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Low cost PROTO Module of M5STACK

with 4 comments

400円で出来る
M5STACK PROTO Module を作りました。            2018.07.26

製作した PROTO Module の高さは 7.5mm と 8.5mm です。
M5STACK や 他のモジュールとスタック出来る互換性があります。

M5STACK PROTO Module のコネクターは 小型化の為 高さの低い特注品です。
価格が高い事と 入手しにくい為に 不便です。
コネクター代替品として 株式会社 廣杉計器 (ひろすぎ) の製品があります。
日本国内で調達出来る事と 価格が安く 輸送も2日で速く便利です。
価格安く沢山あると気楽に電子工作ができます。

費用:
プロトモジュール:廣杉計器のコネクターによる 合計は 381円 です。
プロトモジュール:スイッチサイエンスのプロトモジュールは 1420円 です。
コネクター:廣杉計器のコネクターは 1組 138円 です。
コネクター:スイッチサイエンスの ピンヘッダ・ソケット 1組は 362円です。


7.5mm PROTO Module

準備1:部品

No Nomen Purchase Price
1  ピンヘッダー ( male,    H=5.3mm )  廣杉計器:PSM-4200233-15   76円
2  ピンヘッダー ( female, H=3.5mm )  廣杉計器:FSS-42035-15   62円
3  ユニバーサル基板(95x72x1.1mm)  秋月:H=1.1mm [ AE-B2 TH 1.2t ] 200円
4  M2 5mm Hex Tapping Screw(4ea)  ebay : M2-5mm-Hex-Tap-Screw   28円
5  ケース:H=7.5mm  自作:材料費 FDM   15円
=  ========================  ==================== =====
費用総計 381円
参考:格安基板の費用総計  基板:60円 241円

ピンヘッダー:Aliexpress には M5STACK PROTO のピンより長いですが
_ male, female Connector が 販売されています。注:ボス無し。
ピンヘッダー:1個 129円。10pcs $11.59 1287円。注:ボスの位置が2.54mmズレ有。
_ HitMart Chinese Store : M5Stack 2×15 Pin Headers Socket 2.54mm Male Connector

廣杉計器:注文方法は ネットで 注文フォームを利用 に記入します。
購入数:製品によりミニマムオーダー数があります。
支払い:着払い を使用しました。
輸送期間:2日。対応が速く大変便利です。
代引手数料:2千円以上の場合は無料です。
価格は 税抜きです。

基板:
_ 秋月の 厚さ 1.1mm のユニバーサル基板を使用します。
_ M5STACK PROTO の厚さ:1.0mm。
_ 価格:200円。
_ 参考:格安の基板作りでは 1枚 60円です。費用総計は 241円です。

詳細:
1.  廣杉計器 の male Connector:M5STACK PROTO Module に使用できます
_ 部品番号:PSM-420233-15:価格:76円。ハンダ部は L型ピン。
_ M5STACKの male Connector の高さは 5.0mmです。
_ 廣杉計器  の male Connector の高さは 5.2mm ( 2.3 + 3 )で ほぼ同じです。
_ 補足:基板固定の ボトムポスト無し。ハンダ付け時に位置の確認が必要。
_ 価格:スイッチサイエンスや千石電商より遥かに安いです。
_    SS = 181円(単純計算) に対し 76円です。

2.  廣杉計器 の female Connector:
_ 部品番号:FSS-42035-15:価格:62円。ストレートピン。
_ M5STACKの female Connector の高さは 2.3mmです。
_ 廣杉計器  の female Connector の高さは 3.5mm です。
_ M5STACK との ピンの高さの差は 1.3mm。
_ ケース:M5STACK の PROTO CASE の高さは 6.5mm です。
_ ケース:FSS-42035-15 を使用する時の高さは 7.5mm になります。
_     7.5mmの高さにより スタックが可能になります。
_ 補足:基板固定の ボトムポスト無し。ハンダ付け時に位置の確認が必要。
_ 結果:コネクター接続時の PROTO Moduleの高さ:
_    M5STACK:11.8mm。廣杉計器:12.8mm。


