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[ 電路設計軟體Multisim Blue ] 自己來設計一個腳踏車方向燈吧!

大家還記得之前在勵友中心的課程嗎?故事要從那裡說起……

原來,勵友中心的小朋友們為了要騎自行車環島,便自己製作出了方向燈背心,但CAVEDU教育團隊仔細想想,ㄟ ,這樣去環島可能還不夠安全,大概還需要在自行車上安裝一些方向燈,於是這篇教學文便熱騰騰出爐啦!!

有興趣厲友課程的朋友歡迎點選文章:【課程紀錄文 】2017.10-12 [勵友中心創作課程]熱血講師的教育實踐 小朋友變身無懼失敗的未來Maker

這次怡璇大大要介紹的作品,是一顆安裝在腳踏車後方的方向燈,它可以提供行徑方向,使後方來車可以清楚看見,增加行車安全!

方向燈的電路能自行改變LED排列形狀,也可以改變閃爍頻率。

這次的方向燈是透過LED閃爍以提供警示功能,正因為需要閃爍,所以我們使用555IC使讓它產生閃爍效果。

作者/攝影  陳怡璇
時間  2-3小時
成本 約200元
難度 * *
材料表說明:這是一份一邊的燈的材料,若左右兩邊都要材料就需要兩份。

  • LED*6(可以自己決定數量)
  • NE555*1
  • 電容100np*1
  • 電容10up*1
  • 1K歐姆電阻*2
  • 電路板*1
  • 電池扣(水銀電池)*2或是電池盒(1.5V*4)*1
  • 按鈕(有段)*1

 

 

首先,簡單介紹一下555 IC。

555是一顆計時器,它有三種工作模式:單穩態模式、雙穩態模式及無穩態模式。以下為三種電路的分別功能:

  1. 單穩態模式:需單次觸發,當作脈衝產生器。
  2. 雙穩態模式:具有除2、整形、記憶之正反器基本結構。
  3. 無穩態模式:不須觸發連續自動產生脈波。

 

上面的電路圖是我們這次所要接的電路,這裡簡單介紹一下電路功能:

腳2(TRI)為觸發腳,C1、R1跟R2連接至腳2形成一充電回路;腳7(DIS)放電腳,C1跟R2連接腳7放電;充電時間腳3(OUT)輸出高態(H),放電時間輸出低態(L);無穩態電路會自動重複以上動作,因此接上LED後,LED便會閃爍。

輸出高態時間公式:ln(2)*(R2+R1)*C1。

輸出低態時間公式:ln(2)*R1*C1。

由上面公式與上方的電路圖,若R1=R2,充電時間便會釋放電時間兩倍。

 

Step1:繪製電路圖

依據上方的電路圖畫好電路後,仔細確認電路是否正確,接著整理好需要的零件。

 

Step2:繪製電路板

  1. 首先打開Multisim Blue。
  2. 放置零件:

點選place,再選擇component。注意出現的database會因需要的零件不同而有所不同。

3.選擇零件:(555)

選擇master database,並在component搜尋555

因為555有很多種,每種的footprint皆不同,所以必須另外選擇footprint。選取零件,左鍵點選兩下,至ValveEdit footprint

進去後,選擇Select from Database

進入後,選擇Mouser Database,在Footprint欄位找到DIP-8,然後按下Select

接下來要調整IC腳位。

Edit Footprint介面,選擇Map pins。要注意Footprint那排的編號,選擇DIP-8的那一個,前面的數字編號可能因每次軟體重新開啟而有所不同,也要注意一下圖片的樣子。

進入以後,將Footprint那欄位的數字改為以下順序,然後按下OK。這樣555footprint便修改完畢。

3.選擇LED

選擇databasemouser database,在component搜尋C503B,然後選擇第一個。會選擇這個,是因裡面就找到這個是普通的LEDfootprint符合我們的需求,其他幾乎都是SMDLED

這次的電路需要6LED,若讀者想要多一點LED也可以自行增加,不過要注意輸出的電壓、電流是否足夠一次點亮這麼多LED

若要版面看起來乾淨一些,可以把不必要的文字關起來。

點取零件,左鍵按兩下,選擇display,將show values取消。

3.選擇電組

選擇databasemaster database,選擇resister,然後component選擇1K。這邊需要兩個電組。要注意它的footprint,不要選到no footprint

4.選擇電容(無極性)

選擇databasemouser database,在component搜尋0.01,然後選擇CAP_Film_TH_63V_Panasonic那一個,可能會有點大,但因為其它找到的都是SMD的,我們需要的是有接腳的。

這是陶瓷電容,無極性的通常都是使用這個,可參考網址:https://www.mouser.tw/productdetail/vishay-cera-mite/440ls20-r?qs=sGAEpiMZZMuMW9TJLBQkXhF%252bCvRzw5Mb7B8NEuAfSws%3D

 

5.選擇電容(有極性)

