なんでも作っちゃう、かも。

Arduino/Make/フィジカルコンピューティング/電子工作あたりで活動しています。スタバの空きカップを使ったスタバカップアンプなど製作。最近はもっぱらArduinoと3Dプリンタの自作に興味があります。

Wifi温度湿度計の基板と部品のセットを頒布します。

Posted by arms22 on 2016年09月19日 0  0

2016/9/28
完売しました。


Wifi温湿度センサー基板実装済み

Wifi温度湿度計の基板と部品のセット、専用ケースを付けて送料込みで¥2,500で頒布します。全部で8セット、先着順で頒布します。完売しました。QFNパッケージまたチップ部品のはんだづけの練習をしたい方、リフローオーブンを作ったんだけど練習台が欲しい方、電池駆動のIoTデバイスを作りたい方におすすめです。


主な特徴

  • ESP-WROOM-02搭載
  • LM3671搭載(2MHz、600mA 降圧型 DC/DCコンバータ)
  • BQ24070搭載(リチウムイオンバッテリー充電およびシステムパワーパス管理)
  • リチウムイオン電池用PHコネクタ搭載
  • システム電源ON/OFFスイッチ搭載
  • リセットスイッチ・動作モード切替スイッチ搭載

※※※ご注意※※※
  • QFNパッケージ(リードなし)の部品を使用しています。
  • ピンヘッダは付属しません。
  • 温湿度センサーモジュールは付属しません。
  • リチウムイオン電池は付属しません。
  • MicroUSBは充電専用です。プログラムの書き込みにはUSBシリアル変換モジュールが必要です。


申し込み方法

メール(arms22 at gmail.com)またはtwitterのDMで「Wifi温度湿度計基板頒布希望」と書いて住所・氏名をお知らせください。お支払い方法は折り返し連絡します。頒布品はスマートレター(日本郵政)で送ります。QFNパッケージのはんだづけ済み基板をご希望の場合はその旨お知らせください。


頒布内容


IMGP1284
基板、部品、専用ケースが付きます。

IMGP1287
チップ抵抗・チップコンデンサは部品表に貼付けているので実装時に迷いません!


USBシリアル変換モジュール

プログラムの書き込みにはUSBシリアル変換モジュールが必要です。3.3V動作のモジュールを使用してください。

超小型USBシリアル変換モジュール: 半導体 秋月電子通商 電子部品 ネット通販
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-08461/

FTDI USBシリアル変換アダプター(5V/3.3V切り替え機能付き) - スイッチサイエンス
https://www.switch-science.com/catalog/1032/

ESP-WROOM-02とUSBシリアル変換モジュールの接続は下記写真を参考にしてください。プログラム書き込み時の電源はMicroUSBまたはリチウムイオンバッテリーから供給してください。

IMGP1289
ESP-WROOM-02 vs USBシリアル変換モジュール
TXD --> RXD
RXD <-- TXD
GND <-> GND


リチウムイオン電池

リチウムイオン電池は付属していません。900mAh以上の1セルのリチウムイオンまたはリチウムポリマー電池を別途お買い求めください。基板は電池がなくても動作します。

リチウムイオン電池900mAh - スイッチサイエンス
https://www.switch-science.com/catalog/2073/

適合ハウジング:PHR-2
http://www.jst-mfg.com/product/pdf/jpn/PH.pdf


実装時の注意点


image
USB接続による電源投入時、ESP-WROOM-02がうまく起動しない場合があります。RSTの立ち上がりを遅らせるため、0.01uFのチップコンデンサをRSTスイッチの端子と端子の間にはんだづけしてください。

image
バッテリー未接続時、充電完了・再充電を繰り返すのでR10/R11のチップ抵抗は実装しないでください。

image
D1/D2のシルクがある方がLEDのカソードです。

image
U4U2のICの向きに注意してください。はんだづけはこちらの動画を参考にしてください。


寸法図


Wifi温度湿度計_寸法図


回路図と部品表

Wifi温度湿度計_回路図_rev1.pdf
Wifi温度湿度計_部品表_rev1.pdf

QFNパッケージをリフローオーブンを使わず簡単にはんだづけする方法

Posted by arms22 on 2016年09月14日 0  0

3.5mm x 4.5mmの小型QFNパッケージをホットエアーやリフローオーブンを使わず簡単にはんだづけする方法をご紹介します。IC下面にサーマルパッドがあるIC限定ですが、位置決めの精度をほとんど必要としない方法なのでお勧めです。


