发布时间：2026年7月11日 开始的几个月前，我购买了一块Arduino Nano ESP32开发板。突然之间，我想玩玩硬件。虽然我在这个领域的经验不多，十多年前在一家物联网公司工作过固件，但我多年来写过大量软件。我很惊讶的是，我能够多快地用Arduino IDE和一些LLMs的帮助让内置LED闪烁。之后，我继续研究如何从命令行构建和刷写固件，而不必处理所有这些自定义抽象。我喜欢从CLI操作。这也相对简单，并让我有信心可以回到我惯用的工具（nvim）进行编码。开发板本身没有太多功能。接下来是获取一些外设，所以我订购了一个小LCD和BME280温湿度传感器的扩展板。这两者我都能将其连接到ESP32芯片上，并通过I2C协议进行通信。图1：与Arduino Nano及随机连接到面包板的东西玩耍。显然，由于各种原因我们不能继续组装现有的模块。我认为它们非常适合原型制作，但我喜欢尽快摆脱原型阶段，进入更“发布”或“生产”的工作流程。我在想我是否应该用所有这些硬件重新制作Arduino板，这样我就可以放弃面包板。这听起来不错，但感觉有点雄心勃勃。组件很多，这会让我很难测试所有内容。于是，我决定创建BME280传感器模块。这样我可以感受一下从原理图设计到定制PCB制作的整个过程。在上面的图片中，您可以看到我从亚马逊购买的小棕色板，那是一块BME280传感器板，只有少量组件。如果一切按计划进行，我应该能够将我的自定义板更换进去，并且一切应继续如前。这是计划。原理图和PCB设计 似乎有几种工具可用于原理图/PCB设计。我需要一些免费的且可以在Mac OS上运行的工具。一些人推荐EasyEDA，另一些人喜欢KiCad。我没有对此进行太多研究，看起来两者都适合，但我选择了KiCad，因为它是免费的GPL许可软件。所有传感器、芯片和组件都有所谓的数据表。数据表是制造商提供的技术文档，描述组件如何工作、可以在何种温度下操作、回流（焊接）温度曲线、尺寸和精确尺寸、示例布线以及根据组件的不同而包含的许多其他信息。对于我的传感器模块，我需要将BME280连接到I2C接口，以使其即插即用。我从亚马逊购买的模块实际上支持I2C和SPI。因此，我正在做的并不是一个完全的复制，而实际上是一个更窄的实现。BME280的数据表在第38页上提供引脚排列和连接图。它实际上为SPI和I2C连接提供了示例。我取了提供的I2C连接图并转移到KiCad。图2：我的传感器模块的原理图设计。我不会称KiCad是首次使用者最直观的应用程序。然而，我能够绘制出与数据表上显示的完全相同的原理图。要将原理图转移到PCB，您需要为每个组件选择一个称为封装（footprint）的选项。例如，BME280传感器只有一种类型，并且它只有一个形状/大小（即封装）可用。而其他一些通用组件，如电阻器或电容器则没有这种情况。您选择的封装将决定电路板的大小、组装的容易程度以及很可能还有我不了解的其他很多因素（如热分散）。通过我的研究，我发现最常见的组件类型有SMD和THT。THT或通孔组件是一种更旧的技术（尽管它并不旧），一般较大，通过将组件的脚推入PCB中的孔并焊接脚连接到电路板来安装。在大多数情况下，这可以通过普通的焊接铁完成。SMD代表表面贴装设备，是您在几乎所有现代电子设备中找到的组件。它们的尺寸小得多，且随着尺寸的减小，安装将需要更专业的设备。当我开始查看KiCad中的封装库时，我感到非常困惑，因为我并不清楚是否需要找到我计划使用的确切组件品牌的封装。我发现很多通用的SMD组件都有标准的封装，它们遵循像1206、0805、0603等标准代码，这些代码对应的尺寸为0.12英寸×0.06英寸或（3.2毫米×1.55毫米）等等。