ต้นคริสต์มาส 1 ดอลลาร์: 7 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

โดย loboatติดตามฉันทาง Twitter !ติดตามเพิ่มเติมโดยผู้เขียน:

เกี่ยวกับ: ฉันชื่อ Loann Boudin เป็นผู้ผลิตและเป็นนักเรียนฝรั่งเศสที่เรียนวิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ใกล้กับปารีส ฉันชอบทำสิ่งต่างๆ ด้วยตัวเอง และแบ่งปันโปรเจ็กต์ของฉันกับทุกคน ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับโลโบ๊ต »

ต้นคริสต์มาส PCB โดย Loann BOUDIN | 2018

เมื่อคริสต์มาสมาถึง คนรักเครื่องใช้ไฟฟ้าทำอะไรได้บ้าง ? ต้นคริสต์มาส PCB แน่นอน!

ในฐานะสมาชิกของชมรมงานอดิเรกอิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็ก ฉันชอบที่จะแบ่งปันความหลงใหลในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และการออกแบบ PCB ผ่านโครงการเล็กๆ สำหรับคริสต์มาส ฉันต้องการแนะนำจักรวาลบัดกรี SMD ให้กับสมาชิกใหม่ด้วยโปรเจ็กต์ที่สนุกและเรียบง่าย: ประสานต้นคริสต์มาส PCB ขนาดเล็กที่มีไฟ LED กระพริบ 0805 SMD ในตัว

คำแนะนำนี้อธิบายกระบวนการที่ฉันทำตามเพื่อจินตนาการ ออกแบบ และสร้างต้นคริสต์มาสราคาถูก ขนาดเล็ก และเรืองแสงบนแผงวงจรพิมพ์ในราคาไม่ถึง 1 ดอลลาร์ต่อหน่วย สนุก:)

และ… หากคุณชอบคำแนะนำนี้ ให้ลองลงคะแนนให้กับโครงการนี้ในการประกวด PCB! ขอขอบคุณ !

ขั้นตอนที่ 1: BOM เครื่องมือและทักษะที่จำเป็น

คุณจะต้องการ:

เครื่องมือที่จำเป็น:

• หัวแร้ง
• ลวดเชื่อม
• กระดาษทราย
• คีมแบน
• คีมตัด
• แหนบ

เครื่องมือเสริม (แต่สะดวก):

• เครื่องดูดควัน
• มัลติมิเตอร์
• แก้ววิเศษ

ทักษะ:

ทักษะการบัดกรีเบื้องต้น

รายการวัสดุ:

ส่วนประกอบ	ผู้ผลิต	ราคาขายส่ง ($)	ราคาต่อ PCB ($)
ไฟ LED กระพริบ 11x 0805 SMD	Aliexpress	15, 79	0, 29
1x CR1220 แบตเตอรี่	Aliexpress	0, 75	0, 15
1x ที่ใส่แบตเตอรี่	Aliexpress	6, 58	0, 07
สวิตช์สลับ 1x	Aliexpress	2, 62	0, 03
ส่วนหัว 2x 2 พิน	Aliexpress	0, 51	0, 01
1x PCB	SeeedStudio	4, 90	0, 12

ฉันได้เลือกส่วนประกอบราคาถูกเพื่อให้ BOM อยู่ต่ำกว่าราคาสัญลักษณ์ $1 ต่อ PCB ต้นคริสต์มาส ราคารวมสำหรับต้นคริสต์มาส PCB หนึ่งต้นที่มีส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดบัดกรีอยู่ที่ประมาณ $0, 67

ขั้นตอนที่ 2: มองหาแรงบันดาลใจ…

ฉันต้องการออกแบบต้นคริสต์มาส PCB ที่เหมือนจริง โดยที่ PCB สองตัวประกอบในแนวตั้งฉากสามารถให้รูปร่าง 3 มิติที่สามารถยืนขึ้นได้ การสร้าง PCB สองแบบที่แตกต่างกันไม่ได้ทำให้การออกแบบซับซ้อนขึ้นมากนัก แต่มีราคาแพงกว่า เนื่องจากผู้ผลิตจะเรียกเก็บเงินมากขึ้นเมื่อ PCB มีการออกแบบมากกว่าหนึ่งแบบ เพื่อให้ราคาต่ำที่สุด ฉันต้องคิดถึงการจัดการพื้นที่อย่างชาญฉลาดของการออกแบบ PCB เพื่อลดของเสียและต้นทุน ในการแสวงหาการออกแบบต้นคริสต์มาส PCB ที่สมบูรณ์แบบสำหรับจุดประสงค์ของฉัน ฉันค้นหาโครงการที่คล้ายกันใน Google และ Instructables