下ごしらえ



Wifi温度湿度計基板表 Wifi温度湿度計基板裏

写真のようにICの直下に大きめのスルーホールを設けて基板の表と裏を接続します。この写真は極端な例だけど、少し大きめのスルーホール(0.5mm〜)を数個配置するだけでも良いです。


はんだづけ




まずはIC下面のサーマルパッドをはんだづけします。

  1. フラックスをフットプリント全体に塗布します。
  2. 基板表のサーマルランド(基板側のパターン)にはんだを薄く塗り広げます。
  3. 再度フラックスを塗布します。
  4. 向きを間違えないようにICを載せます。位置決めはそこそこでOK。
  5. 基板の裏側から大スルーホールを通してサーマルランドを20〜30秒加熱します。
  6. はんだの表面張力でICが自動的に最適な位置に移動します。
  7. ICが最適な位置に来たらコテを離します。




サーマルパッドのはんだづけでICの位置は決まっているので、残りの端子をはんだづけします。

  1. 4辺にフラックスを塗布します。
  2. コテ先にはんだを少し盛って辺に対して垂直にコテをあてて、端子一つずつはんだづけします。
  3. 上記を4辺繰り返します。


ブリッジした場合の対処法
フラックスを塗布、コテ先のはんだを拭ってブリッジにコテをあてる。コテ先にはんだが移動してブリッジが解消されます。


白光 ダイヤル式温度制御はんだこて FX600
白光 (2012-01-18)
売り上げランキング: 115


白光(HAKKO) こて台 633-01
白光
売り上げランキング: 222


Wifi温度湿度計の製作(7) - 基板に部品を実装したよ。

Posted by arms22 on 2016年09月05日 0  0

Wifi温湿度センサー基板実装済み

うまくはんだづけできるか心配していたQFN(真ん中の黒いIC)もわりと簡単に終わって、すべての部品を実装しました。特に大きな問題もなく動いているようです。ただ電池電圧の監視用にバッテリー端子に追加しておいた分圧回路が原因で、電池未接続時に充電完了→再充電を高速で繰り返すような動作をしてたので、分圧回路の抵抗は取り外しています(R10)。

左端の凸型の基板は秋月電子の温湿度センサーモジュールです。さてそろそろソフト作らないとなぁ。。センサーデータのサーバどうすっかなぁ。

HDC1000使用 温湿度センサーモジュール: 組立キット 秋月電子通商 電子部品 ネット通販
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-08775/

Wifi温度湿度計の製作(6) - ケースを作ったよ。

Posted by arms22 on 2016年08月30日 0  0

Wifi温湿度計ケース

Wifi温度湿度計のケースを作ったよ。設計はいつものfusion 360で。なんとなくスリットを入れてみたけど石鹸置きのように見えるなぁ。

Wifi温湿度計ケース

基板はネジ止めせず、ケース内の突起で固定するようにした。基板下に1000mAのリチウムイオンポリマー電池を格納する予定。

Wifi温湿度計3Dモデル

fusion 360の画面。このくらいのケースなら2〜3日で作れるようになってきた。


↓fusion 360の書籍が少しずつ増えてきてるようだ。腰を据えてじっくり勉強してもいい頃合かも。

Fusion 360 モデリング・マスター
礒 信一
ソーテック社
売り上げランキング: 5,491


Fusion 360操作ガイド ベーシック編―次世代クラウドベース3DCAD
三谷 大暁
カットシステム
売り上げランキング: 15,086


Fusion 360操作ガイド アドバンス編―次世代クラウドベース3DCAD
三谷 大暁
カットシステム
売り上げランキング: 40,046

Wifi温度湿度計の製作(5) - 基板が届いたよ。

Posted by arms22 on 2016年08月18日 0  0

Wifi温度湿度計基板

Elecrowに発注していた基板が届いた。12日に発注して17日に基板を受け取った。たまたまタイミングが合ったんだと思うけど、めちゃくちゃ早い。のんびり構えてたからまだ部品の発注もしていないのに、、急いで発注しないと。
かかった費用は基板代$9.90 + 輸送費$13.23で合計$23.13、日本円で¥2,436でした。荷物はOCS/ANA Expressで送ってもらった。$13でこの速さなら安い。