容量比較大的電容通常都會被做成電解電容,所以會有極性上的差別,焊接時要注意有沒有極性接反。選擇databasemouser database,在component搜尋10µF,250V,然後選擇第一個。與上面一樣,因為需要接腳,所以選擇這個圖,實際上並不需要這麼大的耐壓。

這個就是電解電容,可參考網址:https://www.mouser.tw/productdetail/panasonic/eeu-fs1c222lb?qs=sGAEpiMZZMvwFf0viD3Y3fHxNcSaiftwQrwpb7ohpUx3Ai0h0VqORQ%3D%3D

 

6.接地(這是方便辨識的地)

選擇databasemaster database,然後選擇POWER_SOURCES,然後選取GROUND

7電源

選擇databasemouser database,選擇Sources,選取第一個。

這邊需要兩個電源,電壓才足夠供給555供電,兩個電源皆需串聯。串聯後,正極的部分就是VCC,負極則是GND

若嫌它顯示太多不必要文字,一樣可以取消顯示。

這邊要把它的電壓改成3V,因為這裡是使用鈕扣電池,一顆3V。一樣選取零件,左鍵按兩下,然後選擇Label,把裡面文字改成3V

若沒有這樣的電池與電池扣,可以跟下面按鈕一樣,改採排針代替,然後改成使用電池盒。

 

8.按鈕

按鈕由於要另外接線出去,因此以排針代替。選擇databasemouser database,尋找到HEADER_PIN_Single_Row_TE_Connect,然後Component搜尋102972-1。這裡需要兩個排針

至此為止,所需零件就都找完、調校好了,接下來便按照電路圖接好它。

若想要左右兩邊製做在同一塊電路板上,可以把上面的電路直接再複製一個貼上,這樣在PCB拉線時就可以兩個一起擺了。

接下來就是轉成PCB。點選Transfer,然後Transfer to Ultiboard,按下Transfer to Component Evaluator。這樣就能產生PCB的檔案。

Step3:繪製PCB圖

剛開始進來的畫面會長成這樣。

1.更改版面位置。

選擇除了電池以外的零件,電池就是最大的那兩個,選擇好之後,按下右上角的Swap layer,將零件改為背面。

2.放好零件。

將所有零件擺放好。因為是方向燈,因此我把LED擺成箭頭形狀。

3.改變PAD

零件排好後,我們要先改變PAD面積,要把它的面積改大,這樣才好焊接。

注意上面單位,要先改成mm,然後點選PAD,點取RectangleLength改為2,最後按下OK

這裡一樣除了電池之外,每個都要改。

4.自動佈線

按下Ctrl+Shift+8,它就會幫你把線佈好。優點是方便快速,缺點是它會有上層和下層的線。

5把線整理好

通常自動佈線完畢後,都會進行手動整理,自動佈線會產生很多不必要的轉彎,若無法把線都改成同一面,也可以修掉不必要的轉彎即可。

6.改線寬

選取線,然後左鍵按兩下,便會跑出以下畫面。選擇General,然後Width改成0.7,最後按下OK。若是怕洗電路時線斷掉,也可以加粗一點,但線也不是愈粗愈好,而是要看電路的電流以決定。

7.最後結果

當線寬都改好後,這就是最後的完成圖,就能拿去洗電路並把成品做出來了。不過與前一步驟整理線的圖不太一樣的是,因為線寬修改過後,有可能線就會短路,若是短路就需要微調一下。

再來就是把圖片列印出來。

曝光。

曝光完成後要先顯像。

顯像完成後進行蝕刻

蝕刻完成後,電路板就大功告成了!

電路板完成後要再切割、鑽孔,然後把零件焊接上去,通通做完後便可綁在腳踏車上面,按下按鈕,LED便會開始閃爍。BlingBling!亮晶晶!

按鈕就固定在把手上。

 

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[ 課程紀錄文 ] 2017.10-12 [勵友中心創作課程]熱血講師的教育實踐 小朋友變身無懼失敗的未來Maker

【各!位!觀!眾!】

CAVEDU教育團隊愛心不落人後,兩位熱血講師前進勵友中心開設「無懼失敗工作坊」!

啊不,是為期12週的手動創作教育課程。

讓小朋友們體驗自己當Maker,探索興趣與職涯目標,最後更設計電路,自造腳踏車環台用的方向燈背心!

裡面還有幾個有小洋蔥的故事。一起來欣賞吧,歡迎給我們團隊一些鼓勵。

 

But! But!

你知道勵友中心的小朋友用什麼好用軟體設計電路嗎?

