Projet de moniteur et contrôleur de courant dans Altium Designer

Mark Harris
|  Créé: Juin 3, 2020  |  Mise à jour: December 12, 2020
Projet de moniteur et contrôleur de courant dans Altium Designer

Dans un projet précédent, j'ai discuté des options pour utiliser des Transformateurs de Courant, et j'ai construit un amplificateur/rectifieur de précision à canal unique pour l'un d'eux. Dans ce projet, nous allons pousser cette idée à de nouveaux niveaux.

La maison que je loue dispose seulement de 240V/16A pour le garage. C'est malheureux, car en tant que Maker, j'ai quelques jouets assez amusants dans mon garage, tels qu'une fraiseuse CNC et une découpeuse laser. J'ai quelques moules à usiner pour un gros projet à venir dans lequel je vais construire des pièces en plastique renforcé de fibre de carbone. Mon vieux compresseur fait sauter le disjoncteur du garage instantanément lorsqu'il est allumé, donc j'ai dû réévaluer mes options pour faire fonctionner la fraiseuse CNC — elle nécessite plus que les 16A disponibles à pleine charge. À cause de cela, j'ai acheté un compresseur relativement petit et peu bruyant pour réduire la consommation de courant, mais j'ai besoin d'un moyen de m'assurer qu'il ne se mettra pas en marche lorsque la broche de la CNC est sous forte charge, ou lorsque le refroidisseur de la broche fonctionne.

Ma solution consiste à construire un moniteur de courant à plusieurs canaux, ce qui me permettra de surveiller la consommation de courant du routeur et des équipements associés. Cela devrait me permettre de déterminer quand il est sûr d'allumer le petit compresseur, en fonction des autres charges du système. J'ai besoin d'un flux d'air constant vers la broche de changement d'outil car les roulements doivent être traversés par de l'air pour rester propres, et le piston dans le changeur doit appliquer une pression constante sur l'outil pour garantir qu'il ne glisse pas, donc la pression d'air est vitale.

Je vais avoir 6 canaux de sortie pour la carte contrôleur pour correspondre aux 6 canaux de détection de courant. Je n'ai pas besoin de tant de canaux pour mon projet, mais en tant que conception générique open-source, vous pourriez vouloir faire quelque chose de différent avec la carte que moi. Je prévois également d'avoir un affichage sur la carte, pour montrer le courant en temps réel.

Ce projet n'est pas un compteur de puissance. Il n'a aucune capacité à surveiller la tension. Par conséquent, il ne peut pas non plus surveiller le facteur de puissance de la charge. Mon exigence est purement de m'assurer que je ne déclenche pas mon disjoncteur de 16A. Si vous avez besoin de cette fonctionnalité, ce projet pourrait être un bon point de départ, car je vais ajouter un petit transformateur pour isoler la tension AC et la réduire à un niveau plus gérable.

Comme d'habitude avec mes projets, vous pouvez trouver les fichiers de conception sur GitHub ; ils sont libres d'utilisation sous la licence très permissive MIT. Cela vous permet d'utiliser le projet librement, comme vous le souhaitez. Si vous recherchez les composants utilisés pour construire ce projet, vous pouvez les trouver tous dans ma bibliothèque gratuite et open-source Altium Designer Library®.

Voici le design de PCB dont vous allez lire dans le Altium 365 Viewer ; une manière gratuite de se connecter avec vos collègues, clients et amis avec la possibilité de voir le design ou de le télécharger en un seul clic ! Téléchargez votre design en quelques secondes et bénéficiez d'une manière interactive de l'examiner en profondeur sans logiciel encombrant ni puissance informatique.

Schémas du moniteur de courant

Malgré le nombre de composants sur le PCB pour ce projet, les schémas pour ce moniteur de courant sont plutôt simples.

Capteurs de courant

Current sensor schematics for a current monitor
Schéma du capteur de courant


Les capteurs de courant sont exactement les mêmes que ceux que j'ai précédemment construits, en utilisant les transformateurs de courant Talema. J'ai cinq capteurs de 10A avec une amplification du signal de 2:1, qui, avec la rectification, donne quatre fois l'amplitude du signal du signal AC. Le sixième capteur est un 15A avec une amplification de 1:1, ce qui devrait permettre de surveiller l'amplitude complète du mandrin de changement d'outil de 1800W. Il s'agit d'un circuit de redresseur de précision standard et basique. Il existe des circuits de redresseur de précision plus avancés qui ajoutent quelques composants supplémentaires (comme une diode en parallèle avec la résistance de retour). Pour les besoins de ce projet, le circuit de base offre plus que ce dont j'ai besoin en termes de précision et de tolérance.