発注から到着までの流れ


8月12日 10:19 基板発注
8月12日 15:46 製造開始のメール
8月16日 13:19 基板発送のメール
8月17日 10:38 基板到着(基板は不在で受け取れなかった)

Wifi温度湿度計の製作(4) - Elecrowに基板を発注

Posted by arms22 on 2016年08月13日 0  0

Elecrowは基板の色を変えても追加費用がかからないので、今回はElecrowに基板を発注することにした。ガーバファイルの出力手順は下記記事でまとめたが、若干オプションを変更しているので設定画面を載せておく。

Wifi温度湿度計の製作(2) - デザインルール設定とガーバーファイル出力
http://arms22.blog91.fc2.com/blog-entry-608.html


ガーバーファイルの出力


ガーバーファイル出力
レイヤはF.Cu・B.Cu・F.Siliks・B.Silks・F.Mask・B.Mask・Edge.Cutsの7つを選択。


ドリルデータの出力

ドリルファイル出力
「PTHとNPTH穴データを1つのファイルにマージ」のチェックを外す。

ElecrowのQAによるとメッキなし穴を含む基板を製造したい場合、メッキあり穴のファイルは「基板名-PTH.TXT」、メッキなし穴のファイルは「基板名-NPTH.TXT」とすると良いそうだ。またGML/GLOレイヤの穴はデフォルトでメッキなし穴となる。


ファイル名の変更

以下のようにファイル名を変更しZIPで固める。

*-B.Cu.gbl --> *.GBL
*-B.Mask.gbs --> *.GBS
*-B.SilkS.gbo --> *.GBO
*-Edge.Cuts.gm1 --> *.GML
*-F.Cu.gtl --> *.GTL
*-F.Mask.gts --> *.GTS
*-F.SilkS.gto --> *.GTO
*.drl --> *-PTH.TXT
*-NPTH.drl --> *-NPTH.TXT


発注

下記ページで製造条件を選んで、先ほど固めたZIPファイルを添付し、ADD TO CARTすればOK。

10pcs- 2 layer PCB
http://www.elecrow.com/10pcs-2-layer-pcb-p-1175.html


参考記事

KiCad(BZR5376)でガーバー出力してElecrowで発注する手順
http://www.siegfried-systems.com/kleusbalut/archives/101

Ki-CADで基板設計(ガーバーファイル生成) @ ともの技術メモ
http://tomono.eleho.net/2015/10/18/5996/

Q&A For PCB Service - Elecrow
http://www.elecrow.com/wiki/index.php?title=Q%26A_for_PCB_service

KiCadで雑に基板を作る チュートリアル(P36から発注の手順)
http://www.slideshare.net/soburi/kicad-53622272

Wifi温度湿度計の製作(3) - 進捗

Posted by arms22 on 2016年07月27日 0  0

Wifi温度湿度計ベース基板

電池の持ちが良くなるように部品を見直しました。電源ICをTOREXの「XC6222」からTIの降圧型DCDCコンバータ「LM3671」に、充電ICをTIのパワー・パス管理付き充電IC「BQ24070」に変更します。敬遠していたQFNパッケージも使ってみることにしました。はんだづけがうまくできるかどうか心配。。

あー、、早く設計終わらせて実装したい(ぇ

Wifi温度湿度計の製作(2) - デザインルール設定とガーバーファイル出力

Posted by arms22 on 2016年06月15日 1  0

ガーバービューワーの表示例

設計中の基板をFusionPCBに発注すべくkicadでガーバーファイルの出力作業を行いました。kicadでガーバーファイルを出力する際の手順は下記ブログでまとめられていて、とても参考になります。本記事は下記ブログの内容をもとに行った作業の記録として残しておきます。最近いろいろモノ忘れが激しいので。。