手刀快快看:[不錯用的電路設計軟體Multisim Blue]手把手安裝教學

作者/攝影趙偉伶
課程時間2017年10至12月
課程講師郭皇甫、趙偉伶
課程場地勵友中心好Young館

 

「開始做教育的那刻起,我開始認真思考教育的意義究竟為何?」

這是一門為期12週、每次1.5小時在勵友中心教導小朋友的課程。勵友中心一直以來致力於輔導邊緣、弱勢青少年,透過陪伴、輔導活動或課程,增加他們生命的豐富度,並幫助他們尋覓到生命的方向。勵友中心更近一步成立「好Young少年創意基地」,提供各種課程,使青少年能夠發掘出興趣之所在,進而發展成個人未來的職涯目標。

在開始設計教程的那一刻,我正思考在這科技日新月異的世界,對現今的學生而言,最重要的會是甚麼?我想引領他們學得解決問題、吸收新事物、創造新事物的能力,這是我賦予這門課程的意義。

因為我們傳統習慣的教育模式,甚少有自由發揮、Maker的課程,所以在設計課程時,要小朋友剛開始、一夏子進入自由創作的課程是有一定難度的。為此,我們將課程細分為四大部分,讓孩子們慢慢習慣於創作的氛圍。

 

一、網路蒐集通;

二、動手做一做;

三、動腦想一想;

四、專題實作;

 

以水果作畫 網路蒐集通一通

剛開始,我們先做了「水果衣服」這個題目。日常生活中,我們常會不經意把水果的果肉、醬油⋯⋯等東西不小心翻倒於白色衣服上。於是,我們透過將水果倒用在白色布上的方式,讓他們創作屬於自己的水果畫,之後請他們利用Google搜尋該如何將衣服上的水果清乾淨。最後小朋友們運用了許多方式,終於將白色舊衣洗乾淨了!

學生們開心地在白色舊衣上用水果做畫,也認識水果用在衣服上可能發生的效果為何。

在教授這門課時,發生了一個讓我十分意外的小插曲。班上有一個小男孩,母親好像是來自柬埔寨,所以他其實不太會使用注音,在使用Google時發生了一些狀況,中文字也未認識太多,於是我親自帶他一起念這些字。課程結束時,我們都非常高興他認識了所有水果的字與注音!

 

不要怕失敗 實際動手做一做

接下來我們讓小朋友們利用珍珠板做自己的彈珠台,讓大家習慣動手做。尚未製作前,小朋友們都會想很多,卻有點不敢動手嘗試,因為怕做錯。但是,「動手做許多時候如同人生,當你不敢去跌倒時,就無法體會更多不同事物,人生失敗很常見,多次失敗才能累積經驗,達到下一次的成功」我們如此告訴小朋友。

 

動腦想一想 實現蝙蝠俠披風

萬聖節剛好在十月最後一周,於是CAVEDU教育團隊讓大家開始發揮各自創意,發想萬聖節服裝。這次他們要從發想、列出材料、實際實作、修改。剛開始的情況相當兩極,有人非常願意創作;也有小朋友害怕失敗,覺得沒有很多材料怎麼可能做到!我一開始給他們的發想有兩個:機器人與亮燈天使。

之後,慢慢開始有小朋友,想做蝙蝠俠、Minecraft 的冰人、東京喰種的金木研、蛋蛋人⋯⋯等等。他們畫出各式各樣設計圖,第一堂課除了畫設計圖之外,還要跟我提出需要那些材料; 第二堂課大家就開始實際做出作品了。在創作過程中,或許因我設計的機器人是用紙箱創作的,所以小朋友們都很喜歡用紙箱進行創作。

有位小朋友讓我覺得十分感動。他想做蝙蝠俠披風,然而,其他想做披風的小朋友最後皆覺得披風很好像太難了,便直接以黑色塑膠袋取代。但我跟他說用布可以做出來,於是,他用了一條類似西裝的長褲,我們一起把褲管、褲襠剪開,將兩片褲管互相縫起來,就變成他想像中套頭的披風了!

孩子們一起開心地treat or trick

 

專題有實作 自造方向燈背心

最後發現,有的老師意願帶這群孩子騎腳踏車環繞台灣某些地區,所以我們開始發想,如何透過電子電路的方式,讓他們做出自己的方向燈背心。

讓第一次接觸電子電路的學生喜歡上這個領域其實不太容易,當我們還在學校當學生時,電子電路有許多艱澀的理論必須去理解。為讓他們覺得好玩,我們首先設計了兩個小專題:讓他們認識電壓、電流,串聯、並聯,焊接技巧⋯⋯等基礎的電子創作能力。

我們做了手持式電風扇與馬達手機充電,讓他們嘗試若要讓電風扇轉更快,有哪幾種方式;以及穩定的電壓對手機的重要性。

 

接著是挑戰度大增的設計電路,關於設計電路的軟體,我們使用的是Mouser與NI合作共同推出的軟體Multisim Blue。因為小朋友們多半是小三至國一的年齡,我剛開始還十分擔心他們接電路接不好,然而,每個人皆專注力十足地留心下一步是什麼。

畫好電路圖後,接著洗電路。

 

調配顯影劑

右邊用酒精將電路的感光層擦掉;左邊搖液體使液體均勻混和。

最後大家一同焊接,完成最後成品。

令我印象很深刻的是,班上有一位小男生十分有個性,但他從剛開始的有點小小叛逆,到後來最認真、做最好的卻也是他,甚至是班上焊接焊得很好的小朋友之一!最後電路繪製過程,其他小孩都是兩個兩個一組,只有他獨立完成全部任務。

 

結語

歷經這12周課程,我們由衷感謝這群小朋友,因為我們不只是帶著他們成長,同時也跟著他們成長。看著他們由剛開始不太願意或搞不清楚狀況,到會自己動手做、動手焊接,積極想完成成品的認真樣貌,真是心中滿滿地感動!衷心盼望他們能明白,只要願意動手做,也能做出很棒的東西;只要肯努力,即便出身較為貧困,也將會有成功的一天!