Microcontrôleur

Le cœur de ce projet est le microcontrôleur qui va prendre toutes les mesures des capteurs et déterminer quels sorties doivent être activées. Je regardais sérieusement la nouvelle série de microcontrôleurs STM32G, mais j'ai fini par choisir un NXP LPC11U35. L'attrait principal du LPC pour moi est la fonctionnalité de bootloading USB, qui me permet de déployer rapidement un nouveau firmware sur la carte une fois qu'elle est installée dans l'armoire de mon routeur CNC. Presque toute la série LPC permet à l'appareil de démarrer comme un périphérique de stockage de masse USB avec le ROM de bootloader embarqué, ce qui permet de copier un nouveau firmware dans le lecteur USB qui apparaît sur un ordinateur connecté, sans besoin de matériel ou de logiciel supplémentaire. Cette fonctionnalité me permettra de développer le firmware dans mon bureau et de le déposer facilement sur la carte installée.

Le principal inconvénient du LPC11U35 est qu'il s'agit d'un ancien ARM Cortex et qu'il ne dispose que d'ADC de 10 bits. Je dois vérifier que l'ADC me donnera une résolution suffisante pour ce projet.

Dans l'article précédent sur le transformateur de courant, j'ai oublié d'obtenir la tension RMS du signal en sortie de l'amplificateur, et j'ai seulement capturé la tension RMS du signal en sortie du transformateur de courant.

DSC_0004_DxO_rs


J'ai reconstruit le circuit du transformateur de courant sur une planche à pain pour obtenir de nouvelles lectures à l'oscilloscope. J'utilise un relais à semi-conducteurs déclenché par mon alimentation de laboratoire pour activer le chauffage céramique de 1.1kW qui est posé sur une plaque à pâtisserie retournée pour l'isoler thermiquement de mon établi.

Scope capture for current monitor


La trace bleue (canal 2) est la sortie du redresseur de précision, et la trace jaune (canal 1) est la sortie AC du capteur de courant avant l'opamp.

Avec l'amplificateur du capteur de courant construit selon le circuit de ce projet, j'ai 1.299v RMS avec un courant théorique de 4.429A le traversant. Cela me donne une résolution d'environ 293mV par ampère. Avec un ADC de 10 bits (1024 valeurs) et une plage de 3300mv (résolution de 3.2mv), cela me donne une résolution lisible d'environ 0.01A, ce qui n'est pas incroyable comparé aux ADC de 14 ou 16 bits dans les microcontrôleurs plus modernes, mais toujours suffisant pour ce projet, et de nombreuses autres applications aussi.

mcu-sch


Il se passe beaucoup de choses dans cette unique feuille de schéma ! Il est bon de noter tout de suite que le MOSFET P-Canal de tirage sur la ligne USB n'est pas nécessaire pour les dernières révisions de silicium de la série LPC11U, mais je vais le laisser parce que j'ai en main quelques vieux MCU que je pourrais utiliser pour peupler cette carte et je ne veux pas me retrouver sans ma connexion USB fonctionnelle. Si vous achetez un nouveau stock de LPC11U35, vous pouvez vous passer de tout ce qui est associé à IC3.

En parlant d'USB, j'ai également une diode TVS conçue pour protéger les lignes USB 2.0 contre les événements ESD. Les connecteurs USB sont un excellent point d'entrée pour une décharge ESD directement dans le microcontrôleur, donc ils sont ma priorité absolue pour la protection.

supervisor schematic for a current monitor
Schéma du superviseur


Alors que nous continuons le long du côté gauche du schématique, j'ai intégré un circuit de supervision de réinitialisation pour garantir que l'alimentation 3.3V est stable avant de démarrer le MCU, avec un bouton pour réinitialiser manuellement la carte. J'ai également le bouton d'activation du bootloader à côté, car j'aime garder les choses logiquement regroupées. Pour passer la carte en mode bootloader de stockage de masse USB, il suffit de maintenir enfoncé le bouton de programmation S2 puis d'appuyer sur le bouton de réinitialisation S1. Maintenir le bouton de programmation enfoncé pendant une seconde ou plus après le démarrage lancera le dispositif en tant que dispositif client de stockage de masse USB si le câble USB est connecté.

swdio schematic current monitor


Dans le coin supérieur droit du schématique, j'ai également un connecteur standard de débogage à fil unique à 10 broches (SWD) pour permettre le débogage de la carte dans un IDE.

