BEAM Solar Powered Pummer (Heart Shaped PCB)

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简介:光束太阳能泵(心形印刷电路板)

关于:我喜欢DIY的所有方面我的爱好包括机器人,折纸,木工,电子,铁匠,动画,小发动机,老式机械,定格,模具制作,实际效果,动画…

这是我一年多来一直想完成的项目。这是一个心形的,基于光束的泵电路,我白天充电,晚上像心脏跳动一样闪烁。太阳能发动机是一个SIMD1太阳能发动机的威尔夫里格特和抽水机是一个修改版本的节能闪光器,闪烁2个led关闭一个振荡器。

See:

http://solarbotics.net/library/circuits/bot\u pummer。。。

http://solarbotics.net/library/circuits/se\u noct\u SI。。。

我的最终设计从太阳下山开始持续了大约3个小时。

我个人喜欢把PCB设计作为从试验板电路到性能板电路的一个进步,我特别喜欢设计不仅仅是连接元件的PCB。希望通过这个指导你会看到,虽然一个PCB设计师,如鹰可以是超级强大的,创造一个功能和美学电路,如这里介绍的一个可以快速,有趣和真正的访问。我花了一天的时间设计,只花了大约30美元的PCB和组件!当然,我已经有了各种各样的电阻器、盖子和烙铁。

第1步:编辑:什么是抽水机?

评论中似乎有一点混淆了什么是抽水机,这是非常公平的。

束流机器人技术是一种模拟电路构建的“风格”,流行于90年代末和21世纪初。束流电路使用最小的模拟元件,通常用于完成简单和非常有机的任务。在光束机器人技术中,泵是一种显示光或声音模式的电路。

See the Wikipedia pages for a broader overview here:

https://en.wikipedia.org/wiki/BEAM\u机器人学

https://en.wikipedia.org/wiki/Sitter_(光束)

第2步:原型设计

第一步是在试验板上制作电路原型。我使用了一个设计几乎完全相同的威尔夫的抽水机从链接在第1步,但我取代了一个100k电阻在抽水机的输出与LED,并增加了一个电阻之间的输出电容器和输出LED,以获得一个不太明亮,但较长的闪光。在第二张照片中,你可以看到Wilf最初设计的输出LED和电阻器之间的节点处的波形。高于2.2v的峰值是LED亮起的地方,而低于2.2v的下降只是通过100k电阻器释放电荷。在照片3和4中看到的我的修订版中,高于2.2v的峰值和较低的峰值都会产生闪光(因为蓝色LED将电压调节到~2.9v,在照片4中可以看到其他2.2v差异,这次是2.9v导轨和输出LED之间的节点)。这个版本意味着参考电压LED必须比输出LED的电压更高(因此电路运行时间更短),但是浪费的电量更少。我更喜欢这种方式,但是两个振荡器,第二个作为第一个的奴隶,并使用一些更接近威尔夫的原始电路也会工作。只要让我知道,如果我可以澄清任何这一点,并原谅示波器屏幕的照片,我有一些麻烦保存到USB。

因为我几乎完全遵循WIlf rigger的设计,所以我主要使用这一步来计算我所看到的使闪光灯以类似心率跳动的值分量。

一旦我被预期运行的电路,我使用这个电路大致计算我的击退后持续多长时间持续时间。

为了计算我们的电路将持续多久,我们可以使用两个公式,根据电荷存储在,和电荷离开存储电容器。

首先我们知道Q=CV,也就是说,电容器中的电荷“Q”等于电容x电容器上的电压。

我们还知道电流I=Q/t的公式,其中“I”是电流,“Q”是电荷,“t”是时间。

我们可以重新安排这些I=(C*ΔV)/Δt式中,“ΔV”表示电压变化,“Δt”表示时间变化(秒)

因此,通过在一个时间点测量电压然后再测量一定的时间(我通常需要大约半小时以获取更多准确的结果),我们知道在等式的右半部分上有所有数字和我们可以看到电路平均从电容器绘制多少电流。

