PCB cho máy bay không người lái


30

Tôi đang làm một máy bay không người lái và rất thích nếu ai đó có thể xem lại công việc của tôi về bố cục PCB.

Hình ảnh (màu đỏ là trên cùng, màu xanh là dưới cùng, hình tròn cho thấy lỗ và bên chuyển màu tím là keo):

Sơ đồ PCB

Điều gì sẽ xảy ra:

Đầu vào từ các bộ đàm là các tín hiệu PWM 1-6, là bộ thu RF đưa vào các giá trị thô của các thanh điều khiển.

Bảng được cho là có thể được lập trình thông qua thành phần ICE 10.

MCU sẽ có thể lấy đầu vào từ BMI055 (gia tốc kế) và GPS và phân tích hợp lệ điều đó.

Đầu vào Li-po là để đọc pin, mỗi dây (ngoài dây đầu tiên) là một ô.

Các thành phần phụ trợ không phải là mối quan tâm bây giờ.

Các xung 7-12 là đầu ra và đi đến một loạt các ESC, điều khiển các động cơ.

Tôi cảm thấy mình đang thiếu một loạt các thụ động; PCB không giống bất kỳ loại nào khác tôi từng thấy (thực tế là nó chỉ có một vài điện trở và 3 tụ điện với các thành phần tiên tiến).

Thành phần tham khảo:

GPS: RXM-GPS-R4

MC1: AC32UC3

U2 và U3: Pha lê

U1, AUX1, AUX2, tất cả các PWM, U13 và U14: Trình kết nối

REG1: LD1117 (3,3V 800mA)

ACL1: Gia tốc kế 3 trục BMI055

USB: Giắc cắm loại B

ANT1: Anten GPS

TANTCAP: tụ điện tantalum 33uF


xin lỗi tôi không thể liên kết tất cả, tôi không có đại diện. :-(

7
Bạn lo ngại về việc thiếu thụ động? Bạn đã thiết kế này hay chỉ có được một bố trí pcb? Một sơ đồ sẽ hữu ích hơn cho việc hiểu sự thiếu (hoặc không) của thụ động. Đăng nó nếu bạn có thể
crasic

6
Tôi đã thêm một số liên kết và làm sạch bài viết của bạn. Các câu hỏi thường được chú ý nhiều hơn nếu bạn đọc lại chúng trước khi đăng. :-)
Adam Haun

Bạn nên bắt đầu bằng cách có thể xem qua sơ đồ của crazyflie, vì nó là nguồn mở. Không có GPS, và nó hoạt động với động cơ DC không lõi.
RYS

1
Các dấu chân 0603 quá rộng, có một số đường đồng mỏng kỳ lạ giữa các miếng đệm và cũng là các miếng đệm rất gần nhau. Nếu bạn kéo chúng ra xa nhau hơn, bạn có thể định tuyến một bản nhạc bên dưới. Kiểm tra đường kính lỗ tại AUX1 và AUX2. Sử dụng nhiều theo dõi vát và sợ không vào các miếng đệm hình thành các góc. Thay đổi ánh xạ của PWM 1-6 để có được bố cục sạch hơn. Kiểm tra các yêu cầu annulus của nhà sản xuất PCB. Sử dụng hoán đổi pin trên AUX1 và AUX2. Sử dụng lớp màu xanh để đổ đất và thỉnh thoảng có dấu vết ngắn. Đổ các điện trở THT. Sử dụng jumper SMT để giữ hầu hết dấu vết trên lớp màu đỏ.
venny

Câu trả lời:


48

Tôi sẽ không mặc áo đường này; nó khá tệ Dự án này dường như quá khó đối với người có trình độ kinh nghiệm của bạn. Tôi khuyên bạn nên làm một cái gì đó đơn giản hơn trước để xây dựng kỹ năng của bạn. Hãy thử một dự án vi điều khiển cơ bản để làm quen với quy trình thiết kế / bố trí / hàn, sau đó chuyển sang một dự án không dây đơn giản , sau đó có thể xem xét việc xây dựng máy bay không người lái của riêng bạn từ đầu.

Dưới đây là một số vấn đề cụ thể tôi nhận thấy:

  • Không có IC nào của bạn có tụ tách rời. Tụ điện duy nhất tôi thấy trên toàn bộ bảng là tụ điện tantali. Điều này đặc biệt kinh khủng vì bạn có hai thành phần tần số cao - vi điều khiển 66 MHz và GPS 1,5 GHz.

