Entwicklung der Würfelplatine und Elektronik

Einführung in den Schaltplan und die Layoutsoftware EAGLE

Am Anfang einer Jeden Platine Steht die Schaltungsentwicklung und die Frage welche Funktion soll die Spätere Schaltung bzw. Platine eigentlich erfüllen. Ist dies Klar muss man sich Überlegen welche Bauteile zur Lösung der einzelnen Probleme bzw. Aufgaben benötigt werden. Im Fall der „Würfelplatine“ sind dies:

• Arduino NANO IoT 33 (A1)
• DC-DC Boost Converter des Typs MT3608
• TP4056 Li-Ion Charging und Protection Board
• Schiebeschalter (S1)
• Steckverbinder zu den WS2812B LEDs (X1)
• Steckverbinder zum Li-Ion-Akku des Typs 18650 (X2)

Hierbei ist der Arduino das Gehirn des Würfels und bringt sowohl W-LAN Konnektivität mit als auch ein Accelerometer. Das TP4056 Board ist zuständig für einfaches laden des Li-Ion Akkus via des Micro USB Ports des Boards. Außerdem besitzt es einen Kurzschlussschutz und einen Tiefenentladeschutz um den Akku zu schützen. Der Ausgang des TP4056 Boards, nachdem er den Schiebeschalter passiert hat, geht nun weiter in den DC-DC Boost Converter, welcher den Spannungsbereich von 3,0V bis 4,2V des Akkus auf Stabile 5V anhebt um die LEDs und den Arduino zu versorgen. Der Boost Converter operiert dabei nach dem gleichen Prinzip wie die meisten Schaltnetzteile und nutzt eine Kombination aus Spule, Kondensator, Diode und Transistor um Spannungsspitzen, höher als die Eingangsspannung, zu erzeugen und dann zu glätten.

Für die Erstellung des Schaltplanes sowie des Platinenlayouts wurde die Layoutsoftware EAGLE verwendet. Eagle ermöglicht es zu beginn die benötigten Bauteile auszuwählen und platziert ihre Schaltplan Äquivalente auf einer weißen „Leinwand“, so das sie entsprechend verbunden werden können.

Wenn nun der Schaltplan fertig gestellt ist, also auf Normgerechte Betriebsmittelkennzeichung geachtet wurde und natürlich auch alle Bauteile korrekt verschaltet wurden, kann aus dem Schaltpan ein Board erstellt werden. Hierzu öffnet EAGLE ein neues Fenster und Platziert alle zuvor ausgewählten Bauteile und einen Platinenumriss. Nun muss der Platinenumriss auf die gewünschten Maße gebracht werden und anschließend die Bauteile mit tatsächlichen Leiterbahnen verbunden werden. Bei besagten Leiterbahnen muss beachtet werden das diese breit genug sind um den erwarteten Strom transportieren können. Außerdem werden die Masse Verbindungen (0V oder Minus) als große Fläche umgesetzt und Störungen auf Datenleitungen des Arduinos zu vermeiden bzw. zu unterdrücken.

Anschließend mussten die Platinen und die Bauteile noch bestellt und Zusammengebaut werden.

Elektronischer Zusammenbau des Würfels und der Platine

Nachfolgend einige Bilder und ein Zeitraffervideo vom bestücken einer Würfelplatine und der Säulenplatine.

Zusätzlich zur Platine hat der Würfel auch noch LEDs welcher Verlötet werden müssen, auch dazu noch nachfolgend noch einige Bider und ein Zeitraffervideo.