Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Prototypování zařízení pro sledování tenisu v Shenzhenu: lekce

Pro tvůrce, inženýry a nadšence DIY, Shenzhen, Čína je trochu svět snů. Jakmile se dostanete přes chatrný internet a pochybný původ komponentů, které si kupujete na trzích, uvědomíte si, jak rychle a snadno můžete získat téměř cokoliv. Za asi 100 dolarů můžete získat několik desítek 4-vrstvých desek plošných spojů a šablonu z nerezové oceli. Za dalších 50 dolarů jej můžete získat za 2 dny. To je vážně levné a hra se mění, když máte takový rychlý přístup k rychlé, levné výrobě. Elektronický trh staví Wal-Mart do studu a nemůžete chodit 20 stop bez narážení na někoho, kdo nese cívku komponentů nebo tlačí vozík plný kondenzátorů. Byl jsem tam s Lavie Sak, mojí spoluzakladatelkou Shot Stats, tvůrci Challenger, tenisového sledovacího zařízení. Byli jsme nadšeni a ohromeni tímto novým místem a zdálo se, že je to možné.

Jedna z frází, které jsem opakovaně od našich mentorů slyšela, když jsem navštěvovala HAXLR8R v Shenzenu, byla „Oh… jo, to bude výzva.“ To a Mandarinova fráze „Jeden z nich! jakékoliv místo do mezinárodního mistrovství v nabídce. Stejně jako jsem se bál restaurací bez menu, byl jsem mnohem více obáv neznámých, kteří se zabývali prototypováním nového a ambiciózního produktu. Naši mentorové byli úžasní, ale poměrně často znovu zopakovali, jaký bude celý tento proces. Samozřejmě, že měli pravdu; Vybudovali jsme velmi náročný produkt.

Přinesli jsme náš první prototyp, neohrabanou maličkost s 3D potiskem SLA, který ukazoval pouze dvě metriky. Jedna z nich obsahovala Atmel xMega MCU (který jsem si rychle rozmýšlel spíše rychle), Invensense MPU-9150 IMU, a ne nic jiného. Brzy jsem si uvědomil, že budeme potřebovat mnohem více energie, protože většina našich datových škrtů se provádí na palubě. Věděl jsem, co chceme: slyšitelná zpětná vazba, Bluetooth, OLED displej, více pohybových senzorů a výkonný procesor. Vytváření seznamů je snadné, ale změna tohoto seznamu na produkt není.

Nevyhrává žádné soutěže krásy ...

První prototyp bez oblečení!

Strávil jsem pár nocí, v nichž jsem si prohlížel datové listy s myší v jedné ruce a staromódní v druhé, jak to dělá o víkendu. Brzy jsem se usadil na architektuře ARM. V tomto bodě, s výjimkou těch nejzákladnějších nebo nejlevnějších projektů, nedávalo smysl používat nic jiného. Jsou rychlé, levné, bohaté a neskutečně dobře podporované. Byl jsem opatrný při používání platformy Arduino jako základu pro náš první plně funkční prototyp. Arduino je skvělé a já jsem ho využil spoustu, ale stále to vidím jako pevně umístěný v kategorii „fandy“ a není to opravdu dobrá volba, když vaše konečná hra vyrábí hotový spotřební výrobek. Tam jsou štíty na všechno, ale oni jsou trochu příliš neohrabaní připojit k tenisovou raketu pro testování, což znamenalo naše nejlepší volba byla vlastní PCB.

Použil jsem mbed dříve a začal vážně hledat na NXP LPC1768 kit z mbed. Používá mikrokontrolér NXP ARM Cortex M3 a je poměrně silný. Zkontroloval spoustu krabic pro seriózní prototypování: rychlost, nízké náklady, snadné použití. IDE zejména je mnohem příjemnější než Arduino IDE, pokud máte spoustu knihoven a souborů ke správě. Nejlepší ze všeho bylo, že byl k dispozici HDK, díky němuž bylo relativně jednoduché implementovat do vlastních desek a zároveň udržet rozhraní mbed. Viděl jsem to jako dobré řešení, které by nám umožnilo rychle iterovat a pak snadno přenést náš kód na další prototyp, kde bychom přešli na plnohodnotný nástrojový nástroj ARM.

Po několika měsících s Altiem se narodil náš druhý prototyp. Tohle byla naše powerhouse deska, která obsahovala všechny senzory, které jsme potřebovali, a všechny funkce, které jsme v té době představovali. Mám tendenci chybovat na straně opatrnosti a flexibility, tak jsem chtěl mít desku, kterou bychom mohli použít k testování firmwaru, k vývoji uživatelského rozhraní a ke shromažďování dat. Nejen to ale muselo být přiměřeně malé, aby se snadno hodilo na tenisovou raketu. Pro dosažení těchto věcí byl druhý prototyp kompatibilní s mbed a obrovské zlepšení oproti prvnímu. Uvnitř bylo zabaleno Cortex M3, rozhraní USB, programování typu drag-and-drop, microSD, 4 akcelerometry, rádio Bluetooth 4.0, audio výstup, paměť FLASH, OLED displej, nabíječka baterií a několik tlačítek. Více než 170 komponentů je napěchováno do relativně malé desky.

Často jsem se zeptal: „Proč čtyři akcelerometry?“ Zdá se, že je to hloupé číslo, jako bychom se snažili být špičkovým analogem k holícímu strojku s 50 břidlicemi. Existuje na to dobrý důvod, a to se vrací k mému uznání flexibility. Všechny čtyři akcelerometry jsou různé - jeden je určen pro sběr vysokofrekvenčních dat, jeden je navržen pro vysoké zrychlení (až 400 g) a jeden je snímač s vysokým rozlišením obsahující gyroskop a magnetometr. Byli jsme nerozhodnutí o čtvrtém, ale nikdy to nebolí mít více možností. Když navrhujete prototyp PCB, za předpokladu, že máte prostor, je to docela levné a jednoduché přidat další senzory, dokud nehnete přesně to, co potřebujete pro příští revizi. Raději je mít a přece jen nepotřebovat.

