การออกแบบ PCB ส่วนขยาย (Intel® IoT): 20 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:03

คำแนะนำนี้เขียนขึ้นเพื่อเป็นจุดเริ่มต้นสำหรับผู้ที่กระตือรือร้นที่จะใช้ Intel® Edison อย่างเต็มศักยภาพ โดยผสมผสานเข้ากับโครงการฝังตัวที่พัฒนาขึ้นอย่างสมบูรณ์ ในการทำเช่นนี้ คุณจะต้องสร้าง - ตามที่ Intel® เรียกในคู่มือฮาร์ดแวร์ของ Edison * - " PCB ส่วนขยายที่ออกแบบโดยผู้ใช้" แบบกำหนดเอง

[* ดูการแนะนำฮาร์ดแวร์ (PDF) สำหรับการอ้างอิง]

Wut … บนโลกคือ "PCB ส่วนขยายที่ออกแบบโดยผู้ใช้" หรือไม่?

คำถามที่ยอดเยี่ยม! เพื่อทำความเข้าใจว่า PCB สำหรับขยายสำหรับ Edison คืออะไร เราต้องพิจารณาก่อนว่าจริงๆ แล้วโมดูล Intel® Edison คืออะไร และสิ่งที่เหมาะสมที่สุดสำหรับอะไร

Psst คุณรู้อยู่แล้วว่า:

1. บอร์ดเสริมสำหรับ Intel Edison คืออะไร (Arduino, Breakout ฯลฯ);
2. โมดูล Edison คืออะไร / และเมื่อใดที่คุณควรใช้บนแพลตฟอร์มอื่นที่มีอยู่ และคุณรู้หรือไม่
3. เมื่อใดที่คุณควรใช้เวลาและความพยายามในการพัฒนาบอร์ดขยายแบบสมบูรณ์แทนที่จะใช้บอร์ดขยาย Arduino ที่มีอยู่หรือบอร์ดฝ่าวงล้อมพร้อมชิลด์แบบกำหนดเอง

ถ้าใช่ คุณอาจต้องการข้ามข้อมูลเบื้องหลังด้านล่าง และข้ามไปยังส่วนเริ่มต้นใช้งานในขั้นตอนที่ 2

Intel® Edison เป็นคอมพิวเตอร์ขนาดเล็กบนโมดูล (COM) ซึ่งเดิมทีมีวัตถุประสงค์เพื่อใช้เป็นแพลตฟอร์มการพัฒนาสำหรับเทคโนโลยีที่สวมใส่ได้ แม้ว่าขนาดจะเล็ก แต่ก็ยังใหญ่เกินไปสำหรับแอพพลิเคชั่นที่สวมใส่ได้มากมาย – และตอนนี้ Intel® ได้พัฒนาแพลตฟอร์มใหม่ที่เรียกว่า Curie อย่างไรก็ตาม Edison ยังคงมีแอปพลิเคชั่นที่น่าตื่นเต้นมากมายและพร้อมสำหรับการสร้างนวัตกรรมภายในชุมชนผู้ผลิต

สิ่งที่เอดิสันไม่ใช่

สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่า Intel® Edison ไม่ใช่อะไร และมันคืออะไร Edison เป็นฮาร์ดแวร์ผู้ผลิตที่น่าสนใจเนื่องจากมีอยู่ในช่องที่ค่อนข้างใหม่ ง่ายต่อการลองเปรียบเทียบ Edison กับ Raspberry Pi® หรือ Arduino® โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อพิจารณาจากตัวเลือกเริ่มต้นในปัจจุบันในการเชื่อมต่อ Edison กับบอร์ดขยายที่เข้ากันได้กับ Arduino® แม้ว่า Edison จะเข้ากันได้กับ Arduino IDE แต่ Edison ไม่ใช่ Arduino ความเข้ากันได้กับแพลตฟอร์ม Arduino เป็นเพียงกลวิธีทางการตลาดที่ชาญฉลาดอย่างยิ่งที่จะช่วยให้ Intel® ได้รับส่วนแบ่งการตลาดกลับคืนมา กลวิธีที่เพิ่งเกิดขึ้นจะเป็นประโยชน์อย่างยิ่งต่อตลาดเป้าหมายของพวกเขาเช่นกัน ซึ่งผมจะอธิบายในหัวข้อถัดไป ไฮไฟว์ Intel®!

Edison นั้นไม่ใช่ Raspberry Pi อย่างแน่นอน ในขณะที่ Pi เป็นคอมพิวเตอร์บอร์ดเดี่ยว พร้อมด้วยเอาต์พุตกราฟิก การสนับสนุนแป้นพิมพ์และเมาส์ และสามารถเปลี่ยนพีซีแบบเดิมได้หลายวิธี - Edison เป็นโมดูลที่มีจุดประสงค์เพื่อฝังในผลิตภัณฑ์หรือบอร์ดอื่น และที่สำคัญคือไม่มีจอแสดงผลแบบเดิมเชื่อมต่อโดยตรง มีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับ Raspberry Pi Compute Module ซึ่งเป็นเครื่องมืออื่นที่มีจุดประสงค์เพื่อรวมเข้ากับผลิตภัณฑ์อื่นๆ

ตรงกันข้ามกับ RPi CM Edison ขาดการรองรับกราฟิกที่เหมาะสม แต่เร็วกว่าในงานคำนวณบางอย่าง รวมถึง WiFi และ Bluetooth เป็นมาตรฐาน และใช้พลังงานและพื้นที่อย่างมีประสิทธิภาพ *อย่างยิ่งยวด สิ่งนี้ทำให้มีประโยชน์อย่างเหลือเชื่อสำหรับการพัฒนาประเภท Internet of Things (IoT) หรือ Machine to Machine (M2M) อันที่จริงนี่คือจุดที่ Edison ส่องประกายจริงๆ! คำแนะนำนี้ออกแบบมาเพื่อช่วยคุณวางแผนและพัฒนา PCB สำหรับโครงการระบบฝังตัวของคุณเองโดยใช้ Edison

คู่มือนี้จะไม่อธิบายความรู้ทางเทคนิคเกี่ยวกับวิธีออกแบบ PCB หรือแม้แต่วงจรพื้นฐานโดยเฉพาะ เนื่องจากเป็น Instructables ที่ยอดเยี่ยมมากมายที่มีอยู่แล้วและตอบสนองวัตถุประสงค์นั้นได้ดีกว่าที่ฉันทำได้ แต่จะนำคุณเข้าสู่กระบวนการทั่วไปในการออกแบบ PCB และจะเชื่อมโยงข้อมูลกับการสร้างบอร์ดส่วนขยายสำหรับโมดูล Edison คู่มือนี้จะกล่าวถึงข้อควรพิจารณาที่สำคัญบางประการซึ่งจำเป็นต้องจดจำเกี่ยวกับการออกแบบโมดูล Edison

ภาพรวมของความสามารถในการผลิต

ความยาก:	…………	คุณต้องสามารถเข้าใจวงจรที่ซับซ้อนได้
เครื่องมือ:	…………	คุณแค่ต้องการคอมพิวเตอร์จริงๆ
ค่าใช้จ่าย:	…………	โบนัส: ซอฟต์แวร์ที่จำเป็นสามารถมีได้ฟรี!

คำเตือน:ผู้เขียนคำแนะนำนี้ไม่ใช่มืออาชีพ การใช้ข้อมูลจากบทช่วยสอนนี้ถือเป็นความเสี่ยงของผู้อ่านเอง ผู้เขียนไม่รับผิดชอบใด ๆ จากการบาดเจ็บของผู้อ่านหรือความเสียหายต่ออุปกรณ์ผู้อ่านตามคำแนะนำเหล่านี้!