MCU input filter schematic for a current monitor
Filtre d'entrée MCU


Enfin, le filtrage d'entrée pour le microcontrôleur. Nous aborderons les connecteurs E/S dans une section ultérieure de l'article, donc ne vous inquiétez pas si j'ai sauté les deux bus et comment les configurer ! Le filtrage de l'alimentation pour cette carte est assez critique, car elle sera installée dans — et alimentée par — une machine industrielle qui génère une grande quantité de bruit électrique (à la fois conduit et rayonné). Il y a plus de 2000W d'alimentation AC-DC, un variateur de fréquence de 2200W faisant fonctionner une broche, des servomoteurs DC, un refroidisseur industriel et un collecteur de poussière, tous alimentés par la même source AC. En raison de la quantité de bruit, je place une perle de ferrite près de chaque broche d'alimentation avec deux condensateurs de découplage — normalement dans une conception de microcontrôleur, je n'aurais qu'une seule perle de ferrite et peut-être quelques condensateurs de masse, mais pour cette conception, je veux avoir les pistes les plus courtes possibles entre le microcontrôleur et le filtre. Comme les broches d'alimentation du microcontrôleur sont sur des côtés opposés du dispositif, j'ai choisi de construire un filtre pour chaque broche afin de garder les pistes courtes.

Le ferrite pour chaque broche d'alimentation a été choisi pour avoir une résistance aussi élevée que possible à 100MHz, tout en ayant la résistance en courant continu la plus basse possible. En gros, j'ai essayé de déterminer quelle résistance en courant continu j'étais prêt à accepter, puis j'ai maximisé la résistance à la fréquence pour cette résistance en courant continu.

Alimentation

Mon routeur CNC dispose déjà de plusieurs alimentations parmi lesquelles je peux choisir, la ligne de 5V est la plus propre et la moins utilisée, donc il est logique de faire fonctionner la carte à partir de cette alimentation. En bonus, cela me permettra également de faire fonctionner la carte à partir d'un câble USB sur mon établi. Comme je ne m'attends à ce qu'une seule de ces alimentations alimente la carte, j'ai ajouté une simple diode à chaque entrée pour agir comme protection contre la polarité inversée et protection de base contre le branchement des deux alimentations en même temps.

Power supply unit schematic for a current monitor


La diode de protection a été choisie pour une faible chute de tension directe afin de garantir qu'un régulateur linéaire très économique puisse être utilisé sans que la chute de tension combinée des deux dispositifs ne fasse baisser la sortie en dessous des 3,3 volts dont j'ai besoin.

Entre le régulateur linéaire et la diode de protection, j'ai ajouté un filtre en pi. Je ne sais pas exactement avec quelles fréquences je vais devoir composer en entrée, donc j'ai visé l'inductance la plus élevée possible parmi les inducteurs disponibles de taille 4-5mm. J'utilise un inducteur à noyau de ferrite blindé et bobiné pour obtenir la plus faible résistance en continu possible, car cette carte pourrait potentiellement tirer jusqu'à 1 ampère avec tous les LED et optocoupleurs alimentés. Avec le courant requis et la taille connus, il s'agissait juste de chercher une valeur d'inductance élevée avec un inducteur à faible résistance en continu qui répondait également aux exigences de taille et de courant. J'ai ajouté un condensateur de 10uF de chaque côté de l'inducteur pour compléter le filtre en pi, avec cette valeur à faible coût qui possède encore une quantité décente de capacitance.

Sorties de Surveillance de Courant

Il est probable que je n'aie pas besoin d'opto-isoler chaque sortie, étant donné que les relais à semi-conducteurs que j'utilise sont déjà équipés d'optocoupleurs, mais comme il s'agit d'un design open source, je ne sais pas si quelqu'un pourrait connecter directement un relais ou l'IO d'un contrôleur industriel à la carte. En bonus, l'isolateur me rassure. Le courant pour la LED dans l'isolateur est supérieur à ce que l'ARM Cortex peut fournir, donc j'utilise un MOSFET N-Canal très bon marché pour alimenter la LED dans l'optocoupleur et un externe qui peut être vu pour indiquer que la sortie est activée.

En réalité, j'ai seulement besoin de deux sorties pour mon utilisation sur ce design de carte, mais je me suis dit que, pour un projet open source, il serait probablement intéressant d'avoir un design plus générique. J'ajoute donc 6 canaux de sortie pour correspondre aux 6 canaux de détection de courant, ainsi, si cela devait être utilisé dans une machine industrielle différente, cela permettrait au contrôleur d'activer ou de désactiver chaque charge pour laquelle il y a un capteur de courant.

output stage schematic for a current monitor


J'ai également ajouté une diode TVS aussi proche de 5V que possible pour protéger la carte contre les décharges électrostatiques sur les connecteurs d'entrée. Je prévois d'utiliser des connecteurs JST KH pré-sertis de chez DigiKey pour connecter mes relais à semi-conducteurs à cette carte, qui sont compatibles avec les JST PH. J'ai aussi ajouté un bloc de jonction pour câble-à-carte au pas de 2,54mm sur la carte, afin d'offrir une flexibilité supplémentaire pour d'autres applications. Les fils pré-sertis sont parfaits pour moi, car je peux en couper un en deux et obtenir ainsi deux câbles, prêts à être utilisés avec le relais à semi-conducteur, ce qui m'évite de devoir couper des longueurs de fil et de dénuder deux extrémités, me faisant potentiellement gagner quelques secondes lors de l'installation ! Plus sérieusement, les connecteurs sertis seront plus sûrs et moins susceptibles de se détacher ou de s'user sur une machine qui subit beaucoup de secousses et de vibrations.

Display

LCD schematic for a current monitor


Le dernier bloc schématique de ce projet est l'affichage LCD. J'ai décidé d'utiliser un afficheur graphique Newhaven relativement peu coûteux et robuste, car ils disposent d'une interface SPI simple. J'espérais vraiment utiliser un affichage de taille 128x64 pixels, mais la carte n'avait tout simplement pas assez d'espace, donc je suis revenu au schéma pendant la disposition de la carte et j'ai modifié la conception pour utiliser un affichage de 128x32 pixels. Il nécessite beaucoup de condensateurs de découplage, mais sinon a très peu d'exigences en termes de connectivité.

Conception multicanal avec Altium Designer

L'un des aspects clés de ce projet est que j'ai cinq canaux de capteurs de courant identiques et six canaux de sortie identiques, ce qui rend la conception multicanal idéale pour ce projet. À mon avis, c'est quelque chose où Altium excelle vraiment par rapport à d'autres logiciels ECAD que j'ai utilisés. Ses fonctionnalités permettent le routage rapide et la disposition de la carte et des schémas faciles à lire.

Plutôt que de dupliquer des blocs de feuilles schématiques sur votre feuille de niveau supérieur, comme montré ci-dessous, je peux rendre le schéma beaucoup plus propre en ajoutant juste un bloc de feuille schématique et en utilisant la fonction REPEAT sur celui-ci.

Duplicated schematic blocks in a current monitor


Cela prend tous ces blocs schématiques et les transforme en une pile virtuelle de composants. Pour ce projet, cela permet une connexion unique du microcontrôleur à tous les capteurs de courant. Si je dois changer les ports sur le bloc symbole schématique, les modifications seront appliquées à tous les canaux en même temps, ce qui permet de gagner du temps si mon projet nécessite des changements pendant la phase de conception.

repeated block in a current monitor schematic


En utilisant la fonction de répétition, j'ai maintenant tous nos canaux de capteurs regroupés, ce qui rend le schéma plus facile à lire, et cela rendra la disposition du PCB beaucoup plus facile lorsque j'arriverai à ce point du projet.

Repeated schematic section current monitor


Voyons comment tirer parti de cette fonctionnalité et l'utiliser dans votre conception.

