Anturipiirilevyn suunnittelu ja toteutus robottiympäristöön

Abstract

Opinnäytetyössä suunniteltiin, toteutettiin ja testattiin anturipiirilevy LILYGO T-display -kehitysalustan laajennukseksi. Työn taustalla oli tarve kiinnittää erilaisia antureita kehitysalustaan siten, että useat I2C-väylän jännitetasot ovat tuettuja ilman lisäadaptereita. Erityistä huomiota kiinnitettiin piirilevyn laajennettavuuteen.

Työn tavoitteena oli toteuttaa piirilevy, joka tukee 5 voltin, 3,3 voltin ja 1,8 voltin I2C-väyliä ja mahdollistaa kaikkien kehitysalustan pinnien tuomisen liittimille levyn reunoille. Työ toteutettiin toiminnallisena opinnäytetyönä, jossa suunnitteluratkaisut perustuivat käytännön tarpeisiin ja käytettävissä olevaan komponenttivalikoimaan. Piirilevylle sisällytettiin myös ulkoinen vahtikoirapiiri järjestelmän toimintavarmuuden parantamiseksi.

Piirilevyn suunnittelu toteutettiin Altium Designer -ohjelmistolla, ja työ eteni kytkentäkaavion laadinnasta layoutin suunnitteluun ja valmistusdokumenttien tuottamiseen. Valmis piirilevy tilattiin ilman komponenttiladontaa, jonka jälkeen komponentit juotettiin käsin. Piirilevyn toiminta varmistettiin visuaalisilla tarkistuksilla ja sähköisillä mittauksilla, joilla testattiin jännitetasot, signaalilinjat ja I2C-väylän tasomuunnoksen toimivuus.

Työn tuloksena syntyi toimiva ja laajennettava anturipiiri, joka vastasi asetettuihin vaatimuksiin. Testausvaiheessa tunnistettiin myös kehityskohteita, kuten jännitteenvalitsimen mekaaninen sijoittelu ja piirilevyn merkintöjen selkeys, jotka tarjoavat lähtökohdan piirilevyn jatkokehitykselle.

The purpose of this thesis was to design, build and test a sensor interface circuit board as an extension for the LILYGO T-display development board. The work addressed the need to connect sensors operating at different voltage levels by supporting multiple I2C bus voltages without the use of external adapter boards. The emphasis was placed on the expandability of the printed circuit board.

The aim was to develop a board that supports 5 V, 3,3 V and 1,8 V I2C buses and enables all development board pins to be routed to connectors on the edges of the board. The thesis was carried out as a functional project based on practical requirements and the available component selection. An external watchdog circuit was integrated to improve the system reliability.

The board was designed using Altium Designer software. The process included schematic and layout design, the generation of manufacturing data and manual soldering of components. The functionality was verified through visual inspection and electrical measurements.

The result was a functional and expandable sensor interface board that met the defined requirements. The findings indicate that certain design aspects require further development.