使用ATtiny13A制作纽扣电池供电的吸顶灯遥控器【电路板与外壳制作篇】

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Author: shuji-morimoto shuji-morimotoの画像
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为了覆盖更广泛的受众,这篇文章已从日语翻译而来。
您可以在这里找到原始版本。

上一篇文章请见【开发篇】

外壳选择

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【开发篇】中使用面包板制作了遥控器。

但是尺寸太大,而且布线裸露,无法手持操作,也不能替代遥控器。因此,我打算在电路板上组装电路,将其装入外壳,以便平时使用。


总之,我先准备了一些可能作为外壳的物品。

  • 左:小型通用塑料外壳
  • 中央:ミンティアブリーズ レモンライムドレス
  • 右:半透明卡片盒

在与妻子享受休闲购物之余,我在一贯的秋月店购买了塑料外壳,并且作为保险也从百元店选择了卡片盒。两者都有足够的高度(厚度)足以容纳电路板,但感觉作为遥控器使用又太大了。回家途中,我顺便去超市购买食材,当妻子正排队结账时,突然发现旁边竟然有ミンティア。这正合适,我便悄悄把它塞进了购物篮里,结果就这么不知不觉地买下了它。
ミンティア握在手里非常合适,厚度也和遥控器差不多。如果能以这种尺寸实现,我就觉得足以写篇文章了。

电路板加工

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我立即把平板(内部物品)移开,打开了外壳。意外地,外壳有相当的高度而且很结实。由于中间设有支柱,外壳不会被压扁。但预想在组装电路时会失去布局的自由度。
首先,为了安置电路板,我做了尺寸对照的标记,并按照这个标记加工电路板的尺寸和打孔。


正在进行电路板与外壳的位置对齐。


我在电路板上贴上透明胶带,然后用路由器按外壳尺寸切割,并用电钻打孔,最后用锉刀对尺寸进行了微调。


将电路板装入外壳后,尺寸正好匹配。利用各支柱的外形固定电路板,无需螺丝固定。左右支柱的位置略有不同,调整起来颇为费劲。


从平板取出口处观察装入外壳的电路板,发现上部还有余裕。实际上,由于电路板背面也需要布线,电路板会被放置在稍高的位置。但即便如此,高度仍不到一半,因此在电路板上依然有足够的空间放置ATtiny13A微控制器和编码器。我甚至恍惚以为ミンティア就是为了这个目的而存在的。


大致确定了按钮的位置。由于计划与现有遥控器按钮布局保持一致,所以就是这样安排的。此外,还考虑到了ミンティア包装设计,尽量寻找不遮挡文字的位置。按钮的颜色也挑选得与各自的功能相符合。

电路板设计

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接下来进入电路板设计阶段。
我使用了一个使用方法简单的、适用于电路原理图的CAD工具BSch3V来进行电路板设计。
由于该工具可以以图层为单位描述图形,因此我试用了这一功能。

Caution

请将设计数据视为“草图”。笔者从未在工作中做过电路板设计,对于CAD也是凭经验模仿使用的。设计要素(如总线线、接合点等)的使用方法也颇为独特,请注意。


在图层1上绘制了“外壳内部”。由于电路板尺寸与外壳的位置对齐已经确定,所以按照电路板的尺寸绘制了外壳内部与支柱的位置关系。通常,电路板上焊盘间距为2.54mm(0.1英寸),CAD也正是依据这一尺寸绘制,从而能与实际尺寸完全吻合。

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将元件焊接于电路板上铜箔部分称为焊盘。


在图层2上绘制了“通用电路板”。仅在外周及中央支柱所在打孔周围,绘制了看似点状的焊盘。元件将安装在这些焊盘范围内。

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虽然一直称之为“电路板”,但能够自由布置元件和布线的板子实际上称为“通用电路板”。而预先决定好元件布局及布线的板子则称为“印刷电路板”。


在图层3上绘制了“元件及布线”。按钮的位置和红外LED的位置基本确定,但其他元件该如何布局则是关键所在。

  • 如何安排微控制器和编码器的位置?
  • 如何使连线更简洁?
  • 如何才能使布线不交叉?
  • 怎样在正反两面分配布线?

经过多次更改布局,最终我定下了这个方案。虽然过程颇为辛苦,但由于采用了图层划分,修改起来非常方便。不借助CAD根本做不到。

关于图中的 Tn(n: 1至6):以 T1 为例,意味着两个 T1 是相互连接的。由于无法完全避免布线交叉,T1 至 T6 部分均使用了塑料线进行悬空布线。


在图层4上绘制了“外壳外观及按钮布局”。所有图层均处于显示状态。由于将ミンティア外壳的图像也导入进来,可以叠加在电路图上确认按钮的位置。


根据CAD绘制的设计图,我将元件焊接到电路板上,然后装入外壳试装了一下。


这是从电路板背面看到的情况,可以发现到处都有导线悬浮在上面。原因在于焊盘的铜箔在正反两面互相连接,一旦触碰到焊盘,就会与正面的导线接触。这点我之前没有考虑到。


由于将钮扣电池装入电池座后无法装入ミンティア外壳,因此我根据钮扣电池的直径在电路板上开了孔,并将其安放于此。


……没想到,我竟然忘了给ATtiny13A烧录程序!哎呀😢
我忘记了还有一块单独安装的ATtiny13A(与面包板上的不同),现在这块ATtiny13A已不易拆卸。于是,为了紧急烧录程序,我从Arduino(烧录设备)引出导线,通过焊接连接到ATtiny13A上后进行了烧录。


叭——!!完成了。焊接一气呵成,一次成功运行。虽然我一直以为肯定哪里有错,但自我感觉还是做得不错。
顺便提一句,最贵的元件大概就是ミンティア,约200日元左右。总体元件费用应该不足1000日元。

那么,请欣赏这件成品。的声音会响起,请注意!!

按下按钮的顺序如下:

  1. 开灯
  2. 白色(长按)
  3. 暖色(长按)
  4. 明亮(长按)
  5. 暗(长按)
  6. 全亮
  7. 夜灯
  8. 关灯

总结

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在制作红外遥控器过程中,ATtiny13A(AVR微控制器)数据手册是不可或缺的参考资料。
过去我几乎只写过利用Arduino API的程序,从未直接阅读过AVR微控制器的数据手册。通过阅读数据手册,我了解到了之前未曾留意的、更贴近硬件的部分,从而对Arduino和AVR微控制器有了更深刻的理解。

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