ฉันเจอการออกแบบของ Bluquesh ซึ่งฉันพบว่าน่าสนใจเป็นพิเศษและได้รับการบันทึกไว้เป็นอย่างดี ใน Instructable แรกของเขา สมาชิกรายนี้อธิบายถึงวิธีที่เขาสร้าง PCB Christmas tree ขนาดเล็กที่มีคุณสมบัติมากมาย:

• ชิป Arduino ในตัว
• ไฟ LED SMD สองสี
• สัมผัสแบบ Capacitive
• แบตเตอรี่ในตัว
• วงจรเพิ่มกระแสตรง/กระแสตรง
• … และอื่น ๆ !

ฟีเจอร์เหล่านี้บางส่วนใช้ไม่ได้กับโปรเจ็กต์ของฉัน ซึ่งมีจุดมุ่งหมายเพื่อให้เรียบง่ายและราคาประหยัด อย่างไรก็ตาม รายละเอียดอื่นของโครงการของเขาทำให้ฉันสนใจ: bluequesh สามารถออกแบบต้นคริสต์มาส 3 มิติของเขาให้พอดีกับพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัสโดยไม่เปลืองพื้นที่ โดยการสร้างครีบรูปครึ่งเฟอร์สองอันข้างต้นสนหลัก เขานำพื้นที่ที่สูญเปล่ากลับมาใช้ใหม่เพื่อสร้างต้นไม้เต็มต้นอีกต้นหนึ่ง แม้จะมีรูปร่างที่ซับซ้อนก็ตาม

ฉันดัดแปลงและนำการออกแบบอันชาญฉลาดนี้มาใช้ซ้ำในโครงการของฉัน

ขั้นตอนที่ 3: การออกแบบ PCB

ฉันออกแบบ PCB Christmas tree โดยใช้ Autodesk EAGLE EAGLE เป็นซอฟต์แวร์ระบบอัตโนมัติสำหรับการออกแบบอิเล็กทรอนิกส์ (EDA) ที่ช่วยให้สามารถออกแบบแผนผังไดอะแกรม การจัดวางส่วนประกอบ และการกำหนดเส้นทาง PCB

ฉันเริ่มออกแบบโดยสร้างแผนผังของวงจรอิเล็กทรอนิกส์ ประกอบด้วยไฟ LED กระพริบ 11 ดวงขนานกัน ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่เซลล์ปุ่ม 3 V สวิตช์สามารถเปิดหรือปิดวงจรได้ สุดท้าย ตัวเก็บประจุแบบกรองที่เป็นอุปกรณ์เสริมขนาด 10 µF จะถูกวางไว้ระหว่างแรงดันแบตเตอรี่กับกราวด์

ฉันเลือกที่จะไม่รวมตัวต้านทานแบบอนุกรมกับ LED เนื่องจาก 3 V นั้นอยู่ใกล้กับแรงดันไฟฟ้าไปข้างหน้าของ LED หลายสีมาก:

แผนผังและ PCB แบ่งออกเป็นสามส่วน:

• กระดานหลัก: มีรูปทรงต้นคริสต์มาสและมีที่ใส่แบตเตอรี่ สวิตช์ ไฟ LED 3 ดวงที่ด้านบน และ 2 LED ที่ด้านล่าง ขั้วต่อพินเฮดแบบ 2 พินสองตัวช่วยให้สามารถเชื่อมต่อและจ่ายไฟให้กับครีบทั้งสองได้ ตัวหนึ่งอยู่ด้านบนและอีกตัวอยู่ด้านล่าง
• ครีบด้านบน: มีรูปทรงครึ่งต้นคริสต์มาสพร้อมรอยบากสำหรับใส่แบตเตอรี่และมี LED 1 ดวงที่ด้านบนและ 2 LED ที่ด้านล่าง รอยเท้าคอนเน็กเตอร์พินเฮดแบบ 2 พินช่วยให้สามารถเชื่อมต่อครีบและจ่ายไฟให้กับเมนบอร์ดได้
• ครีบด้านล่าง: มีรูปทรงครึ่งต้นคริสต์มาสและมี LED 2 ดวงที่ด้านบนและ 1 LED ที่ด้านล่าง รอยเท้าคอนเน็กเตอร์พินเฮดแบบ 2 พินช่วยให้สามารถเชื่อมต่อครีบและจ่ายไฟให้กับเมนบอร์ดได้

ฉันตัดสินใจเลือกใช้ขนาดที่ลดลง 48 * 48 มม. ต่อต้นสนโดยวาดโครงร่างของกระดานด้วย "มิติ" ที่ 20

