2023-12-27

はじめてのKiCAD ～アートワーク～

前回までの記事で回路図まで作成しました。

構成検討
在庫確認
回路図

ここからはアートワークを行っていきたいと思います。

4. アートワーク

2層の20mm×20mmというシンプルな基板なので難易度は高くありませんでした。困った事としては、KiCAD部品ライブラリに登録されているITR8307のフットプリントが間違っていた事です。

KiCADライブラリは上書きできなかったので、修正したフットプリントを新規ライブラリとして登録しました。修正前（左）は部品形状がEdgeCutsとして登録されており、基板上に部品と同じ形状の切り欠きが形成されてしまいます。データシートの寸法と一致してないところも含めて修正（右）しました。

回路図上で非実装に設定した部品についてはアートワーク上でも非実装の設定をしておきます。これでBOMと部品実装との整合性を保つことができます。

5. 面付け

アートワークが終わると一息つきたくなりますが面付けをする必要があります。 88個の基板が必要なので予備も含めて100個を発注しようと思います。 JLCPCBさんの最低発注枚数は5枚なので20個を面付けした基板5枚で構成します。ボタン一つで面付けしてくれるKiKitという素晴らしいツールが公開されています。

qiita.com

KiKitを使って実際に面付けしたものがこちら。

面付けのような面倒な事をせずに100枚発注すれば良いのではないか？最初はそう思いましたが価格を比べてみると大きな違いがありました。

面付け無しの基板を100枚発注：＄56.1

元の設計サイズが20mm×20mmであるにも関わらず自動的に70mm×70mmに設定されました。また、部品実装のコストタイプとしてもStandardが適用されています。重量は1.83kgです。

それでは20個（4×5）で面付するとどうでしょうか？

面付け有りの基板を5枚発注：＄16.7

価格が1/3以下になりました。部品実装のコストタイプとしてはEconomicが適用されています。また重量が1/5以下の0.33kgになりましたので、輸送費のコスト低減効果もありそうです。

6. 出図

まず基板製造に必要な図面がこの2つ。

Gerber（基板外形や各レイヤーの図面）
Drill Files　(ドリル穴位置)

さらに部品実装に必要な図面が2つ。

BOM（部品リスト、Bill of Materials の略）
CPL (部品配置リスト、component placement listの略)

これらの図面を出図する必要がありますが、ありがたいことに便利なツールが公開されています。 Fabrication Toolkit という図面一式を一括で吐き出してくれるツールです。

qiita.com

ツールをインストールして画面中のアイコンをクリックすると productionというフォルダの中に各種ファイルが作成されます。

これで必要な図面が完成したと思いたいところですが、実はこれらのファイルをそのままJLCPCBにアップロードすると以下のようにエラーが出てしまいます。

面付け用の穴データなどが BOM（左）と CPL（右）に入っている事が原因でエラーが出ているようです。 ”KiKit”で始まる名前を削除する事でエラーが消えました。

以上で出図が完了です。お疲れさまでした。あとは配送方法を選んで発注ボタンを押してしらばらく待つと基板が届くはずです。基板製造＋部品実装+輸送の総額で9951円($69.94)です。これに$9クーポンを適用し最終的に8670円($60.94)となりました。

7. 参考リンク

基板実装のコストタイプ Economy vs Standard

PCB Manufacturing & Assembly Capabilities - JLCPCB

ガーバーとドリルファイルの作り方

How to generate Gerber and Drill files in KiCad 7

BOMとCPLの作り方

How to generate the BOM and Centroid file from KiCAD

BOMに関する一般事項

Bill of Materials(BOM) File for PCB Assembly

2023-12-26

はじめてのKiCad ～回路図～

今回作りたい基板は88枚。この数をユニバーサル基板にハンダ付けするには年を取り過ぎました。基板メーカーさんを探していたところJLCPCBさんがお手頃価格との事だったので、基板製造から部品実装までをお願いしてみようと思います。とは言うものの、今まで回路は人任せだったので自分で回路CADを触ったことがありません。基板メーカーに発注したこともありません。こんな素人が果たしてどこまでやれるのか。遭遇したいくつかの問題も含めてここに残していきたいと思います。

まず基板製造に必要な図面がこの2つ。

Gerber（基板外形や各レイヤーの図面）
Drill Files　(ドリル穴位置)

さらに部品実装に必要な図面が2つ。

BOM（部品リスト、Bill of Materials の略）
CPL (部品配置リスト、component placement listの略)

