← 3D modelování

Deska a krabička FlatLock v0

Zkušební deska s modulem ESP32-C3 a krabička k 3D tisku. Schéma, deska, kontroly i krabička vznikly ze skriptů. Rozměry krabičky se nečtou z výkresu, ale z 3D modelu desky, takže sedí na konektor i LED.

deska 20,5 x 33,1 mm krabička 25,3 x 37,9 x 16,2 mm DRC 0 chyb KiCad + OpenSCAD

3D model: deska v krabičce

Deska je vyexportovaná z KiCadu i se součástkami, mědí a potiskem, krabička a víko jsou přesně ty díly, které jdou do tiskárny. Posuvníkem se díly rozloží.

Tohle je zkušební destička z projektu FlatLock, ne deska, na které zámek dnes odemyká. Vyrobená ani vytištěná zatím není, co je ověřené a co ne, je dole.

Krabička krok za krokem

Deska nemá montážní otvory, aby byla co nejmenší. Krabička ji proto drží jinak: deska leží na liště po obvodu a shora ji přitlačí sloupky z víka. Každý rozměr se dopočítá z desky.

Krok 1: deska se součástkami jako obalové kvádry

1Deska z KiCadu

Obrys a těla součástek z 3D modelu desky. Modul ESP32-C3 vyšel 2,39 mm vysoký, datasheet říká 2,4.

Krok 2: dno krabičky

2Dno

1,6 mm, se zaoblenými rohy. Vůle 0,4 mm kolem desky na každé straně.

Krok 3: stěny krabičky

3Stěny

Výšku určuje nejvyšší součástka: hřeben J1 stojí 8,5 mm nad deskou, plus 0,5 mm rezerva.

Krok 4: lišta po obvodu, na které deska leží

4Lišta pod okraj

Kolíčky J1 vyčnívají 1,4 mm pod desku, lišta ji proto drží 2,4 mm nade dnem. Kontrola hlídá, že nepodleze žádný vývod.

Krok 5: víko s lemem

5Víko s lemem

Lem 3 mm zapadne do krabičky s vůlí 0,2 mm, kterou doladí první výtisk.

Krok 6: přítlačné sloupky a žebro na víku

6Sloupky a žebro

Sloupky jen do rohů, kde nic nestojí: vyšly dva ze čtyř. Žebro podél pravé hrany, kde je mezi modulem a okrajem 1,25 mm.

Krok 7: průchod pro kabel nad konektorem a okénko nad LED

7Kabel a LED

Průchod přímo nad J1 s vůlí 0,6 mm pro konektor kabelu, okénko 2,6 mm nad LED D1. Polohy z desky.

Krok 8: větrací štěrbiny v bočních stěnách

8Větrání

Tři štěrbiny v každé dlouhé stěně u stabilizátoru, který ve špičce maří 0,58 W.

Oba díly na podložce tiskárny: krabička dnem dolů a víko obrácené vedle ní
Oba díly se tisknou bez podpor: krabička dnem dolů, víko vzhůru nohama vedle ní. Vnější rozměr 25,3 x 37,9 x 16,2 mm.

Odkud krabička bere rozměry

U předchozí desky byly polohy součástek opsané do modelu krabičky ručně a vyšly o 10 mm vedle. Tady se žádné číslo neopisuje. Když se deska změní, krabička se přepočítá jedním příkazem.

  1. Deska v KiCadu

    Rozmístění podle netlistu ze schématu.

  2. 3D model desky

    kicad-cli ho vyexportuje i s modely pouzder.

  3. Těla součástek

    Skript z něj vyčte obrys desky a kvádr každé součástky.

  4. Model krabičky

    OpenSCAD dopočítá rozměry a kontrolou zastaví, co by narazilo.

  5. STL a tenhle web

    Díly k tisku, obrázky kroků a 3D model nahoře.

Proč z 3D modelu a ne z výkresu desky: obrys pouzdra ve výkresu je montážní okolí s přídavkem, ne skutečné tělo součástky, a výšku nemá vůbec. Pro otvor ve víku a mezeru nad deskou je potřeba tělo.

Schéma

Kreslené jako dokument, ne jako seznam spojů: napájení a funkční bloky jsou vidět jako dráty, návěstí zbyla jen tam, kde by drát musel obejít celý modul. Skript po zapsání nechá KiCad vyexportovat netlist a porovná ho s očekávanými spoji.

