Projeto de PCB para Planta IoT – Parte 2 4

Agora, vamos em frente com o projeto de PCB para Planta IoT! Confira a primeira parte desta série de posts,  que mostram como fazer a placa de circuito impresso para o projeto da Planta IoT mostrada aqui no blog MakerHero! Neste segundo post, vou mostrar como instalar uma biblioteca de componentes do ESP8266 no KiCad e como fazer o circuito esquemático da PCB da Planta IoT. Mãos à obra!

Circuito esquemático da PCB

Antes de iniciar o seu desenho do circuito esquemático, é preciso ter em mãos o esquemático da mesma (para saber o que será desenhado). Sendo assim, segue abaixo uma figura com o circuito esquemático da Planta IoT:

Lista de materiais (Bill Of Materials)

No desenho do circuito, serão utilizados os componentes da lista / Bill Of Materials (BOM) abaixo:

• Dois conectores com parafusos de 2 terminais (no KiCad, são chamados de Screw_Terminal_1x02)
• Regulador 7805 de encapsulamento TO-220 (no KiCad, é chamado de LM7805CT)
• NodeMCU Wifi ESP8266
• Duas barras de conectores fêmeas de 4 terminais (no KiCad, são chamadas CONN_01x04) *
• Resistor de 100Ohm 1/4W. No KiCad, é chamado simplesmente de Resistor.
• Resistor de 200Ohm 1/4W. No KiCad, é chamado simplesmente de Resistor.
• Dois capacitores eletrolíticos (também chamados de capacitores polarizados). No KiCad, são chamados de Polarised Capacitor.
• Diodo 1N4007 **
• Transistor BC337 ***

Legenda:
* Apesar de necessário para montar o circuito e PCB, não é preciso (é recomendável, porém não é necessário) comprar este(s) componente(s).
Motivo: é possível soldar os fios nas ilhas geradas.
** o KiCad não possui este diodo por padrão, porém você pode usar para desenhar o circuito o diodo “genérico” do KiCad (chamado apenas de Diode)
*** o KiCad não possui este transisor por padrão. Portanto, pode-se utilizar seu equivalente, o BC817 (ambos possuem as mesmas dimensões físicas e características de operação, sendo assim você pode, ao montar a PCB, utilizar o BC337 ou o BC817).

Importante:  é altamente recomendável colocar um disspador no regulador de tensão (7805).

Criando o projeto e abrindo o arquivo do circuito esquemático

Primeiramente, é preciso criar o projeto PlantaIoTBoard. Para isso, conforme mostrado no tópico “Abrindo o KiCad pela primeira vez”, crie o projeto. Feito isso, dê dois cliques / abra o arquivo .sch do projeto. Você deverá ver então o arquivo de circuito esquemático sem nada desenhado, conforme a figura a seguir:

Agora, está tudo pronto para o desenho do circuito esquemático!

Bibliotecas do ESP8266 – instalação

Antes de prosseguir com o desenho do circuito, é necessário instalar uma biblioteca de componentes da linha ESP8266. Isto é preciso pois, infelizmente, estes componentes não vêm por default com o KiCad, mas a boa notícia é que é bem fácil consegui-los e instalá-los (eu encontrei uma boa biblioteca para os ESP8266 neste repositório do GitHub). Para instalar a biblioteca, siga o procedimento abaixo.

Observação: os procedimentos descritos focam no Linux, porém é facilmente feito no Windows com ações análogas.

•  Primeiramente, faça um clone do repositório no seu computador (em local conhecido / de fácil acesso)
  No Linux, pelo terminal, execute os seguintes comandos:

  cd ~
  mkdir -p ~/kicad/libraries/
  cd ~/kicad/libraries/
  git clone https://github.com/jdunmire/kicad-ESP8266

• Na tela do circuito esquemático, acesse o menu Preferences > Component Libraries > Add e adicione o arquivo ESP8266.lib (que você baixou quando clonou o repositório).
• Para adicionar os footprints dos componentes: na tela principal do KiCad, abra o arquivo com nome terminado em “_pcb”, acesse o menu Preferences > Footprint Libraries Wizard e adicione o arquivo ESP8266.pretty (contido onde você clonou o repositório).