合計4つの図面が必要です。

1. 構成検討

まずは手書きレベルでどんな回路構成にするのかを考えてみます。

2. 在庫確認

基板製造＋部品実装をJLCPCBさんで完結させる前提で考えると、彼らの倉庫に在庫がある部品で構成した方が安くて速いと思います（例外もあると思います）。在庫が無い部品については取り寄せてくれるようですが今回は在庫部品のみで構成してみました。

jlcpcb.com

在庫部品はどうやって探せばよいでしょうか。部品在庫のページで👆、例えば0603の10kΩ抵抗の在庫を調べてみるとこんな風に見つかります。

BasicとIn stockの両方にチェックを入れて検索すると1件ヒットします。利用頻度の高い部品はBasicと呼ばれていて在庫が豊富で値段も安いです。最初からフィーダーに入っていて交換工賃も不要のようです。チップ抵抗1個が0.11円($0.0008)と言われてもピンときませんが、秋〇さんで売っている「チップ抵抗　１／１０Ｗ１０ｋΩ　（５０００個入）」に対して約半額ぐらいの値段。

Basicじゃない部品はどうでしょうか。今回利用するITR8307というフォトリフレクタを調べてみるとこんな風に見つかります。

In stockにチェックを入れつつ値段の安い順にソートすると12.9円($0.0908)が最安値でした。秋〇さんで売っている「ﾌｫﾄﾘﾌﾚｸﾀ(反射型光ｾﾝｻ)」の中で最も安いものは40円でした。異なる部品同士を比較しても意味がない事を理解しつつも価格帯として悪くない印象です。なお、この部品はExtendedなので実装時の交換工賃が別途必要になると思います。

3. 回路図

構成検討 ⇔ 在庫確認 ⇔ 価格調査を行ったり来たりしながら回路図を仕上げていきます。慣れないKiCadに戸惑いながら書いてみた回路図がこちら。

非実装部品は”部品表から除外”にチェックを入れてBOMから除外します。これをやっておかないと不要な部品を購入する事になってしまうので忘れずに設定します。ちなみに”基板から除外”にチェックを入れると基板上のフットプリントが除外されます。あとから実装する可能性がある場合はフットプリントを残しておく必要があるので、ここではチェックを入れないようにしておきます。

LCSCという行を追加しJLCPCBさんの品番を指定します。これでJLCPCBさんで実装してもらう際に確実に指定した部品が引き当てられるようになります。

次の作業はアートワークですが長くなりそうなので別記事にしたいと思います。

2023-12-21

Adventure5M Proを1か月使ってみた

念願の3DPが届く

初回申し込み分で発注して手元に届いたのは2023年11月18日でした。当初の告知では10月中旬に到着する予定でしたが2回の延期を経てようやく届きました。

開梱は慎重に

はやる気持ちを抑えて開梱に取り掛かりますが、雑に取り出そうとすると壊れそうな気配がします。ホームページを見に行くと開梱に関する説明があるので、これを見ながら慎重に作業を進めます。

after-support.flashforge.jp

慎重に開梱作業を続ける事10分。中の発泡スチロールを取り出すところまで来ました。

同梱物

BlackとBurnt Titaniumという2種類のフィラメントが付いてきました。どちらも頭にHSと付いていますが高速印刷(High Speed)に対応したフィラメントのようです。高速印刷を試してみろ！と背中を押されている気がします。 Burnt Titaniumの色味はラメ入りダークグリーンと言えば近いかもしれません。Blackはシンプルな黒です。

消耗品と工具類も付いてきました。助かります。

初印刷

WifiにつなぐとFlashPrint5から認識されたので、早速 3D Benchy を印刷してみましょう。はじめての3DPなので印刷時間24分が遅いのか早いのかピンときません。多分、早い方なんだと思います。

印刷品質を評価できるだけの目を持っておりませんので参考にはなりませんが素人目には綺麗に見えます。糸を引いているところが少し気になりますがライターで炙ると消えました。

振動

ニトリで買った木棚の上に置いていますが予想してたよりも揺れてます。ヘッドのスピードが速いので当然かもしれませんが、これだけ揺れると印刷品質に影響しそうな気がします。床面に置く、もしくは、筐体そのものを固定する方法を考えた方がよいかもしれません。

youtu.be

2023-11-17

はじめてのESP32　～Hello world～

プロジェクト作成

インストールが完了したので早速プロジェクトを作ってみましょう。

と思ったらいきなりエラーに遭遇します。ESP-IDFへのパスが通っていないとの事ですが、ひとまず Yes を選択して次に進みます。

開発環境をインストールした時点で esp-idf が特定のフォルダに入っていました。私の場合はesp-idf-v5.1.1というフォルダ名でした。

ここで補足。File → New → Espress-idf Project を選択すると新しい Project を作る事ができます。操作している間に Project Explorer が消えてしまって、新しいプロジェクトを作れなくなったかと思いましたが大丈夫です。

それでは Hello world をサンプルプロジェクトとして選んでみましょう。 "Create a project using one of the templates" がチェックされていないとサンプルがグレーアウトされて選べません。こちらにチェックを入れてサンプルを選びます。

無事に Hello world を開くことができました。ところでコードに修正を加えた場合に元の状態に戻せるのでしょうか？サンプルコードが保存されているのはこちらですが、

C:\Espressif\frameworks\esp-idf-v5.1.1\examples

プロジェクトを作るとこちらに実体がコピーされるようです。

C:\Espressif\frameworks\esp-idf-v5.1.1\workspace

修正を加えるのはコピーの方なので戻せなくなる心配は無用でした。そもそも examples以下のサンプルコードは最初から git 管理対象になっています。workspace以下も同様にgit 管理しておけば安心です。

