Вас повсюду окружают электронные устройства. Можно без сомнения сказать, что рынок электронных устройств — самый быстрорастущий рынок. Более половины всех устройств — цифровые, то есть управляются заложенной в них программой. И эта доля неуклонно растёт.
В то время как продаваемые приборы становятся все более сложными, компактными, лёгкими. Домашние инструменты тоже не стоят на месте. И то, что раньше можно было сделать только на заводе, теперь доступно каждому из вас в домашних условиях.
Вот небольшая подборка самодельных устройств, которые вы можете сделать дома сами:
Впечатляет?
Пойдём дальше. Вот несколько продаваемых миллионами устройств в мире, которые начались с домашнего прототипа:
В этой статье будем разбираться — какой электронный прибор можно сделать в домашних условиях, и что для этого нужно. Скажем сразу, сделать любой прибор не получится. Производство тоже не стоит на месте, и сейчас на заводах уже используется микротехнологический процесс (недоступный дома). Например, сотовый телефон — очень сложное в разработке и изготовлении устройство. Производители выпускают микросхемы, которые дома практически не реально припаять и очень сложно сделать под них платы самостоятельно. Однако и тут выход есть, если очень хочется — плату можно заказать на заводе и даже запаять её на стороне. Но все такие - это не цель этого опуса.
Электронный прибор сделанный дома — это прибор, разработанный на домашней компьютере, не требующий настройки и отладки в специальной лаборатории, печатная плата которого сделана в домашних условиях, пайка произведена дома с помощью простейших средств, корпус куплен в готовом виде или сделан на 3D принтере.
Прежде чем начнём, ответим на простой вопрос — а зачем вообще делать электронику дома, ведь все можно купить? Вот несколько причин:
- хобби (вам очень нравится паять, программировать и т. д.)
- именно такое устройство не продаётся (ну вот прямо с такими функциями)
- такое устройство продаётся, но имеет высокую цену или худшие параметры
- вышла новая микросхема с ну очень прям хорошими параметрами, а устройств на ней пока нет
- для развлечения
- для обучения
- изобретение какого то устройства
Этот список далеко не полный, так что поводов заняться приборостроением масса.
Где могут ожидать трудности на пути изобретения, изготовления прибора:
- подбор компонент
- разработка схемы
- изготовление платы
- пайка
- программирование
- изготовление корпуса и сборка
Подбор компонент
Это большой и самый сложный вопрос в домашней электронике. Все компании в России, которые продают электронные компоненты, ориентированы на заводы, опт или хотя бы мелкий опт. В розницу стоимость деталей может быть дороже в 10 раз, чем оптом. Также, многие компоненты в принципе нельзя купить маленькими партиями. Но все таки сейчас достать можно почти все. Очень много западных производителей микросхем отправляют опытные образцы даже бесплатно, а также позволяют купить в розницу компоненты. Здрово помогает AliExpress, но покупать надо очень аккуратно. Конечно, основную сложность составляют редкие компоненты — микросхемы. Купить резисторы, конденсаторы, транзисторы, катушки индуктивности не составляет труда.
Имеет смысл сразу делать приборы на SMD компонентах, выводные использовать по минимуму, только где это необходимо. Очень многие компоненты являются аналогами, так что, можно подобрать практически любые компоненты, за исключением военной тематики. Например купить хорошие ИК матрицы для тепловизоров, практически нереально. В каких SMD корпусах компоненты можно брать, чтобы их было не сложно припаять:
- SSOP
- QFP
- SMD резисторы и конденсаторы лучше не меньше 0603 — хотя можно 0402
- все выводные компоненты - DIP корпуса
- LGA (однорядные, желательно иметь паяльный фен)
- QFN (желательно иметь паяльный фен)
Практически нереально паять следующие корпуса, их сразу лучше отбросить (тем более что трассировка и изготовление платы под них тоже очень сложная задача):
- BGA
- многорядные LGA
Если вы делаете свой прибор, то начинать его нужно именно с подбора компонентов, которые реально купить в России и запять дома!