 

 

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[ 電路設計軟體Multisim Blue ] 設計一個簡易電源供應器

我們購買小電壓、電流的電子產品時,電子產品的電源線常常使用USB線,累積下來有好多的USB線,希望將這些USB線常常使用USB線,作為我們電子小專題的可插拔式電源。

作者/攝影  豐智
時間  2-3小時
成本約200元
難度  * * *
材料表

今天跟大家分享的作品,電源供應器,平常實驗的時候、或者做電子作品的時候需要外接電源,我們來分享這個模組,大家做各式各樣的作品時,也可以這篇文章了解電源基本要用的功能

我們購買小電壓電流的電子產品時,常常使用USB線作為電子產品的電源線,累積下來有好多好多的USB線,希望夠再次利用這些USB線作為我們電子小專題的電源

 

我們常常拿到的USB線有這機種。USB-TypeA、USB-TypeB、USB-TypeC、MiniUSB線、MicroUSB。各位可以依照家裡多餘的線買對應的接頭。

 

我們設計電源供應器希望能夠

  • 做電子實驗時可以在麵包板上外接電源
  • 作各種小專題把這個模組加上去,用USB線供電

 

這次設計的簡易型電源供應器有幾個注意事項

  • 限制最高電流
  • 超過最高的電壓電流保險
  • 避免忽然插上USB線時,瞬間電壓電流過高
  • 避免忽然拔掉電源,瞬間無供應電
  • 輸入輸出電源的接頭

 

1、限制最高電流

為什麼要限制最高電流?一般電子產品使用的電子元件、晶片,在說明文件裡會告知電子元件/晶片可以使用的電壓電流範圍。一般的電子商城,販賣電子元件時會提供數據手冊(Datasheet)或使用規範,如果你是直接到電子零件店購買,也可以詢問電子零件的廠牌型號,在網路上尋找資料手冊。

以下圖為例,我在網路商城(連結)購買一個MicroUSB接頭,這個接頭的販賣時有相關使用規範,額定電流值為1.8A,如果使用平板電腦的電源供應器(2A~3A),超過該電子元件的額定電流,使用時極有可能發生電子元件燒壞等狀況。

1、 網路購買電子元件,使用規範

2、點擊Datasheet檢查資料手冊的使用規範

2、超過最高的電流保險

Step1:選擇保險絲

設計的人會注意自己做品使用時的注意事項,但天有不測風雲,自己也會有忘記、或者其他人使用時不小心接上超過額定電流的電源供應器,這時候可以使用保險絲,超過電流值的時候,保險絲會先燒斷,讓電路變成一個斷掉的迴路,避免波及其他的電子元件。最近很流行的Arduino開發板,相關的感測器模組、電子晶片大多額定電流在1A,故我們這裡選用1A的保險絲。

為了可以依照不同使用狀況,限定最高電流,我們這裡使用可拆拔的玻璃管保險絲。

3、 1A的玻璃管保險絲-資料連結

 

Step2:接著在MultiSIM BLUE選擇1A保險絲

1、首先選擇[Place]→[Component]

接著選[Mouser Database]→[Power]→[FUSE_Cylindrical_Littelfuse_Cartridge_213]→[1A]

2、這裡使用[Mouser Database]資料庫,它的特徵可以透過右下角的[Hyperlink]點選網址,觀看實際對應的電子零件資料手冊、使用規範、價格、庫存等資訊,這個保險絲的實際長度是20mm。

4、 在軟體中選擇1A保險絲

5、 對應的實體保險絲

 

Step3:選擇保險絲座兩個

選擇[Place]→[Component]

接著選[Mouser Database]→[Power]→[FUSE_Holder_Littelfuse_Clip]→[01110512Z]

6、 在軟體中選擇保險絲座

7、對應的實體保險絲座

3、4、避免忽然插上USB線時,瞬間電壓電流過高,忽然拔掉電源,瞬間無供應電

各位可以嘗試使用:RC充放電路,RC指的是電阻(Resistor)與電容(Capacitor)。

 

充電:

如下圖,當電源供應器另一方接上馬達,接上5V1A的USB線(VCC1)的瞬間,不僅會供電給馬達,同時會分散電流到電阻與電容,當電容充飽電之後,電容會相當於無限大的電阻值,所有的電壓電流都會使用在馬達上。

