ひとりモノ作り最後のハードル?Kicadで基板設計習ってきた

今まで2年程ひとりで、モノづくり、IoTをやってきました。

何も知らないところから、ArduinoやRaspberry Piの使い方を学び、IDE、PHP、Pythonでプログラミングし、3D CADで3Dプリンターのデザインをし、レーザーカッターで外装を作ったり、UVプリンターで金属にプリントしたり、ソフト、ハードの一通りの事を実践してきました。

そして、今までけっこう避けて来た、最後の(?)ハードル、基盤の設計を学んでみました。(本当は最後の大御所の金型、というのもありますが。。)

基盤の設計って何のためにやるの?という人。その気持ち分かります。イマドキは、Arduinoとブレッドボードさえあれば、基盤まで作らなくとも、たいていのものは作れてしまいます。

ただ自分独自の形のモノ、なるべく小さいモノを作りたい、既製品にはないこんな機能を盛り込みたい、という方はやはり、自分独自の基盤を設計して、発注してこそ、シンのモノづくり、IoTerではないでしょうか?

だって、初音ミクの形したArduino互換作りたいじゃん、まあ、そんな感じです(私もよく分かっていません。。)

ということで、IoTLTののびすけさんのご紹介で、わみさんの

「Kicadを使った自分だけのArduino基板作成」ハンズオン

に参加してみました。

会場は、秋葉原と御徒町の間の2K540という高架下の施設にあるCafe ASANさんを借りて行いました。

中ではこのような感じ。参加者は7人(チーム)の方々、とわみさんとのびすけさん。

では、始めていきましょう!

今回は、CADソフトは、Kicadを使います。

基盤設計で有名なのは、Eagleソフトウェアですが、Kicadは完全オープンソース、無料です。

そして、IoTとは切っても切り離せないArduinoの互換機を作っていくというものです。

設計の流れはこんな感じ:

  1. サイズや機能の決定
  2. 必要な部品を選択する
  3. 必要な部品に合う回路図を作成
  4. 回路図から配線図を作る
  5. (発注)

では、最初からやっていきましょう。

1. サイズを決める。

ひとつ、5cm*5cmで$5、10cm * 10cmで$14くらいだそうです。

2. Arduino Unoなどを参考に部品を決める←かなり重要!

CPUはATMega328p、FT232RLのシリアル変換、USB端子、ボタン、抵抗など。

必要な部品を選択する時に、できるだけ入手しやすいところで販売しているものを選ぶ。

DIP(部品に足がある。はんだ付けが簡単だが、かさばる。)、SMD(部品に足が無い。小型にできるが小さくて大変。)もよく考えておきましょう。

3. 回路図を書く(結構長いです)

色んな書き方がある。ごちゃごちゃしないように。

さあでは、回路図をKicadで書いていきましょう!

まずはこちらからKicadをダウンロードして下さい。http://kicad.jp/

インストールが終わったらKicadを立ち上げて、新規プロジェクト、又は既存のプロジェクトを選びます。

今回は、Arduino互換機の為のあらかじめ用意してもらったプロジェクトを使います。

プロジェクトを取り込んだら、「回路図エディタ」を押して、回路図を開きます。

あらかじめ用意してもらった回路図ですが、開いてみることができます。

右側の「緑のライン」から、1と23の間など、回線をつないでみましょう。

次に右側の「コンポーネントの配置」から、追加したい部品を選びます。

今回はまずLEDを選んでみましょう。抵抗もあります。

 

さて、配置が出来たら、上の「アノテーション」を選んで、回路の順番付けを行います。

さらに、上のテントウムシの「ルールチェック」を選んで、エラーがないか確認します。(この場合はいくつか接続されていない回路がありますが、ここではこのまま先に行きます)

更に上の「ネットリスト」からこの書式をネットリストとして保存しておきます。

 

4. 回路図から配線図を書く

上の「CvPCB」というところで、実際のコンポーネントとフットプリントの関連付けも行っておきます。

その後、「フットプリント」から先ほど回路図に書いたLED、抵抗などとフットプリントを紐づけます。

さあ、ここまで進んだら、段々完成が見えてきました。元の画面の「PCBプリント基板エディタ」を開きます。

そこで、ファイルから「3Dビューア」を選ぶと、三次元で回路と部品が乗ったものが確認できて、気分も一気に上がります。

さあ、最後に実際の基板エディタの上で、配線を紐づけていきます。

F.Cuは全面配線、B.Cuは背面になります。

「DRCの配置」というのを選ぶと、3Dモデルでも配線が前後面にされているのが分かります。

さて、最後に下の「未配線」が0になるまで、すべての配線を終えます。

最後に、F.SilkSというのが、テキストを基板上に書くことができます。自分だけの基板の名前などを入れてしまいましょう。

さあ、これで基板設計は完成。

5. 発注

ここから先は、発注に関してです。

基盤の製作は、中国ですとElecrowやSeeed、国内だとP版.comやSwitchScienceが代行をしたりしてくれます。

最後にKicadの「プロット」というところから、ガーバーファイルを出力します。

これを全部Zipにして、発注先のウェブサイトに送れば、2週間ほどすると、自分だけの基盤が届く!ハズです。

感想です!

さてこれが、回路設計と発注の全体像ですが、自分だけのArduino基盤できたんでしょうか?。。。やはり実際やってみると、なかなかハイレベルです。

部品の配置や配線も複雑ながら、一番最初に最も適した部品を選んでおくのが、中々難しい。数限りなくある部品から適当なものを選ぶのは、慣れが必要だなあと思いました。

まずはArduinoや、その互換機のフリーの回路図を拾ってきて、それを配置換え、部品の追加などしながら慣れていくのがいいのかなと思いました。

打ち上げです!

何はともあれ、短い時間の中でてんこ盛りに教えて下さり、わみさん、ありがとうございました!

最後はいつもの(?)乾杯です!この後、多岐にわたってお話に花が咲きましたとさ。

のびすけさん、参加された皆様、ありがとうございました!かなり不適格なところあるとは思いますが、お暇なときにどんどん突っ込んでください。今後ともよろしくお願いします!

2 thoughts on “ひとりモノ作り最後のハードル?Kicadで基板設計習ってきた

  1. はじめまして、
    SeeedStudio会社Fusion PCB課のKathyと申します。

    SeeedStudioはオープンソースハードウェア(Open source hardware)の会社として、世界でも有名です。
    Fusion PCB課のプリント基板試作(PCB Prototypep )は弊社の特色サービスであります。
    基板製造・実装・設計は低価格・短納期、高品質で入手を実現できます!

    つきましては、記事を拝見しました。
    日本の皆様のおかげで、5月4日にfusionの日本語サイト(https://fusionpcb.jp)が営業に運びになりました。
    宣伝するために、レビュー記事を募集中です。
    ですから、ご連絡いたします。お忙しいところ、申し訳ございません。
    恐縮ですが、もしよかったら、弊社のFusion PCBへレビュー記事をお書きいただけませんか。
    日本の皆様に格安のプリント基板をご紹介いただければ幸いと思います。

    もし可能なら、kathy@seeed.ccまでご連絡ください。

    よろしくお願いします。

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