プロジェクト実行

それではビルドして実行してみましょう。

シリアル通信のためのターミナルを開きます。私の環境ではCOM6として認識されていました。さて、ターミナルには何が表示されるでしょうか？

ブート　→　Hello world 表示　→　CPUリセット　→　ブート　→　以降、繰り返し。どのような仕組みで繰り返し動作するのでしょうか？これより先はブートローダなどが関連してくるので、いったんここまでで区切りたいと思います。

2023-11-11

はじめてのESP32　～インストール～

ESP32開発環境のインストール

今後のロボット活動を行うのにあたってマイコンを選ばなくてはいけません。Arduinoやラズパイなどたくさんの選択肢がある中でESP32を選びました。理由は新しいマイコンを触ってみたかったから。はい、特筆すべき理由はありません。強いて言うなら①安い②Wifiが使える③サンプルが豊富、といったところです。開発環境としてArduinoIDEとESP-idfが利用可能ですが、今回は本家のESP-idfをセットアップしてみたいと思います。それでは早速本家のガイドに従ってインストールしてみましょう。手持ちのボード（ESP32 DEVKIT V1）に合わせてプルダウンメニューからESP32を、そして安定版の5.1.1(srable)を選択します。

ESP-IDF Programming Guide - ESP32 - — ESP-IDF Programming Guide v5.1.1 documentation

"Get started"を選択して見えてきたのがこの2つです。

VSCode Extension
Windows Installer

"Choose from one of the available options"と書いてあるのでどちらか一方だけでOKのようです。

①VSCode Extension　失敗

うまくいきませんでした。VSCodeを開いてエクステンションから"espress-idf"を選んでインストール。途中までは順調に進みましたがエラーが出て先に進めなくなりました。ひとまず深堀せずに次に進もうと思います。

②Manual Installation　成功

ひとつひとつ手作業でインストールする必要がありそうなタイトルですが最終的にこちらはうまくいきました。一つだけ注意が必要なのが Eclipse にチェックを入れる事です。デフォルトでは選択が外れています。CUIで開発できる猛者にEclipseは不要かもしれませんが、私はGUIで開発したいのでEclipseにチェックを入れます。

Finishを選んで最後にターミナルが表示されてインストール終了です。

デスクトップに Espressif-IDEアイコンが生まれているのでこちらをクリックすると eclipse が立ち上がりました！

2023-09-25

はじめての3Dプリンター購入

ベンチマーク

Prusa vs Creality vs FLASHFORGE

私は電気＆ソフト屋さんなのでメカ音痴です。今までに3Dプリンターを使った事はありませんが、面白くて深い世界が広がっている事に気付いてしまいました。3Dプリンターを購入するのは初めてなので、失敗しないようにベンチマークしてみたいと思います。と言っても選択肢が多すぎるので、詳しい人に代表的な3社をピックアップしてもらいました。

商品名	販売サイト	価格	発売日	本体サイズ mm
Prusa i3 MK3S+ kit	URL	¥129,800	2019年2月	500x550x400
Ender-3 S1 Pro	URL	¥48,050	2022年3月	490×455×625
Adventurer5M Pro	URL	¥84,700	2023年10月	380×400×453

"Prusa i3 MK3S 10万円以下で最強" という謳い文句が魅力的だったので当初は購入の第１候補でした。2023年9月現在の実売価格は10万円を超えていて、MK3の後継モデルとしてMK4がリリースされています。MK3の造形品質・造形速度は謳い文句にある通りですが旧型機に10万円以上を投入するのは躊躇します。入門機に満足できなくなった時点でMK4にレベルアップしていくのが良さそうです。

Ender-3 S1 Proは2023年9月30日までの15%OFFセール中でした。値段も手ごろで入門機として良さそうなのでMK3を押さえて第１候補に躍り出ます。

まさにこの記事を準備しているタイミングで発表されたAdventurer5M Pro。予約販売中との事で10月下旬に入手できるようです。

この発表がなければEnder-3 S1 Proで決まっていたと思いますが、以下の理由によりAdventurer5M Proを購入の第１候補にしたいと思います。

10万円以下
造形品質はAdventure3と同じかそれ以上（期待値）
エンクロージャーが付いている
本体サイズがコンパクト
ミーハーなので新しいものが好き

その他のスペックについても比較してみます。同じ環境で計測した数値ではないので騒音は参考値扱いです。

商品名	速度	ノズル温度	エクストルーダ	造形サイズ	騒音(参考)
Prusa i3 MK3S+ kit	200mm/s	300℃	ダイレクト式	250x210x210mm	52dB
Ender-3 S1 Pro	150mm/s	300℃	ダイレクト式	220×220×270mm	50dB
Adventurer5M Pro	300mm/s	280℃	ダイレクト式	220×220×220mm	55dB