充電的時間會是多長呢?這次選擇的電阻是1K歐姆=1000歐姆,電解電容16V,100uF(微法拉)=0.0001F(法拉),充電時間的公式T=RC,充電所需時間為0.1秒,想降低充電時間可以降低電阻或降低電容容量喔。

8、 充電電路

 

放電:

我們拔開5V1A的USB線之後,電容儲存的電荷會供給馬達轉動,直到電容儲存的電用完。

9、放電電路

 

Step1:選擇電容

選擇[Place]→[Component]

接著選[Master Database]→[CAP_ELECTROLIT]→[100uF]→[IPC-2221A/2222/CAPPR200-500X1100]

 

10、選擇100uF電容

 

Step2:選擇電阻

選擇[Place]→[Component]

接著選[Master Database]→[RESISTOR]→[1K]→[IPC-2221A/2222/RES900-300X200]

11、選擇1K電阻

 

5、輸入輸出電源的接頭

這次輸入電源的USB線選用最近很流行的ArduinoUNO USB接頭,USB Type-B接頭。

12、實體USB Type-B接頭

 

這次輸出電源選用端子台,這種端子台底部有2個針腳(Pin),圖片上方有螺絲孔,使用螺絲起子鬆開螺絲後,中間的固定座便會鬆開,鎖緊螺絲中間的固定座則會鎖緊。

13、實體端子台

14、使用螺絲鎖緊/放開端子台

 

Step1:尋找替代的USB針腳

在軟體USB Type-B接頭目前沒有Component,我們以2X2的排針替代USB Type-B腳位

選擇[Place]→[Component]

接著選[Mouser Database]→[Connectors]→[HEADER_PIN_Double_Row_TE_Connectivity]→[102973-2]

15、 取代USB Type-B選擇2X2接頭

 

Step2:更改USB針腳名稱

1、為了方便識別USB Type-B的5V與GND,點擊剛剛的2X2接頭,點選右鍵選擇[Properties]→[Label]→更改[RefDes]名稱為USB Type B。

2、接著更改[RefDes]名稱為1 is GND 2 is 5V

16、 更改標籤名稱

17、取代USB Type-B的5V、GND

 

3、接著顯示每隻腳位的編號,選擇[Display]→[Use component specific visibility settings]→勾選[Show footprint pin names]

18、 顯示腳位號碼

19、 完成圖示

 

Step3:新增端子台並修改端子台名稱

選擇[Place]→[Component]

接著選[Mouser Database]→[Connectors]→[CONN_SCREW_TERM_Phoenix_Contact]→[1715721]

20、新增兩個針腳的端子台

點擊剛剛的端子台,點選右鍵選擇[Properties]→[Label]→更改[RefDes]名稱為Terminal Block。

21、 更改端子台名稱

 

Step4:新增VCC、GND

1、選擇[Place]→[Component]

接著選[MasterDatabase]→[All families]→搜尋[VCC]

2、接著選[MasterDatabase]→[All families]→搜尋[Ground]

3、完成後所有的電子元件如下圖:

22、 總共使用的電子零件

 

Step5:接出RC 充放電路

根據剛剛說明的RC充放電路,將思路轉換成USB電源供應器,下圖左方代表USB 接頭,可依個人喜好更換USB接頭的類型。左方則是端子台,你可以透過端子台為各種電子小專題供應電源。

23、 電源供應器充放電電路圖

 

在MultiSIM BLUE完成的電路圖如下,請大家檢查看看是否一致

24、電源供應器充放電電路圖2

6、使用電路模擬軟體測量端子台電壓

1、在MultiSIM BLUE中有模擬電路的功能,可以對電路測量電壓、電流、訊號波形等測量,這次要模擬端子台(Terminal Block)是否有5V電壓輸出。

2、選擇[Simulate]→[Instruments]→[Multimeter]。

小提醒:在MultiSIM BLUE右方的工具列,也可以電選這些測量工具。

25、 開啟MultiSIM BLUE 模擬功能

3、[Multimeter]相當於電子專題不可或許的小幫手-三用電表,可以測量電流、直流電、交流電、電阻值等數值。

26、 使用Multimeter測量

 

4、測量電壓方法與三用電表相同,量測待測物電壓需要與待測物並聯,請從[XMM1]拉線與端子台進行並聯。

27 將Multimeter與端子台接線並聯

5、選擇[Simulate]→[Run](或點擊F5,或點擊軟體上方工具列快捷鍵)即可執行模擬,對[XMM1]點擊兩次後,畫面會顯示量測到的電壓值,若沒有量測到5V電壓,請檢查電路是否問題。

28 量測端子台電壓

 

將電路圖的資料轉換成電路板

在MultisimBlue上繪製完電路圖之後,我們將電路圖轉換成PCB繪圖軟體檔案。

點選[Transfer]→ [Transfer to Ultiboard]→[Transfer to Ultiboard Component Evaluator14.0]