8.5mm PROTO Module

準備2:部品

No Nomen Purchase Price
1  ピンヘッダー ( male,    H=5.3mm )  廣杉計器:PSM-4200233-15   76円
2  ピンヘッダー ( female, H=5.25mm )  廣杉計器:FSM-42052-15   60円
3  ユニバーサル基板(95x72x1.1mm)  秋月:H=1.1mm [ AE-B2 TH 1.2t ] 200円
4  M2 5mm Hex Tapping Screw(4ea)  ebay : M2-5mm-Hex-Tap-Screw   28円
5  ケース:H=8.5mm  自作:材料費 FDM   17円
=  ========================  ==================== =====
費用総計 381円
参考:格安基板の費用総計  基板:60円 241円

詳細:
1.  廣杉計器 の male Connector:準備1と同じです。

2.  廣杉計器 の female Connector:
_ 部品番号:FSS-42052-15:価格:60円。ハンダ部は L型ピンです。
_ M5STACKの female Connector の高さは 2.3mmです。
_ 廣杉計器  の female Connector の高さは 5.2mm です。
_ M5STACK との ピンの高さの差は 3.0mm。
_ ケース:M5STACK の PROTO CASE の高さは 6.5mm です。
_ ケース:FSS-42052-15 を使用する時の高さは 8.5mm になります。
_      8.5mmの高さにより スタックが可能になります。
_ 補足:基板固定用の ボトムポストは無し。( 注意 )
_ 結果:コネクター接続時のPROTO BOARDの厚さ:
_    M5STACK:11.8mm。廣杉計器:13.8mm。

メモ:ピンの高さ
_ ピン単体の高さで計算した値と実際は少し異なります。
_ 理由は 接続したコネクター間に隙間が出来る為です。
_ M5STACK の MALE と FEMALE のピンは短い事と 接続すると 隙間が
_ あり、短いピンに加え 隙間の分で接触面積が少なくなっています。


PROTO CASE:
下記の手順で 高さ7.5mm, 8.5mm を作成します。
参照:Make M5STACK PROTO CASE:3D CAD で PROTO CASE を作るポイント。

FLAME の高さ:
_ 使用する Female Connector の高さで FLAME の高さが決まります。
_ 条件:Male Connector :高さ 5mm です。
_ FLAME の高さ = Female Connectorの高さ +  4.2 mm
_ 例1:3.5 + 4.2 = 7.7 ( 約 7.5mm )
_ 例2:3.5 + 5.2 = 8.7 ( 約 8.5mm )


工作:
1.  PROTO 基板製作
_ 秋月の厚さ 1.1mm ユニバーサル基板を M5STACK PROTO PCB と同じ
_ サイズと穴を開けます。万能ハサミ、ドリルとヤスリを使用しました。
_ 角の幅が狭い為、慎重に削ります。

2.  7.5mm PROTO Module ( PSM-4200233-15 + FSS-42035-15 )
_ スルーホールの内側は female connector、外側は male connector です。
_ 最終的に 2つのコネクターが垂直に接続する様にハンダ付けします。
_ ピンの位置は重要ですので正確に位置決めします。
_ female connector   FSS-42035-15 は ピンを最大限外側に広げます。
_ female connector   FSS-42035-15 を 正確に位置決めし ハンダ付けします。
_ male connector PSM-4200233-15 を 正確に位置決めし ハンダ付けします。
_ ハンダ付け後にテスターで導通とショートしていないかを確認します。

3.  8.5mm PROTO Module ( PSM-4200233-15 + FSM-42052-15 )
_ 最終的に 2つのコネクターが垂直に接続する様にハンダ付けします。
_ ピンの位置は重要ですので正確に位置決めします。
_ female connector  FSM-42052-15 を正確に位置決めしハンダ付けします。
_ male connector PSM-4200233-15 を正確に位置決めしハンダ付けします。
_ ハンダ付け後にテスターで導通とショートしていないかを確認します。


PROTO MODULE の自由度:
_ 制限:M5STACK PROTO MODULE は female connector のサイズ
_    によりケースの高さに制限があり自由度が少なく不便です。
_ 方法:Female側は自由なサイズを選べる事が出来ます。
_ 対策:female connector にストレートピンを採用し
_    基板にスルーホールを設けます。
_ 部品:秋月電子通商で部品を調達し好きなサイズで使用する事ができます。
_ 計算:ケースの高さ = Female Connectorの高さ +  4.2 mm
_ 効果:Female側で自由なサイズを選べる事により多様なサイズの回路を
_    組み込む事が可能になります。
_    ネットの記事では 大きなサイズの回路は スタックが不可能の為に
_    M5 後段に接続しています。これは 上記の対策で M5 の上段や
_    中断にスタックが可能になります。