Schéma FlatLock v0: napájení 5 V přes AMS1117-3.3, modul ESP32-C3-MINI-1, RC článek na EN, LED na GPIO10 a programovací konektor J1
Kliknutím se otevře v plné velikosti. ERC: 0 chyb.

Konektor J1

PinSignál
15 V
2GND
3TXD (výstup modulu)
4RXD (vstup modulu)
5EN (reset)
6IO9 (boot)

Jedním kabelem se deska napájí i programuje. LED je na GPIO10, protože GPIO2, 8 a 9 rozhodují při startu o režimu bootování a LED na zem by je mohla stáhnout.

Deska

Dvě vrstvy, 20,5 x 33,1 mm. Rozměr drží obsah, ne odhad: šířku koridor dvou spojů vpravo od modulu, výšku modul nahoře a spoj pod hřebenem. Zem se netrasuje, je to měděná plocha na obou stranách. Pod anténou modulu není žádná měď, ověřeno 35 vzorky na obou vrstvách.

Osazená deska shora: modul ESP32-C3-MINI-1, stabilizátor AMS1117, kondenzátory, LED a hřeben J1
Osazená deska shora
Deska zespodu se zemní plochou a popisem desky
Zespodu: zemní plocha a popis
Měď na horní vrstvě: spoje, plošky a zemní plocha
Měď nahoře
Měď na spodní vrstvě: spoje EN a IO9 a zemní plocha
Měď dole: EN a IO9 vedou spodem

Co je spočítané

Čísla nejsou odhad. Počítá je skript přímo z hotové desky, takže se nemůžou rozejít s návrhem.

Rozpočet proudu

109 mA v klidu · 344 mA ve špičce

Špičku dělá modul při vysílání Wi-Fi. Hodnoty modulu jsou zatím obecně uváděné, ne z datasheetu.

Šířka napájecích spojů

0,5 mm místo potřebných 0,134 mm

Na 344 mA stačí podle IPC-2221 (měď 18 µm) 0,134 mm. Půl milimetru tedy není kvůli oteplení, ale kvůli úbytku napětí a nižší indukčnosti.

Stabilizátor AMS1117-3.3

StavZtrátaČip, 25 °C okolí
klid, 109 mA0,19 W36 °C
špička, 344 mA0,58 W61 °C
špička bez mědi pod ploškou0,58 W95 °C

Maximum přechodu je 125 °C. Měděná plocha asi 1 cm² pod chladicí ploškou je proto nutnost, ne ozdoba.

Blokovací kondenzátory

KdeSmyčkaIndukčnost
C3 100nnapájení modulu5,0 mm2,0 nH
C4 1uEN modulu6,1 mm2,4 nH
C2 22uvýstup stabilizátoru4,8 mm1,9 nH
C1 10uvstup stabilizátoru5,5 mm2,2 nH

Rozhoduje plocha proudové smyčky, ne vzdálenost od vývodu. Každý kondenzátor má proto vlastní zemní prokov hned u plošky.

Výroba je navržená na nejlevnější specifikaci výrobce: konstrukční třída 5, nejužší spoj 0,30 mm, mezera 0,25 mm, vrtání 0,30 mm. Příplatky žádné.

Co je ověřené a co ne

Ověřené

  • Schéma: ERC 0 chyb, netlist souhlasí s očekávanými spoji.
  • Deska: DRC podle pravidel výrobce 0 porušení a 0 nepropojených plošek.
  • Elektrické kontroly skriptem: proudy, šířky spojů, oteplení stabilizátoru, blokování, měď pod anténou.
  • Krabička: kontroly v modelu, že lišta nepodleze vývod, sloupky a žebro nenarazí na součástku a víko nesedne na hřeben.

Zatím neověřené

  • Deska není vyrobená a krabička není vytištěná.
  • Hodnoty kondenzátorů, R1 a zapojení EN jsou podle obvyklé praxe, ne z datasheetu modulu.
  • Průchod ve víku počítá s konektorem Dupont 1x6, na konkrétním kabelu nezkoušeno.
  • Vůle lemu 0,2 mm se doladí podle prvního výtisku.

Krabička k vaší desce?

Pošlete desku z KiCadu. Krabička se spočítá z jejího 3D modelu a dostanete STL k tisku i obrázky do dokumentace. Nebo začneme od schématu.

Napsat e-mail

David Petrov · davidpetrov@email.cz