Como hacer un shield para Arduino

Estos días estuve haciendo un shield para el juego de la serpiente, del que ya hice un tutorial de como programarlo. La necesidad de hacer esta placa nace de que el montaje de la matriz con el Arduino y las 16 resistencias que requiere, es algo enrevesado y no queda del todo bien, ya que los cables, en ocasiones tapan la matriz. En este tutorial os diré como lo he hecho, las dificultades que he ido teniendo, como las he solucionado y como no hay que repetirlas.

Dicho esto empezaremos, y lo primero es diseñar la placa, para ello necesitaremos un software de diseño electrónico, nosotros utilizaremos fritzing que es muy sencillo de utilizar y gratuito. Si aun no lo tienes puedes descargarte lo en su página oficial, una vez descargado no requiere de instalación, lo ejecutamos y ya podemos empezar a trabajar.

Una vez abierto nos iremos directamente a la pestaña PCB, nosotros en este tutorial no utilizaremos los modos esquemático o breadboard. Una vez ahí, en partes, pincharemos en el símbolo de Arduino, y cargará todas las placas disponibles, nosotros buscaremos la Arduino mega 2560, la pinchamos y la pondremos sobre la PCB:

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Pinchamos en “core” para que nos aparezcan todos los componentes y bajamos hasta “conection”, utilizaremos el primer conector que nos sale que es el mas simple y lo pondremos encima de los pines de la mega que vamos a utilizar, abajo en el inspector podemos cambiar el número de pines a 8 por ejemplo, para que nos sea mas cómodo ponerlos. Una vez hecho esto nos quedará algo así:

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Es muy importante que los pines este correctamente alineados. Como la placa Arduino mega tiene pines hembra, estos deberán ser macho, en la PCB no existen diferencia entre ambos pero si queréis sacar el esquema, simplemente deberéis cambiarlo en el inspector, en la pestaña de “forma”.

Para continuar borramos la placa de Arduino y nos quedarán simplemente nuestros pines donde la encajaremos. A lo largo del diseño es fundamental que no movamos los pines. A continuación debemos introducir los pines de los componentes de que nos faltan, el joysticks y la matriz.

Para el joysticks basta con poner 5 pines, el problema lo tenemos con la matriz que tiene 4 pares de conectores de 8 pines cada uno, para ponerlo correctamente, deberemos conocer la distancia entre estos bloques, para ello podemos mirarlo en el datasheet o medirlo nosotros mismos con una reglas. Una vez que sepamos las medidas podemos reflejarlas en fritzing, si bajamos en “partes” al final tenemos “Tools” donde tenemos un regla con la que nos ayudaremos para colocarlo los bloques correctamente:

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Ahora solo nos queda añadir las 16 resistencias que necesita la matriz para que no se quemen los leds, debemos introducirlas de manera que nos simplifiquen el diseño y nos ayuden a la hora de hacer las pistas:

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Ya tenemos todos los componentes colocados, debemos empezar con las pistas, para ello pinchamos en una conexión y la llevamos a su conexión correspondiente. Una vez hecha la pista, le podemos dar la forma que deseamos, pinchando en un punto de ella y desplazandolo. De esta manera podemos hacer las pistas manualmente, fritzing también nos da la posibilidad de auto-rutear las, para ello deberíamos haber hecho el diseño en esquemático,  es una posibilidad que esta ahí.

A demás, fritizing nos permite diseñar placas de dos caras que es a donde quería llegar, esta placa puede ser de una o dos caras, pues bien esto es una decisión personal, yo ahora os pondré las ventajas y desventajas de cada una.

 Hacer la placa de una cara nos trae ventajas económicas por el precio de la placa y es mas simple de hacer a la hora de insolarla. Por otro lado hacerla de dos capas nos hace mas simple el diseño, podemos hacer pistas de mayor grosor y que la placa necesaria sea de menor tamaño. Otra desventaja que encontramos en hacerla de una cara es en el momento de soldar, necesitamos poner componente por ambos lados, pero al no tener por uno de los lados cobre no podemos soldar, ya que el estaño no se pega en la baquelíta.