  • Bạn hoàn toàn không tuân theo các đề xuất bố cục trong biểu dữ liệu của mô-đun GPS . Có toàn bộ phần hướng dẫn bố trí bảng, mà tôi sẽ trích dẫn gần như đầy đủ ở đây:

Thiết kế của mô-đun giúp tích hợp đơn giản; tuy nhiên, vẫn rất quan trọng để thực hiện việc chăm sóc trong bố trí PCB. Việc không quan sát các kỹ thuật bố trí tốt có thể dẫn đến suy giảm đáng kể hiệu suất của mô-đun. Mục tiêu bố trí chính là duy trì trở kháng 50 ohm đặc trưng trong suốt đường dẫn từ ăng-ten đến mô-đun. Nối đất, lọc, tách, định tuyến và xếp chồng PCB cũng là những cân nhắc quan trọng đối với bất kỳ thiết kế RF nào. Phần sau đây cung cấp một số hướng dẫn thiết kế cơ bản có thể hữu ích. ...

Mô-đun này, càng nhiều càng tốt, phải được cách ly khỏi các thành phần khác trên PCB của bạn, đặc biệt là các mạch tần số cao như bộ dao động tinh thể , nguồn cung cấp năng lượng và đường xe buýt tốc độ cao.

Khi có thể, tách RF và mạch kỹ thuật số thành các vùng PCB khác nhau. Đảm bảo hệ thống dây điện bên trong được chuyển ra khỏi mô-đun và ăng-ten, và được bảo vệ để tránh dịch chuyển.

Không định tuyến dấu vết PCB ngay dưới mô-đun. Không nên có bất kỳ đồng hoặc dấu vết nào dưới mô-đun trên cùng một lớp với mô-đun, chỉ cần PCB trần. Mặt dưới của mô-đun có dấu vết và vias có thể ngắn hoặc ghép thành dấu vết trên bảng mạch của sản phẩm.

Phần Bố cục Pad hiển thị dấu chân PCB điển hình cho mô-đun. Một mặt phẳng mặt đất (càng lớn và không bị gián đoạn càng tốt) nên được đặt trên một lớp thấp hơn của bảng PC của bạn đối diện với mô-đun. Mặt phẳng này rất cần thiết để tạo ra trở lại trở kháng thấp cho hiệu suất đường dây và mặt đất phù hợp.

Cẩn thận trong việc định tuyến theo dõi RF giữa mô-đun và ăng-ten hoặc đầu nối. Giữ dấu vết càng ngắn càng tốt. Không vượt qua theo mô-đun hoặc bất kỳ thành phần nào khác. Không định tuyến theo dõi ăng-ten trên nhiều lớp PCB vì vias sẽ thêm độ tự cảm. Vias được chấp nhận để buộc các lớp mặt đất và mặt bằng thành phần và nên được sử dụng trong bội số.

Mỗi chân tiếp đất của mô-đun nên có dấu vết ngắn buộc ngay lập tức vào mặt phẳng mặt đất thông qua một thông qua.

Mũ bỏ qua phải là loại gốm ESR thấp và nằm liền kề với pin mà chúng đang phục vụ.

Nên dùng dỗ dỗ 50 ohm để kết nối với ăng ten ngoài. Nên sử dụng đường truyền 50 ohm, chẳng hạn như ống dẫn sóng microstrip, dải phân cách hoặc coplanar để định tuyến RF trên PCB. Phần Chi tiết Microstrip cung cấp thêm thông tin.

  • Tương tự, biểu dữ liệu MCU có một chương về các cân nhắc về nguồn cung. Đây là sơ đồ được đề xuất của họ để sử dụng một nguồn cung cấp 3,3V. Chú ý nhiều tụ điện. Nó không được nêu trực tiếp, nhưng bạn thực sự phải có một mặt phẳng cho một vi điều khiển hiệu suất cao.

Hình 6-2.  3 Chế độ cung cấp điện đơn

  • Tinh thể của bạn là cách quá xa MCU của bạn.

  • Làm thế nào bạn có kế hoạch hàn này? Gia tốc kế đó là 4,5mm x 3 mm và không có miếng đệm nào có thể truy cập được khi nó được đặt đúng chỗ. Bạn sẽ cần một lò nướng lại, một bàn tay chắc chắn, và có thể là một khuôn tô hàn để thậm chí có được nó trên bảng. MCU 144 chân cũng không tầm thường - khoảng cách trên các chân đó là 0,02 inch.