ขั้นตอนที่ 1: ข้อมูลความเป็นมา

โดยส่วนตัวแล้ว ฉันได้ข้อสรุปว่า Intel® Edison เป็นเครื่องมือที่สมบูรณ์แบบสำหรับสองในสามขั้นตอนหลักในการเดินทางของผู้ผลิตจากนักเรียนไปสู่ผู้สร้างมืออาชีพ หรือแม้แต่การเดินทางสู่การเป็นผู้ประกอบการที่เน้นฮาร์ดแวร์ (Kickstarter ทำกับใครก็ได้):

ชุดพัฒนาที่เข้ากันได้กับ Arduino สำหรับนักเรียนโดยใช้ Arduino Breakout Board; ??? (ฉันจะอธิบายด้านล่าง); และแพลตฟอร์มการคำนวณเอนกประสงค์สำหรับผู้ประกอบการและผู้ผลิตมืออาชีพ

Edison และ Arduino Breakout Board เหมาะอย่างยิ่งสำหรับมอบให้แก่นักเรียนและนักเล่นอดิเรกมือใหม่เพื่อพัฒนาการทดลองและวิดเจ็ตสุดเจ๋งของตนเอง โดยใช้แพลตฟอร์มที่ยืดหยุ่นและทรงพลังมาก Intel® นั้นฉลาดมาก..ฉลาด (ฉันสัญญา ฉันจะไม่เล่นสำนวนนั้นอีก.. ฮ่าฮ่า) จากมุมมองทางการตลาดในการเป็นพันธมิตรกับ Arduino…

ในฐานะนักเรียนในระยะแรก:

โดยพื้นฐานแล้ว คุณจะเริ่มด้วย Arduino ที่อัดแน่นด้วยซูเปอร์ชาร์จ ซึ่งคุณสามารถใช้เขียนโค้ดจากหัวใจของคุณ โดยไม่ต้องกังวลเกี่ยวกับการขาดพลังในการประมวลผลหรือหน่วยความจำในการจัดเก็บข้อมูล (มีประโยชน์มากเมื่อเป็นนักเรียนเริ่มต้น) จากนั้น เมื่อคุณได้เรียนรู้วิธีใช้ Arduino IDE และต้องการบางสิ่งที่ท้าทายมากขึ้น คุณก็เปลี่ยนไปใช้ Yocto Linux และเลือกภาษาการเขียนโปรแกรมเอนกประสงค์ "กระแสหลัก" เช่น C, Python หรือ Node.js ตอนนี้ คุณได้พัฒนาทักษะที่จะเป็นประโยชน์ไปตลอดชีวิต คุณได้เรียนรู้พื้นฐานของการเขียนโปรแกรม (เช่น ทักษะเชิงตรรกะที่แท้จริง) และทักษะการรวมฮาร์ดแวร์อย่างง่ายกับ Arduino IDE แล้ว คุณจะสามารถถ่ายทอดทักษะเหล่านั้นไปยังภาษาที่ใช้ข้ามแพลตฟอร์มเพื่อวัตถุประสงค์ทั่วไปได้ ความสามารถในการถ่ายทอดความรู้ของโปรแกรมเมอร์เกี่ยวกับแนวคิดจาก Arduino C/C++ เช่น ภาษาโปรแกรมไปยังภาษาอื่นๆ เป็นทักษะที่จำเป็นสำหรับโปรแกรมเมอร์และนักออกแบบรุ่นใหม่

จากนักเรียนสู่ผู้สร้าง… ไม่เร็วนัก:

จากจุดนั้น จุดประสงค์ในการใช้ Edison ใน "แผนที่การเดินทางของผู้ใช้" ตั้งแต่นักเรียนไปจนถึงมือโปรเริ่มไม่ชัดเจน นักเรียนหลายคนเริ่มต้องการที่จะพัฒนาโครงงานที่สมบูรณ์มากขึ้นเมื่อพวกเขาเข้าใจแนวคิดพื้นฐานเหล่านี้แล้ว นั่นคือ ประเภทของสิ่งที่คุณสามารถนำกลับบ้านพร้อมกับคุณและแสดงให้สมาชิกครอบครัวเห็น และเป็นโครงการที่คู่ควรกับความสนใจที่พวกเขาแสร้งทำ ในขณะที่ไฟ LED กะพริบนั้นยอดเยี่ยมสำหรับเราผู้สร้าง geek มักเกิ้ลส่วนใหญ่จะไม่ตื่นเต้นกับมัน มักเกิ้ล (พ่อแม่ ญาติห่าง ๆ เพื่อน คนสัญจรข้างถนน ฯลฯ) * มักสนใจและประทับใจกับงานต้นแบบ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าผู้สร้างสามารถทำอะไรได้บ้าง และน่าเสียดาย ที่ดูเหมือนว่าจะเป็นจุดอ่อนที่สุดของ Edison ในขณะนี้

