CIRCUITOS DE PAPEL: 6 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

Llevo unos años trabajando, investigando y tratando de adaptar circuitos electrónicos a proyectos muy dispares, desde una hoja de papel, cristal, madera … hasta una tela. Això implica que tal com coneixem tradicionalment un circuit electrònic no s’adapta a aquests suports. Per no dir que la part estètica i artística d’un circuit electrònic tradicional distava molt del que buscava per als meus projectes.

Voy a mostrar un ejemplo muy sencillo pero que ilustra perfectamente la capacidad y la flexibilidad para desarrollar circuitos electrónicos usando estas técnicas. D'aquesta manera de treballar-me m'agrada sobre tot el nivell obert que existeix de creativitat i de poder explorar nous usos dels circuits electrònics, en el que un pot deixar volar la seva imaginació i arribar a conjugar perfectament art i tecnologia.

El circuit és molt senzill, un microcontrolador a través d’una fotoresistència controla l’encendit i l’apagat de dos LED.

A part d'unes eines físiques per poder portar a terme aquesta zona, utilitzar alguns programes de programari, tots ells de codi obert.

Pas 1: Herramientas Y Materiales

Materials

• Cartulina
• Cinta adhesiva de coure
• Transferència de paper
• Esteño para soldar

Components Electrònics

• Micontrolador Attiny85 (Aliexpress)
• Zócalo DIP8 (Aliexpress)
• Led SMD 1206 taronger (Aliexpress)
• Resistències SMD 1206 56 Ohm (Aliexpress)
• FotoResistencia LDR (Aliexpress)
• Porta Baterias CR2032 (Aliexpress)
• Pila CR2032 (Aliexpress)

Herramientas

• Soldador
• Tijeras
• Pinzas
• Plotter de Corte
• Programador USBASP (Aliexpress)

Programari utilitzat

• Programa de dibuix vectorial, INKSCAPE (Inscape)
• Disseny de circuit electrònic, KICAD (KiCad)
• Programari de tall del plotter, Silhouette Estudio

Pas 2: Preparant El Soporte Del Circuit

El suport del circuit pot ser molt variat utilitzant aquesta tècnica, paper, cartró, vidre, fusta … En aquest cas es vol utilitzar una cartulina. La meva idea és crear una luciérnaga que quan no rebi llum es il·lumini i quan rebi llum d’apague.

Encontrar un diseño que adapte a nuestra idea

El disseny del suport de la nostra idea la vamos a realitzar amb un programari de dibuix vectorial, usant INKSCAPE, que és un programa fantàstic per a aquests treballs a més de ser Open Source.

Aquí podem dibuixar des de zero el nostre disseny amb el programa, o buscar a Internet algun dibuix que s’adapti a la nostra idea. Vaig descarregar Internet de l'arxiu. Molt important. L'arxiu que no baixem o que podem crear per tenir extensió SVG (Scalable Vector Graphics). Això hará que nos sea más fácil de modificar y trabajar con el.

Una vegada tenim l’arxiu, el voy a modificar per deixar solament el contorn. Això ens servirà per crear un suport per al circuit amb aquesta forma.

El següent pas serà preparar l'arxiu per exportar al programa de disseny de circuits electrònics. Per a ell des d’INKSCAPE salvarem l’arxiu amb l’extensió DXF.

Con esto tendremos listo el archivo tanto para mandarlo al Software del plotter de corte si lo vamos a recortar con el, como para enviarlo al software de diseño de circuitos electrónicos Kicad.

Aquest és un disseny senzill de suport per al circuit es podria imprimir i recortar amb unes petites, però quan els dissenys es van complicant fa que sigui molt complicat recortar-los amb unes petites.

Yo lo voy a recortar amb el Plotter de corte.

Pas 3: Disseny del circuit electrònic

En aquest pas passem per crear el nostre circuit electrònic amb el programari de disseny de circuits electrònics KICAD. En el disseny de circuits electrònics hi ha un treball Flux de treball que hem de seguir.

• Disseny esquemàtic
• Disseny del PCB (placa de circuit imprès)
• Crear fitxers per exportar-los al traçador de tall

El primer pas serà dissenyar l’esquemàtic. El esquemàtic d’un circuit electrònic no és més que un document on es col·locin tots els components electrònics que formin, i la connexió entre ells per al nostre circuit funcional.

Escoger els components idonis a mida, consum, i característiques és essencial per lograr dissenyar aquest tipus de projectes. És fonamental dedicar-lo temps a consultar i investigar els tipus de components que existeixen al mercat i millor que s’adapti al nostre projecte.