29、電路圖轉電路板

轉換完成後,MultisimBlue會幫助我們開啟PCB軟體:[Ultibaord Component Evaluator Mouser Electronic Edition],電路圖電子元件間的接線,在PCB軟體會將轉換成預拉線,如下圖。

30電路板與預拉線

 

進行電路板布局

Step1將電子元件移至左下角,整理線路

請將電子元件全部移到左下角,靠近左下角的原點,我們可以使用[Ctrl+R]對電子元件旋轉,盡量建少每條線之間互相交叉,重疊。USB Type B線的接頭、負責輸出電壓電流的端子台,盡量靠近邊界,沒有其他電子元件阻擋。

31 移至左下角的原點並整理元件

 

Step2設定玻璃管保險絲距離

下圖是玻璃管保險絲加上兩個保險絲座,本次選用的玻璃管保險絲長度為20mm,可以使用軟體上方、左方的刻度表量測,保持兩個保險絲座的距離為20mm,也留17~20mm給USB接頭。

33、保險絲座與USB接頭距離

 

Step3使用資料手冊設定USB Type B距離

參考我們購買的接頭廠商與型號下載資料手冊-連結,下圖是USB Type B的資料手冊,我們可以透過手冊了解USB接頭的尺寸資料

34、 下載資料手冊

 

根據下圖的USB接頭俯視、側視圖片,我們得知USB接頭總長為16.5mm,有四隻針腳與左右兩個大腳座,你可以決定如何移動腳座,腳座左側有10.28mm的空間,也可以讓USB接頭超過一半的空間暴露在電路板之外。(以下資料圖片源自貿澤電子商城)

35、 USB接頭俯視尺寸

36、 USB接頭側視尺寸

37、 USB接頭前視尺寸

38、 USB接頭底座針腳尺寸

這裡設計USB接頭前後長度留18mm,左右寬度留下20mm。如有興趣,也可以為左右兩方的大腳座設定焊接的孔位,做為固定USB腳座的支點喔。

39、 USB接頭長寬設定

 

Step4、編輯Board Outline

1、將滑鼠移至左方的[Design Toolbox]工具列對[Board Outline]點擊兩次,可以對黃色線的板框刪除、縮小放大。

40、Board Outline

2、在軟體上方的點選[Edit]→[Selection filter]→[Enable selecting other objects],可以編輯電子元件以外的物件

41、編輯電子元件以外的物件

 

Step5、更改電子元件的位置

1、安排完電子元件後,可以點選[View 3D],觀看電子元件的3D顯示圖。

42、View3D

2、安排電子元件時,可以把電子元件更換到另外一面,我們稱電路板正面為[Copper Top]、背面為[Copper Bottom] ,你也可以選擇每一面代表的顏色。(Top預設為綠色、Bottom預設為紅色),請將所有的線路、焊接孔位在一面、電子元件在另一面。

43、選擇Copper Top

44、更換電子元件板面位置

45、電路板布局3D圖

 

進行電路板布線

Step1、使用自動布線

選擇右上方的[Start/resume autorouter]或使用快捷鍵(Ctrl + Shift + 8)進行自動布線

46、自動布線

 

Step2、整理布線

這次的作品比較容易,整理布線時首先注意兩點,可以避免走線路徑產生一些不必要的電池輻射(1)線需要轉彎時,轉彎角度應該大於90度(2)轉彎需要再轉彎時,應多走一些距離再轉彎。

47、整理布線

 

Step3 設定走線的路徑

電源供應的電流越高,走線的線寬需要越寬,一般在攝氏35度的狀況下,1A的電流線寬至少要大於0.2mm、2A至少大於0.3mm、3A至少大於1mm。

A、選擇想加寬的走線後滑鼠右鍵,點選[Properties],出現下圖的[Trace Properties]。

B、選擇[General]→到[Measurements]將寬度[Width]調整為2mm。

48、設定走線路徑寬度

49、5V路徑加寬度

 

Step4 設定Dril與PAD

為了使焊接更容易,鑽頭的鑽孔點正確,請依照下列步驟。

1、點選[PAD],左上方選項可以選擇PAD的形狀,為了焊接方便,我們要把PAD的面積變大,但不能碰到相鄰的PAD的或走線。

A、選擇形狀Shape:

選擇[Rectangle]→設定長度[Length]為1.5mm或2mm。

B、選擇大小Size:

選擇[Pad diameter]→設定直徑為2mm或4mm。

C、選擇鑽孔大小Hole:

選擇[Dril diameter]→設定直徑為1.2mm。鑽孔大小請依照使用者的鑽刀大小做設定。

50、設定Dril與PAD

 

3、PAD與Dril設定後的參考圖片

51、設定合適的Dril與PAD

Step4 Power plane

Power plane可以選擇一種線路,大範圍留下銅箔,一般會留給接地面(Ground),與Ground連接的接點會變成與一大片銅箔相連。

選擇[Place]→[Power plane]→Net選項選擇[0]

