Magneetilla aktivoituva soittoääni

Julkaistu: perjantai 10.2.2017

Tässä rakentelussa ideana oli toteuttaa jo aiemmin tekemäni RTTTL-soitin hieman erilaisempaan muotoon ja suunnitella "ihan oikea" piirilevy, jonka tilaus tapahtui iTead Studiosilta.

Lyhyesti kuitenkin voidaan sanoa, että tässä tuotetaan haluttu tunnusmusiikki, melodia tai mikä tahansa RTTTL-nuoteista koostuva ääni MSP430G2211 -mikrokontrollerilla ja piezo kaiuttimella. Mikrokontrolleri soittaa esiohjelmoidun musiikin kun kytkentä aktivoidaan REED-releen avulla ja sähköt otetaan pienestä CR1216 3-voltin litium-paristosta.

Alla olevasta videosta nähdään, mihin käyttöön tai "lopputuotteeseen" tekemäni piipitin meni. Terveisiä vain Antille, hieno video! Videon jälkeen selostus piirilevyistä ja piipparista.

Piirilevyn suunnittelu

Koska kytkennästä oli jo aikaisemmin olemasta parikin eri versiota ja omatekoinen piirilevykin, ei kytkennän lopulliseen suunnitteluun kulunut aikaa muutamaa tuntia enempää. Kuitenkin piirilevyn piirtämiseen kului pari iltaa, sillä halusin paneeloida piirilevyn ja sovittaa 5 x 5 cm alalle 2 samanlaista piirilevyä ja kolmannen eri projektille kuuluvan piirilevyn.

Suurin homma oli oikeastaan etsiä sopivia ja halpoja komponentteja digikeyn sivuilta ja piirtää niistä sen jälkeen piirilevykuvat työskentelyä varten. Komponentteja tulikin kourallinen, joille piti decalit piirtää, mutta juuri tähän "piiputtimeen" ei tullut kuitenkaan kuin vain muutama piirrettävä komponentti.

Parin illan ähertämisen jälkeen piirilevy oli piirretty ja tilausta voitiin alkaa tekemään iTead Studiosilta. Alla olevassa kuvassa nähdään piirilevykuva suunnittelupöydällä (tosin vielä vaiheessa kuvan ottohetkellä) ja siitä voidaan selvästi erottaa kolme eri piirilevyä, joista kaksi on kytkennältään identtisiä keskenään.

Mikrokontrollerin kotelona on pieni 14 nastainen TSSOP-kotelo, joka on helppo juottaa vaikka käsin tarpeen tullen. Pienin palakomponentti oli 0603 -koteloinen ja suurin 0805-koteloinen. Sen lisäksi, että tätä piirilevyä käytetään piipityksen aikaansaamiseksi, tätä voi käyttää myös TSSOP-14 adapterina, jolloin erilaiset protoilut ja kokeilut ovat helpompia toteuttaa jatkossa.

Piirilevyn tilaaminen iTead Studiosilta

Kun piirilevy oli suunniteltu, pystyin jättämään tilaukseni iTead Studion verkkokauppaan. Linkitetyllä sivulla nähdään tilauksen kriteerit ja suositellut piirilevyn suunnittelusäännöt sekä tehtaan rajoitukset.

Tilaaminen tapahtui helposti valitsemalla ostoskoriin tuote "2 Layer Green PCB 5CM X 5CM MAX" ja maksamalla se PayPal-tililtä. Maksamisen jälkeen tilauksesta saapui sähköpostiin tilausnumero, jota käytetään kun toimitetaan piirilevytiedostot valmistajalle. Tämän jälkeen piirilevytiedostot pakataan zip-pakettiin ja lähetetään pcb@iteadstudio.com -osoitteeseen käyttäen saatua tilausnumeroa viestin otsikkokentässä.

Noin viiden päivän kuluttua piirilevytietojen lähetyksestä sain sähköpostiini tiedon, että piirilevyt on tehty ja ne lähtevät kiinan tehtaalta kohti suomea Hongkong-postilla. Sähköposti-ilmoituksessa oli myös tilauksen seurantanumero muotoa RTx..xHK (x = numeroita), millä tilausta pystyi seuraamaan. Myöhemmin sain selville, että samalla seurantanumerolla toimii myös paketin seuraaminen Itellan lähetysten seurannassa, ja paketin Suomeen saapumisen jälkeen kesti vielä noin 3-4 päivää, kunnes paketti oli lajiteltu paikallisessa postissa.

Yhteensä aikaa kului noin kuukausi siitä, kun tilaus oli jätetty ja piirilevytiedostot toimitettu valmistajalle, kunnes sain piirilevyt käsiini.