Utilisation des bus

Pour que les outils multicanal fonctionnent, vous devez utiliser des bus pour regrouper vos connexions pour les canaux. Dans notre schéma de microcontrôleur, plutôt que d'avoir un port pour chaque connexion ADC, nous aurons un seul port pour toutes les connexions.

duplicated ports for a current monitor


Cela rend votre schéma plus clair, sans nécessiter que vous ayez les 6 ports détaillés.

Vous pouvez utiliser Place -> Bus dans le menu principal pour placer un bus plutôt qu'un fil. Vous pouvez penser à un bus comme à un ensemble de fils regroupés. Pour que le bus fonctionne, vous devez indiquer à Altium combien de connexions circulent sur le bus. Cela se fait en plaçant une étiquette de réseau (Place -> Net Label) sur le bus et en lui donnant un nom tel que ADC[0..5]. Cela signifie que le bus portera ADC0, ADC1, ADC2, ADC3, ADC4 et ADC5, les doubles points entre crochets signifiant « de 0 à 5 ».

MCU bus pins for a current monitor
Placement des connexions de bus sur les broches du MCU


Lorsque vous utilisez la fonction de répétition, vous devrez commencer votre numérotation de réseau à 1 plutôt qu'à 0. Cependant, pour les ADC, j'ai également le capteur de courant de 15A qui ne fait pas partie du bloc répété, et donc je commence avec 0. Le canal ADC 0 sera pour le capteur de 15A, avec 1 à 5 pour les canaux de 10A. Le bus OUT est numéroté de 1 à 6, car chacun d'eux sera un bloc répété sur le schéma et la carte.

Après avoir nommé votre bus, vous devrez également ajouter une étiquette de réseau à chaque fil qui va vers le bus. Les fils doivent porter le même nom que le bus, avec le numéro de connexion à la fin. Par exemple, OUT1 et OUT3 sont reliés au bus OUT[1..6]. Ces fils se connectent au bus avec une Entrée de Bus (Placer -> Entrée de Bus), qui est la connexion à angle de 45 degrés que vous voyez. Vous pourriez également remarquer que OUT4, OUT5 et OUT6 ne se connectent pas réellement au fil du bus graphiquement - le nom du réseau suffit pour qu'Altium sache que ces fils seront exécutés dans le bus. C'est très pratique et évite que le schéma devienne illisible là où tous les fils devraient se croiser.

Blocs Schématiques Multicanaux

Maintenant que la feuille du microcontrôleur est configurée avec les ports pertinents, nous pouvons l'ajouter à une feuille schématique de niveau supérieur. La manière la plus simple de faire cela n'est pas d'utiliser Placer -> Symbole de Feuille, mais plutôt de faire un clic droit sur votre schéma et d'aller à Actions de Feuille -> Créer un Symbole de Feuille à partir de la Feuille. Cela créera un symbole pour le schéma ainsi qu'ajoutera tous les ports que vous avez dans le schéma, économisant du temps.

CreateSymbolFromSheet


Faites la même chose pour votre feuille de canal, vous avez maintenant les deux symboles de feuille dans le schématique. La feuille de sortie du canal doit maintenant être renommée, le format est :

REPEAT(nom, début, fin)

Par défaut, chaque composant dans le canal sera nommé ‘désignateur_nomdefeuille’. Personnellement, je préfère avoir le désignateur en premier pour pouvoir lire rapidement la nomenclature et voir à quel type de composant la ligne correspond — mais si vous préférez un format différent, il existe un certain nombre d'options disponibles dans Projet -> Options -> Fenêtre Multi-Canal. Si le format ne vous satisfait toujours pas, vous pouvez même entrer votre propre format de désignateur en utilisant les variables des options standards.

change component format dialog in Altium Designer


Il est très important que vous mettiez également votre nom de port dans REPEAT( ) également, sinon le fil connectera uniquement la première entrée du bus à chaque port, au lieu de générer un nouveau port pour chaque canal. Généralement, l'exception à cela concerne les protocoles de communication, où vous pourriez vouloir que le même Horloge SPI/MISO/MOSI ou I2C SCL/SDA aille à chaque feuille. Cela vous offre beaucoup de flexibilité quant à la manière dont les feuilles multi-canaux peuvent être utilisées.

