無線式アタリセンサーの量産化プロジェクト(その3)2017年02月16日 22時28分

さて無線式アタリセンサー量産化プロジェクト

送信機製作記事の続きです。

さて中国からFedExで送られてきた荷物は日本に入ってからは

ゆうパックで配達されてきました。

安いのでたぶん関税はかからないと思うのですがかかる場合は

一週間程後に別途請求書がくるようです。

(絶対くるなよ!笑)




さて

ドキドキしながら開封してみます。

プリント基板の海外発注なんて初めてだったので

(もちろん国内発注も無い^^; )

生基板(笑)うまく出来ているかなあ?

じゃーん! 




おお!

美しい

中を開けるととても綺麗なプリント基板が

10枚出てきました。

izuyanが設計した証(あかし)のシルク印刷も

ちゃんと入っています。(*^^*)




元の基板と重ねてネジ穴や形状など問題ないかどうか

チェックします。

元の基板は今回作ったものと比べると

パターンが太く簡単ですね。




Kicadで回路設計してパターン図を作って

試行錯誤しながら小さな変形プリント基板の中に

部品を無理やり詰め込んでそれを中国のメーカに

訳もわからずにネットで発注して

それが実際にプリント基板となって今、目の前に

あるっていうのは本当にマジで驚きで

感動です。ちょっと大げさですが・・。

(*^_^*) 


CAD上での3D表示での基板(表面)↓

現物も全く同じです。すごいや。(^^♪




さていよいよ組み立てます。

その前にワイヤレスモジュールと1円玉との大きさを

比較してみてください。

しかし個々最近の技術の進歩はすごいですね。

izuyanがまだ子供の頃はまだ真空管ラジオが

現役であったんですが・・。(笑)





半田付けは超小型の表面実装部品を扱うのでハンダコテの

先端も小型の物を使います。




まず表面実装のチップ部品はまず瞬間接着剤で

動かないように軽く仮位置決めします。




そして慎重に半田付けします。

半田付けは背が低いものから行うのが鉄則です。




今回、電源回路に使う三端子レギュレータは

表面実装用の超小型タイプの物を使用しました。

定格電流は60mA ~100mAとれるので小さくても

問題ありません。

前回使ったフェアチャイルドの三端子レギュレータも

小さいと思っていたのですが

これだと大きすぎてやはり実装スペースが

ないことがわかります。↓




こんなに狭い間隔の配線だと、もしパターン配線が

違っていたら基板での修正はとても厳しいです。




送信モードの切替回路に使うDIPスイッチも超小型の

表面実装用のものを選定しました。

上の青いDIPスイッチが一般的なICピッチと

呼ばれる足の間隔が2.54mmピッチのものですが

今回使う下の黒い表面実装用の超小型DIPスイッチ

のピッチははその半分です。




ピンセットを使い位置決めを行い慎重に

半田付けしていきます。




ルーペも使ってみました。

こんな細かい作業は老眼の自分にはちょっと

つらい年齢です。ははは・・(涙)

でもこのルーペでは覗いての作業は出来ないので

後でチェックする時見るだけです。




電源回路に使う電解コンデンサも

Φ4mmで高さ5mmの超小型のものを探しました。

一般的なものに比べるとメチャクチャ小さいです。




スイッチも探しましたがオルタネイトスイッチで

プリント基板用の超小型のものを見つけることが

出来ませんでしたので既設の物を流用することにしました。

ネットでみつけた右側の赤のスイッチは使えますが、

背が高いのと押釦の直径がちょと小さいです。





極細の0.6Φのハンダを使って夢中になって

組み立てていきます。




だいぶ出来ました。

量産化するには組立スピードが勝負です。^^;




4つあるDI入力位置を変えるCH切換用の

ジャンパーピンも小型の2mmピッチ間隔の

ヘッダピンを使いました。

ここのジャンパー位置を変える事により

混信しないように4台同時にアタリセンサーを使えます。

(受信機側のジャンパーピンの設定も同様に必要です。)

こんな状況が実際に有るかどうかわかりませんが(笑)