M-BUS:HPWR
_ HPWR は 12V以上のドライバ電源として使用されており
_ モータードライバ/ PLCなどの新しいモジュールで使用されます。


感想:
M5STACK PROTO:
_ フレームとコネクターの入手が面倒である事と価格が高いです。

廣杉計器のピン:接続すると 緩み無く しっかりとした感触です。
_ 抜く時は ピンの噛み合わせが良く ゆっくり時間をかけて抜きます。
_ ピンの接触具合は 動作に多大な影響を与えます。
_ 特にデジタル信号に於ける接触不良は 再現性が低い事や不可解な
_ 現象を起こしますので 接触の良い コネクター構成が重要です。
_ このピンで 低価格で沢山でき 気楽で楽しくなります。
_ 秋月電子通商で販売して頂けると便利ですね。

自作基板:私は基板設計はできませんが 希望する配置があります。
_ 1. 基板角の上側(横) 9mm の長さで 0.3mm削る。縦は 7mm の長さで 0.3mm削る。
_ 2. M-BUS ケース外側の端子を コネクター内側にスルーホール。
_ 3. M-BUS端子にストレートピンを使用できるスルーホール。
_  秋月等で販売されている通常のストレートピンが使用できます。
_ 4. 裏側(ハンダ面) M-BUSに端子番号のシルク印刷。
_ 5. 基板の上1列は 3.3V 、下1列は GND を連結したスルーホール。
_ 6. 基板上のスペースが小さい為 上記が良い訳でもない点があります。

新基板;現在 T氏が企画中です。


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Written by macsbug

7月 26, 2018 @ 11:00 am

カテゴリー: ESP32, M5STACK

コメント / トラックバック4件

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  1. いつも色々教えてありがとうございます。
    私は基板を切ったらするのが苦手で、JLPCBでZazardevさん(https://easyeda.com/zazarltd)がデザインしたPCBを注文したら、約950円(10枚の基板でUSD2.00、送料USD6.31)でできました。Akita11さん(https://github.com/akita11/m5proto)のデザインもおそらくアップすれば注文できます。輸送は約10日かかります。ご参考まで。

    vivianmrr

    8月 1, 2018 at 12:12 am

    • vivianmrrさん
      基板注文先と価格と輸送期間の情報をありがとうございます。
      私は PCB のデザインができない事と注文方法が解りません。
      希望しているデザインは FEMALE PIN のパターンがストレートピンを使用出来る スルーホールがあるものです。理由は 秋月とか国内の部品で出来るからです。
      他 ケースとの兼ね合いで基板のサイズを少し変更したい希望もあります。しかしこのデザインの物はネットにはありません。
      現状は 図面設計と基板注文の経験が無く 出来ずにいます。
      図面設計や注文するトライをしないで つい手作りした方が速いという方になっています。
      どなたか直々に教えていだだけないかなとか 考えてしまいます。

      macsbug

      8月 1, 2018 at 5:32 am

      • スルーホールの基板、Maker Faire Tokyo 2018で見つかりました!

        作ったのが、thousandiy.wordpress.comのtomorrow56さん(https://github.com/tomorrow56)です。

        vivianmrr

        8月 5, 2018 at 11:35 am

      • vivianmrrさん、その後もフォローをありがとうございます。助かります。
        この記事の後に tomorrow56氏に相談し基板作成をお願い致しました。
        MFT2018 直前に届いたとの事で MFTで展示されている tomorrow56氏 にお伺いし基板を受け取りました。
        vivianmrrさんと 会場でお会いし是非共お話ししたかったです。
        この基板を踏まえて各種のピンサイズに合うケースを製作する予定です。
        基板の設計は オリジナルや他の基板よりも進化させています。
        ケースを製作し tomorrow56氏に チェックをして頂く予定です。
        tomorrow56氏は オープンな方ですので 実用可能後に図面を公開して頂けると思っています。

        macsbug

        8月 6, 2018 at 12:35 am


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