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La parte 1 de esta serie analizó los requisitos de diseño del controlador Anthill (o AnthC). En la Parte 2, aprendimos sobre el proceso para obtener la certificación de código abierto de AnthC. Esta parte describe el proceso (y los desafíos) de construir el controlador Anthill, desde la obtención de los componentes hasta las pruebas de los primeros prototipos.
Actualización de diseño
Debido a la escasez de materias primas y componentes acabados, los últimos años han sido difíciles para la industria electrónica. Como muchos otros proyectos en todo el mundo, el proyecto AnthC sufrió escasez de materiales, lo que provocó retrasos y aumentos de costos. La necesidad de reemplazar componentes también introdujo nuevas fases en el proceso de diseño y nos dio la oportunidad de realizar algunos cambios beneficiosos antes del montaje.
Disponibilidad de componentes
La primera versión del controlador Anthill utilizaba un ensamblador de PCB en China, y algunos de los componentes específicos integrados en él solo estaban disponibles en ese país. En la mayoría de los casos esto no sería un problema: reduce el precio final ya que el instalador puede obtener estos componentes a un precio relativamente bajo y sin derechos de importación. Esto es particularmente beneficioso para producciones pequeñas como el AnthC.
A medida que cambió la situación del suministro global, tuvimos que ajustar nuestras prioridades. Ahora la disponibilidad y el plazo de entrega, no el precio, fueron el factor decisivo en nuestra toma de decisiones. Al final, reemplazamos los componentes exclusivos con aquellos disponibles en los principales minoristas como Mouser, Digikey y Farnell.
Al reemplazar los componentes, pudimos recurrir a un instalador europeo para la nueva versión del AnthC. Como el equipo de diseño también tenía su sede en Europa, esto acortó el plazo de entrega de los nuevos prototipos.
Diseño para fabricación y pruebas.
Además de reemplazar componentes obsoletos, en esta ocasión mejoramos el Diseño para Fabricación (DFM) y el Diseño para Pruebas (DFT) de la placa con las siguientes modificaciones:
- Todas las vías configuradas en el mismo tamaño (diámetro del orificio 0,3 mm, diámetro de la almohadilla de cobre 0,6 mm). Esto nos ofreció el mejor compromiso entre la densidad requerida y el precio del panel.
- Se agregaron puntos de prueba a todas las mediciones de voltaje clave en el nivel inferior. Esto permitió probar la placa en una línea de producción utilizando un banco de pruebas (Figura 1).
- Mejora la legibilidad de la impresión de pantalla de componentes donde la polaridad es crítica, como: B. Diodos. En una versión anterior de la placa, todos los diodos estaban equipados con la polaridad incorrecta.
- Se redujo la cantidad de componentes diferentes en la lista de materiales (BOM) mediante números de piezas de fabricación consistentes.
Ilustración 1. Los bancos de pruebas de PCB son cruciales para el control de calidad en la producción en masa. Imagen cortesía de SparkFun
fabricación y montaje
Una vez implementadas todas las mejoras, ¡llegó el momento de la producción! Debido a su popularidad, investigamos a JLCPCB como posible fabricante y ensamblador. JLCPCB ofrece precios bajos, lo que habla claramente por ellos.
En una nota menos favorable, el proceso JLCPCB requiere trabajo adicional por parte del diseñador y potencialmente complica la cadena de suministro. Afortunadamente, existe una curva de aprendizaje y el proceso se vuelve más intuitivo con la repetición.
Provisión de archivos
Para facilitar la legibilidad y permitir la búsqueda automática de las referencias correctas, JLCPCB requiere que los usuarios carguen los archivos de fabricación y montaje en formatos específicos. Los archivos de fabricación deben ser archivos Gerber. Estos se pueden generar fácilmente con KiCad y exportarlos tampoco es complicado.
Sin embargo, los requisitos del archivo de ensamblaje son más específicos y pueden ser más difíciles de implementar. Formatear la lista de materiales correctamente puede llevar mucho tiempo. Afortunadamente, la comunidad de código abierto es muy activa, por lo que existe un complemento llamado JLC-Plugin-for-KiCad que puede ayudar. Las principales características de este complemento son:
- Genera los archivos Gerber necesarios en un formato aceptable.
- Crea la lista de materiales y selecciona y coloca archivos en formatos utilizables por JLCPCB.
- Agrega el número de pieza JLCPCB a la lista de materiales. JLCPCB utiliza sus propios números de pieza para buscar componentes.
- Agrega un campo que corrige el desplazamiento del componente. El desplazamiento de un componente personalizado puede diferir del definido por las bibliotecas JLCPCB; esta característica le evita tener que corregir el desplazamiento al solicitar la PCBA.