output-channelsch


Il s'agit maintenant simplement d'avoir un bus nommé provenant du port de bus du microcontrôleur, puis de le connecter directement à un fil portant le même nom que le bus. Cela peut paraître un peu étrange, mais cela indique à Altium que vous souhaitez décomposer le bus pour chacune des feuilles schématiques. Altium ajoutera automatiquement le numéro de canal à la fin du nom du réseau de bus lorsqu'il générera chaque canal. Le nom du bus n'a pas besoin de correspondre au nom du port, ni au nom du bus dans la feuille schématique pour laquelle le bloc est destiné. Il peut être identique ou différent—le seul nommage qui importe est celui du bus et du fil.

toplevel-sch


J'ai appliqué la même configuration aux capteurs de courant, comme je l'ai mentionné plus tôt dans l'article, j'ai numéroté le bus ADC de 0 à 5, car je suis en train de séparer ADC0 pour le capteur de 15A avec une Entrée de Bus.

Disposition PCB du Moniteur de Courant

Maintenant que le schéma multi-canal est complet, je peux commencer l'agencement de la carte. C'est aussi simple que le schéma de niveau supérieur le laisse paraître, car je n'ai besoin de router que le premier canal pour chacun des canaux répétés.

Components in a PCB layout for a current monitor
Disposition non routée après la capture schématique


Une fois que j'aurai exécuté l'ordre de modification d'ingénierie pour ajouter tous les composants au PCB, vous verrez tous les blocs de feuilles de niveau supérieur dans leurs chambres. Il est intéressant de noter ici les multiples réseaux non routés s'étendant vers les canaux depuis le microcontrôleur, montrant que tout mon nommage de bus a bien fonctionné, chaque canal étant correctement connecté. Si je n'avais pas ajouté la commande REPEAT( ) aux ADC et aux pots de sortie, nous ne verrions qu'un seul fil montant puis se connectant en parallèle. La même chose pour les connexions d'alimentation.

Vous pourriez également remarquer que l'empreinte pour l'affichage semble assez grande. C'est l'affichage de 128x64 pixels dont j'ai parlé plus tôt que j'espérais utiliser. Après avoir routé la carte et n'ayant pas pu l'adapter sur le PCB, je l'ai changé pour l'affichage de 128x32 pixels vu dans les schémas.

Je commence par la connexion de sortie. Je vais router le premier canal à l'intérieur de sa chambre avec tout le nécessaire sauf les connexions externes. J'ai également réduit la chambre à une taille plus pratique pour les composants arrangés.

Output block template for a current monitor
Modèle de bloc de sortie


Maintenant, je peux économiser énormément de temps en utilisant l'outil Copier les Formats de Chambre. Il y a deux principales façons d'accéder à cet outil, d'abord si vous avez la barre d'outils Utilitaires activée ; il se trouve sous l'icône des chambres.

copyroomformat


Vous pouvez activer la barre d'outils Utilitaires en cliquant avec le bouton droit n'importe où en haut de la fenêtre du concepteur et en cochant Utilitaires.

enableutilitiestoolbar

La manière « longue » d'accéder à l'outil se fait via le menu supérieur, en allant dans Conception -> Pièces -> Copier les formats de pièce.

designroomscopy


Une fois l'outil activé, il suffit de cliquer sur la première pièce que vous avez déjà routée (votre modèle), puis de cliquer sur la pièce suivante que vous souhaitez avoir avec la même disposition et le même routage.

Apply room format for a current monitor PCB layout


Vous pouvez continuer à cliquer sur des pièces supplémentaires pour appliquer les mêmes paramètres à ces pièces également. L'outil fonctionne uniquement pour les pièces qui sont dans le même ensemble multi-canal. Cela signifie que je ne peux pas appliquer le format d'une pièce ADC multi-canal à l'ADC 15A. Bien que l'ADC 15A soit presque le même schéma et ne varie que par une valeur de résistance, il n'est pas compatible car il n'était pas dans le même ensemble multi-canal que les autres.

Output channels for a current monitor
Disposition du moniteur de courant avec des blocs de circuits répétés


Après avoir terminé de copier les formats de pièce pour les canaux de sortie, je dispose de 6 canaux de sortie routés de manière identique. Les schémas et le routage pour chaque canal dans cette conception sont très simples, mais je suis sûr que vous pouvez imaginer combien de temps cela va économiser avec un produit audio multi-canal complexe ou un capteur multi-canal avancé.

