2015/03/24

LED腕時計(108円)

ダイソーでLED腕時計が売っていた。腕時計というには大きめだけど面白そう。

 

タッチといいつつ、スイッチを押すと4秒だけ時刻が表示される仕組み。
お約束の分解。


やや不穏な手触りのシリコンバンドは本体構造も兼ねていて、中には丸い基板が収まっていた。スマートウォッチっぽいデザインは後から決まったかのような…。


基板面までは普通の見た目だった。 よく見るとコイン電池に絶縁用シートとバネ金属が貼り付けられている。どちらかと言うと基板側にあるべきかも…。

LED側については、最初チップが見えなくて焦ったのだが、よく見ると空中配線らしきものがある。

手持ちのGX200のマクロで撮影後、拡大したものがこれ。 ワイヤボンディングがみえる。 全部剥き出しの状態だ。
裏のICのように、シリコンダイを基板に載せてワイヤボンディングしたあと、黒いエポキシで封入するのはコストダウンされた基板ではおなじみだけれど、一切保護しないというのははじめて見た。おそるべきコストダウン手法


光らせてみると、ちゃんと機能していることがわかる。 ただ、写真の時点で右上の一つが破損してしまっていた。 ちょっとでも触ったらアウト。

触っただけで壊れるから、これを元通り枠にはめて組み直すのにも細心の注意が要る。

潰れたLEDは、 1005サイズの赤色チップLEDがたまたまあったので、実装してみた。 一応1005のパターンも存在している。

 気になって調べると、ほかの激安LED腕時計の中身と部品の構成が似ていた。

低コストなワイヤボンディング設備だと、ダイの実装は人が行い、ワイヤボンディング自体は画像認識を備えた機械実装で行われているらしい。 LEDのダイは小さすぎるので、全部機械実装している気もするけど… 量産は奥が深い。


CAL.430FRの開発(4) メイン基板の到着


FushionPCBに発注したメインの基板が到着したので、MSP430FR周りだけ実装して動作確認をした。
最小の5x5cm枠なので、10枚(12枚入り)作ってもらって送料込みで13ドルほど。

36mm角の実物は小さいなぁ…

 目視確認してみると、7mill、ドリル0.3、ビア0.6というデザインルールでギリギリな感じ。貫通穴の誤差は基板によってばらつきがある。もうちょっと余裕をもたせたほうが良いかも。



実装を始める。まだ発注してない部品は未実装。 反省点としては、マイコン周辺の1005抵抗とコンデンサを密集させすぎたので、やや置きにくかったこと。 たいていはちゃんとフラックスを塗って、ピンセットで少しずつつつけばセルフアライメント(手動)されるので問題はないけれど…。
QFNもフラックスと予備ハンダ、吸い取り線があれば大丈夫。



一応動作確認は完了。 コネクタと下駄基板が揃うまではUEW線でLaunchPadのデバッガと接続する。


仮組み

 システム的にはPNLC方式とTFT方式のメモリ液晶どちらも対応しているが、PNLCのほうはやや寸法が大きいので、基板のネジ穴を掘って、ネジの頭を埋め込ませる必要がありそう。


腕時計ブレイクアウト基板の厚紙モックで大きさ確認


M2の0番ネジ、4mmスペーサによる仮組み。 G10ストラップは相変わらず装着するだけで様になる。

2015/03/21

CAL.430FRの開発(3) 構造検討


基板を構造部材として使う。

・風防、化粧板 (アクリル)
・CAL.430FR (PCB t= 1.0mm)
・ケース (ABS 3Dプリント? 4mm)
・Watch Breakout (PCB t=1.6mm)


電気的にはCAL.430FRで完結しているため、拡張基板が腕時計としての構造を担っている。
ケースは最初基板すべてを包む構造を検討していたけど、間にサンドイッチしてしまうことにした。 防水性などはあまり考えない方向で…。

2015/03/20

CAL.430FRの開発(2) DIY腕時計のストラップ

紙モデルA

メモリ液晶とくれば腕時計型デバイス(通信機能が未実装なのでスマートウォッチとは呼ばない)
腕時計と名乗るには、リストバンドなどを取り付ける機構が必要だ。



CAL.430FRはのんびりと海をわたっているようなので、今度は腕時計用のPCBパーツを設計して製造発注した。  MEMSセンサなどを実装する余地はたくさんあるのだけど、今回は諦めた。
ブレイクアウト基板なので、20ピンのコネクタは、2mmピッチのピンヘッダ2本で引き出している。
 デバッグ用土台でもあり、構造部材でもある。

