Proiect - It's about time!

Acum 10 ani am petrecut cu echipa multe zile de muncă susținută și nopți nedormite pentru a proiecta Vector Watch. Acum este rândul vostru să proiectați un smartwatch!

Proiectul constă în implementarea unei scheme electronice și a unui board (PCB) folosind Fusion360 pentru un open-hardware smartwatch ce poate fi programat prin Arduino sau alte framework-uri open-source.

Ceasul are la bază un modul cu microcontroller ESP32 ( ESP32-­S3-­MINI­-1). Acest modul are posibilitatea de a se conecta la o rețea Wi-Fi sau la un telefon mobil prin Bluetooth Low Energy (BLE) pentru a trimite datele măsurate și pentru a primi comenzi.

Dispozitivul are următoarele funcționalități:

• unitate inerțială (IMU) 6 axe BMI085
• haptic motor driver DRV2605L
• baterie LiPo și circuit de încărcare MCP73831
• conector USB-C pentru programare și încărcare
• display color LCD 1.28 inch, 240×240 pixeli modul display
• electronica trebuie să intre în această carcasă

Carcasa ceasului este identică cu aceea a unui alt proiect open hardware numit Open Smartwatch.

Cerințe & Punctaj:

1. [2 p] Implementarea schemei conform modelului primit
   
2. [3 p] Realizarea board-ului conform specificațiilor din fisierul layout - amplasarea tuturor componentelor se va face pe layer-ul TOP, cu excepțiile specificate mai jos. Board-ul trebuie sa aibă dimensiunile specificate în fișierul de mai jos iar componentele principale trebuie să respecte layout-ul recomandat. De asemenea, componentele trebuie grupate în jurul IC-urilor principale (modul ESP, senzori etc.)
   
3. [1 p] Realizarea planului de masă
   
4. [3 p] Respectarea constrângerilor și a regulilor de good practice. Pentru a verifica buna implementare a PCB-ului vă rugăm să folosiți acest fișier pentru verificarea DRC. Constrângerile sunt și de natură mecanică - PCB-ul trebuie să intre în carcasa dată. Acest lucru vă forțează să amplasați componentele într-un anumit fel (de ex. butoanele și mufa USB, sau conectorul pentru ecranul LCD)
   
5. [1 p] README - pașii de implementare, probleme, decizii luate (ex: “am acceptat aceste erori de overlap pentru că…”)

Upload:
Proiectul se va încărca pe moodle sub forma unei arhive ZIP denumite “Nume_Prenume_Grupa.zip” ce conține:

1. fișierul schematic (.sch)
2. fișierul cu board-ul (.brd)
3. README

Constrângeri care trebuie respectate pentru acordarea punctajului:

• Respectarea dimensiunilor necesare pentru traseele de putere
  
• Verificare ERC și DRC
  
• Traseele nu conțin unghiuri drepte
  
• Condensatoarele de decuplare (100nF) trebuie să fie amplasate cât mai aproape de pinii de alimentare ai diferitelor module și circuite integrate.
  
• Dacă placa este realizată dublu strat, se vor evita, pe cât posibil, vias-uri la traseele de putere.
  
• Componentele principale trebuie să fie amplasate conform specificațiilor din documentul cu dimensiuni mecanice si placement.
  
• Traseele de alimentare (VCC, VUSB, VBUS, 3V3 etc.) trebuie rutate folosind width = 0.3mm, semnalele de date cu minimum width de 0.125mm
  
• Antena modulului ESP32 trebuie să fie amplasată spre exteriorul PCB-ului și PCB-ul trebuie să fie decupat sub antenă!

Observații și recomandări:

1. Constrângerile constau în regulile de bune practici prezentate la laborator (câteva exemple au fost menționate mai sus).
   
2. Tote rezistențele și condensatoarele sunt SMD, în capsulă 0402, mai puțin acolo unde este specificat în schemă că trebuie să folosiți altă capsulă (ex. 0603, tantal case C etc.).
   
3. Amplasarea componentelor se face doar pe layer-ul TOP (cu excepția test pad-urilor, a soclului pentru cardul SD, a conectorului LCD și a circuitului NOR Flash).
4. Rutarea se poate realiza atât pe bottom cât și pe top. În cazul în care rutarea s-a realizat pe 2 layere trebuie ca și planul de masă să fie realizat astfel.
   
5. Pentru a folosi DRC împreună cu fișierul de verificare trebuie să: deschideți meniul DRC > selectați Load… > adăugați fișierul conținut în arhivă.
6. Aplicați Via Stitching între cele două planuri de masă, în special în preajma modulului ESP32.
7. Eroarea “Only INPUT pins on NET ID” poate fi ignorată.
8. Suprafața de sub antena modulului ESP32 nu trebuie inclusă în planul de masă și nu este voie să se ruteze semnale pe sub antenă!!!
9. Suprafața PCB-ului de sub antena modulului ESP32 trebuie decupată pentru a crea cât mai puține interferențe cu semnalul radio!!!
10. Erorile de Dimension cauzate de amplasarea celor patru butoane, headerelor și mufei USB sunt neglijate.
11. Test pad-urile se amplasează DOAR pe spatele PCB-ului (fața lipsită de componente), vor fi grupate în o formă regulată și vor fi clar marcate în silkscreen cu numele semnalelor pe care le poartă.
12. Folosiți biblioteca de aici pentru simbolurile și footprint-urile componentelor (mai puțin cele pe care trebuie să le desenați voi).
13. Va trebui să desenați voi footprint-ul pentru butoane și pentru conectorul display-ului LCD (vezi datasheet LCD pentru specificații). NU folosiți footprint-urile din biblioteca de mai sus, nu sunt cele corecte!
14. O resursă foarte utilă pentru componente și modelele 3D ale lor este Component Search Engine