现在知道了“I”,知道了电容器在白天会充电到4.5-5v左右,这个蓝色LED在2.8v左右关闭,我们可以计算出从完全充电到完全放电所需的时间。Δt=(C*ΔV)/I

作为一个例子,使用第一个方程式,我发现这个电路的电流约为200uA。现在看第二个方程,知道电容是1法拉,

Δt=(1*(5-2.8))/(200X10^-6)

Δt = 11000 seconds

Δt=((8500/60)/60)小时

Δt=3.06小时

第3步:绘制原理图

一旦我确定我的设计在试验板上工作,我就开始在我选择的PCB设计师Eagle中绘制原理图。

放置组件

First step was placing all the components I knew I needed (I missed a couple the first go around but just having the important components where they need to be is the most important part). All of the basic, surface mount components such as the SOT-23 transistors and 0804 resistors/caps came from the standard Eagle libraries.

I kept some of the resistors and capacitors (namely R3, R4, R5 and C3) as through hole components such that their values were easier to change and experiment with for different effects. R3 and R4 dictate the time between the flashes of each of the large, red LEDs and C3 and R5 dictate the brightness and length of each flash. These too, all came from standard Eagle libraries however you may have to do some measuring or snooping on datasheets to see which capacitor footprints you need.

LED1仅用作调节太阳能发动机输出电压的参考(参见http://solarbotics.net/library/circuits/se\u noct\u SI。。。有关如何工作的更多详细信息)。因此,它可能只是另一个小的表面贴装组件,但我决定选择一个3毫米的LED再次简化事情,如果我想改变它为不同的调节器电压。发光二极管2和3是大的,10毫米的红色发光二极管,将闪烁在最终的设计和所有这些足迹可以在基本的鹰图书馆也找到。

The pads for the solar panel as well as the surface mount 74HC14 were also pulled from the standard Eagle libraries.

我下载的1n4148ws表面贴装二极管有一个外部库,它运行良好。

类似地,我在标准库中找不到1F电容器的封装外形,但是我在Sparkfun电容器库中找到了它。不幸的是,虽然这个零件的外部足迹是正确的,但引线的孔太小,几乎太小,钻不出更大的孔。幸运的是,正如你将在后面的步骤中看到的,我非常幸运,这是一个简单的解决办法。它总是很难看到所有这些小细节之前,董事会已经制造和你会看到,我确实犯了一些错误。

连接组件

Eagle的组件连接顺利,但74HC14芯片有几点需要注意。首先,我们必须接地的其他5门,你可以在最后的照片中看到每个输入。

We also need to connect the chip to a GND and VCC net to power the chip. Luckily in my schematic I included a GND however I forgot to include a VCC which meant after routing that my chip's VCC pin was left floating. Another issue I needed to fix later down the line.

步骤4:最终组件值

跟随are the valued I found to work best in the end, and some information on why:

R1:~10万

R2:~ 10公里

R3:2.2米(可以小一点以获得更快的节奏。这个值使我得到了~38的BPM,这是相当缓慢的,即使是睡眠BPM,但它是平静的,仍然非常读取一个心跳,它延长了电路每天晚上可以闪烁的时间)

R3:470k(这个值改变了第一次和第二次闪光之间的时间,我发现~500k工作得很好)

R5:100欧姆(甚至不是真正必要的,但它使每个闪光灯的亮度变暗,停留时间更长,它也可能延长LED的寿命,这不太可能是一个问题)

C1: 100nF

C2: 1uF

C3:10uF(22uF似乎也能正常工作,只要它有足够的时间充电,理论上这个电容越高,每次闪光越亮,时间越长,但它会消耗更多的能量)

C4:1F(我还没有在冬天或阴天测试这个电路,因为它现在阳光明媚,但是有了这个面板和一个1F电容器,电路在中午之前就充满电了,我几乎可以从同一个面板上给一个7.5F电容器充满电,所以一个更大的电容器不是个坏主意)

C5:470UF(此电容器可以小得多或甚至省略,但是当它是SIMD1调节器上的蓝色参考LED将在每个脉冲之后照亮,由于电流过量倾倒在电源轨上,通过C4,所以我只需夹住一个真正的大电容即可摆脱任何内容。

第5步:创建电路板

下一步我们可以创建板。鹰默认为一个矩形板,但我们想要一个心形板。为了改变这一点,我删除了董事会的轮廓,移动到尺寸层,并起草了与线和弧,如照片所示的董事会。一旦完成,内部的董事会将去一个不同的颜色的背景。

步骤6:放置零件

Next we must place the parts. I started by roughly sketching on paper where I wanted the large components to go.

下一个我画的轮廓of the solar panel using lines on the tPlace layer. This is the layer for white silkscreen on our final PCB. I drew the rectangle to size, placed it where I wanted on the board and moved the solar pads to where they should be, making sure to get the polarity correct.

当我像这样画PCB时,我倾向于按照我在示意图中布置的大致方向对元件进行大致分组。所以我把电路的左右两侧(太阳能发动机和抽水机)组合起来,就像我在示意图上画的那样,如图4所示。这些组件在布线时需要移动一点,但这通常是一个很好的开始。

接下来,我把大的组件放在我想要的地方,因为它们主要决定最终PCB的美观,然后把两组小组件放在它们最合适的地方。

Step 7: Routing the PCB

下一步是布线PCB。要做到这一点,我首先做一个地面上的任何一方填补董事会,以清除所有的地线和空气线。要做到这一点,我将画一个多边形,包括整个董事会的顶部和底部层,并命名他们都GND。若要填充多边形,请单击“Ratsnest”,并清除其余布线的地面填充,请单击“Ripup”,然后将所有可见多边形撕开。现在,您将注意到所有地面空气导线都已清除。

接下来,我们将按照我们认为合适的方式布置其余的空气导线。一般来说,尽量在一边走。一旦我做到了这一点,我必须有更多的连接,本来可以在顶面,但我决定他们会更干净的背面做,幸运的是,我做了,因为它与小电容器孔更简单的修复错误。

第8步:PCB细节

然后我在PCB上添加了一些细节。我首先重新制作地面填充,幸运的是顶部填充是默认的鹰红色,所以我可以得到一个更好的感觉,最后一块板会是什么样子。

以同样的方式,我们绘制了董事会的轮廓,我添加了一些小心形的丝印(tPlace)和tStop层。tStop层是我们告诉PCB制造商不要包括任何暴露在下面的铜的红色焊接掩模的地方。因此,在HASL完成,我们将结束与这些线是银(与ENIG完成他们将是金)。我还写了“JLCJLCJLCJLC”在一个位置,将结束在太阳能电池板下。这是一种我们可以告诉PCB制造商(在本例中为JLCPCB)将订单号放置在何处的方法,否则该编号将随机出现在电路板上的某个位置,这在我们更关心美观的电路板上是不太好的。

Finally I wrote a little PCB title and date on the back of the board.

第9步:PCB DRC

接下来,我们可以做一个设计规则检查,DRC(和错误规则检查,ERC),以确保我们的电路板已经准备好生产,对于我发送给JLCPCB的所有电路板,我已经完成了默认的Eagle DRC以及我在internet上找到的这个特定于JLCPCB的DRC。

步骤10:订购PCB和组件

一旦我们对印刷电路板感到满意,我们就可以从我们的板房订购印刷电路板,在这种情况下,我选择了JLCPCB,因为我在过去与他们有很好的运气,这种印刷电路板的价格是正确的。

为了订购PCB,我们将告诉Eagle生成gerber CAM数据,然后将其上传到JLC订购页面。在这里,我们可以看到,在格伯观察器,我们的最终董事会将如何看待渲染

所有的订单设置可以保持不变,除了我们将改变印刷电路板颜色为红色,并说,我们已经指定了订单号的位置。

我已经有一些组件完成这个板,但其余的我买的元素14。你唯一不能从element14购买的组件是太阳能电池板,我曾经在ebay上买过它,但是它们正在慢慢从ebay上消失,我不得不从aliexpress上买了10个。它们是25x45mm,5V的太阳能电池板。

第11步:全新的PCB!!!