En aquest pas es escogen tots els components que vamos a utilitzar de les biblioteques que oferim KiCad amb els seus respectius empaquetats i els connectem entre si. Un empaquetat (paquet), no és més que la forma en el que el fabricant presentem el component electrònic. Els components que voleu utilitzar per adaptar-se a una millor forma al meu disseny tenen empaquetats SMD, DIP8, Throug hole. Els empaquetats SMD son empaquetats que s’utilitzen per al muntatge en superfície en el disseny de circuits electrònics, a diferència dels components through hole, son molt més petits ocupant molt menys espai en el nostre circuit. Las resistencias y los LED que voy a usar son los que tienen ese empaquetado, concretamente el 1206 (llarg i el ancho del component expressat en polgades. 0, 12 llarg, 0,06 ancho).

El LDR, la fotoresistència és un component throug hole (agujero pasante), el recortaré les pates per adaptar-lo al circuit.

El microcontrolador ATtiny85 que vol utilitzar és en un encapsulat anomenat DIP8. En lugar de soldar el microcontrolador directamente al circuito le pondré un zócalo que me permita extraerlo para programarlo. també son components throug hole, els adaptaré per poder utilitzar-los en el meu circuit.

Necessito que mar un projecte totalment autònom, així que l’alimentació del circuit la realitzés amb una bateria de botó acoplada a un portapilas. Els LEDS que volen utilitzar de color taronja tenen molt poc consum uns 20mA al seu màxim brillo, el microcontrolador ATtiny85 també està dissenyat per treballar a voltatges molt baixos entre 2, 7v i 5, 5v. Així que una pila de botó de 3v serà suficient per a que el menjar el circuit.

Quan tenim el nostre esquemàtic creat en el moment de passar al disseny del PCB (placa de circuit impreso). Con todos nuestros componentes electrónicos escogidos en función a nuestras necesidades, tanto funcionales como de diseño del nuestro circuito, en este paso los iremos colocando el lugar que van a ocupar nuestros componentes en nuestro circuito electrónico. A més traçem les pistes que uniran els nostres diferents components entre si.

Per ajudar-me a col·locar els components d’una manera més precisa importaré la silueta de la lucièrnaga que s’havia creat anteriorment a INKSCAPE. Des del menú arxiu hem accedit a la importació i hem buscat tot el nostre arxiu que té que tenir un format dxf. Allí el programa nos preguntará en que capa queremos importarlo le decimos la capa Edge. Cuts, que és la capa on es guarda el contorn que es dóna forma al nostre circuit. Una vegada importat hem col·locat els nostres components de la manera que millor s’adapta a la nostra idea. Luego creaem les pistes que connecten els nostres components. El ancho de las pintas que mejor me ha funcionado es de 1, 5 milis, ya que si son más estrechas el plotter de corte no las deja bien.

Una vegada tenim el circuit ja acabat vamos a importar per al nostre plotter de tall lo pueda recortar. Des de l’eina traçat en KiCad escollim la capa que volem recortar, en aquest cas, F. Cu i exportem com a PDF. Con esto tendremos el archivo que contiene nuestro diseño, antes de llevarlo al software de corte debemos convertir ese PDF en un archivo gráfico PNG, el podéis fer amb qualsevol editor gràfic, GIMP per exemple.

Ara ja podem enviar-los al programari del plotter de tall.

Pas 4: Transfiriendo Nuestro Circuito a La Luciérnaga

En aquesta part del procés em trobo amb diversos problemes en el moment de recortar el circuit amb el plotter de cort. La cinta de coure és molt fina, així que tu vols provar a canviar uns quants ajustos del plotter de cort per a la que es recorti sense que la rompi. Els ajustos del plotter de cort que millor s’adaptaran al meu material van ser:

• Presió: 4
• Velocitat 1
• pases 2

Ahora bien, esto dependerá mucho del plotter de corte que utilicéis y del tipo de material.

Una vegada recortat el nostre circuit el transferirem a la nostra lucièrnaga.

Irem desplegant amb molt cuidat les parts que no formen part del circuit, fins que no ens deixem solament el circuit en si mateix. Ahora para poder portar a la luciérnaga tendríamos que irá desplegando parte por parte del nuestro circuito, pero esto se hace mucho más fácil y rápido usando un papel transfer. Col·loquem el paper transfer sobre el nostre circuit i passem al presionament i assegurant que tot queda ben pegat al paper transfer. Una vegada fet no quedarem com una pegatina que podem dur a terme al nostre suport dissenyat anteriorment. Només quedarà pegarlo en la luciérnaga.