ฉันวาดรูปร่างของต้นสนโดยใช้ชั้นที่ 46 "การกัด" ที่มีความกว้าง 3 มม.: เส้นนี้ถูกตีความว่าเป็นพื้นที่กัดสำหรับผู้ผลิตและแยกต้นสนออกจากครีบ

เมื่อโครงร่างของวงจรกำหนดไว้อย่างชัดเจนแล้ว ฉันวางส่วนประกอบที่ใหญ่ที่สุด เช่น ที่ใส่แบตเตอรี่และสวิตช์ จากนั้นจึงวาง LED เพื่อให้การกระจายเป็นไปอย่างราบรื่น

ฉันเพิ่มพื้นที่กัดอีกอันบนครีบเดียวเพื่อให้ที่วางแบตเตอรี่พอดีและมีรูบนต้นไม้เพื่อให้สามารถแขวนได้ทุกที่ (ในต้นคริสต์มาสจริงเป็นตัวอย่าง)

จากนั้น ฉันกำหนดเส้นทางส่วนประกอบทั้งหมดโดยใช้เลเยอร์ด้านบนและด้านล่าง: แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่ถูกกระจายไปยังไฟ LED โดยมีร่องรอยความกว้าง 0, 5 มม. และระนาบกราวด์โดยรวม

สุดท้าย ฉันออกแบบแท็บแยก 2 อันแล้ววางไว้ระหว่างส่วนเฟอร์หลักกับครีบของมันบนรอยกัด 3 มม. เพื่อให้บอร์ดของฉันเป็นแบบเดียวและอนุญาตให้มีแผง PCB (ดูรายละเอียดเพิ่มเติมในขั้นตอนต่อไป)

ไฟล์ Eagle ทั้งหมดสามารถพบได้ใน github ของฉันหรือด้านล่าง ▼

ขั้นตอนที่ 4: การจัดแผง PCB

ผู้ผลิต PCB ส่วนใหญ่เสนอราคาเดียวที่ $5 สำหรับ 10 PCBs ที่มีขนาดไม่เกิน 100*100 มม. ราคายังเท่าเดิมทั้งวง 50*50 mm. หรือ 100*100 mm. การเพิ่มประสิทธิภาพต้นทุนสามารถทำได้โดยการเพิ่มจำนวนวงจรสูงสุดในพื้นที่สูงสุดนี้ แผง PCB ประกอบด้วยการสร้าง PCB เดียวจากหลาย ๆ ชิ้นเพื่อลดต้นทุนและของเสีย

ผู้ผลิต PCB ส่วนใหญ่ไม่คิดค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมสำหรับแผงการออกแบบที่เหมือนกัน หมายความว่าคุณสามารถจัด PCB ขนาดเล็กหลาย ๆ อันเข้าด้วยกันได้ฟรี แต่ต้องคงการออกแบบเดิมสำหรับทุกคน ข้อมูลเพิ่มเติมสามารถพบได้บนเว็บไซต์ของ Seeedstudio ผู้ผลิต PCB

แผง PCB สามารถทำได้ 2 วิธี:

วิธีการทำแผงร่องวี: ประกอบด้วยการตัด 1/3 ของความหนาของบอร์ดจากด้านบนและ 1/3 ของความหนาจากด้านล่าง ขนานกับการตัดด้านบนด้วยใบมีดตัดแบบวงกลม 30 ถึง 45 องศา สามารถทำได้เฉพาะในแนวเส้นตรงตลอดทางผ่านอาร์เรย์ PCB

วิธีการแบ่งแผงแท็บแบบแยกส่วน: ประกอบด้วยการเว้นช่องว่างการกำหนดเส้นทางแท็บที่มีรูพรุนระหว่าง PCB ระยะห่างระหว่าง PCB สองตัวอยู่ที่ประมาณ 2, 5 มม. เนื่องจากเป็นขนาดเราเตอร์มาตรฐานในโรงผลิตส่วนใหญ่ และต้องใช้บิตเราเตอร์เพียงรอบเดียวในการกัดบอร์ด รูปแบบการเจาะ N-Holes เป็นมาตรฐานสำหรับแท็บแบบแยกส่วน และได้รับการออกแบบให้ถอดออกได้ง่ายโดยไม่ทิ้งส่วนที่ยื่นออกมาด้านข้างที่ไม่ต้องการ

ข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการออกแบบแผง PCB สามารถพบได้ในบทความที่มีเอกสารเป็นอย่างดีซึ่งเขียนโดย Jack Lucas สำหรับ www. ElectronicDesign.com