โดยส่วนใหญ่ ดูเหมือนว่า Edison ไม่เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการฝังถาวรในโครงการ "งานอดิเรก" หรือต้นแบบโดยไม่ต้องพัฒนา PCB ส่วนขยายแบบกำหนดเอง ทำไม? เพราะค่าใช้จ่าย.

คณะกรรมการฝ่าวงล้อมพยายามที่จะเติมเต็มช่องว่างนี้ แต่ในความเป็นจริง มันค่อนข้างล้มเหลวสำหรับบางกรณีการใช้งาน

จาก Maker สู่ Pro (การพัฒนาการออกแบบขั้นสุดท้าย)

หากคุณสามารถผ่านพ้นเวทีไปได้ (กำลังพัฒนา…)

ดังนั้น "คุณจะทำอย่างไร" กับ "Intel® Edison Inside™"?

ฉันกำลังสร้างแพลตฟอร์มหุ่นยนต์เพื่อการศึกษาสำหรับนักเรียน เวอร์ชันแรกของฉันจะรวม Intel® Edison เข้ากับการออกแบบ และจะเรียกว่า Edibot อย่างไม่เคยมีมาก่อน

[…]

เมื่อเรารู้ว่าเรากำลังสร้าง PCB เพื่ออะไร มาเริ่มกันเลย! (แน่นอน คุณสามารถใช้แนวคิดในบทช่วยสอนและนำไปใช้กับการออกแบบหรือผลิตภัณฑ์ของคุณเองได้)

ขั้นตอนที่ 2: เริ่มต้น… เรียงลำดับ

อย่างแรกเลย คุณต้องอ่านคู่มือ The Flipping* ผ่านขั้นตอนเบื้องต้นอื่นๆ สองสามขั้นตอน แล้วรวบรวมสิ่งของของคุณ นี้ควรจะง่ายพอ …

(*หรือใส่คำสบถหากคุณต้องการสิ่งนั้น)

เอาล่ะ ก่อนที่คุณจะเปิดซอฟต์แวร์การกำหนดเส้นทาง PCB คุณจะต้องทำสิ่งต่อไปนี้:

อ่านคู่มือการพลิกกลับ ดำเนินการพัฒนาพื้นฐานของโครงการของคุณให้สมบูรณ์ รวมถึง: การพัฒนาต้นแบบการทำงานสำหรับโครงการที่ฝังตัวของคุณ การพัฒนาแนวคิดสำหรับผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย (ตำแหน่งท่าเรือ ฯลฯ); และวางแผนขนาดของสิ่งที่แนบมาขั้นสุดท้ายสำหรับการออกแบบของคุณ เรียนรู้วิธีใช้ซอฟต์แวร์การกำหนดเส้นทาง PCB ที่คุณเลือก รวบรวมสิ่งของ (วัสดุ)

รายการที่ 2 และ 3 อยู่นอกขอบเขตสำหรับคำแนะนำนี้อย่างสมบูรณ์เนื่องจากเป็นบทความที่ยาวและมีรายละเอียดอยู่แล้ว ฉันได้รวมบันทึกย่อเกี่ยวกับรายการด้านล่างเพื่อช่วยคุณในการเริ่มต้น หากมีความสนใจอย่างแท้จริงในตัวฉันมากพอที่จะเขียนคำแนะนำสำหรับสามข้อนั้นและเชื่อมโยงพวกเขาเข้ากับบทความนี้ ฉันก็ยินดีที่จะทำเช่นนั้น เพียงแจ้งให้เราทราบในความคิดเห็น

เอาล่ะ มาเริ่มกันเลย!