不到一个星期,多氯联苯就在悉尼被制造出来并交给了我!

第12步:。。。全新PCB的问题!!='(

I was going away for a 5 day holiday so, knowing that I had wanted to do this project for a while, I prototyped, designed and ordered these PCBs as well as the components all in the one day I had before going away. As such I made a couple of mistakes with the PCBs which could have been avoided with more time.

1文本

一个小问题是,我写的文字,我打算在丝网层(告诉我哪个电阻应该控制较长的暂停之间的闪光和哪个控制较短),在tStop层的意外。最后,这不是一个大问题,印刷电路板的房子只是移动文本略有,所以它不会干扰跟踪下运行的电阻之一。

2电容器小孔

如前所述,我从Sparkfun库中获取的1F电容器的封装外形有太小的孔,无法安装电容器的支脚。

三。74HC14电源连接缺失

前面也提到过,我从未连接过74HC14的VCC引脚。

步骤13:焊接PCB

To solder the PCBs I used 2 tips, a chisel tip for the through hole components as well as to drag solder the 74HC14. And a fine tip for soldering the rest of the SMD components.

This whole PCB can be done with just one of these tip however. Soldering the SMD components with the chisel tip is really not too much harder at all and soldering each pin of the 74HC14 chip individually with a fine tip is something I have done many times and I actually find it incredibly relaxing.

别忘了带安全眼镜。

第14步:固定小孔

我开始放置1F电容器,这不是理想的第一个组件的地方(通常你想去最小/最薄的最大/最高),但我真的想确保这个修复工作之前焊接的PCB的其余部分。

To fix the small holes I got very lucky. Drilling out the plated through holes means that once drilled, the top and bottom pads will no longer be connected unless you reconnect them manually. Luckily all my connections to the capacitor legs were on the bottom of the PCB where I was to solder to anyway meaning all I had to do was carefully drill the holes out to the required 1.4mm and solder to the remaining copper (of which there was very little!). Had I instead made connections on the top side of the board, a bodge job such as that shown later on would have been necessary to remake the connections I broke when drilling out the holes.

我还仔细地刮去了一点从连接孔脱落的焊锡掩膜,希望焊锡也能在那里润湿,从而形成更好的机械连接。

第15步:焊接太阳能发动机(SMD组件)

要手工焊接SMD元件,我首先在最右边或最上面的焊盘上放一点焊料。接下来,我用左手拿着一些细镊子将元件固定在适当的位置,同时用右手拿着熨斗重新焊接焊料,以便与元件连接。一旦我对元件的放置感到满意,我就焊接另一面,然后我可以在必要时使用更多的助焊剂/焊料,并清理原来的一面(因为如果我第一次难以放置元件,回流几次后接头就会变钝)。

Then I clean up any flux residue with some isopropyl alcohol, a toothbrush and a paper towel.

第16步:焊接太阳能发动机(THT组件)

Next I soldered the 3mm LED used for the voltage regulation of the solar engine.

From here I can actually charge up the capacitor as it is already in place and ensure the solar engine and its voltage regulation are working as expected.

第17步:焊接74HC14和振荡器的其他表面贴装组件

接下来,我将SMD组件焊接到泵/振荡器部分。我开始焊接2个相对引脚的74HC14,因为我会与任何其他贴片元件。接下来我像往常一样焊接其他SMD元件。

最后,我交换到我的凿子尖和74HC14固定在2个地方,我拖焊锡其余引脚。这需要相当大的流量。

步骤18:焊接剩余的通孔部件

接下来,我焊接其余的通孔组件与任何其他印刷电路板,从较低的电阻和电容开始,并与大电容器和10毫米的LED结束。

步骤19:修复缺失的连接

这是我意识到我错过了74HC14的VCC连接的地方。

为了修复VCC的缺失连接,我切了一小段漆包铜线,将74HC14的VCC引脚连接到我能找到的最近的VCC点(在这种情况下是滤波电容器支腿)。我觉得这是我能想出的最干净的bodge电线,幸运的是,我不觉得这是一个在最终设计的眼睛痛。

步骤20:初始测试

你可能知道,我很喜欢边走边测试电子线路。它使故障排除变得更加容易接近和简单。即使在这样一个相对简单的项目中,当您在构建过程中进行测试时,反向二极管或电容器也很容易找到,但是如果您一次性组装整个电路板,则可能更难诊断。

As I knew the Solar panel would be pretty hard to remove once attached, I connected it with some wire to begin with and left the circuit outside for a couple days to make sure I was happy with its operation.

