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カレンダー型のArduino互換基板を作ってみた

背景

プリント基板（PCB）で何か作れないかという話になりまして、プログラムを書き込んでArduinoとして動かせるカレンダーを作ってみることになりました。

カレンダー基板を作って動かすまでの内容を共有してみます。

Arduino互換機カレンダーの特徴的な要件

  • 日付を区切る縦線は、触れれば信号線になる線にしたい
  • 卓上カレンダーとして使えるように、めくれるようにしたい
  • ロゴを入れたい

Arduino UNOなどに使われるatmega328pを組み込み、Arduinoの互換機として動かせるようにしました。

基板を設計

atmega328p周りの回路

基板の左上にUART、右上にISP向けのピンを配置し、プログラムを書き込めるようにしました。

書き込み用のUARTとISPのピン

「日付を区切る縦線は、触れれば信号線になる線にしたい」という要件を満たすために、カレンダーの縦幅に合わせたフットプリントを作りました。

  
縦棒のフットプリント、プレビューの表と裏

「卓上カレンダーとして使えるように、めくれるようにしたい」という要件を満たすために、カレンダー用の穴のフットプリントを作り、基板に配置しました。

 
カレンダー用の穴のフットプリントとプレビュー

「ロゴを入れたい」という要件を満たすために、画像からフットプリントを作成しました。（参考: 画像から部品を作って、KiCadの基盤にオリジナルのロゴを追加する方法）

 
ロゴのフットプリントとプレビュー

ということで、出来上がったPCBがこちらです。

基板の設計画面とプレビュー

黒板を連想させたくないということで、白い背景に黒文字の基板として注文することにしました。

白配色でのプレビューの表と裏

基板を注文

elecrowのPCB製造サービスで0.6mm厚の基板を注文しました。

elecrowでのPCB注文画面

部品を発注

部品はdigikeyで注文しました。

部品表はこちら: nyampass-calendar/2019_01/docs/bom.csv

届いた基板を確認

注文から約一週間後に基板が届きました。

elecrowから届いた、パック詰めされた基板

各日付とnyampassのロゴがしっかり入っています。

基板の表と裏

基板に部品を実装

DigiKeyで注文した部品を実装します。

ピンセットとクリームはんだと基板

クリームはんだと部品を載せた基板 右側のコンデンサは載せる前

以前作った温度調節できるホットプレートで基板を焼いて、クリームはんだを熔かします。

参考: 試行錯誤な日々: ホットプレートを改造してリフローマシンを作る方法

ホットプレートで焼かれている基板

クリームはんだが溶けて、部品が基板に付きました。

焼き終わった基板

プログラムを作成

基板ができたので、それで動かすプログラムを作ります。 今回はこのように動くプログラムを作ってみました。

  • D6に5Vが加わるとモードが切り替わる
  • モードは2種類
  • モードによって0.5秒か2秒間隔でD5とGNDを繰り返す

PlatformIOのプロジェクトとして書かれたプログラムのコードはこちらをご覧ください。

nyampass-calendar/main.cpp at master · nyampass/nyampass-calendar · GitHub

プログラムを書き込む

プログラムを書けたので、Arduino as ISPとして動かすArduino UNOを経由してカレンダー基板にプログラムを書き込みます。

まず、Arduino Unoを ISPデバイスとして動かすために、下記のようなコマンドでプログラムを書き込みます。

mkdir arduino-isp
cd arduino-isp
pio init -b uno # Arduino Uno
cd src
wget https://raw.githubusercontent.com/arduino/Arduino/master/build/shared/examples/11.ArduinoISP/ArduinoISP/ArduinoISP.ino
cd ../
pio run -t upload
cd ../
rm -r arduino-isp

Arduino Unoにプログラムを書き込み　ISP用の線を繋げていなくても書き込みは可能です

プログラムを書けたらArduino UnoのISP書き込みピンとカレンダーのISPのピンを接続し、先ほど紹介してPlatformIOのプロジェクトのディレクトリ内で下記のコマンドを実行して、プログラムを書き込みます。

pio run -t program

カレンダー基板にプログラムを書き込み

連携する装置を作成

プログラムを書き込めたら、カレンダー基板と連携する装置を作ります。 下記の部品を使って、LED点灯とスイッチ操作が出来る装置を作りました。

  • ブレッドボード
  • ジャンパワイヤ
  • ワニ口クリップ
  • LED
  • 抵抗
  • ブレッドボードDC電源基板
  • 5V DCアダプタ

LEDの点灯とスイッチ入力をするための装置

動作確認

ワニ口クリップでカレンダー基板に繋げて、電源を接続すると、LEDが点滅しました。

スイッチを押すと点滅が遅くなるので、プログラムが期待通りに動いていることも確認できました。

カレンダー基板で点滅させているLED

まとめ

カレンダー型の基板作成し、Lチカの速度をスイッチで変えられるプログラムを動かせました。

記事の内容を面白がってもらえれば嬉しいです。

それでは、メリークリスマス&良いお年を。

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