Después de cargar los archivos Gerber y BOM, fue posible visualizar la PCBA en KiCad (Figura 2). También me pareció interesante ver los soportes de PCB utilizados para montar los componentes en la placa. Los terminales de conexión no se incluyen en la Figura 2 porque posteriormente fueron soldados manualmente.
Figura 2. Controlador Antilla PCBA. Imagen cortesía de Ignacio de Mendizábal
Ordenar los componentes
JLCPCB almacena muchos, pero no todos, los componentes necesarios para la placa controladora Anthill. Para los componentes que no tienen en stock, ofrecen la oportunidad de ordenar y almacenar los componentes para usarlos en futuros ensamblajes. También puede pedir las piezas usted mismo y enviarlas a JLCPCB.
No importa qué opción elija, o qué instalador elija, es importante verificar la cantidad mínima de pedido (MOQ) al realizar el pedido. El MOQ está determinado por:
- La cantidad mínima requerida por el vendedor de componentes para realizar una compra.
- La cantidad de componentes que necesita instalar en sus placas.
- La cantidad de desgaste se refiere a la cantidad de piezas de repuesto que necesitará el instalador en caso de que algo salga mal durante el proceso de montaje.
Si inicialmente no cumple con la cantidad mínima de pedido, deberá realizar un pedido adicional para compensar la diferencia antes de que pueda comenzar el ensamblaje. Preste especial atención a comprobar la cantidad de abrasión. Es mejor gastar un poco más en componentes de repuesto inicialmente que retrasar el montaje durante días o semanas mientras se espera que llegue un envío adicional.
Pruebas
Para las pruebas preliminares, tuvimos que escribir código en el lenguaje de programación Arduino. Un ejemplo de esto se puede encontrar en la Tabla 1.
Tabla 1. Un fragmento del código utilizado para probar el controlador Anthill.
Afortunadamente, ya había muchas bibliotecas de códigos disponibles, lo que aceleró el desarrollo. Usamos las siguientes bibliotecas:
- MCP3XXX: para acceder al convertidor analógico a digital (ADC) MCP3464T-E_NC
- MCP7940: para acceder al reloj de tiempo real (RTC) MCP7940N-I/SN.
- arduino-i2c-sht4x: para acceder al sensor de temperatura y humedad Sensirion SHT40-AD1B-R2.
Adoptamos un enfoque modular. Cada módulo se puede activar o desactivar según sea necesario. Esto permitió realizar pruebas unitarias de cada área de la placa y aislar problemas para que cada uno pudiera abordarse individualmente.
Cambios
Durante la fase de prueba, algunos puntos requirieron especial atención o modificaciones. Por un lado, el circuito de control del convertidor LM2735 no se comportaba correctamente: los niveles lógicos no subían o bajaban lo suficiente cuando se conectó la batería para activar el convertidor. Para resolver este problema, reemplazamos las resistencias R30 y R11.
Las nuevas resistencias permitieron conmutar entre la batería y una fuente de alimentación de CC, concretamente el convertidor elevador U12. Antes de este ajuste, los niveles lógicos de R30 y R11 no habrían sido lo suficientemente altos o bajos para habilitar o deshabilitar el convertidor elevador. La Figura 3 muestra las resistencias antes y después de los cambios.
Figura 3. Resistencias R11 y R30 antes (izquierda) y después (derecha) de las modificaciones. Imagen cortesía de Ignacio de Mendizábal
Además, el soporte de la pila de botón se fabricó por error para una batería CR2430 en lugar de una batería CR2032. Eso no fue un gran problema: pudimos usar una CR2430 para el prototipo, lo cual terminamos haciendo. Sin embargo, en la versión final reemplazamos el conector por uno para CR2032, asumiendo así el riesgo de utilizar un dispositivo de montaje en superficie en lugar de un dispositivo de orificio pasante.
Próximos pasos
En este punto del proceso, todas las funciones principales del Controlador Anthill están funcionando. La producción se vuelve más fluida; Las soluciones a los problemas que identificamos se implementarán en la próxima versión. Sin embargo, queda más trabajo.
Para que el AnthC se venda en Europa, nuestro mercado objetivo, debe someterse a pruebas de compatibilidad electromagnética (EMC) y cumplir con las directivas de la Unión Europea en materia de salud, seguridad e impacto ambiental. El último artículo de esta serie explica estos requisitos legales y cómo cumplirlos, con suerte desmitificando el proceso.
Nota editorial: El desarrollo inicial, las pruebas y la fabricación del controlador Anthill fueron posibles gracias a la financiación de Anthill, pero la empresa no participa actualmente en el proyecto. Ni All About Circuits ni el autor de este artículo reciben ningún beneficio financiero de Anthill por publicar el artículo.
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