Step 21: Small Changes, Diffused LEDs and Resistor Values

我决定我对这个设计很满意,但是每个脉冲的第二次闪光之间的短暂停顿我只想稍微小一点,所以我焊接了一个新的PCB,从一个680k欧姆的电阻器变成了一个470k欧姆的电阻器。

更重要的是,我在我的钻床上扔了两个新的LED灯,用360砂纸打磨,直到它们有点扩散,因为清晰的透镜虽然非常擅长投射光线,但当它放在我的桌子上时,并没有做太多的工作来照亮实际的LED灯。

第22步:。。。最后是太阳能电池板

最后我把太阳能电池板焊了下来。我切了3个短长度的0.8毫米黄铜棒(实心线也可以工作相同),并焊接了2个L形件的面板。

较小的长度我直接热粘到PCB上,以支撑面板的背面(防止推面板背面、撬面板和拔下PCB垫)。

I then heated the PCB with a heat gun until the hot glue was liquid again, applied more hot glue and stuck on the solar panel. Heating the PCB made it much easier to glue the entire panel as well as makes for a more solid connection. I could have also scratched up the panel and/or board for a better connection however I find sufficiently hot hot glue to do a good enough job.

Finally I used a liberal amount of solder to connect the brass rods to the PCB.

第23步:PCB涂层

我真正要做的最后一件事是添加PCB密封剂,因为我想把它留在户外。我真的不太喜欢透明涂层的外观,它使LED的漫射度大大降低,但至少现在它应该持续更长的时间。我可能会再做1或2个这样我就可以遮住扩散发光二极管时,涂层这些。

Step 24: Finished!

一切就绪!最后,我对结果非常满意,特别是在我对这个想法坚持了这么久之后。享受这最后的视频展示涂层电路,以及它如何看在晚上再次=D。

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    8讨论

    1
    拉菲120

    7天前

    很好的描述,但我是德国人,不明白,什么是抽水机!:-)

    1
    纳米机器人怪人

    回复7天前

    是的,对不起!我应该解释一下,我现在补充了一个简短的解释什么是抽水机在第一步。它只是一个由束流机器人爱好者(我想是在90年代)编出来的术语,用来描述一种模拟电路,它可以显示光或声音的模式。当第二步更新时,还有一些指向相关Wikipedia文章的链接()

    2
    廷韦尔保罗

    7天前

    非常全面的描述。谢谢。我可能在显示我的年龄,但什么是泵?

    0
    纳米机器人怪人

    回复7天前

    哦,是的!哈哈,这很公平。它可能需要一段时间来更新,但我已经添加了一个新的第一步,简要说明什么是泵。它只是一个使用模拟元件显示闪光灯模式的电路。所有这些BEAM机器人的东西在90年代末到21世纪初很流行,所以我想这个术语现在已经不太常见了,但是我真的希望更多的人仍然喜欢BEAM机器人。剥去数码的力量,看看用非常简单的元件还能做些什么,真是太酷了!

    0
    Darkninjayt.

    10天前

    你能说说你以前是怎么设计这块板的吗

    1
    纳米机器人怪人

    10天前回复

    一定地!我使用了Eagle,这是一个来自Autodesk的PCB设计软件188bet比分

    Well done! Some great tips in the ‘ible as well which I’ll be using in my next PCB build.

    也爱心形PCB!

    1
    纳米机器人怪人

    12天前回复

    谢谢您!是的,我不认为这里面有什么革命性的东西,只是一些零碎的东西。自从我第一次在jlc上看到彩色PCB后,我就一直想做一个心脏PCB。真的想做一个迷你版这些耳环或吊坠在某个时候!