Ki-CADで基板設計(デザインルールを設定) @ ともの技術メモ
http://tomono.eleho.net/2015/10/14/5983/

Ki-CADで基板設計(ガーバーファイル生成) @ ともの技術メモ
http://tomono.eleho.net/2015/10/18/5996/


デザインルールの設定



デザインルール-グローバルデザイン

Pcbnewのメニューからデザインルール->デザインルールを選択し、グローバルデザインルールタブを選んで以下の内容を入力する。FusionPCBのデザインルールに合わせてインチ単位で入力する(一部除く)。

  • 「マイクロビアを禁止」にチェック
  • 最小配線幅 0.008インチ
  • 最小ビア径 0.030インチ
  • 最小ビアドリル径 0.0157インチ(0.4ミリ)
    ドリル径をインチ単位で入力するのは気持ち悪いのでミリ単位で0.4ミリと入力。
  • 最小マイクロビア径 0.002インチ
  • 最小マイクロビアドリル径 0.005インチ

デザインルール-ネットクラスエディタ

次にネットクラスエディタのタブを選んで以下の内容を入力する。新しいネットクラスは作成せずDefaultを使用し、グローバルデザインルールで入力した値と同じ値をを入力する。

  • クリアランス 0.007874インチ
    面実装部品のパッド幅はミリ単位で設計されているものが多いのでクリアランスはミリ単位で0.2mmと入力。
  • 配線幅 0.008インチ
  • ビア径 0.030インチ
  • ビアドリル径 0.0157インチ(0.4ミリ)
  • マイクロビア径 0.020インチ
  • マイクロビアドリル径 0.005インチ

入力が終わったらPcbnewの画面に戻ってDRCを実行する(デザインルールチェックの実行->DRCを開始)。エラーが出たら基板を修正して再度DRCを実行する。これをエラーが出なくなるまで繰り返す。


ガーバーファイルの出力


製造ファイル出力

Pcbnewのメニューから寸法->パッド-マスク(レジスト)のクリアランスを選択して以下の値を入力する。

  • レジストのクリアランス 0.1ミリ
  • レジストの最小幅 0.1ミリ
  • ハンダペーストのクリアランス 0.13ミリ

次にPcbnewのメニューからファイル->プロットを選択し以下の値を入力する。

  • 出力フォーマット ガーバー
  • 出力ディレクトリ
    出力先の場所を指定する
  • レイヤ
    F.Cu/B.Cu/B.SilkS/F.SilkS/B.Mask/F.Mask/Dwgs.User/Edge.Cutsにチェック
  • 「シルクスクリーンにパッド出力」にチェック
  • 「基板外形レイヤのデータを他のレイヤから削除」のチェックを外す
  • 「原点に補助座標を使用」にチェック
  • 「Protelの拡張子を使用」にチェック

入力が終わったら「製造ファイル出力」をクリックしてガーバーファイルを出力する。


ドリルファイルの出力


ドリルファイルの出力

「ドリルファイルの生成」をクリックして以下の値を入力する。

  • ドリルの単位 ミリ
  • ドリルマップファイルフォーマット ガーバー
  • ドリル原点 補助座標
    ガーバーファイル出力の設定と合わせる。
  • 「PTHとNPTH穴データを1つのファイルにマージ」にチェック️
    メッキあり・なしの穴データを1つのファイルにマージする。FusionPCBで使用するドリルファイルは1つだけなのでマージしておく。

入力が終わったら「ドリルファイル」をクリックしてドリルファイルを出力する。


出力したファイルの確認


kicadのメニューからツール->ガーバービューア(GerbView)を起動。ガーバービューアのメニューからファイル->ガーバーファイルを読み込む、で先ほど出力したガーバーファイル一式を選択。ファイル->EXCLLONドリルファイルを開く、で先ほど出力したドリルファイルを選択。レイヤーの透過表示がないみたいなので1レイヤーずつ確認する。ドリル穴がズレていないか等々。


↓なんと1万種類のフットプリントのデータが付いてくるみたいよ、奥さん!