今回の試行錯誤ポイントだった、上下の長穴は20mm幅のストラップホール。
選択肢の20mm幅のストラップに対応。

紙モデルB
 去年末頃、複数のアンティーク腕時計を預かったので、レストア沼に入りかけているのだけれど、お陰で時計全般の知識が少しずつ増えてきた。

腕時計のストラップには2種類の付け方があって、DIY的には、今回発注した基板のようにストラップを通す長穴をPCBに設ける例が多い。 このバンドはG10ストラップという名前がついていて、NATO軍の規格らしい。

バネ棒でバンドを取り付ける、一般的な腕時計に通すことができる。 写真のものは1000円台で正規品ではない。 (黒だと思って発注したらダークブラウンだった)

バネ棒を基板に固定してみる
PCBにバネ棒をはめ込む
そもそも腕時計はバネ棒という棒でバンドを固定している。 これはバネ構造で両端が伸縮する金属棒で、専用工具などで着脱できる仕組み。 バネ棒を固定するなら、3Dプリンタで構造部材を設計して発注かなぁ、と思っていたけど、基板の紙モデルをいくつか試作していて思うところがあったので、すこし実験をしてみた。
写真はユニバーサル基板にバネ棒を固定したプロトタイプだが、横穴をうまいこと開ければかっちりはめることができた。 強度が心配だが、すこし引っ張っても問題なさそう。 これなら、PCBのみで構造が完結しそうだ。 
 とりあえず、基板が届いたらバネ棒バージョンも試作してみる。
残る検討点は風防(表面のスクリーン)とケース(外装)だろうか… 

2015/03/13

CAL.430FRの開発(1)



KiCad(ビルド版 BZR5353)の練習がてら、最初の基板を作成
  • バッテリ: CR2032
  • MSP430FR5949
  • Sharp メモリ液晶(96x96 or 128x128)
  • 加速度計(ADXL362)
 テーマは時計的な物。 腕時計に倣って、 CAL.430FRという型式をつけてみた。
 機能と用途を整理してみると、画面とボタンと加速度センサが付いたRTCモジュールと定義することができそう。
 
MCUはMSP430FR5949。最近遊んでいるMSP430 FRAM LaunchPadのターゲットであるMSP430FR5969と比べると、高速水晶発振子用の端子が無いのと、I/Oがやや少ない以外は共通した仕様。

 拡張性は20ピンの基板間コネクタ(ヒロセのDF-12)で別基板へ逃がす。 UART2ch、SPI、ソフトウェアI2C、GPIO、プログラマ/デバッガ用の端子をまとめて結線する。

 最終的に、5つのタクトスイッチを両脇に実装し、36x36mmの基板外形に落ち着いた。 CR2032の電極パターンとメモリ液晶のコネクタ、ドリル穴(M2)の位置が決め打ちなので、残りの配線、部品実装エリアは思ったよりも狭くなる。
ぐじゃあ

 今回は習熟のために、部品ライブラリは全部自作した。 PCBエディタのライブラリの管理形態にかなり癖があるが、いずれ改良されそう。
 PCB側の配線作業は、リアルタイムDRCや押しのけ配線が有効化されていてかなり楽だが、時々フリーズするのでCtrl+Sが必須だった。
 PCBを引きながら回路図や部品サイズを修正し、その都度ネットリストを更新して使うことができるようになってきたので、KiCadを習得するという目的はほぼ達成できた。

3D表示ができて、実際の仕上がりに使いイメージで基板を眺められるのはとても良い。
ガーバービューワが標準で同梱されているので、発注時にガーバーファイルを点検できる。

特に問題なさそうだったので、FusionPCBにガーバーファイルを送って発注し、あとは到着を待つだけとなった。 7millで配線したけど大丈夫かな。 

 2枚目の足回り基板は用途別に作れることになったので、電源もいろいろなタイプが想定される。
とりあえず、コイン電池の出力にはショットキーダイオードのパターンを作って、外部電源とのOR接続に対応させている。
 例えば、小さな太陽電池を追加して電池の消費を抑えたりできる。電卓でお馴染みの電源構成だ。

プロジェクトファイルはGitHubにあげてみることにした。 https://github.com/kentN/CAL430FR