Zde bych vám chtěl říct, že na prvním pokusu všechno fungovalo skvěle. Bohužel nemůžu. Jak každý vývojář hardwaru ví, je to jen zřídka. Prvním problémem byla špatná regulace teploty reflow pece, kterou jsem použil k pájení desek. Můj odhad je, že jeho zamýšlené použití bylo grilování racků jehněčího, a to prostě dostal mislabeled v továrně. Ať tak či onak, šest desek a zhruba 600 dolarů komponentů bylo vážně přehřátých a potenciálně zničeno. Ladící hardware může být noční můrou, zvláště když si nemůžete být jisti, které z vašich komponentů jsou dobré a které z nich udělaly nejlepší dojem z pečené marshmallow.

Ladění… pohroma inženýra.

Na druhý pokus jsem se trochu více staral a skončil s dobrými deskami. Objevil se další problém: Vše se zdálo být v pořádku, ale displej odmítl zapnout. Po nějaké sondování jsem si všiml, že na displeji není moc, takže jsem šel na seznam. Komponenty? Kontrola. Schematické? Kontrola. Řídící signály? Kontrola. Zdálo se, že všechno dělá to, co mělo, ale z 9,5V regulátoru zvyšování výkonu není žádná síla.

Po dalším dni kontroly každé desky a nalezení stejného problému jsem vytáhl osciloskop a zkontroloval vstup a výstup regulátoru, ale nic jsem neviděl. V tomto bodě jsem si vzpomněl na jeden ze společných problémů s výrobou v Číně: padělky. Vzal jsem nepoužitý regulátor zesílení, doplnil ho na kus plastu a začal ho broušet shora dolů. Po několika minutách jsem sebral celou cestu dolů k kovovým podložkám a uvědomil jsem si, že to není nic jiného než kus černého plastu bez silikonu uvnitř!

Úplně prázdné!

Téměř všechny mé komponenty byly získány z místního trhu v Shenzhenu. Za normálních okolností to berete s vírou, že věci budou fungovat tak, jak by měly, zejména od velkých distributorů, jako je Mouser nebo Digi-key. V našem případě, být tak blízko trhu, to bylo triviální chodit do stánku s hotovostí v ruce a seznam komponent a objednat vše, co potřebujete na místě. O několik hodin později jste se vrátili a vzali sáček s objednávkou. Neexistuje žádné jiné místo na Zemi s takovou rychlostí a pohodlím. Nevýhodou je samozřejmě to, že si nemůžete být vždy jisti, co se vám dostává.

Od té chvíle jsem si objednal pouze důležité komponenty z Digi-key. I přes 2-3 denní čekání, 30 dolarů lodní dopravu a 30 procent dovozních poplatků je stále mnohem lepší, než plýtvání dny řešení problémů, které mohou být padělky, šedý trh, nebo prostě prázdné. Když jste prototypování, je už tolik věcí, které se mohou pokazit, že je nejlepší nepřidávat další. Měl jsem štěstí, protože ten regulátor posilování byl prostě prázdný. Mnohem horší by byl ten, který fungoval, ale byl mimo rozsah, což vedlo k občasným problémům.

Téměř, jakmile byly tyto desky opraveny - začátkem dubna - jsme museli zařadit třetí rychlostní stupeň, abychom mohli vyrobit třetí prototyp. Tento nový prototyp by byl méně funkční, ale jako první by se podobal naší vizi konečného produktu. V tomto bodě jsme byli dost těsní a připravovali jsme se na naši kampaň Kickstarter, takže jsem se rozhodl použít běžný Atmega32u4, běžící kód napsaný v Arduino IDE. To také obsahovalo akcelerometr být užitý na sběr dat a obrazovku.

Byli bychom rádi, kdybychom všechny funkce našeho prototypu drtiče napodobili do pěkného, ​​kompaktního tvaru našeho finálního produktu.Naneštěstí by to vyžadovalo 8 + vrstvovou desku s čipovými komponenty a umístění stroje. To vše se promítá do „drahých“ a „pomalých“ dvou slov, která neslyší žádný zakladatel. Navzdory značně snížené funkčnosti však třetí prototyp udělal dlouhou cestu k tomu, aby byl produkt skutečný jak v našich myslích, tak v myslích těch, kteří ho drží. Schémata a kresby jsou v pořádku a dobře, ale nic takového jako držet kus hardwaru, který by skutečně přinášel nápad.

Stats Stats rodina dnes!

Právě jsme ukončili náš Kickstarter poté, co jsme překročili náš finanční cíl, a jsme nadšeni, že budeme moci vyvíjet pokročilejší prototypy a vylepšovat Challenger, dokud nezačneme vyrábět. Během tohoto procesu jsme se určitě naučili několik obtížných lekcí a bude nepochybně mnohem více. Procházení fází prototypování, kdy konečným cílem je spotřebitelský výrobek, může být nervózní, frustrující a frustrující, ale je také vzrušující vidět něco, co přichází do světa, což byl jen nápad ve vaší mysli. To je důvod, proč to děláme.


Je to vysoké léto a tento týden slavíme pět dní outdoorových tématických témat, obrázků, videí, recenzí a projektů. Budeme tady celý týden, tak se často kontrolujte a vystupte tam.

Naším dalším tématem týdne bude nositelná elektronika. Pošlete nám své tipy nebo příspěvky dříve, než se sem dostane tím, že upustíte řádek na [email protected].

Podíl

Zanechat Komentář