Việc khắc phục tất cả điều này sẽ đòi hỏi một PCB bốn lớp với sự chú ý cẩn thận đối với vị trí thành phần, tách rời và (đặc biệt) tính toàn vẹn của tín hiệu GPS. Thật không may, điều này không tầm thường và nó không phải là thứ bạn có thể học trong vài ngày. Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm, bạn có thể xem trang Mẹo kỹ thuật của Henry Ott . Nó chủ yếu dành cho EMC, nhưng phần lớn vật liệu áp dụng cho thiết kế tần số cao nói chung.

Nếu bạn rất, rất may mắn, bố cục của bạn có thể hoạt động như bình thường. Nhưng tôi sẽ không tin vào điều đó.

Xin lỗi để được ghi tên của tin tức xấu.


4
Để thêm vào bài đăng này, ATMEL luôn có một tài liệu có tên là Danh sách kiểm tra sơ đồ cho từng loạt MCU. Có cho bạn: liên kết . Ngoài ra còn có tài liệu cho liên kết
Sergii

1
Tôi biết nó sẽ rất tệ. Như tôi đã nói, đây là dự án đầu tiên của tôi và nó không giống bất kỳ bảng nào tôi từng thấy.

1
@Sergii Cảm ơn thông tin, tôi thấy nó rất hữu ích.

3
Một cái gì đó khác: Cố gắng tránh dấu vết 90 độ. Chúng làm tăng nguy cơ mắc phải thứ gì đó và bị xé nát, trong quá trình lắp ráp hoặc sử dụng bình thường. Cũng có một số vấn đề về tính toàn vẹn tín hiệu với dấu vết góc phải, nhưng nhìn chung chúng không quá quan trọng. Sử dụng góc 45 độ thay vì góc nhọn. Ngoài ra, bạn nên mở rộng dấu vết sức mạnh của mình và bất kỳ dấu vết tốc độ cao nào. Giữ văn bản của bạn đi theo một hướng nếu có thể. Nếu bạn cần hai hướng, xoay 90 độ. Phần lớn văn bản của bạn được xoay 180 độ trông có vẻ cẩu thả. Điều này không quan trọng nhưng làm cho nó dễ chịu hơn cho mắt.
DerStrom8

2
@AlecTeal Tìm kiếm "tụ tách rời" trên trang web này hoặc nơi khác. Đó là ít vật lý và lý thuyết mạch hơn. Phiên bản ngắn là các IC có xu hướng vẽ dòng điện lớn trong khoảng thời gian rất ngắn và độ tự cảm ký sinh của kết nối cung cấp điện ngăn không cho nó theo kịp. Tụ tách rời hoạt động như các nguồn điện áp ngắn hạn.
Adam Haun

13

Adam Haun bao phủ thiết kế PCB của bạn một cách hoàn hảo nhưng thêm một nhận xét về bản thân thiết kế.

Máy bay không người lái của bạn sẽ không bay chỉ với một gia tốc kế. Bạn cần có được vị trí máy bay không người lái của mình nhưng gia tốc kế chỉ cung cấp cho bạn một giá trị tỷ lệ thuận với gia tốc theo từng hướng. Bạn cần một con quay hồi chuyển và sử dụng gia tốc kế để bù trôi con quay hồi chuyển. Con quay hồi chuyển và gia tốc kế là những thứ bắt buộc phải có nhưng tôi cũng sẽ thêm một từ kế. Có khá nhiều chip IMU 9-DOF có sẵn.


1
BMI 055 không chỉ là một gia tốc kế, bởi một con quay hồi chuyển cũng :-). bạn có thể đề nghị một từ kế tốt cho tôi?

3
Đúng. Tôi bỏ lỡ điều đó. Rất nhiều bộ điều khiển chuyến bay có sẵn sử dụng HMC5883. Nhưng vì nó nhạy cảm với từ trường nên tôi sẽ không đặt nó lên PCB hoặc bất cứ nơi nào gần ESC. Bạn có thể mua các mô-đun kết hợp GPS + từ kế / la bàn thực sự rẻ hiện nay. Bạn chỉ cần thêm kết nối cho cả hai trên bảng điều khiển của bạn.
Alexxx
Khi sử dụng trang web của chúng tôi, bạn xác nhận rằng bạn đã đọc và hiểu Chính sách cookieChính sách bảo mật của chúng tôi.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.