Tilattujen piirilevyjen laatu

Piirilevyt oli paketoitu kuplamuoviin ja pieneen noin 10 cm kertaa 5 cm laatikkoon huolellisesti, eikä paketoinnissa näin ollen ollut moitittavaa. Piirilevyjä oli tasan 10 kappaletta, aivan kuten tilauksessa piti ollakin. Piirilevyjen paksuus oli työntömitalla mitattuna tasan 1,0 mm, joka sekin täsmäsi tilauksen kanssa. Myös 5x5cm koko piti paikkansa, joten mitat olivat suorastaan täydellisen oikein.

Piirilevyjen porauksissa ei ollut mitään moitittavaa ja poraukset olivat osuneet aikalailla täysin keskelle tarkoitettuja reikiä. Juotteenestopinnoite (JEP) oli myös tarkalleen oikein ja esimerkiksi TSSOP-decalin nastojen väliin oli onnistuttu JEP tekemään. Kaikkineensa siis todella hyvin valmistettuja ja ennen kaikkea halpoja piirilevyjä, sillä tilaus maksoi yhteensä vajaat 10 euroa.

Paneloitujen piirilevyjen katkaisu

Koska piirilevyjen kuparipinnoissa ei ollut tilaa tehdä piirilevyjen katkaisua varten jyrsintäaukkoa, joudun tyytymään panelointiratkaisussa silkkipainolla merkittyyn katkaisuviivaan.

Piirilevyjen katkaiseminen onnistui helposti hankkimallani rautasahalla ja sahan jiiritelineellä. Rautasahat maksavat noin 10-30 €, riippuen mistä semmoisen ostaa ja muovinen jiiriteline maksoi noin 5 euroa, joten tämäkään investointi ei ole kallis, ottaen huomioon että tällä setillä katkotaan huomattava määrä piirilevyjä.

Katkaistut piirilevyt voi viimeistellä mattoveitsellä, mikäli katkaisusta jää hieman ylimääräistä tavaraa piirilevyn reunalle. Tällä tavalla katkaistua piirilevyn reunaa ei oikeastaan erota jyrsimellä tehdystä katkaisusta, mikäli sahaaminen on vain mennyt suoraan eikä terä ole ollut tylsä. Alla olevassa kuvassa näkyy oikealla alhaalla piirilevyssä "röyste", joka hieman kaipasi mattoveitsellä viimeistelyä.

Piirilevyjen puhdistus ja komponenttien käsin latominen

Kun piirilevyt on katkottu omiksi kappaleiksi, niin levyt voidaan puhdistaa CRC:n 'Precision Cleaner' puhdistusaineella ja käsipyyhe- tai talouspaperilla.

Puhdistuksen jälkeen piirilevyjen "pädeille" eli komponenttien juotospinnoille asetetaan juotospastaa, joka lämmitettäessä muuttuu juoksevaksi tinaksi ja juottaa komponentit paikoilleen.

Pastan levityksen jälkeen komponentit ladotaan paikalleen ja levyt voidaan kuumentaa esimerkiksi hellan keittolevyllä.

Useamman levyn valmistaminen on näin ollen nopeaa ja oikealla määrällä pastaa levyjen komponentit juottuvat hyvin "pädeihinsä" kiinni. Kyseisiä piirilevyjä lämmittelin suurimmalla keittolevyllä noin 1,5 - 3 minuuttia, levyn ollessa nelosella (asteikko 1-6). Kun juotospasta muuttui kirkkaaksi, nostin levyt pinseteillä yksitellen viereiselle kylmälle levylle jäähtymään ja levyt olivat alle minuutissa jäähtyneet käsin kosketeltavalle tasolle. Neljään levyyn meni yhteensä aikaa noin 10 minuuttia (ladonta ja juottaminen) ja jos nämä olisi tehnyt yksitellen juottimen avulla, niin aikaa olisi mennyt varmaankin 3-4 kertaa enemmän.

Loput komponentit ja valmistettu laite

Pintaliitoskomponenttien jälkeen asensin läpiladottavat ja juotin ne käsipelillä paikoilleen. Tämän jälkeen tarvittiin enää ohjelmointi ja sitä varten tein yksinkertaisen kaapelin, minkä avulla ohjelmointi hoidetaan Launchpadin kautta. Lopputulos näkyy kuvasta alta ja piipittimen toimintaa voi tarkemmin ihmetellä täältä.

Piirilevyjen loppukustannus

Yksittäiselle 5x5 cm kokoiselle piirilevylle tuli siis hintaa alle euro, ja jos ottaa huomioon levyjen paneloinnin, niin esimerkiksi yksittäiselle piipparin levylle (kuvassa yllä) ei tule hintaa senkään vertaa. Tämä on jo niin edullinen hinta, että mikäli tarvetta ei ole saada piirilevyä kovin kiireellisesti, niin kuukauden verran jaksaa kyllä odottaa.