Altimetro

Altímetro de dois eventos — classe EasyMini

Esquemático KiCad 10 de um altímetro barométrico de recuperação dupla (apogeu + principal), equivalente em função ao Altus Metrum EasyMini: sensor barométrico, registro de voo em flash, dois canais pirotécnicos com teste de continuidade, download por USB. Sem GPS, sem acelerômetro, sem telemetria.

Defeito crítico em aberto: FIRE_B está no PA9, que o bootloader da ROM leva a nível alto — o canal principal dispara se a placa entrar no bootloader (JP1 fechado ou flash vazia) com bateria e ignitor ligados. Até corrigir, grave firmware só com USB, sem bateria. Detalhes em SINAIS.md.

Documentos:

• SINAIS.md — cada sinal: função, conexões, tensões, notas de firmware.
• ALIMENTACAO.md — por que o bloco de alimentação é assim: o "OU" de diodos, a escolha do regulador, o reservatório de disparo e o desacoplamento.

Arquivos:

Arquitetura

J1 ──┬── C1 100µF ──────────────────► VBAT ──┬── J4 pino 1 (piro apogeu)
BAT  │   (reservatório de disparo)           └── J5 pino 1 (piro principal)
4-16V└── D1 ─┐
             ├─ VSYS ── U1 MCP1703 ── +3V3 ── MCU, baro, flash, buzzer
J3 USB ── D2 ┘         (SOT-89)
   └── U5 USBLC6 ── D+/D- ── U2 STM32F042K6T6 ──┬── SPI1 ──┬── U3 MS5607 (baro)
                                                │          └── U4 W25Q16 (flash)
                                                ├── ADC ───── continuidade A/B + VBAT
                                                ├── GPIO ──── Q1/Q2 AO3400A (disparo)
                                                └── TIM3 ──── Q3 + LS1 (buzzer)

Sete blocos no esquemático, numerados na folha: alimentação, MCU, barômetro + memória, USB, canal A, canal B, aviso sonoro.

Mapa de pinos do STM32F042K6T6 (LQFP32)

Pinagens conferidas contra o datasheet: pino 17 é VDDIO2 e pino 16 é VSS (ST STM32F042x4/x6); MS5607-02BA03 pino 4 = CSB e pino 5 = conexão interna, ambos no mesmo net (datasheet TE, seção Pin Configuration). Atenção ao MCP1703: a numeração muda com o encapsulamento — em SOT-89 é 1 = GND, 2 = VIN, 3 = VOUT (em SOT-223 o pino 1 é VIN).

Decisões de projeto

STM32F042K6T6. Mesma escolha do EasyMini v3. O que importa aqui é o USB crystal-less: o periférico USB roda do HSI48 corrigido pelo CRS, sincronizado ao SOF do host. Isso elimina cristal, dois capacitores e a área deles; PF0/PF1 ficam livres. Em troca, não há base de tempo precisa — o registro de voo usa o HSI de ±1 % como base, suficiente para taxa de amostragem mas não para medição de tempo absoluto.

MS5607-02BA03 em SPI. PS em GND seleciona SPI, compartilhando o barramento com a flash. Resolução de 20 cm e conversão de 1 ms; limite de 1200 mbar e 10 mbar cobre do nível do mar a ~30 km. Barramento compartilhado é seguro porque as duas conversões nunca são concorrentes: o firmware lê o barômetro e só depois grava a amostra.

W25Q16JV (16 Mbit). 2 MByte dão ~44 min de registro a 100 Hz com amostra de 8 bytes (800 B/s) — de 10 a 20 voos de 2–4 min sem apagar; mais se a taxa cair depois do apogeu. WPn e HOLDn ficam em nível alto por R4/R5 (10 k), o que desativa a proteção de escrita por hardware e a pausa. Esses pinos não chegam ao MCU, então a flash opera só em SPI simples.

LDO MCP1703 em SOT-89, não SOT-23. Com 16 V na entrada e 25 mA de consumo o regulador dissipa (16 − 3,3) × 0,025 = 0,32 W. Em SOT-23 (θ_JA ≈ 250 °C/W) isso são 80 °C de elevação; em SOT-89 (θ_JA ≈ 140 °C/W), 45 °C. O Iq de 2 µA importa porque a placa fica armada na bancada por horas.