อ่านคู่มือการพลิก

ไปดาวน์โหลดเอกสาร "Intel® Edison Compute Module – Hardware Guide" จากเว็บไซต์ Intel® และอ่านมัน

อย่างจริงจัง เป็นเรื่องยาว เป็นเทคนิค และน่าเบื่อ และดำเนินต่อไปเรื่อยๆ… แต่คุณจะต้องสร้างปัญหาให้กับการออกแบบ PCB ของคุณ หากคุณไม่อ่านมัน และควันเวทย์มนตร์อาจถูกปล่อยออกมา ตามหลักการแล้ว คุณจะทำเช่นนี้ทันทีที่คุณตัดสินใจว่าคุณจะเดินทางจากนักเรียนไปสู่ผู้สร้างมืออาชีพ เนื่องจากมีความแตกต่างในส่วนประกอบที่ทำงานร่วมกับกระดานฝ่าวงล้อม และส่วนประกอบที่คุณสามารถใช้ได้โดยตรงกับ โมดูลเอดิสัน

เอกสารส่วนใหญ่ไม่ซับซ้อนในแง่ของการทำความเข้าใจความหมายและความเกี่ยวข้องกับการออกแบบ PCB Intel ทำงานได้อย่างยอดเยี่ยมในการผลิตเอกสารทางเทคนิคที่เป็นมิตรต่อผู้ผลิต ซึ่งปกติแล้วจะเขียนขึ้นสำหรับ OEM/ประเภทวิศวกรรม คุณจะต้องเพิกเฉยต่อความจริงที่ว่ามันดูยาวและมีไดอะแกรมที่ดูน่ากลัวมากมายสำหรับผู้ที่ไม่ได้ฝึกหัด

แยกย่อยทีละส่วน และใช้เวลาของคุณเพื่อให้แน่ใจว่าคุณเข้าใจแต่ละองค์ประกอบของเอกสาร คุณไม่จำเป็นต้องเข้าใจเหตุผลทางเทคนิคว่าทำไมคุณจึงต้องสร้างบางสิ่งบน PCB ด้วยวิธีใดวิธีหนึ่ง เพียงแค่สิ่งที่คุณต้องทำและสิ่งที่คุณต้องคำนึงถึงในการออกแบบของคุณ ในที่สุดก็จะมีความหมายโดยรวม เมื่อคุณติดอยู่กับบางสิ่ง คุณจะโพสต์ออนไลน์ในชุมชนที่มีอยู่มากมาย ระบุว่าคุณกำลังเรียนรู้และสนใจที่จะหาวิธีสร้างโครงการแบบฝังตัว จากนั้นถามคำถามของคุณ โอกาสที่ใครบางคนจะสามารถช่วยเหลือได้

สำหรับคำถามที่เกี่ยวข้องกับ Intel Edison และโครงการที่เกี่ยวข้อง ฉันขอแนะนำให้ถามคำถามใน StackOverflow (แทรกไซต์ย่อย) ฟอรัมชุมชน Intel หรือเว็บไซต์นี้ Instructables _ คุณอาจถามคำถามใด ๆ ที่คุณมีในความคิดเห็นด้านล่างได้ แต่โปรดทราบว่าฉันไม่ใช่วิศวกรไฟฟ้ามืออาชีพ ดังนั้นจึงมีคำถามที่ฉันไม่เข้าใจคำตอบ คำแนะนำนี้เป็นการแปลเอกสารคู่มือฮาร์ดแวร์โดยพื้นฐานตามที่ฉันเข้าใจ ผสมกับกระบวนการออกแบบบางอย่างที่ฉันพบในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาที่เกี่ยวข้องกับการออกแบบสำหรับโมดูล Edison โดยเฉพาะ (และฉันยังยินดีต้อนรับความคิดเห็นใด ๆ ที่แก้ไขได้ชัดเจนและ ความผิดพลาดที่ทำให้ตาย!). โดยพื้นฐานแล้วฉันจะใช้แนวทาง "ทำให้เสร็จ" เพื่อทำความเข้าใจด้านเทคนิคของวงจรไฟฟ้าอย่างลึกซึ้ง

เรียนรู้วิธีใช้ซอฟต์แวร์การกำหนดเส้นทาง PCB (หรือที่เรียกว่าซอฟต์แวร์ออกแบบอัตโนมัติทางอิเล็กทรอนิกส์)

มีตัวเลือกโซลูชันซอฟต์แวร์ EDA มากมายให้เลือก:

Allegro PCB Designer ถูกใช้โดยมืออาชีพ เช่น Intel ใช่แล้ว Edison ได้รับการออกแบบโดยใช้แพ็คเกจซอฟต์แวร์นี้โดยเฉพาะ อย่างไรก็ตาม มันมีราคาแพง – อาจไม่อยู่ในงบประมาณของคุณ แพ็คเกจซอฟต์แวร์ EDA ราคาแพงอื่นๆ ที่ฉันสนใจเป็นการส่วนตัวคือของ Altium พวกเขาเป็นบริษัทในออสเตรเลีย และฉันอยากเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับซอฟต์แวร์จากบริษัทบ้านเกิดของฉัน

บอกตามตรงว่า ฉันไม่รู้มากพอที่จะให้ความเห็นเกี่ยวกับข้อเสนอเหล่านี้เกินราคา มันดูน่าสนใจ และฉันเชื่อว่า Altium เสนอตัวเลือกที่มีราคาต่ำกว่าสำหรับนักเรียนและมือสมัครเล่นที่ฉันสนใจมากที่จะสำรวจ ฉันจะอัปเดตส่วนนี้หากฉันมีโอกาสเล่นกับตัวเลือกระดับมืออาชีพ นอกจากตัวเลือกระดับมืออาชีพแล้ว คุณยังมีตัวเลือกระดับมือสมัครเล่นเพิ่มเติมอีกด้วย:

EAGLE โดย CadSoft เป็นมาตรฐาน defacto ที่แน่นอน และโดยส่วนตัวแล้วฉันไม่ชอบมัน เช่นเดียวกับแพ็คเกจซอฟต์แวร์ EDA ส่วนใหญ่ มันน่าเกลียด เรียกฉันว่าผิวเผิน แต่ฉันเชื่อว่าซอฟต์แวร์ควรดูดีและใช้งานง่าย EAGLE ก็ไม่ได้เช่นกัน ที่กล่าวว่าผู้ผลิต PCB รายใหญ่ทุกรายที่สนับสนุนการผลิตระดับงานอดิเรกจะสนับสนุนไฟล์ที่ EAGLE สร้างขึ้นไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง เป็นตัวเลือกที่ปลอดภัยมากในการทำงานด้วย และสามารถใช้ได้บน Mac, Linux และ Windoze KiCAD Fritzing 123D Circuits โดย Autodesk

เห็นได้ชัดว่ามีตัวเลือกมากขึ้น ที่ที่ง่ายที่สุดในการดูคุณลักษณะต่างๆ ของตัวเลือกต่างๆ คือไปที่บทความเปรียบเทียบซอฟต์แวร์ EDA จากวิกิพีเดีย

วัสดุ

ต้นแบบ (วงจรเขียงหั่นขนม ฯลฯ)

การคิดอย่างมีวิจารณญาณ

การออกแบบทางกายภาพ

คอมพิวเตอร์ที่ติดตั้ง EDA ที่คุณเลือก

เอาล่ะ เป็นกระบวนการที่ยาวนานและเรายังไม่ได้เริ่มออกแบบ PCB จริงด้วยซ้ำ ฉันไม่เคยพูดว่ามันจะง่ายในท้ายที่สุด แต่มันเป็นโครงการที่สำเร็จลุล่วงไปด้วยดี เป็นความรู้สึกที่ดีโดยเฉพาะอย่างยิ่งในการออกแบบ PCB สำหรับโครงการที่ซับซ้อนมากขึ้นซึ่งโมดูล Edison เหมาะสม