キッズがPCB作成にチャレンジ！ 1日目 〜デザインと設計〜

キッズ向けワークショップとして、PCBを作成するコンテンツを検討中です。LEDが光るガジェットを設計し、はんだづけして作成します。


![IMG_20200113_110806.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/eb9b8f5c-7cf3-9c86-e203-6998baa7080c.jpeg)

この記事は、前半の記事です。
後半はこちら
「キッズがPCB作成にチャレンジ！ 2日目 〜はんだづけして完成、考察〜」
https://qiita.com/nanbuwks/items/8921c83ca4b800906118

以下はテスト的に KiCad の標準的な手法を使ってチャレンジした記録です。
今後更にうまくできるやりかたを工夫して、テキストを作成しようと思います。


# つくるもの

光るバッジ（ストラップやバッジ、キーホルダーなど）


- 自分で紙にデザインしたものをシルク印刷でPCB化します。
- LEDを光らせます

# スケジュール


- 1日目 (前半) 約2時間 
 - デザイン
 - GIMPで画像処理
 - KiCadで回路図作成
 - KiCadでパターン作成
 - 工場発注
- 2日目(後半) 約1時間
 - はんだづけ
 - 完成！

工場発注してから日本に届くまで、しばらくかかるので前半と後半は1週間ぐらい間を空けます。

# 1日目  2020年1月13日

## デザイン

A4の紙に、マジックでデザインを描いていきます。
実物は数センチですが、拡大していっぱいに描きます。。
![IMG_20200112_173653.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/c5f14d72-18f2-4aa2-1af5-43962e26cff3.jpeg)

作成できたら写真を撮って、パソコンに保存します。

デザインその1. 炭治郎のイヤリングぽいもの。

![IMG_20200112_202140.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/4b476c1a-96d8-14a9-03ed-838091ed55e6.jpeg)

デザインその2. 刀。
![IMG_20200112_202158.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/bd83ac29-03ed-9d23-9c8a-c8f954646aea.jpeg)





## GIMPで編集

GIMPで取り込みました。
![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/527e5861-9dbf-2e1b-9124-771389f1cf7f.png)

画面に収めるために、「表示」-「表示倍率」-「ウィンドウ内に全体を表示」としておきます。
次に、GIMPの操作を簡単にするために、「ウィンドウ」-「シングルウィンドウモード」にしておきます。
ツールバーが出現しない時は、「ウィンドウ」-「新しいツールボックス」にし、ツールボックの幅を4列〜5列に増やしておきます。


### 画像の回転

最初に、画像を正位置に回転します。
「画像」-「変形」-で回転を選びます。

90°回転ではなく、自由角度で回転する場合は
「ツール」-「変形ツール」-「回転」
で自由な角度に回転します。

### トリミング

四角ツールで選択します。

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/1793f2f9-b9f6-c9fd-6347-fd88da2542a5.png)

余分なところを切り落とします。画面端の描ききれていないところも除けておきます。


「画像」-「キャンバスを選択範囲に合わせる」

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/f1fb56b4-a296-8f15-5987-ab58cfd49443.png)

### 二値化
 
「色」-「しきい値」できれいな画像にします

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/6dbfcfd4-8aa7-c486-e85d-a6692e123c0f.png)

### バッジのサイズに合わせる

 「画像」-「画像の拡大・縮小」

ここで、作成するバッジの大きさを決めましょう。
この大きさを、わかりやすく100px/cmという解像度にして画像のサイズを決めます。

1cmのバッジを作る場合は100
5cmのバッジを作る場合は500

例えば、3cm x 5cm のバッジを作りたければ、長辺を500に合わせます。



### png で保存

ファイル- 名前を付けてエクスポート

badge.pngという名前で保存します。

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/7cf1531b-081a-ca8a-f3b3-c9fea9eaeaab.png)

## KiCad 

KiCadを起動します。

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/4fc80088-3f1c-5d79-6673-ee524b625955.png)

「File」-「New」-「Project」で「badge」と入力して新しいプロジェクトを作ります

### Compornent への変換

Aのマーク（Bitmap to Compornent Converter）を起動します

Load Bitmapを押して先程のbadge.pngを読み込みます。

DPIを250に、Board Layer for OutlineをFront silk screenにして、Export。
![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/71b3878d-bcd8-b2e5-8099-e4562d76c62e.png)


badgeという名前を付けて保存します。

### Footprint Libraryへ登録

Footprint Editor 起動

「File」-「Import Footprint from KiCad File...」

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/89f6be33-50eb-c253-72b0-b733ca771963.png)

File-New footprint Library で「 badge.pritty」と出ているのでそのまま保存

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/d9a39f93-108f-8103-71ab-4b239470c862.png)

Projectを選んで保存します

### 回路図を作る

Schematcs Layout Editorを起動します

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/11390322-edf7-4411-974e-997b1cecb0ec.png)

#### 部品の配置
BATと入力してBattery_Cellを選びます
![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/f2bed386-f14f-7ef9-2d71-69d360b54af0.png)

同じようにして
LED,SW_Push,Rを置きます

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/d879737a-52c1-eb9d-99b4-c879f4bab749.png)

部品を配置します。白い矢印を押して部品の上でMを押すと移動、Rで回ります。
![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/e1804118-c65f-1360-9d38-f9176cac18cd.png)

このような配置にします。

#### 配線

緑の線を押して、配線していきます
![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/319a4a5f-ef11-dbb9-dd2f-21c402727f7a.png)


#### パーツの割当

Assign PCB footprint to schematics symbols を押します
![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/81e6a25b-cb5b-b444-8275-77f25f1079c4.png)

Annotateを押してこのように割り当てしていきます。

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/c0ed816d-aa14-8cbb-34d7-21adb3ccd6a7.png)

割当が終わったらApplyして閉じ、「Tools」-「Generate Netlist File...」で作成します。

無事終了したら画面を閉じます。

### パターン作成

PCB Layout Editorを起動します。
「Plase」-「footprint」で「Badge」を選び、「Badge」を呼び出す
![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/11c3b135-a646-cd5d-863f-30b22d4a0c55.png)

netファイルを読み込む
![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/28bb5397-8267-a1ee-e0a5-6c90e16c3e28.png)

部品を配置し、配線をしていきます。
![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/a961b6b0-c7a4-da71-93bf-12e6a7b55afe.png)

ストラップホールをつけます。
![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/045f2eb8-82a0-e394-d1e8-9f072a282d57.png)

外形線をEdge.Cutsレイヤで描いていきます。

「Plase」-「footprint」で「MountingHole」を呼び出して3mm程度のものをつける
![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/525e09e9-fbbe-aa83-45dd-c0068859fde2.png)



データの完成です。
![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/8b9bc8f7-2f08-829d-a96b-cbf974ca5aac.png)

#### 工場製造ファイルの出力
File-Plotで、Badgeと入力し「Plot」および「Generate Drille Files...」-「Generate Drill File」とします。



![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/1e18cb11-2e57-b953-0d47-56f1d2707ce2.png)



画面を閉じます。

## 工場への注文

出力したファイルをZIPファイルに圧縮し、注文します。
![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/139524/5cf84582-7813-b5df-04b9-0de1b3b7710c.png)


# 2日目

「キッズがPCB作成にチャレンジ！ 2日目 〜はんだづけして完成、考察〜」
https://qiita.com/nanbuwks/items/8921c83ca4b800906118
に続きます。