J'ai appliqué la même technique aux canaux ADC, ce qui a résulté en la majorité de mon routage de carte déjà complété.

Je prévois d'utiliser un fournisseur chinois de PCB à faible coût, car ils offrent le meilleur prix pour une carte de 100mm x 100mm. Avec cette contrainte de taille, je peux disposer tous les canaux. J'ai réussi à placer toutes les sorties sur un côté de la carte, mais les capteurs de courant, malgré leur petite taille, sont encore trop grands, et donc je les ai placés en forme de U autour d'un côté de la carte.

J'ai placé mon connecteur USB et l'entrée 5V l'un à côté de l'autre sur un bord de la carte également pour maintenir le routage de l'alimentation ordonné. Étant donné qu'il s'agit d'un PCB à deux couches de 1,6 mm d'épaisseur, j'ai décidé de ne pas réaliser de traces à impédance adaptée pour les lignes USB vers le microcontrôleur. Étant donné le débit de données que le chargement de démarrage USB ou le port série utilisera, l'intégrité du signal ne sera pas excessivement critique. J'ai connecté ce microcontrôleur à un port USB avec des fils soudés aux broches du microcontrôleur, puis directement à un connecteur USB, donc je sais qu'il supportera bien ce mauvais traitement. Pour un PCB de 2 couches de 1,6 mm d'épaisseur, mes traces USB devraient avoir environ 1,5 mm de large pour être à impédance adaptée, et c'est un peu gênant pour le routage.

Enfin, j'ai monté l'écran à un endroit où, espérons-le, il n'aura pas trop de câbles bloquant la vue de ce qui est affiché.

Top Design


J'ai ajouté des trous de montage à la carte, ainsi que des fiduciaux. Les trous de montage sont vitaux pour cette carte car elle sera montée verticalement dans un endroit inhabituel à l'intérieur de mon armoire de commande.

Avec un peu d'amusement pour un peu d'art, la carte a vraiment une belle allure. La police ‘AlternateGothic2 BT’, que j'ai sur mon ordinateur pour une raison quelconque, est vraiment géniale pour étiqueter les connecteurs. Elle est lisible et très compacte, ce qui est parfait pour les blocs de terminaux.

BottomDesign


Au bas de la carte, j'ai ajouté un bloc assez standard pour les conceptions sur lesquelles je travaille pour les clients, comportant un code-barres pour le suivi ou le chargement de programmes de test pour un dispositif générique, la date d'assemblage, une section QA, et un espace pour un numéro de série. J'aime la manière dont ce bloc finit le bas d'une carte et lui donne un aspect un peu plus classe.

Enfin

La carte pour ce moniteur de courant a été construite pour être une carte de détection et de contrôle de courant assez générique, malgré mes exigences plutôt spécifiques. Les fichiers de conception sont sous licence MIT, donc vous pouvez fabriquer le vôtre ou baser une section de votre propre projet sur la conception si vous le souhaitez. Comme toujours, vous pouvez trouver les fichiers de conception du projet sur GitHub.

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A propos de l'auteur

A propos de l'auteur

Mark Harris est un ingénieur qui nous apporte plus de 12 ans d'expérience diversifiée dans l'industrie électronique, allant des contrats dans l'aérospatiale et la défense jusqu’au lancement de produits startup, dispositifs de loisirs en passant par une multitude d’autres accessoires. Avant de s'installer au Royaume-Uni, Mark était employé par l'un des plus grands organismes de recherche au Canada. Chaque jour, il travaillait sur un projet ou un défi différent impliquant l'électronique, la mécanique et les logiciels. Il est responsable de la publication de Celestial Database Library, la plus vaste bibliothèque de composants en base de données open source pour Altium Designer. Mark a une affinité particulière avec les équipements et les logiciels open source, la résolution de problèmes et les innovations appliquées à ce type de projets et leurs défis quotidiens. L'électronique est une passion ; suivre la transformation d’une idée en réalité, et interagir avec le monde est une source de plaisir sans fin.
Vous pouvez contacter Mark directement : mark@originalcircuit.com

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