Yo en mi caso elegí hacerla de una cara, lo que me dificulta la soldadura como veréis, quedando me así el diseño:

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Con esto hemos terminado el diseño. Ahora tenemos que exportarla para imprimirla en  acetato o papel de presentación, para ello abajo le damos a la pestaña de exportar PCB, y le damos al formato PDF. Una vez esportada a PDF nos aparecerán varios archivos, nosotros utilizaremos el que pone copper_top, pero por si acaso habré lo y comprueba que es el que requerimos.

A partir de aquí si sois menores de edad deberéis pedirle ayuda a vuestro tutor legal, ya que para el desarrollo de la PCB es necesario utilizar productos químicos y herramientas que pueden ser peligrosas.

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A continuación, recortamos a la medida necesaria nuestro trozo de placa, retiramos la protección y ponemos correctamente con el fotolito. El tiempo de insolación depende del tipo de insoladora que tengamos, en mi caso es casera. Yo por ejemplo, la insolé durante 4 minutos y medio.

Una vez  insolada debemos verterla sobre el revelador, pasados unos minutos la sacaremos y lavaremos con agua, luego la frotaremos con la yema del dedo para retirar la capa fotosensible sobrante, volveremos a echarla en el revelador y repetir el proceso, hasta que solo quede capa fotosensible en las pistas y agujeros:

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Ahora utilizaremos el atacador para retirar el cobre no deseado. Retirado el cobre, quitaremos la protección de las pistas con disolvente y después la limpiaremos con agua y secaremos con un paño:

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Es la hora de hacer los agujeros con el taladro, han de ser finos, en mi caso yo utilizo una broca de 1 mm de diámetro. Mucho cuidado, estas brocas se pueden partir fácilmente y salir disparadas, por ello no olvidéis hacer los agujeros con una gafas de protección adecuadas.

A continuación, pasamos a la soldadura, para que nos sea mas sencilla podemos usar pasta para soldar. Dicha pasta la echaremos sobre el cobre de la soldadura y en el estaño que vamos a utilizar. Empezaremos por soldar las piezas mas bajas que en este caso son las resistencias:

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Luego soldaremos los pines macho que utilizaremos para conectar la placa Arduino y el joysticks:

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Por último y mas complicado, soldaremos los pines hembra, donde pincharemos la matriz. Cómo es de una cara deberemos soldarlos por el mismo lugar que por donde los conectamos para ello tendremos que tener paciencia y utilizar correctamente la pasta de soldar:

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Hecho esto  ya solo nos queda conectar los dispositivos y probarlos. La primera vez que ponemos los dispositivos puede darnos problemas,  los pines de los componentes pueden estar algo torcidos o los dispositivos de la placa no están bien alineados. No te preocupes simplemente hadlo con paciencia y utiliza un palillo de dientes para poner correctamente los pines de la matriz o conectores macho de la placa que necesites.

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Una vez que está todo conectado, introduciremos el primer programa que hicimos en el tutorial de la programación del juego de la serpiente, para comprobar que todas las celdas funcionan correctamente. En caso de que esto no suceda, no te preocupes, es normal, a veces las pistas tienen diminutas fracturas que hacen que no haya conductividad, puedes poner la placa a contra luz para tratar de encontrarlas a ojo, cuando las encuentres echa plasta para soldar en la pista y pinta la con estaño. Si no ves la fractura pinta completamente las pista.

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Comprobado que todas las celdas funcionan correctamente y que el joysticks lo hace también, cargamos el programa del juego de la serpiente y ya solo nos quedaría disfrutar.

 

Y con esto damos por finalizado este tutorial espero que os haya servido. Hasta otra.

 

 

 

2 Comments on "Como hacer un shield para Arduino"

  1. Hola, he visto tu tutorial con el Arduino Mega. De hecho he descargado el programa Fritzing pero al momento de imprimir mi cricuito no encaja con las dimensiones del Arduino Mega real…. tu sabes a que se deba esto?

    Saludos.

    • Alguna vez me ha pasado que el impreso sale casi como el folio de grande, porque cuando le das a imprimir, en la ventana que te sale, hay una opción que es ajustar al folio o imprimir en tamaño real, si esta marcada en ajustar con el folio, te sale del tamaño máximo abarcable en el folio respetando los margenes, es posible que te este sucediendo eso.

      Saludos

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