Wifi温度湿度計の製作(1)

Posted by arms22 on 2016年05月26日 0  0

最近流行のWifiモジュール「ESP-WROOM-02」を使った温度湿度計の製作をはじめました。定期的にサンプリングしたデータはセンサーサーバに貯めてブラウザで表示するところまでやりたいと思います。

ハードウェアは手配線するより基板作って実装したほうが早いだろということで、実験もそこそこにKiCadを使って回路を描き始めました。KiCadの勉強をしつつ作業を進めているのですがなかなか設計が終わりません。。


回路図



WifiTempPH_sch

Q1のP-Ch FETはダイオードの変わり。最初はFETのボディーダイオードを通して電流が流れるけど、途中からゲートがONになって低抵抗で電流が流れ始める。普通のダイオードを使うより電圧降下が少ない。VBUSが接続されている時はQ1のゲートがOFFになりVBATにVBUSが流れ込まないようになっている、はず。。

温湿度ICは手頃な値段で手半田できそうなモノが見つからなかったので、秋月電子で販売されているHDC1000を使用する予定。なので回路図には温湿度ICは描いていません。


基板


WifiTempPH_board

基板の外形サイズは50x50mm、空きスペースには2.54mmピッチのランドを配置する。部品点数が少ないのでけっこうすかすかに。もっと詰めて配置して空きスペースを広げようかな。。

WifiTempPH_3D

KiCadには設計した基板を3Dで表示する機能が付いています。部品の3Dモデルがあれば部品同士の干渉も事前に確認できます。これ見てるだけで作った気になっちゃう。


基板ケース


WifiTempPH_case

基板設計と並行してfusion 360で基板ケースも設計中。KiCadにはDXF(2次元のCADデータ)を取り込む機能があるので2/3D CADで基板の外形を描いて、それを取り込むこともできるようです。

MCP73831を使ったリチウムイオン・リチウムポリマー充電回路

Posted by arms22 on 2016年05月06日 0  0

IMGP1244

MicrochipのMCP73831というICを使った充電回路の実験を行いました。実験といっても応用例どおり回路を組んで動かしてみただけですが、上写真ではリチウムイオンポリマー充電池(1000mAh)2個をMCP73831を2つ使って充電しています。MCP73831はaitendoで2個100円で購入しました。


回路


MCP73831標準応用例
MCP73831データシートより

入出力のコンデンサは手持ちの10uFの電解コンデンサを使用。必要ないと思うけど積層セラミックコンデンサ0.1uFもおまけでつけておいた。PROGに接続する抵抗値によって充電電流が決まり、次の式で計算できます。
I-REG = 1000V / R-PROG

R-PROG → kΩ
I-REG → mA

例.
500mA = 1000V / 2kΩ
416mA = 1000V / 2.4kΩ
178mA = 1000V / 5.6kΩ
100mA = 1000V / 10kΩ


熱問題

MCP73831接合部温度に対する充電電流
MCP73831データシートより 接合部温度に対する充電電流

MCP73831はリニア方式の充電ICなので電源と充電池の電圧差はそのまま電力損失となり、ICを加熱させます。幸いMCP73831にはダイ温度に応じて充電電流を制限する機能があるので、ICが壊れてしまうことはなさそうです。ただ充分冷却しないと期待した充電電流が得られなくなります。


電源にUSBを利用する場合

MCP73831はUSBバスに繫がってネゴシエーションしたりしないので、PCに接続して充電したい場合は、充電電流を100mAまで下げた方が良い。或は下記のような2A・2.4A出力対応のUSB充電器がおススメ。



USBケーブルは2A・2.4A出力対応品でできるだけ短いほうが良い。

ELECOM microUSBケーブル 2A出力 高耐久 1.2m ブラック MPA-AMBS2U12BK
エレコム (2014-09-04)
売り上げランキング: 19,661



参考URL

MCP73831/2 - 超小型単セル用フル集積化リチウムイオン・リチウムポリマー充電管理コントローラ
http://www.microchip.jp/docs/DS21984B_JP.pdf

Raspberry Pi 3の電源問題について - スイッチサイエンス
http://doc.switch-science.com/support/RaspberryPi3/raspi3power.pdf

このカテゴリーに該当する記事はありません。