เพื่อลดต้นทุนของโปรเจ็กต์ของฉัน ฉันได้ตัดสินใจที่จะรวมต้นคริสต์มาส PCB สี่ต้นของฉันไว้ในบอร์ดเดียว ก่อนอื่น ฉันต้องเชื่อมโยงครีบทั้งสองของต้นคริสต์มาส PCB เข้ากับกระดานหลัก ฉันออกแบบแถบแยกสองแถบที่มีรูปแบบการเจาะรู 3 รู ซึ่งเชื่อมโยงครีบแต่ละอันกับกระดานหลักของต้นคริสต์มาส แถบแยกเป็นรู 2*3 รู เส้นผ่านศูนย์กลาง 0, 9 มม.

เมื่อการออกแบบต้นคริสต์มาส PCB หนึ่งต้นเสร็จสิ้น ฉันทำซ้ำสี่ครั้งและส่งแต่ละต้นเคียงข้างกันเพื่อเติมพื้นที่ 100*100 มม. ที่ผู้ผลิตกำหนด การออกแบบทั้งหมดเว้นระยะ 3 มม. และเชื่อมต่อกับแท็บแบบแยกส่วนที่มีรูปแบบการเจาะรู 3 รู

PCB สุดท้ายมีขนาด 100*100 มม. และมี PCB ต้นคริสต์มาส 4 แผ่น ค่าใช้จ่ายของหน่วย PCB หารด้วย 4 !

ขั้นตอนที่ 5: บัดกรี PCB

เมื่อรวบรวมส่วนประกอบทั้งหมดแล้ว การบัดกรีของ PCB ก็เริ่มขึ้น !

บัดกรีไฟ LED -

เป็นการดีที่สุดที่จะเริ่มต้นด้วยการบัดกรี LED เนื่องจากเป็นส่วนประกอบที่เล็กที่สุด การบัดกรีเป็นครั้งสุดท้ายจะทำให้งานยากขึ้นเนื่องจากส่วนประกอบขนาดใหญ่อาจรบกวนการจัดวาง ไฟ LED เป็นส่วนประกอบแบบโพลาไรซ์ และสิ่งสำคัญคือต้องระบุบน PCB ว่าควรจะบัดกรีอย่างไร รอยเท้า LED บน PCB เหมือนกันเสมอ: แผ่นที่เชื่อมต่อกับระนาบกราวด์คือมวล (แคโทด) และแพดที่เชื่อมต่อกับแทร็กคือแรงดันไฟฟ้า (แอโนด) ลูกศรสีเขียวใต้ LED CMS ระบุทิศทางการไหลของกระแสและดังนั้นจึงเป็นขั้ว

การทดสอบ LED ด้วยมัลติมิเตอร์ในรูปแบบ "ตัวทดสอบไดโอด" สามารถช่วยระบุขั้วและสีได้

ในการประสานไฟ LED อันดับแรกฉันเริ่มต้นด้วยการวางบัดกรีจำนวนเล็กน้อยบนแผ่น LED อันใดอันหนึ่ง จากนั้นฉันก็เข้าหา LED ด้วยแหนบละเอียดในขณะที่บัดกรีหลอมเหลวด้วยหัวแร้งของฉัน เมื่อวางไฟ LED อย่างถูกต้องแล้ว ฉันก็ถอดหัวแร้งออกเพื่อทำให้บัดกรีแข็ง บัดกรีที่สองสามารถทำได้โดยไม่จำเป็นต้องถือ LED ด้วยแหนบ กระบวนการนี้ทำซ้ำสำหรับไฟ LED 10 ดวงที่เหลืออยู่

บัดกรีที่ใส่แบตเตอรี่ -

ที่ใส่แบตเตอรี่ถือเซลล์ปุ่มไว้กับ PCB เพื่อสร้างการเชื่อมต่อทางไฟฟ้า เพื่อยึดแบตเตอรี่ให้แน่น ฉันจึงวางดีบุกเล็กๆ ไว้บนแผ่นรองที่ใส่แบตเตอรี่ จากนั้นจึงวางขั้วต่อและบัดกรี

บัดกรีสวิตช์ -

ในที่สุด สวิตช์ถูกบัดกรีไปด้านเดียวกับขั้วต่อแบตเตอรี่ สวิตช์ยื่นออกมาจาก PCB เพื่อการใช้งานที่ง่าย

