lea el manual de Flipping Complete el desarrollo básico de su proyecto, que incluye: Desarrollo de un prototipo funcional para su proyecto integrado; Desarrollo de un concepto para el producto final (ubicación del puerto, etc.); y planifique las dimensiones del gabinete final para su diseño Aprenda a usar el software de enrutamiento de PCB elegido Reúna sus cosas (materiales)

Los elementos 2 y 3 están completamente fuera del alcance de este instructivo, ya que ya es un artículo largo y detallado. Sin embargo, he incluido algunas notas sobre los elementos a continuación para ayudarlo a comenzar. Si hay suficiente interés genuino en que escriba algunos instructivos para esos tres elementos y los vincule a este artículo, estaría más que feliz de hacerlo. Házmelo saber en los comentarios.

Muy bien, ¡comencemos!

Leer el manual de volteo

Vaya y descargue el documento "Módulo de cómputo Intel® Edison - Guía de hardware" del sitio web de Intel® y léalo.

En serio, es largo, técnico y aburrido y sigue y sigue… pero vas a estropear algo en el diseño de tu PCB si no lo lees, y es posible que se libere humo mágico. Idealmente, hará esto tan pronto como decida que va a hacer el viaje de estudiante a profesional, ya que existen diferencias en los componentes que funcionan con las placas de distribución y los componentes que puede usar directamente con el Módulo de Edison.

La mayor parte del documento no es tan complicado en términos de comprender lo que significa y cómo se relaciona con el diseño de PCB. Intel ha hecho un gran trabajo al producir un documento técnico bastante amigable para el fabricante que normalmente está escrito para tipos de ingenieros / OEM. Solo tendrá que ignorar el hecho de que parece largo y tiene muchos diagramas de aspecto aterrador para los no iniciados.

Divídalo sección por sección y tómese su tiempo para asegurarse de comprender cada componente del documento. No es necesario que comprenda las razones técnicas por las que necesita hacer algo en su PCB de cierta manera, solo lo que debe hacer y lo que debe tener en cuenta con su diseño. Eventualmente, tendrá sentido en su conjunto. Cuando te quedas atascado en algo, publicas en línea en una de las muchas comunidades disponibles, declaras que estás aprendiendo y estás interesado en descubrir cómo hacer proyectos integrados y luego haces tu pregunta. Lo más probable es que alguien pueda ayudar.

Para preguntas relacionadas con Intel Edison y proyectos asociados, recomendaría hacer preguntas en StackOverflow (insertar sub sitio), el Foro de la comunidad Intel o este sitio web, Instructables _. También puede hacer cualquier pregunta que tenga en los comentarios a continuación, por supuesto, pero reconozca que de ninguna manera soy un ingeniero eléctrico profesional, por lo que habrá preguntas para las que no entiendo las respuestas. Este instructivo es básicamente mi traducción del documento de la guía de hardware tal como lo entiendo, combinado con algunos procesos de diseño que he encontrado en los últimos años que están relacionados con el diseño del módulo de Edison específicamente (y también agradezco cualquier comentario que corrija obvio y ¡Errores que inducen a la muerte!). Básicamente, adoptaré un enfoque de "hacerlo bien" sobre una comprensión profunda de los aspectos técnicos de los circuitos eléctricos.

Aprenda a usar el software de enrutamiento de PCB (también conocido como software de automatización de diseño electrónico)

Hay muchas opciones de soluciones de software EDA para elegir:

Allegro PCB Designer es utilizado por profesionales, como Intel. Así es, el Edison está diseñado con este paquete de software en particular. Sin embargo, es caro, probablemente fuera de su presupuesto. El otro paquete de software EDA caro que me interesa personalmente es Altium. Son una empresa australiana y estoy interesado en aprender más sobre el software de mi empresa de origen.

Sin embargo, a decir verdad, no sé lo suficiente para comentar sobre cualquiera de estas ofertas más allá de su precio. Se ven interesantes y creo que Altium ofrece algunas opciones de menor precio para estudiantes y aficionados que estoy muy interesado en explorar. Actualizaré esta sección si alguna vez tengo la oportunidad de jugar con opciones profesionales. Más allá de las opciones profesionales, tiene las opciones de nivel más aficionado para elegir:

EAGLE by CadSoft es el estándar absoluto de facto, y personalmente no me gusta. Como la mayoría de los paquetes de software de EDA, es feo. Llámame superficial, pero creo que el software debe verse bien y ser intuitivo de usar. EAGLE no hace ninguna de las dos cosas. Dicho esto, todos los principales fabricantes de PCB que apoyan la producción a nivel de afición admitirán archivos que hayan sido generados por EAGLE de una forma u otra. Es una opción muy segura para trabajar y está disponible en Mac, Linux y Windoze. Circuitos KiCAD Fritzing 123D de Autodesk

Obviamente, hay más opciones. El lugar más fácil para ver las diferentes características de las diversas opciones es visitar este artículo de comparación de software EDA de Wikipedia.

Materiales

Prototipo (circuito de protoboard, etc.)

Pensamiento crítico

Diseño físico

Computadora con su elección de EDA instalado

De acuerdo, ha sido un proceso largo y ni siquiera hemos comenzado a diseñar el PCB real todavía. Después de todo, nunca dije que iba a ser fácil, pero es un proyecto muy satisfactorio de completar. Es una sensación especialmente agradable diseñar una placa de circuito impreso para los proyectos más complejos para los que es adecuado el módulo Edison.