52、對Ground線路進行Power plane

53、Top板面上的電路

54、Bottom板面上的電路

 

相關文章:

[ 電路設計軟體Multisim Blue ] 花朵、小雞、金魚造型LED燈設計

最近我的同事對摺紙產生興趣,於是拿了些手邊的電子零件與水銀電池,洗成一塊電路板做成小吊飾。希望對設計電路板有興趣,但又覺得很難不敢靠近的同學們,可以參考這篇文章看看喔

作者/攝影  豐智/偉伶
時間  2Hr
成本 100元以內
難度  * * *
材料表
  • 水銀電池扣*1
  • 1/4W 220歐姆電阻*1
  • RGB七彩LED燈*1
  • 滑動開關*1

閱讀本篇文章如果有什麼不清楚的地方可以參考看看這幾篇文章

 

今天跟大家分享的是造型LED燈,透過摺紙寶典,我們希望能讓基本的LED燈可以添增更多的趣味,這次搭配摺紙金魚、花朵、小雞,希望能帶來更多變化。

摺紙的部分,我們參考下列的摺紙連結,各位也可以設計各式各樣的摺紙造型做裝飾喔。

 

1、摺紙世界-禮盒裝飾花連結

2、ORIGAMI-折り紙 摺紙教學 –Fish連結

3、超簡単折り紙 雄鶏です連結

 

 

希望能設計出搭配各種勞作的小電路是這次的設計目標,設計一個電路作品,總共分為下列幾個步驟。

  • 繪製電路圖、確定使用各項電子元件的材料、數量、元件的大小
  • 將電路圖的資料轉換成電路板
  • 進行電路板布局
  • 進行電路板布線

我們來看看吧

1、繪製電路圖

Step1:我們首先要確認預想的電路圖,以及使用到的電子元件,下圖是作品的電路。

造型燈電路圖.jpg

 

我們這次使用的電子元件有:LED燈、220歐姆電阻、滑動開關(三隻腳)

 

 

Step2、確認過電路圖與材料後,接著開啟Multisim Blue繪製電路圖,今天我們快速的找到這些元件,如果想要複習軟體操作的人可以看這篇:[電路設計軟體Multisim Blue]電路繪製-基本LED電路篇

搜尋電子元件:在軟體上方的選項[Place]à[Component]

選擇電子元件[component]

1、選擇三個腳位的開關,這裡使用排針做取代,排針腳位之間的距離為2.54mm

開啟[Component]之後選擇:[Mouser Database]à[Connectors]à [HEADER_PIN_Single_Row_Molex]

選擇3pin 2.54mm排針

 

2.選擇電阻

開啟[Component]之後選擇:[Master Database]à[All groups]à[RESISTOR]à[220]

選擇220歐姆電阻

 

3.選擇LED燈

開啟[Component]之後選擇:[Master Database]à[Diodes]à[LED]à[LED_red]

選擇方法與法一法二相同

 

4.選擇GND、VCC

開啟[Component]之後選擇:[Master Database]à[Sources]à[POWER_SOURCES]à[Ground]、[VCC]

 

所有的電路符號

 

Step3 比照電路圖進行繪製

1、LED燈是否能亮起來,取決於開讓下列哪一條電路導通,當開關往下拉時,LED燈、電阻、電池形成一個迴路。 開關往上拉時,電池的正電沒有接到任何一個迴路,形成斷路。

導通的迴路

2、按照電路圖在Multisim Blue上將電子元件連接起來,將滑鼠移至電子元件其中一個端點,點擊滑鼠左鍵,接著將線拖曳至另一個電子元件的端點,再點擊一次左鍵,你可以拖曳看看電子元件,剛剛的線不會斷掉,會隨著電子元件延伸,代表線是成功連起來。

元件端點的連接

 

3、接線完成後的圖

電路完成圖

 

4、這次使用的電池是焊接比較容易使用的電池扣,這是分享使用Header的一些心得,只要確定好兩個焊接端點的距離,便可以畫出電路圖

 

開啟[Component]之後選擇:[Mouser Database]à[Connectors]à [HEADER_PIN_Single_Row_TE_Connectivity]à[10297-1]

新增單一腳位的排針

分別在GND、VCC接線

電路完成圖

2、將電路圖的資料轉換成電路板

 

在MultisimBlue上繪製完電路圖之後,我們將電路圖轉換成PCB繪圖軟體檔案。

點選[Transfer]à [Transfer to Ultiboard]à[Transfer to Ultiboard Component Evaluator14.0]

電路圖轉電路板

轉換完成後,MultisimBlue會幫助我們開啟PCB軟體:[Ultibaord Component Evaluator Mouser Electronic Edition],電路圖電子元件間的接線,在PCB軟體會將轉換成預拉線,如下圖。