ขั้นตอนที่ 6: การประกอบ PCB

เมื่อส่วนประกอบทั้งหมดบัดกรีแล้ว ก็ถึงเวลาประกอบต้นคริสต์มาส

การแยกบอร์ด -

ฉันเริ่มทุบกระดานด้วยคีมแบนเพื่อแยกครีบทั้งสองออกจากกระดานหลัก ฉันใช้คีมตัดเพื่อขจัดขอบขนาดใหญ่ที่อาจเป็นอันตรายได้ จากนั้นฉันก็ใช้กระดาษทรายเกลี่ยด้านข้างของต้นคริสต์มาสให้เรียบ และสุดท้ายก็มีแผ่นไม้ที่สะอาดสามแผ่นคือ ต้นไม้หลักและครีบทั้งสองของมัน

การเชื่อมต่อบอร์ด -

ครีบหนึ่งตัวติดกับกระดานหลักโดยการบัดกรีขั้วต่อพินเฮด 2 พินระหว่างกัน ขั้วต่อพินเฮดมีการใช้งานสองแบบ: จับปีกเข้ากับกระดานหลัก และนำแรงดันไฟและมวลไปที่ไฟ LED ของครีบ

ฉันตัดตัวเชื่อมต่อพินเฮด 2 * 2 พินจากแถบตัวเชื่อมต่อพินเฮดขนาดใหญ่และทำความสะอาดขอบพลาสติกด้วยกระดาษทราย จากนั้นฉันก็บัดกรีหัวต่อหางบนกระดานหลักดังที่แสดงในภาพ อันหนึ่งอยู่ด้านบนและอีกอันอยู่ด้านล่าง

ฉันบัดกรีครีบทั้งสองเข้ากับขั้วต่อด้วยความระมัดระวังในการจัดตำแหน่งให้ถูกต้อง และวางครีบโดยมีรอยบากที่ด้านขั้วต่อแบตเตอรี่

ในที่สุด PCB Christmas tree ก็ถูกประกอบขึ้นแล้ว !

เปิดวงจร -

PCB ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ลิเธียม CR1220 ขนาด 3V เมื่อใส่เซลล์ปุ่มลงในที่ใส่แบตเตอรี่ที่บอร์ดและปิดสวิตช์ ไฟ LED ทั้งหมดจะเริ่มกะพริบราวกับมายากล !

เซลล์ปุ่มที่ใช้ในโครงการนี้มีความจุเฉลี่ย 40 mAh ซึ่งหมายความว่าตัวอย่างสามารถส่งได้สูงสุด 40 mA ใน 1 ชั่วโมงหรือ 20 mA ในช่วง 2 ชั่วโมง ปริมาณการใช้ PCB Christmas tree ในปัจจุบันอยู่ที่ประมาณ 80 mA และขึ้นอยู่กับสีของ LED ที่เลือก: LED สีขาว สีฟ้า และสีม่วงจะดึงกระแสไฟมากกว่า LED สีแดง สีส้ม และสีเหลือง

จากประสบการณ์ ฉันแนะนำให้คุณใช้ไฟ LED สีแดง สีส้ม สีเหลือง และสีเขียว เนื่องจากจะช่วยยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ในขณะที่ให้สีสันที่สวยงามในธีมคริสต์มาส:) ด้วยสีเหล่านี้ในสัดส่วนที่เท่ากัน ต้นคริสต์มาส PCB ของฉันจะเรืองแสงได้ภายใน 1 ชั่วโมง จนกว่าไฟ LED สีเขียวจะเริ่มจางลง

ขั้นตอนที่ 7: บทสรุป

ฉันมีช่วงเวลาที่สนุกสนานในการออกแบบต้นคริสต์มาส PCB ขนาดเล็กเหล่านี้ และฉันได้เรียนรู้มากมายเกี่ยวกับการผลิต PCB และแผง PCB

ด้วยการออกแบบโปรเจ็กต์ที่มีต้นทุนต่ำ เวิร์คช็อปการบัดกรีจึงเปิดให้ผู้ที่ต้องการทดลองใช้งานฟรี PCB เหล่านี้ประสบความสำเร็จอย่างมากในคลับของฉัน และสมาชิกใหม่จำนวนมากได้บัดกรีชิปตัวแรกโดยใช้ส่วนประกอบ SMD ฉันมีความสุขมากกว่าที่ได้ยินว่างานประดิษฐ์บางอย่างของฉันได้ตกแต่งต้นคริสต์มาสของเพื่อนๆ ของฉัน

วันนี้ ฉันรู้สึกภูมิใจที่สามารถถ่ายทอดความรู้ที่ได้รับจากการทำโครงงานนี้ผ่านเวิร์กชอปและบทช่วยสอนนี้ ฉันหวังว่าคุณจะชอบมันและฉันหวังว่าคุณจะดีที่สุดสำหรับปีที่จะมาถึง:)