このモード切替用DIPスイッチは以前書いたように

DIPスイッチのON/OFFの組み合わせにより

標準機能である子機:連続,子機:連続0.03秒,子機:間欠1秒,

子機,間欠10秒 のすべての機能が使えます。

電池の持ちを良くするためには子機,間欠10秒の設定が

良いのですが最大で10秒かかりますので

デフォルトでは子機:間欠1秒になるように

DIPスイッチを設定しました。

アタリを検知するマイクロスイッチは同等品が

オムロンにありますが問題なく使えるので

既設流用とします。




若干ケース上部のネジ穴にちょっとだけ干渉するところが

有ったので基板をヤスリで少し削りました。

あとはノギスで測ったのにもかかわらず

収納はぴったりです。(*^_^*)

そのうち3Dプリンタがあったらケースも好きな形状に

自分で作れるんでしょうね。・・。^^;




電池を押さえるバネは既設流用します。

このステンレスバネはちょっと自作は難しそうです。^^;




付属のマッチ棒アンテナをつけて完成です。




定電圧電源よりコイン電池定格のDC4.5Vを供給して

動作確認をしてみます。




動くかなあ?

あれ動かないぞ。

困ったなあ・・・。

・・・・・・・・・・

・・・・・・・・・・

回路図通りにプリント基板の配線が出来ているか

どうかテスターで部品の端子をチェックしていきます。

あれ?

無線マイコンチップの5番ピンに電圧がかかってないぞ。

わかった。( ̄ー ̄)ニヤリ

原因は半田付けの不良でした。

再度チップのピン回りにハンダコテを

丁寧に押し当て熱を加えハンダを溶かし

て十分に流し込みます。

次回からは液体フラックスなどを

使った方が良いかもしれません。





これが改造前のアタリセンサーの写真です。




改造後はこうなります。

無線マイコンのチップは裏面にありますので

表面はスッキリしています。




回転センサーをつけると完成です。

わーいできた!できた!

夢が形になったよ~。







作ったプリント基板の単体チェク時の動画です。

受信機は今使っているものを使って

送信と通信することを確認します。

この場合受信機は動作実証の確認済みなので

試験は楽勝ですね・・・。






ケースに組み込んでみました。





送信機と受信機のどちらが難しいかと言えば

もちろん送信機です。

これで一つ山を超えました。

次回は受信機の設計製作の記事にはいります。

by.izuyan

無線式アタリセンサーの量産化プロジェクト(その2)2017年02月14日 22時21分

メールやコメントでたくさんの温かい励ましの

言葉有難うございます。m(_ _)m

無謀にも思えるこのプリント基板作成による

無線式アタリセンサーの量産化プロジェクトですが、

すでに5台分の部品も買ったのでもうこれは

なんとかやるしかありません。^^;

もしこのプロジェクトが失敗したらそれらの部品は

ゴミになります。ははは・・。^^;

ところでさて話を進めます。

今回はアタリセンサー送信機の話です。




まずはこの中華製のアタリセンサーの隠しネジを

見つけてバラバラに分解します。(これを作った人ごめんなさいネ。)




ネジが3箇所止めてあるのでそれを外します。




圧電ブザーは強力なボンドで止めてあり

仕方ないのでマイナスドライバーを差し込んで

強引に引っ剥がします。




最初圧電ブザーは再利用しようと思いましたが

外す時、ハンダが外れて欠けたりしたので

音はでますが信頼性を考えて再利用は諦めます。




新品の圧電ブザーを購入しました。

1個50円ぐらいです。

今回の改造によりこのアタリセンサー自体から

は音はでません。

圧電ブザーは受信機で使います。







使える部品は勿体無いので電池押さえのバネ,

リミットスイッチ,LED,電源スイッチは送信機側で、

圧電ブザー回路は受信機側で再利用しますので

分解するとき回路をメモっておいてテストボードで

再現して正常にアラーム音が

出ることを事前確認しておきます。




さてこれからが本題です・・・。

プリント基板を作るため既設のプリント基板を

ノギスで測りメモしていきます。

変な形なので面倒くさいです。(゚д゚)!




ここが寸法測定が成功のカギなので

慎重に測定します。




CADデータがあれば楽なのになあ・・。

でもそんなもんは有るはずもなく

人間系での測定になります。

測定にはかなりの時間と労力を使いました。




プリント基板の外形を測定したらいよいよ

無線マイコンTWE-Liteを使った

プリント基板の設計にはいります。

まずはKiCADの 『コンポーネントライブラリエディタ』 を

使って今回の送信機で使う主要部品を登録しておきます。

予め登録してある部品もあるのですが殆どは新たに

作らないと無いので図面が出来ません。

例えば下記は無線マイコンチップ(TWE-Lite)の

例です。




外形寸法やピン配置図など必要なデータをネットで

集めてきます。




それらを元に必要なコンポーネント(部品)を作ります。

配線用の足が何本有ってそれが何番ピンになるのか、

また端子の信号名称等をコンポーネントライブラリエディタにて

登録します。




そしてこのコンポーネント(部品)を組み合わせて回路図を

作成する訳です。




そして次に 『フットプリントエディタ』 を使って部品の

形状やランドの形状(パッド)を登録していきます。

これで回路図の部品と形状が関連付け(紐付け)