電路板與元件預拉線

電路板與元件預拉線

3、進行電路板布局

這次目標用電路板雕刻機切出一個直徑3cm圓形的電路板

 

Step1將電子元件移至左下角

各位在電路圖上可以看到一個黃色的方框,我們稱為[Board Outline],左下角有一個圓形十字架的圖示,PCB設計板完成後,如果使用電路板雕刻機,我們發現這圖示是電路板雕刻機停下來的原點,為了之後的檔案可以方便使用,請將電子元件全部移到左下角,靠近原點。

你在左邊與上面看到刻度表,只要將滑鼠移至刻度表點擊左鍵,刻度表會出現箭頭與虛線,告訴你箭頭與板框之間的距離,記得把距離單位選成mm喔。

使用刻度表與丈量

 

Step2在左邊與上面的刻度表各拉兩個,標示出3cmX3cm的範圍

元件布局:標示3cmx3cm

 

Step3、編輯Board Outline

1、將滑鼠移至左方的[Design Toolbox]工具列對[Board Outline]點擊兩次,可以對黃色線的板框刪除、縮小放大。

 

Board Outline

 

2、在軟體上方的點選[Edit]à[Selection filter]à[Enable selecting other objects],可以編輯電子元件以外的物件

編輯電子元件以外的物件

 

Step4、畫出一個圓形的Board Outline

  • 點選原本的板框並刪除

點選板框

刪除板框

2. 在黑色的區域點擊右鍵選擇[Graphics]à[Circle]

畫出圓形

 

3、畫出一個圓形Board Outline

畫出圓形

 

Step5、更改電子元件的位置

1、安排完電子元件後,可以點選[View 3D],觀看電子元件的3D顯示圖

View3D

2、安排電子元件時,可以把電子元件更換到另外一面,我們稱電路板正面為[Copper Top]、背面為[Copper Bottom] ,你也可以選擇每一面代表的顏色。(Top預設為綠色、Bottom預設為紅色)

選擇Copper Top

 

3.更換電子元件的板面位置時,首先點選要更換的電子元件,這裡使用LED燈,再點選右上角的[Swap layer],更換的LED顏色便會更改為紅色,代表LED燈更換到背面了

更換電子元件板面位置

電路板布局3DA

電路板布局3DB

 

Step6、丈量水銀電池扣的位置

  • 下圖是水銀電池扣,經過測量長度為24mm、寬度22mm,針腳之間的距離為20mm。再電路板的規劃中,我們可以使用上方與左方的刻度表劃出24x22mm的電池扣空間,在空間之外放置其他的元件。

水銀電池扣尺寸

 

4、進行電路板布線

Step1、使用自動布線

元件與元件之間的預拉線,可以用自動布線規畫最佳的走線路徑,是相當便利的功能,如果你的作品有數百條預拉線,讓軟體幫你布線可以節省更多時間。

選擇右上方的[Start/resume autorouter]或使用快捷鍵(Ctrl + Shift + 8)

自動布線

 

 

Step2、整理布線

這次的作品比較容易,整理布線時首先注意兩點,可以避免走線路徑產生一些不必要的電池輻射(1)線需要轉彎時,轉彎角度應該大於90度(2)轉彎需要再轉彎時,應多走一些距離再轉彎

整理布線

 

Step3 設定Dril與PAD

1、Dril常被稱為鑽孔,顧名思義是使用鑽頭貫穿電路放置需要貫穿固定的電子元件,PAD常被稱為焊盤,是預留作為焊接點的地方。下圖藍色的部份便是PAD,滑鼠左鍵點擊兩次後可以直接設定。

點選PAD

 

2、點選[PAD],左上方選項可以選擇PAD的形狀,為了焊接方便,我們要把PAD的面積變大,但不能碰到相鄰的PAD的或走線。

A、選擇形狀Shape:

選擇[Rectangle]à設定長度[Length]為2mm。

B、選擇大小Size:

選擇[Pad diameter]à設定直徑為2mm。

C、選擇鑽孔大小Hole:

選擇[Dril diameter]à設定直徑為1.2mm。鑽孔大小請依照使用者的鑽刀大小做設定。

設定DrilPAD

 

3、PAD與Dril設定後的參考圖片

設定合適的DrilPAD

 

Step4 設定走線的路徑

設計電路板時,線徑的大小與電磁干擾成反比,線的長度與電磁干擾成正比為了降低不必要的電磁干擾,將線徑加寬。

A、選擇想加寬的走線後滑鼠右鍵,點選[Properties],出現下圖的[Trace Properties]。

B、選擇[General]à到[Measurements]將寬度[Width]調整為2mm。

設定走線路徑寬度

 

線徑加寬設定畫面

路徑加寬度

 

5、完成畫面

這是完成畫面,走線也可以使用[SWAP Switch],將指定的走線換到另外一面

走線於Top板面上

走線於Bottom板面上A

Bottom板面上B

 

完成之後大家可以搭配各種造型的摺紙

 

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