Feito isso, o KiCad estará pronto para você poder desenhar circuitos esquemáticos e PCI do projeto.

Colocando os componentes do circuito no esquemático

Para colocar um componente no circuito esquemático, siga o procedimento abaixo:

• Vá até Place > Component
• Clique no local da “folha” do circuito esquemático onde deseja adicionar um componente
• A seguinte janela irá surgir:

• Navegue por ela (ou digite o nome do componente desejado em Filter:, selecione o componente desejado e clique em Ok.
• Feito isso, a janela irá se fechar e será possível posicionar o componente na “folha”. Para confirmar a localização do componente, de um clique com o botão esquerdo do mouse.
• Se desejar rotacionar o componente, aperte a tecla Esc, clique com o botão direto sobre ele e em Orient Component. Rotacione-o conforme desejado.

Faça este procedimento para todos os componentes do circuito (conforme lista de componentes mostrada neste post). Seu circuito esquemático deverá ficar similar ao da figura abaixo:

Nomeando os componentes

Você deve ter notado que os componentes estão sem nome “formal” (resistores chamados de “R?”, capacitores chamados de “C?”, etc.). O KiCad possui uma funcionalidade para nomear automaticamente os componentes de um circuito esquemático. Tal funcionalidade chama-se Annotate schematic components. para acessá-la, basta ir em Tools > Annotate Schematic.

Indo a esta opção, uma janela irá surgir. Clique em Annotate e, automaticamente, todos os componentes são nomeados. Observe a figura a seguir:

Interligando os componentes

Para interligar os componentes, iremos utilizar wires. Para colocar um wire entre um terminal de um componente e outro elemento (terminal de outro componente, por exemplo). siga o procedimento abaixo.

Dica: Para esta tarefa, o uso do zoom é recomendado. Para dar zoom in, role o scroll do mouse para cima e, para dar zoom out, role o scroll do mouse para baixo.

• Vá até Place > Wire
• Clique no terminal de um componente que deseja unir a outro elemento
• Movimente o mouse até o elemento de destino a ser unido pelo wire (terminal de outro componente, por exemplo). Clique sobre ele uma vez.

Faça este procedimento até que o circuito esteja com as ligações idênticas ao esquemático completo da PlantaIoT Board aqui fornecido (no início deste post).

Utilizando os Power Ports

Power Ports são elementos que representam alimentação (+12V, +5V, GND, etc.), conforme ilustra a imagem abaixo:

Estes elementos são muito úteis pois deixam o circuito esquemático mais limpo e mais compreensível (sobretudo para circuitos grandes). Para adicioná-los, siga o procedimento abaixo:

Vá até Place > Power Port

Clique no local da “folha” do circuito esquemático onde deseja adicionar um Power port

A seguinte janela irá surgir:

• Navegue pelas opções de “power” e coloque os power ports +12V, +5V e GNDREF conforme o circuito esquemático completo fornecido no artigo. No final desse processo, seu circuito esquemático deverá estar semelhante à figura abaixo:

Esquemático pronto!

Neste ponto, seu circuito esquemático da Planta IoT Board está pronto!

Próximos passos: gerar a PCB e arquivos gerber (ambos serão vistos na parte 3 desta série).

Referências

Abaixo, segue a lista de referências utilizadas para este post:

• GitHub com biblioteca de componentes do ESP8266: https://github.com/jdunmire/kicad-ESP8266
• Canal do YouTube em Português (de Portugal, mas perfeitamente compreensível) com ótimos tutoriais de KiCad: https://www.youtube.com/channel/UCKv2k6aSeY_8WoaK8Ri8ZbA

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