Разработка схемы
В настоящее время имеет смысл делать только цифровые приборы (любители аналоговой техники — не ругайтесь сильно). Они проще в настройке, разработка их схемы больше похожа на сборку конструктора из частей. По сути нужно определиться с основными компонентами, в документации на них обычно есть схема использования со всеми сопутствующими компонентами. А далее нужно все это соединить по не сложным правилам. Конечно, не стоит забывать про интернет — там также полно схем на все случаи жизни.
Можно считать, что разработка схемы не является сложностью, которую нельзя сделать в домашних условиях.
Изготовление платы
Это пожалуй самый капризный момент в домашнем приборостроении. Конечно, сейчас готовую плату можно заказать в китае. Но все таки, если вы делаете для себя один прибор, то это все очень не удобно. Проще сделать плату самому. Тем более, если вы ее разрабатываете сами. Совсем несложно дома сделать следующие печатные платы с помощью обычного лазерного принтера:
- двух-сторонние платы
- толщина дорожек — 0.2 мм (лучше 0.25мм)
- расстояние между дорожками или выводами — 0.2 мм (лучше 0.3мм)
- диаметр переходного отверстия — 1.4мм (лучше 1.6мм)
- расположение переходных отверстий не под компонентами
Изготовление платы размером 10х10 см с такими параметрами занимает около 3 часов, с учётом сверления, переноса изображения и запайки переходных отверстий. Если у вас набита рука, то делается она с первого раза, особенно методом холодного переноса тонера. Вот видео этой процедуры.
Пайка
Для пайки вам понадобиться паяльник и паяльный фен, ну и несколько видов флюса. Паяльную станцию можно сделать своими руками или купить, сейчас это не дорого. Все перечисленное выше не сложно запаять этими простыми инструментами. Вот небольшое видео как можно паять микросхемы обычным паяльником, даже без терморегулирования.
Программирование
Это самая сильная сторона домашнего производства, сделать можно практически все. Сейчас бесплатно доступно очень много сред разработки программ, примеров программ. Много готовых программ доступно бесплатно. А «железные отладчики» можно сделать самостоятельно. Вот например схема программатора отладчика ST-Link для микроконтроллеров.
Изготовление корпуса и сборка
На рынке продаётся очень большое количество красивых корпусов. Без труда можно выбрать красивый, компактный корпус для вашего прибора. Ну а с приходом в дом 3D печати можно разработать и сделать себе собственный корпус, не хуже заводского.
С чего начать и что поделать?
Вывод, который можно сделать — делать электронику дома возможно, не сложно и очень интересно. Основное время здесь тратиться на разработку схему, трассировку платы и программирование. А вот сам процесс изготовления прибора, как ни странно занимает очень малую долю времени — не более 5% от общего времени.
Начинать естественно нужно с самых простых и полезных приборов (часть из них можно найти на сайте MyOwnDevice, со всеми схемами и подробным описанием):
- USB-UART преобразователь — пригодится для отладки и общения компьютера и прибора
- ST-Link — программатор и отладчик — без него ни куда
- Кухонный таймер — базовые основы программирования индикаторов, работа со звуком, работа от аккумуляторов
- Паяльная станция — её можно полностью собрать обычным паяльником
- Сверлильный станок — можно сделать из подручных материалов в магазине крепежа и моторчика
- Погодная станция — просто и полезный прибор для дома
- GSM система для удаления управления отоплением на даче — не сложно собрать используя GSM модули
- Bluetooth велокомпьютер — интересный опыт измерения велопрогулок
- GPS логгер — запиши маршрут своих путешествий
- Квадрокоптер — почти все компоненты можно сделать дома (от мозга до пульта управления)
- Автополив растений
- Управление теплицей — открытие закрытие окон для поддержания температуры
- Мощная Bluetooth колонка — используй новейшие аудиопроцессоры от Texas Instruments