GNSSロガーデバイスの小型化&ケース作成

先日ブレッドボードで作成したデバイスの小型化とケース作成を行いました。

最初のものがこちら。

ブレッドボードを2枚連結する必要があり、表面積が大きいです。

この大きいマイコン（ESP32-WROOM-32E）を、小さなマイコン（XIAO ESP32C3）に変更。XIAOのピンに合わせてプログラムも修正。

これだけで、ブレッドボードを2枚連結する必要もなくなり、最初のものに比べてかなり小さくなりました。

更にXIAOにはLIPOバッテリーを直結できるので、バッテリーを小さいLIPOバッテリーに変更。

そうすると欲が出て、PCB基盤を作ってみようかと思ったものの、ちょっとハードル高そうだったので、モジュール構成はそのままで7×3cmのユニバーサル基盤に実装してみることにしました。

両面に実装する形で、マイコン、ディスプレイ、GPSモジュールはソケットで取り外しできるように設計しました。

レイアウト設計試行錯誤中の図

半田付けに苦戦したものの、なんとかバッテリーと電源スイッチでの動作までできました。

次は、ケースを作成します。

JLC3DPに発注する前提で、CADツールを選定します。

CADツールはブラウザベースでお手軽そうなので、tinkercadにしました。

実装した基盤とモジュール類を採寸して、ざっくりCADデータを作ってみて、ユニバーサル基盤のM2穴を通して上下で基盤を挟んで閉じる形にしてみました。

ケースのデータをJLC3DPにアップしてみて、警告を確認しては壁の厚さを増やして、というのを何回か繰り返して警告がまだ出るものの、注文実行。

警告メッセージは人によるチェック中とのことで、翌日具体的に画像と共にこの辺が薄過ぎてリスキーだけど大丈夫？1mm以上、できれば2mmの厚さがあると良いよ、データ差し替えるなら連絡して、とメールがありました。

添付のヒートマップを見ると真っ赤っかで、厚みを増す部分を間違っていたようです。

修正したデータを新規アップロードしてみた際に、添付してもらった画像の厚さをヒートマップで見れる機能が自分でも使えるのを知り、その後はアップしてヒートマップで厚さを確認して調整して赤い部分（壁の厚さが薄い部分）を減らしていきました。

返信内容を英語に翻訳して返答して、何通か往復し、注文ページのチャットでもやり取りし、データを再度アップロードし、間違いに気付いて再々度アップロードし、ようやくデータのOKが出て、その後は支払いへ。4.8ドル＋送料2ドル、5ドル引きのクーポンでケースは下限の1ドルまで下がって、合計3ドルで注文。

送料の1番安い配送方法を選択しましたが、4日で届きました。

配送はOCSの貨物状況照会でトラッキング出来て、空輸でサクッと届く速さに結構びっくりです。

届いたケースの加工品質は高く、文字のエンボス加工部分もしっかりと読めます。ネジ穴やUSB端子部分に電源スイッチ部分やディスプレイ用の開口部、全てばっちりでした。

写真で見ると積層痕が目立ちますが、実物は表面の質感という雰囲気で、マットな感じが渋くてむしろ好印象です。

ケースに入れてみると、下側はOKでしたが、上側のGPSアンテナの基盤が想定よりも若干大きかったので、基盤側面をちょっと削りました。

ネジで止めてみるとディスプレイがやや内側に傾きます。

これもネジ部分の壁の厚さを増やしたことで、ちょっとディスプレイ基盤と干渉してしまったようです。

ディスプレイ基盤の角も少し削りました。

電源スイッチの下を、操作性を考えて丸く凹ませておいたのも大正解でした。

スイッチの出っ張りがちょうどケースに収まっているのですが、この切り欠きのお陰で電源のON OFFがし易いです。

また、スペースの余裕があった部分になんとなく作ったワイヤリング用の通し穴も、ちゃんと開いていることも確認できました。幅5ｍｍ以下のタイラップが使えます。

重さを測ってみると60.5g

寸法は73mm x 33mm x 27mm

ケースの壁の厚さは基本1.5mmを確保。

コンパクトにギュッと中身が詰まったので、手に持つと意外と重い感じがします。

GPSのセラミックアンテナが重いです。

GPSアンテナをマイコンの物のようなシートのものに変更してディスプレイを無くせば、更なる小型化&軽量化は出来そうではありますが、

自分で使用するものとしてはハードはこれで十分かな、という気がしました。

ディスプレイは動作状況を把握する上で便利なのと、ロゴ表示もしたのでお気に入りです。

後はバッテリー残量用の配線とプログラムを追加すれば、良さそうです。

JLC3DPの利用は初めてで、3Dプリンター用のモデリングも初めてだったので、到着までドキドキでしたが、とても満足度の高いものになりました。

3Dプリンターは興味はあったものの、プリンター本体を買って家に置いておくのは場所を取るし、五月蝿そうだし、子供が壊してしまうかもしれないし、と思っていたのですが、3Dプリントサービスで500円以下でこんなに良いものが手に入るなんて、素晴らしいですね。

また何か作ってみようと思います。