OR de fontes por Schottky (D1/D2). Bateria e USB alimentam o 3V3 por diodos separados. O efeito colateral é a propriedade de segurança mais importante da placa: VBAT alimenta os bornes pirotécnicos diretamente, não passa pelos diodos — com só o USB conectado os canais ficam sem energia. Dá para programar e baixar dados com os ignitores ligados.

Disparo em lado baixo com pulldown no gate. Q1/Q2 (AO3400A, 30 V, 5,7 A, R_DS ≈ 30 mΩ) chaveiam o lado de GND do ignitor. R9/R13 de 100 k mantêm o gate em GND enquanto o MCU está em reset, sem firmware ou travado — um pino em tri-state não dispara nada. R8/R12 de 100 Ω limitam o pico de corrente de gate.

Continuidade por divisor no dreno. R10/R11 (100 k/10 k) medem o dreno de Q1. Com ignitor intacto o nó fica em VBAT/11 (1,45 V em 16 V, 0,36 V em 4 V); com ignitor aberto o divisor puxa o nó para 0 V. A corrente de teste que passa pelo ignitor é VBAT/110 k, no máximo 145 µA — três ordens de grandeza abaixo da corrente de não-disparo típica (250 mA) de um e-match. C16/C17 de 10 n filtram o nó do ADC.

C1 de 100 µF. O disparo é um curto de ~1 Ω por ~1 s; sem reservatório local a queda em VBAT faz o MCU resetar no pior momento possível. C1 fica no borne de bateria, no mesmo laço de corrente dos bornes pirotécnicos.

JP1 (BOOT0). No STM32F042, BOOT0 é multiplexado com PB8. Fechando JP1 a placa entra no bootloader DFU da ROM e aceita firmware pelo próprio USB, sem programador. J2 (SWD 1×5, passo 1,27 mm) fica para depuração.

Observações sobre o desenho

As ligações são feitas por rótulos em stubs de 2,54 mm: cada pino tem um fio curto com o nome do net, em vez de fios longos atravessando a folha. É legal e sem ambiguidade — a netlist extraída da geometria é idêntica à tabela de nets do gerador — mas é um estilo compacto, não o traçado "bonito" de um esquemático feito à mão. Reposicionar e traçar fios de verdade nos blocos é trabalho de edição normal no Eeschema e não altera a netlist.

D1/D2/D3 estão desenhados com o catodo à esquerda (orientação padrão do símbolo, sem espelhamento). Os rótulos deixam o sentido claro: em D1, VBAT entra pelo anodo à direita e VSYS sai pelo catodo à esquerda.

Placa

66 × 26 mm, 2 camadas, FR-4 1,6 mm, montagem SMD só no topo. Dois furos M3 nas pontas, sem cobre (não ligam a placa ao suporte). Regras compatíveis com fabricação padrão: trilha mínima 0,15 mm, folga 0,15 mm, via 0,6/0,3 mm.

Disposição: bornes na borda inferior (entrada do fio para fora), USB na borda superior esquerda, alimentação à esquerda, MCU no centro com os desacoplamentos colados aos pinos, flash e barômetro em cima à direita (longe do regulador), buzzer embaixo à direita. Plano de GND nas duas faces, costurado por vias.

Decisões de layout:

• Bornes de 3,5 mm (Metz Connect RT06302HBWC, 10 A, 0,14–1,5 mm²) em vez dos de 5,08 mm: metade da área, e mesma série de parafuso.
• Pads SMD com ligação sólida ao plano, alívio térmico só nos passantes. Importa para o GND do protetor de ESD (U5) e para a fonte de Q1/Q2, por onde volta a corrente de disparo. O pad de GND do header SWD também é sólido: no passo de 1,27 mm não cabem dois raios térmicos.
• Faixa sem vias acima de cada borne (área de regra) para os rótulos +BAT-, APO, PRI — furo de via corta a serigrafia.
• Referências que não cabem sem cobrir pad, via ou outra peça ficam fora da serigrafia e aparecem no desenho de montagem (fabricacao/altimetro-montagem.pdf). O verso traz legenda completa dos bornes e a pinagem do SWD.

Gerar a placa

FREEROUTING=/caminho/freerouting-2.4.1.jar JAVA=/caminho/java25/bin/java gerador/fazer_pcb.sh

Requer KiCad 10 (módulo Python pcbnew), Java 25+ e Freerouting 2.4.1. O script posiciona (conectores e CIs em posição fixa; passivos pelo lugar livre mais perto do pino que atendem), exporta DSN com as larguras por classe, autorroteia, cria planos e costura, posiciona a serigrafia e roda o DRC com paridade de esquemático. Só grava no projeto se o DRC passar sem nenhuma violação. O Freerouting não é determinístico: cada execução dá um traçado diferente, todos verificados pelo mesmo DRC.

Antes de encomendar

• Rodar o DRC no GUI e olhar a placa: o roteamento é automático. Funcional e verificado, mas vale revisar os laços de disparo e o USB a olho.
• Para montagem na JLCPCB/PCBWay: a BOM não tem códigos de fornecedor (LCSC), e o arquivo de posição usa a rotação do KiCad — alguns encapsulamentos (SOT-23, SOT-89) precisam de correção de rotação no visualizador do fabricante.
• O buzzer puxa ~100 mA de pico do 3V3 a 4 kHz. O firmware não deve tocá-lo enquanto mede pressão para referência de solo.

Notas para o layout da PCB

1. O laço de disparo (J1 → C1 → J4/J5 → Q1/Q2 → GND) carrega alguns ampères por ~1 s. Netclass PIRO já está configurada em 1,0 mm; mantenha o laço curto e com área pequena, e não passe sinais de ADC por dentro dele.
2. O MS5607 precisa de abertura de ventilação para a pressão ambiente e não pode ser lavado (o datasheet é explícito: usar pasta no-clean). Mantenha a área reservada sob o sensor livre de trilhas, conforme o pad layout da TE.
3. Separe o GND de retorno pirotécnico do GND analógico do divisor de continuidade, unindo-os num único ponto junto ao borne de bateria.
4. U5 (USBLC6) vai o mais próximo possível do conector USB, antes de qualquer outra coisa nas linhas D+/D-.
5. Reserve lugar para fixar a bateria e os fios dos ignitores: são eles que sofrem a aceleração, não os componentes SMD.

Verificação

gerador/verificar.sh gera o esquemático a partir das bibliotecas do KiCad instalado e só grava o resultado se tudo passar:

1. o gerador recusa pino sem net e sem no connect, pino em dois nets, e dois símbolos de alimentação no mesmo ponto;
2. check_sch.py reextrai a netlist da geometria do arquivo e compara com a tabela NETS;
3. check_layout.py procura sobreposição de símbolos e rótulos e itens fora da folha;
4. kicad-cli sch upgrade converte para o formato nativo;
5. ERC do KiCad com todas as severidades — 0 erros, 0 avisos;
6. netcheck.py compara a netlist exportada pelo próprio KiCad com a tabela NETS e confere cada footprint contra o filtro de footprint do símbolo;
7. exporta altimetro.pdf e bom.csv.

O que não está feito

• Firmware e certificação.
• Proteção contra inversão de polaridade da bateria: D1 protege só o ramo de 3V3. Os bornes pirotécnicos estão em VBAT direto, então bateria invertida polariza Q1/Q2 pelo diodo de corpo. Se isso preocupar, um P-FET em série na entrada resolve, ao custo de R_DS no caminho de disparo.
• Um elemento de armamento em série (chave física ou segundo FET) nos canais pirotécnicos. O EasyMini também não tem, mas é o acréscimo que eu faria antes de tratar a placa como produto.

Regenerar

gerador/verificar.sh                      # usa /usr/share/kicad/symbols
gerador/verificar.sh /caminho/symbols     # outra instalação

A tabela NETS em gerador/gen_sch.py é a fonte da verdade das ligações: o gerador falha se algum pino ficar sem net e sem no connect, se um pino aparecer em dois nets, ou se dois símbolos de alimentação caírem no mesmo ponto. Depois de editar o esquemático à mão no Eeschema, não regenere — o gerador sobrescreve o posicionamento.