Volt-Amperímetro com Arduino - Parte Final: Circuito impresso

Depois de todo o trabalho construindo o protótipo e fazendo o código funcionar, chegou a hora de construir o circuito. Não é o objetivo explicar detalhadamente como fazer circuitos impressos, mas somente uma passada superficial sobre o assunto, além, é claro, apresentar as modificações no projeto para que ele funcione fora da placa do Arduino.

English version of this article: Arduino Volt-Ammeter - Final Part - Printed circuit board.

Essa é a continuação do artigo: Volt-Amperímetro com Arduino - Parte 1: Protoboard

Esquemático e layout da placa

O desenho da placa é feito em programas especializados. Existem diversos disponíveis, inclusive gratuitos. Nesse caso eu prefiri desenhar no Eagle da CadSoft dado o tamanho da biblioteca de componentes para ele disponíveis na web, inclusive uma dica interessante é baixar a biblioteca de compoentens da SparkFun que aparentemente possui todos os produtos que eles vendem, uma grande variedade, e pode economizar um bom tempo de desenho. O esquemático é uma visão lógica do circuito e é requisito para desenhar as trilhas e validá-las mais a frente.

Basicamente o que é necessário para rodar um projeto do Arduino em um circuito impresso independente é de uma fonte de alimentação de 5v, de um cristal oscilador de 16MHz e, claro, associar os contatos do microcontrolador com as portas analógicas e digitais da placa do Arduino. O esquema abaixo é popular na web e explica direitinho como precisamos montar o esquemático do projeto para funcionar como no protótipo:

Os componentes novos que devem ser adcionados ao protótipo para funcionar no circuito impresso são:

• 1 Soquete 28 pinos slim (para colocar o chip Atmega);
• 1 Conector Jack para placa;
• 1 Regulador LM78L05;
• 1 Capacitor 1uf;
• 1 Capacitor 10uf;
• 1 Cristal oscilador de 16MHz;

Com os novos componentes e a pinagem do microcontrolador, o esquemático ficou assim:

Através do desenho do esquemático é que é possível validar as trilhas para montar o layout do circuito. Após colocar todos os dispositivos na placa visando facilitar sua conexão, normalmente é necessário escrever o layout das trilhas manualmente, pois os recursos de autoroteamento normalmente não fazem um bom trabalho. Vejam como ficou o layout desenhado para esse projeto:

O conteúdo completo do Eagle, esquemático e layout, pode ser baixado clicando aqui.

Confecção da placa de circuito impresso

Não é o objetivo desse artigo ensinar ninguem a corroer placas de cobre, para isso existem diversos artigos por aí. Porém gostaria de fazer umas considerações importantes.

O método utilizado nesse projeto foi a transferência térmica com ferro de passar roupa. Eu até tentei fazer com o toner da impressora direto como alguns artigos por aí tentam explicar, porém como cada impressora possui características diferentes é quase impossível determinar um procedimento que funcione em todos os casos, sem falar nos diversos tipos de ferro de passar roupa e tamanhos de placas a serem transferidas. Além disso é notável a deterioração da parte impressa, o que leva a crer que o tonner não protege o cobre durante a corrosão.

O jeito encontrado que funcionou melhor nesse método foi através do papel Press-n-Peel que eu adquiri pessoalmente em uma loja da Sta. Efigênia (região de São Paulo onde tem umas lojas de eletrônicos). A película azul de poliéster é transferida junto com o tonner e cria uma ótima proteção para a corrosão, além de soltar do papel (plástico, no caso) com bastante facilidade em comparação com a transferência usando somente o tonner com papel couche (ou de revista). Mas não se iludam, o processo não é trivial e também pode haver algum desperdício com tentativas mal sucedidas. Inclusive é recomendado muito cuidado ao manuseá-lo, pois a pelicula azul é bastante delicada e qualquer dobra ou arranhão no papel vai removê-la com facilidade (descobri da pior maneira) e destruir o papel (que não é barato).

Depois de alguns estragos pegando o jeito com o papel, uma transferência bem sucedida (note que ainda foram necessários alguns ajustes, mesmo que mínimos, com a caneta):

Em seguida, após a corrosão:

Por fim, cortada e perfurada:

Para fazer o corte e perfuração da placa foi utilizado uma mini-retífica Dremel com a seu suporte vertical (Workstation 220). Foi utilizado uma broca de 1mm para todos os furos, porém nota-se que ela não é muito adequada para todos os componentes e acabou abrindo demasiadamente algumas ilhas eliminando quase todo o seu contato, o que dificulta considerávelmente a soldagem no final. Nesses casos é importante utilizar um conjunto adequado de brocas CNC.

Montagem dos componentes

A posição dos componentes da placa pode ser visualizada corretamente através dos fontes do Eagle. Os componentes soldados ficaram dispostos como a seguir:

A fim de conservar mais a placa, pois o cobre oxida muito facilmente, ela foi toda estanhada. Esse procedimento torna a colocação dos componentes um pouco complicada, pois ela passa a puxar o estanho, porém é importante para conservar a placa se ela não tiver mascara de solda. Como dá pra notar, o visual dela estanhada não ficou dos melhores:

Por fim providenciei alguns cabos com conectores específicos para facilitar o trabalho com o novo dispositivo:

Conclusão

Para encerrar, uma pequena demonstração do dispositivo funcionando: