Как спроектировать печатную плату для датчика 

Датчики на печатных платах являются важнейшим компонентом электронных устройств, позволяющим электронике воспринимать, измерять и реагировать на изменения в окружающей среде.

например, для определения температуры, давления, движения и влажности. Эти датчики интегрированы непосредственно в печатные платы (печатные платы).

что позволяет создавать компактные, эффективные и надежные устройства.

Основные компоненты печатных плат и сенсорных плат

• Чувствительный элемент

Это ядро сенсорной системы. Оно напрямую определяет физические параметры: температуру, давление, концентрацию газа или прикосновение.

• Схема обработки сигнала

Выходной сигнал от непосредственного чувствительного элемента обычно слабый и зашумленный. Обработка сигнала формирует его перед оцифровкой.

• АЦП (аналого-цифровой преобразователь)

Поскольку большинство процессоров обрабатывают только цифровую информацию, аналоговый сигнал датчика необходимо преобразовать.

Это достигается с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП), который преобразует непрерывное аналоговое напряжение в цифровое значение.

• Интерфейс для микроконтроллера или процессора

Микроконтроллер (MCU) или процессор декодирует и сканирует оцифрованный сигнал.

• Электроснабжение и регулирование

Большинству датчиков и интегральных схем необходимы стабильные уровни напряжения.

Бесшумный и стабильный источник питания является обязательным условием, особенно для аналоговых датчиков.

Типы датчиков на печатных платах

• Датчики температуры

• Принцип их работы: преобразование изменений температуры в сигналы электрического сопротивления/напряжения.
• (Термисторы, терморезисторы, термопары).
• Области применения: системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, центральные процессоры, аккумуляторные батареи, промышленное оборудование.
  • Датчики давления
• Принцип их работы: преобразование давления в электрические сигналы для контроля давления газа или жидкости.
• Области применения: автомобильные системы (например, системы контроля давления в шинах), медицинские приборы, промышленная автоматизация.
  • Датчик движения и ускорения
• Принцип их работы: измерение линейного ускорения или угловой скорости и функционирование в качестве детекторов движения, включая акселерометры и гироскопы.
• Области применения: смартфоны, фитнес-трекеры и т. д.
  • Датчики газов и химических веществ:
• Принцип их работы: обнаружение различных газов (например, углекислого газа, угарного газа, метана и диоксида азота).
• Области применения: системы безопасности, мониторинг окружающей среды, «умные дома», лаборатории, промышленность.
  • Датчики влажности:
• Принцип их работы: Они встраиваются в печатные платы, когда необходимы точные показания параметров окружающей среды.
• Области применения: метеостанции, сельскохозяйственные системы, системы кондиционирования воздуха.
  • Датчики освещенности:
• Принцип их работы: эти устройства, также называемые фотодетекторами, предназначены для измерения интенсивности окружающего света.
• Области применения: смартфоны, уличные фонари и солнечные системы, обеспечивающие такие функции, как регулировка яркости или отслеживание положения солнца.

Применение печатных плат с датчиками

Как собрать модуль датчика на печатной плате: пошаговое объяснение

Шаг 1:
Определение требований

Шаг 2:
Выберите подходящий тип датчика

Шаг 3:
Разработка принципиальной схемы

Первым шагом в проектировании сенсорного модуля на печатной плате является определение четких функциональных и экологических требований.

Это может определять измеряемый физический параметр (например, температуру, давление или движение).

Диапазон калибровки, требуемая точность, разрешение, время отклика, а также любые условия окружающей среды, такие как диапазон температур, влажность или электромагнитная совместимость.

На этом этапе также необходимо учитывать механические ограничения , включая размер и форму платы, а также место и способ ее крепления.

Таким образом, при выборе подходящего датчика необходимо учитывать набор выбранных параметров и предполагаемое применение.

Такие рабочие характеристики, как чувствительность, линейность и энергопотребление, должны соответствовать требованиям конкретного применения. Кроме того,

Необходимо учитывать интерфейс (аналоговый или цифровой), габариты, а также доступность и совместимость с остальной частью схемы.

Затем датчик добавляется к принципиальной схеме в используемом инструменте EDA (например, Altium Designer, KiCad или Autodesk Eagle).

Правильная интеграция определяет электрические соединения, использует соответствующие компоненты обработки сигнала (усилители, фильтры, АЦП) и даже предусматривает защиту от перенапряжения там, где это необходимо.

Шаг 4: Разработка компоновки печатной платы

Экранирование заземляющих плоскостей и тщательная трассировка дорожек необходимы для минимизации шума и перекрестных помех. Для аналоговых датчиков предпочтительны короткие и прямые дорожки.

При необходимости можно использовать дифференциальную маршрутизацию сигналов. Для высокоточных разработок крайне важно учитывать теплоотвод за счет стыковки и защиту от электромагнитных помех.

Шаг 5:
Моделирование и создание прототипа

Шаг 6:
Тестирование и калибровка

Шаг 7:
Массовое производство

В работе упоминаются методы моделирования схем, в которых анализируется поведение сигнала в номинальных условиях эксплуатации с точки зрения стабильности и отклика.

Необходимо смоделировать целостность сигнала, тепловые характеристики и распределение мощности. Затем разрабатывается и изготавливается физический прототип для проверки в реальных условиях окружающей среды.

Этот этап позволяет проводить испытания в реальных условиях для проверки производительности, устойчивости к нагрузкам и механической посадки.

После сборки датчик проходит тестирование. Тестирование включает измерение нагрузки, времени отклика, разрешения, линейности и точности в диапазоне нагрузок.

С точки зрения надежности, могут также проводиться испытания на устойчивость к воздействию окружающей среды. Они используются для калибровки в контролируемых условиях или с использованием эталонных стандартов.

Для некоторых приложений может потребоваться заводская калибровка печатной платы в энергонезависимой памяти, в то время как для других возможна калибровка в полевых условиях после установки.

Окончательный вариант конструкции готов к серийному производству после проверки и подтверждения его работоспособности. Это включает в себя генерацию файлов Gerber, спецификаций материалов (BOM) и инструкций по сборке.

Выберите надежного партнера в сфере производства, такого как hycxpcba, чтобы гарантировать качество, отслеживаемость, сертификацию и соответствие стандартам.

При этом учитываются оптимизация выхода продукции, стоимость, автоматизированные методы тестирования и обязательное соблюдение нормативных требований на конечном этапе применения.

Если вы новичок , можете начать с того, чтобы попробовать сделать свою собственную простую печатную плату для датчика. Для этого подойдет макетная плата или обычная печатная плата.

Возьмем в качестве примера датчик сигнализации о перепаде температуры .

В число необходимых компонентов входят минимальная система на базе микроконтроллера, дисплей, датчик температуры, а также звуковая и световая сигнализация.

Схема электрической цепи представлена ниже:

Полная схема цепи датчика температуры

Проблемы интеграции датчиков в печатные платы

Заключение

Датчики на печатных платах меняют облик многих отраслей, прежде всего потому, что позволяют собирать данные в режиме реального времени, автоматизировать процессы и создавать более интеллектуальные системы.

От производителей и типов датчиков до типичных проблем — важно понимать весь процесс и оптимизировать компоновку.

Компания hycxpcba готова интегрировать интеллектуальные сенсорные технологии в ваш следующий продукт, специализируясь на проектировании и производстве высококачественных изделий.

Надежные печатные платы с датчиками, изготовленные на заказ. Для консультации и расчета стоимости вашего проекта по изготовлению печатных плат с датчиками обращайтесь к нам!