При разработке прошивок микроконтроллеров разработка кода происходит параллельно разработке электронной платы. В связи с этим программистам приходится отлаживаться на прототипах. Прототип это просто набор отладочных плат, соединенных перемычками.
Прототипы особенно актуальны, когда плата боевого устройства еще в разработке (производстве), а софт уже надо как-то разрабатывать и отлаживать, то приходится собирать прототип из набора отладочных плат. Как только не решают задачу конструирования прототипов.
Дело в том что мы тут работаем не в невесомости и если просто соединить платы проводами-перемычками, то они будут внезапно отваливаться под действием силы натяжения.
Поэтому надо закреплять платы жестко на одном общем основании и затем только соединять их перемычками.
Также часто бывает необходимо установить на дорогую премиальную плату PCB защитный экран, чтобы при транспортировке без коробки в рюкзаке не поцарапать компоненты на плате, например, ключами. Или банально защитить плату от случайно пролитого на столе кофе. У нас есть например плата которая стоит 200 EUR (14852 RUR).
Такие экраны ставят даже топовые американские бренды для своих PCB(шек)
Такие экраны могут также спасти плату при падании на пол, так как примут весь удар на себя.
Это и вовсе работа американского школьника. Красота! (https://habr.com/ru/articles/330052/)
Можно прямо в экран встраивать cooler
Тем не менее я с удивлением для себя обнаружил, что у российских инженеров возникают серьезные проблемы с проектированием и изготовлением таких вот подложек и экранов (этажерок) для прототипов PCB.
В чём собственно трудность?
Дело в том, что нужна очень высокая точность бурения отверстий (доли миллиметра), причем положение отверстий относительно друг друга могут быть просто random (ные) как положение скоплений звезд на небе.
Поэтому далее следует инструкция как сделать качественное основание для прототипа.
Что нужно из оборудования(hardware)?
Оборудование | Назначение | категория |
Оргстекло (Plexiglas) | Чтобы изготовить подложку или шит | расходник |
пластмассовые стойки | чтобы сцепить плату и подложку | расходник |
бор машинка | для снятия фасок с углов оргстекла чтобы не порезаться об углы | инструмент |
пластмассовые гайки | чтобы сцепить плату и подложку | расходник |
пластмассовые болты | чтобы сцепить плату и подложку | расходник |
Щуп от DMM | для продавливания бумаги в линиях будущего сгиба | инструмент |
Принтер | Чтобы напечатать чертеж в масштабе M 1:1 | инструмент |
USB Flash(ка) FAT32 | Чтобы загрузить чертеж в принтер | инструмент |
Кернер автоматический | Для наколки воронок на местах будущего сверления | инструмент |
бируши | Удары автоматического кернера порой настолько громкие, что может временно контузить. Бируши спасут ваш слух. | инструмент |
бумага А4 | Для печати чертежа с разметкой мест сверления | расходник |
Штангенциркуль | Для снятия размеров с платы | инструмент |
Линейка | Для проверки чертежа после печати и продавливания бумаги вдоль линии сгибов | инструмент |
Скотч | чтобы наклеить чертеж на оргстекло | расходник |
мягкий ластик | чтобы стереть следы от скотча после снятия чертежа | расходник |
Ручная дрель | для сверления отверстий | инструмент |
Сверло 2мм | сверление предварительного отверстия | инструмент |
Свело 3мм | сверление боевого отверстия | инструмент |
Сверло 5mm | для снятия фаски | инструмент |
Плоская отвёртка шириной 3мм | Чтобы прикрутить стойки платы и подложку | инструмент |
Почему именно оргстекло? Оно прозрачное. Вы всегда сможете прочитать шелкографию платы с обратной стороны сквозь стекло и вам не понадобится для этого эндоскоп.
Что надо из софтвера?
Программа | Назначение |
Inkscape | Чтобы начертить чертеж |
pdf viewer | Чтобы просмотреть и проверить чертеж перед печатью |
1--Начертить чертеж в inkscape. Inkscape это бесплатная и простецкая утилита для 2D черчения.
2--Распечатать чертеж в масштабе один к одному (M 1:1). Возможно придется разбить A3 на два A4. Обязательно после печати проверьте линейкой, что чертеж в cамом деле M 1:1
3-- Наклеить чертеж на оргстекло. В данном частном случае надо добавить новые отверстия на уже существующую подложку поэтому пришлось наклеить чертеж на обратную сторону орг стекала.
А вот более классический случай. Чертёж накладывается на верхний слой оргстекла.
К слову, согнуть бумагу точно вдоль линии это тоже нетривиальная задача. Перед тем как сгибать бумагу вдоль длинной линии эту линию надо продавить с обратной стороны. Поэтому в чертеж надо заложить пунктирные линии продавливания, чтобы в результате бумажка обхватывала прямоугольную заготовку оргстекла.
В качестве давилки подойдет электрод от DMM и линейка.
4--А теперь очень ответственный шаг. Надо взять ручной автоматический кернер (automatic punch tool) и аккуратно наколоть воронки в местах будущего сверления. Прямо в местах пересечения рисок. При этом надо максимально ослабить пружину кернера так как кернер может раскрошить края огрстекла
При этом надо сначала потренироваться на другом куске оргстекла, которого не жалко, так как, если нет сноровки, то кернером можно запросто раскрошить оргстекло на заготовке. Кернер надо настраивать. Он не должен ударять слишком сильно. Но найти этот водораздел очень трудно. В общем надо тщательно потренироваться на обрубках.
5-- Теперь можно пробуравить отверстия. Сначала тонким сверлом (2мм). Это важно. Если промажете, то можно пересверлить рядом этим же тонким сверлом. Затем буравим нужным сверлом 3 мм. И обязательно сделать фаску сверлом 5мм, чтобы болт заходил под разыми углами.
для снятия фасок существует отдельный инструмент. Выглядит он так.
Но можно воспользоваться и просто сверлом большего диаметра.
6--Прикрутить платы на пластиковые стойки плоской отверткой.
А сейчас очень контр интуитивный момент. Надо начертить схему соединения. Дело в том, что перемычки всё равно будут отваливаться. Особенно если вы будете транспортировать прототип в рюкзаке. Поэтому надо чтобы у вас под рукой была вот такая схемка-подсказка, чтобы быстро понять как отремонтировать прототип в случае неизбежной поломки.
Далее по схеме устанавливаем перемычки
Вот такой получился аккуратный и красивый прототип BlueTooth колонки. Три платы работают как одно целое.
Или вот протопит для другого устройства
Если у вас в спальне случайно отсутствует всё этого оборудование и расходники, то это не проблема.
Распечатать чертеж можно, например, в той же городской типографии там гарантируют печать в масштабе M 1:1.
Саму заготовку можно отнести в ближайший торгово-развлекательный центр (ТРЦ). Как правило в подвалах ТРЦ(шкек) присутствует ювелирная или обувная мастерская и вам там могут просверлить или отпилить в оргстекле. Стоить это будет порядка 500 RUR и 2-3 недели ожидания. Однако предварительно чертеж вам придется распечатать и наклеить самим.
Весь техпроцесс можно отобразить всего на одном листочке
Шоурум прототипов
Помимо электронных плат на прототипе можно зафиксировать и исполнительные механизмы как, например, звуко излучатель
Прототипы можно крепить даже вертикально.
Прототипы можно подвешивать не верёвке
Ну Вы сами посудите, какой вариант выглядит надёжнее: левый или правый?
Можно делать вообще сэндвич из модулей. Как по мне выглядит вполне аккуратно. Даже не будет калиться, если упадет на бок.
Плюсы данного метода производства прототипов
1--Не надо знать абсолютные координаты центров отверстий. Вы можете вообще фотографию в inkscape обвести.
2--Точность сверления +-0.1 мм. Это намного точнее чем, если бы Вы посыпали электронную плату мукой, а потом сверлили в места, где образовались горочки из муки.
3--Доступные материалы, инструменты и бесплатный софт.
Вывод
Теперь и Вы умеете изготавливать детали из оргстекла и можете учить этому других.
Делайте красивые прототипы на подложке из оргстекла в этом нет ничего сложного. Сверлить это очень просто. Можно даже в домашних условиях. А вот выпиливание прямоугольника из оргстекла придется делать в промзонах на CO2 лазерных 100W резаках.
У авиа моделистов даже есть поговорка:
Если изделие некрасивое, то оно и не полетит.
Поэтому и прототип тоже должен выглядеть красиво.
P.S. Я знаю на юго-востоке Москвы отличного мастера, который делает резку на 100W лазерном CO2 станке TG: @Al_Machino. Даешь файл *.PDF / *.DXF /*.AI /*.EPS или проект в программе MoI 3D и через 1...2 дня получаешь аккуратную деталь. Рекомендую.
Однако мастера лазерной резки обычно могут потребовать список всех отверстий с абсолютными координатами центров отверстий и их диаметрами. Поэтому к ним надо обращаться с вот такой таблицей.
https://docs.google.com/spreadsheets/d/1o7T8dShrgXaf4Fzo-sv7AQBBhFNh9EByjL1mH04JHbg/edit#gid=0
