Fab-O-Matic: prototipo millefori e scatola FreeCAD

Continuiamo la serie di articoli a scopo didattico sulla realizzazione di progetti embedded.

  • Intro & prototipo breadboard (parte I)
  • Prototipo millefori e scatola FreeCAD (parte II, questo articolo)
  • Progettazione PCB (parte III)
  • Schema elettrico e note di progettazione (parte IV)
  • Sponsorship OpenHWLAB e PCB assemblato (parte V)
  • Il software embedded (parte VI)
  • Il software del back-end (parte VII)
  • La qualità del software (parte VIII)
  • La messa in funzione del sistema nel Lab (parte IX)

Tutto il progetto software è open-source, non richiede software proprietari ed è consultabile su Github. Il progetto hardware è interamente documentato su OpenHWLabs. La scatola di questo articolo è un progetto FreeCAD.

Prototipo su scheda-mille fori

Nell’articolo precedente abbiamo evidenziato i vantaggi e svantaggi dei prototipi su schede breadboards. Al fine di installare Fab-O-Matic su tutto il nostro parco macchine, occorreva una soluzione più robusta.

Il successivo strumento del maker in questi casi è di usare schede mille-fori. Sono circuiti stampati pre-forati con una spaziatura standard (2,54mm o 100 mil) per componenti a foro passante. I pin e fili di interconnessione vengono saldati con stagno e questo conferisce una ottima resistenza alle vibrazioni.

Data la loro utilità, il nostro reparto di elettronica è fornito di molte schede di dimensioni varie per facilitare la realizzazione di prototipi.

Quando il circuito comprende molti fili di interconnessione diventa facile sbagliare durante l’assemblaggio e la saldatura. La prossima sezione illustra come tenere sotto controllo questo aspetto.

Lo schema di connessione

Alcuni software consentono di produrre un disegno “pulito” da seguire durante l’assemblaggio:

  • Fritzing : nelle ultime versioni è stato rimosso l’installer gratuito ed è necessario compilare i sorgenti manualemente da Github . Istruzioni qua.
  • TinkedCAD : una piattaforma Autodesk online gratuita che consente anche la simulazione di circuiti su breadboard. Graficamente non propone una basetta millefori, ma è possibile tirare fili.

La prima versione funzionante su base millefori è stata realizzata con Fritzing dal nostro socio Omar.

Lo schema del circuito con i i link vari moduli:

A questo punto del progetto, abbiamo voluto testare il circuito con una stampante 3D ENDER 3. Queste stampanti forniscono un’alimentazione 24V, rendendo necessario l’aggiunta di un modulo di conversione step-down da 24V a 5V. Esistono moduli step-down con la possibilità di regolare la tensione di uscita a meno di due euro su AliExpress.

L’altra conversione step-down da 5V a 3V3 necessaria per l’ESP32 rimane fatta dal modulo devkit ESP32 con un regolatore detto LDO.

Il modulo Relay comprende un circuito di comando che gli consente di essere alimentato a 5V ma di ricevere comandi dall’ESP32 a 3V3 ; vedremo nell’articolo sulla progettazione elettronica che non è possibile energizzare direttamente la bobina del relay con l’uscita del ESP32.

Secondo prototipo

Versione assemblata su scheda millefori.

  • Attento ad isolare fra di loro con adesivo i moduli per evitare contatti elettrici accidentali
  • Si vede un modulo con doppio relay perché i 6 morsetti di connessione disponibili facilitavano le connessioni, ma basta un relay singolo.

I vantaggi della scheda mille-fori saltano all’occhio: il risultato finale è più compatto, si possono disporre i moduli LCD, ESP32, step-down con maggiore libertà : usufruendo dello spazio sopra e sotto della scheda.

Certo, l’assemblaggio di una singola scheda è piuttosto lungo ma questo punto, il costo totale di realizzazione di una singola scheda è ragionevole (circa 20 EUR sommando i vari moduli).

Progettare una scatola

Per non lasciare esposto il circuito, il nostro socio Omar ha realizzato un progetto di scatola con FreeCAD e il plugin LCInterlocking. LCInterlocking rende molto semplice la creazione di elementi incastrabili nell’ottica di una fabbricazione con taglio Laser. Se vuoi imparare ad usare questi potenti strumenti software, teniamo regolarmente corsi sull’argomento in FabLab.

Come per l’elettronica, conviene sempre fare un prototipo ! La prima scatola è stata fatta in legno con il taglio laser 100W. Con un gioco di incastri e 4 viti si ottiene un ottimo risultato.

E’ possibile tagliare diversi materiali con i nostri laser. Per la versione finale, è stato scelto una plastica leggermente trasparente, così da lasciare passare la luce del NeoPixel. Nel nostro caso, contenitori metallici non erano possibili perché avrebbero schermato il segnale WiFi fra il microprocessore e l’access point e il segnale RFID a 433 Mhz.

Scarica il modello di scatola

Il risultato finale è la scatolina in foto, che va interposta in serie con l’alimentazione della Ender.

Fab-O-Matic revisione 0.1

Connettori XT60 per macchina Ender

Conclusione

Abbiamo lasciato qualche mese “in prova” il circuito su una macchina poco usata, per raccogliere alcuni feedback. Questo periodo di prova è stato utile per la progettazione del software, che copriremo in articoli successivi. Lato hardware, non sono emerse necessità di modifiche dopo questo periodo di prova.

A questo punto avremmo potuto fermarci a questo prototipo e costruire altre 10 scatoline, ma ci siamo spinti ad andare avanti nella progettazione di una soluzione più professionale e con meno lavoro di assemblaggio grazie all’uso di circuiti stampanti : seguici nel prossimo articolo per imparare con noi.

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