Pas 5: Soldant Els Components

Si tot a ido bé, els components electrònics haurien d’encajar perfectament en els llocs que van col·locar.

Com s'ha observat alguns dels components que es poden soldar en format SMD. Utilitza aquest format per que és petit i s’adapta molt bé per aquest tipus de circuits. Otros son de agujero pasante, que simplemente doblegan las patas las ajusto al circuito. También he decidido colocar un zócalo para insertar el microcontrolador (un zócalo es com un conector donde podemos pinchar nuestro componente) en vez de soldarlo directamente al circuito, esto me permitirá poder extraerlo del circuito sin tener que desoldarlo.

Que no os asuste soldar los componentes SMD, al principi sembla molt difícil però amb un poc de pràctica se sueldan perfectament.

Utilitzar un soldador amb una punta fina ajudarà moltíssim a soldar els components. He he used a de 0, 5mm, tampoco pongáis la temperatura del soldador molt alta, ja que vamos a estar treballant amb paper, yo he utilitzat el meu soldador a 300º.

Pas 6: Programació El Microcontrolador

Buscar el dispositiu que controla tota la lògica del nostre circuit i que s’adapti a les nostres necessitats tant funcionals com a físiques del circuit és una àrea important que requerirà investigar les possibilitats que oferim els fabricants d’aquest tipus de dispositius.

El ATtiny85 (fabricat per MicroChip, abans ATMEL) té una mida i un preu posats en grans virtuts, escollint el complement idoni per a aquest tipus de projectes en què l’espai i el consum és un punt important a tenir en compte. A més, està acostumbrats a programar directament sobre els registres de memòria del microcontrolador, que és com se solen programar aquests microcontroladors, hi ha diverses biblioteques per programar-los des de l’IDE d’Arduino. Cabe decir, que és un microcontrolador amb poca memòria solament 8Kb i que al programa amb les biblioteques d’Arduino es merma molt a la seva mida (son fàcils d’utilitzar, però poc eficients). Així també serà suficient per a multitud de projectes.

Nuestro amigo cuenta con 6 pins de propósito general (entrada / salida) de los que 4 pueden funcionar como PWM, y 4 como ADC (conversor Analógico - Digital). Tens una memòria FLASH de 8Kb, 512 bytes d'EEPROM i 512 de SDRAM.

PROGRAMA EL ATtiny85

En aquest punt os estaré preguntat, ¿Com es pot programar aquest microcontrolador ?, acostumbrats a sistemes de desenvolupament com pot ser Arduino, on tota la circuiteria addicional que necessita el microcontrolador per ser programat està integrat a la placa de desenvolupament es veu difícil programar aquest xip.

Vam programar utilitzant una tecnologia anomenada ICSP (In Circuit Sistem Program). Imaginaros que creamos un sistema donde nuestro microcontrolador va soldado a una placa, tenemos que optimizarlo de tal manera que consuma la menor quantitat de corrent possible, així que no té cap circuit extra per poder programar ja que això té un gasto d'energia innecessària, i nos vemos en la situación de reprogramarlo. Ahí és on entra l’ICSP, amb un programa específic (pot utilitzar-se el propi Arduino) i la comunicació SPI, podem programar el microcontrolador sense retirar-lo del sistema.

Voy a describir los pasos a llevar a cabo para preparar el entorno Arduino para programar los ATtiny.

• Tenir instal·lat l'IDE d'Arduino, Software Arduino
• Abrir el IDE d'Arduino, nos vamos a Archivo, preferencias y en gestor de URLs Adicionales de Tarjetas copiamos y pegamos el siguiente enlace:

raw.githubusercontent.com/damellis/attiny/…

• Le damos a OK, y ahora en Herramientas, placa, Gestor de tarjetas buscamos ATtiny y las instalamos.
• Conectamos nuestro Arduino, Abrimos el IDE, vamos a Archivo, Ejemplos, y subimos

Con esto nuestro Arduino estará preparado para emular el sistema de programación ICSP para programar nuestro ATtiny85.

• Escriviu-nos el nostre codi.
• Vamos al menú Herramientas, seleccionamos placa: ATtniny25 / 45/85
• Procesador: ATtiny85
• Reloj: interni 1MHz
• Puerto: COMxx (arduinoUno)
• Programador: Arduino com a ISP
• Subimos el skecth a nuestro ATtiny85