された訳です。







そしてやっと 『プリント基板エディタ』を使って

プリント基板の設計(パターンのアートワーク設計)を行います。

最初にノギスで測定した基板の大きさ(外形)を

入力しておきその上に部品を並べます。

詳しいことは省きますが回路図からネットリストの読込を

行うと部品端子間のどことどこを銅箔で配線接続すればよいかの

白い線がCAD上で現れます。




今回は表と裏に配線がある2層式のプリント基板

とするので配線が交差しないように裏表を貫通する

ビアという接続穴を上手く使ってプリント基板の

配線設計を行っていきます。

独学なのでかなり苦労しましたが特集を組んだ雑誌を

穴の開くほど読みまくり(笑)ネット等で調べながら

なんとか作業していきます。




上図で赤色が表の配線で緑が裏側の配線になります。

出来た配線図を1/1の縮尺で紙でプリントアウトして

出来上がりのイメージをつかむため実際に

配置してみます。

不具合があればパターンを修正する繰り返しです。




部品なんかを並べてみながら干渉がないことを

確認します。




この狭い空間に配置することはかなり苦労しましたが

なんとか完成しました。




最後は3D表示で問題ないかどうか確認します。

この機能はすごいです。

プリント基板が目の前に有るかのように

配線パターンなどの詳細がわかります。(゚д゚)!




最後はガーバデータを作ってこれらの作業は終わりです。

わ!キツかったけどメッチャ面白くての毎日時間が経つのを忘れて

プリント基板設計にめり込みました。








さて送信機のガーバ・データができたらいよいよプリント基板の

発注を行います。

ガーバ・データとは

・裏面銅箔・裏面シルク,・裏面レジスト,・表面銅箔,

 表面シルク,表面レジスト,ドリル・ファイル,外形ファイル

 のデータとなります。

発注先の仕様に合わせてファイル名をつけzipで

圧縮してアップロードします。

主に中国や台湾など安い所は色々有るようですが

今回は中国の ”FusionPCB (SeeedStudio)”というところに

発注してみました。

画面は日本語表示も出来るので敷居が低いです。




ホームページ上でプリント基板のガーバ・データを

アップロードして必要事項を選択記入すると

すぐに見積もりが出ます。

最低発注枚数は5枚からですが5枚も10枚も値段は殆ど

かわりません。

なので今回10枚作ってみることにしました。

ガーバ・データをアップロードするとこのサイトで

基板のイメージを見ることが出来ます。


表配線イメージ図↓




裏配線イメージ図↓




見たところ特に問題はなさそうです。

とてもリアルに見えるので出来上がったときの

ことを思うとワクワクします。(*^_^*)

で・・・、

肝心のお値段は10枚作って

日本円でなんと¥1126.13

送料はフェデックスを利用したので¥1575 

値引きが112.61で

合計2588.95円でした。

送料の方が高いですが日本に比べたら激安です。 




配送は

・シンガポール・ポスト(15~30営業日):4.19$

・DHL(3~5営業日):14.15$

・FedEx(フェデックス):(4~8営業日):13.85$

の中から選べます。今回はFedEx(フェデックス)を

選びましたが日数さえ我慢すればもっと安く製作

出来そうです。




支払いは PayPal にて行いました。

登録と支払いが終わるとサンキューの文字がでて

注文完了です。




フェデックスは配達履歴が見られます。

香港経由の航空便にて配達されるようです。







1月29日に発注してから2月13日にようやく届きました。

この時期は中国は春節で仕事が休みなので

時間がかかるようです。

これより前の1月25日に発注した受信機の基板の方は

データに不備が有ったとの連絡で再アップロードしたため

まだ輸送中で届いていません(涙)




さてなんとか苦労して発注して届いたけど

開封するのドキドキするな・・。

ゴミになるかお宝か?

さあ 勝負!勝負 なんのこっちゃ^^;

送信機製作の後編は次回に続く!


by.izuyan