Предположим, вам необходимо разработать электронное устройство, решающее узкоспециализированную задачу. Чем более новаторская идея, тем ниже вероятность наличия аналогов подобного прибора, а готовых схем для сборки не существует.
Поэтому, когда рыночные возможности не соответствуют запросам, остается только погрузиться в hardware самостоятельно, получить патент и ворваться на рынок с уникальной разработкой.
С чего начинается разработка электронного прибора?
Первый этап hardware-разработки начинается с простого вопроса — какую задачу решает устройство? Развернутый ответ на этот вопрос даст понимание, насколько занята ниша на рынке, дойдет ли готовый продукт до своего потребителя, стоит ли инвестировать ресурсы в развитие проекта — в целом, позволит первично взвесить риски.
После оценки рисков необходимо определить, как происходит разработка: своими руками или руками специалистов. Оба варианта равнозначно хороши, главное — удовольствие от процесса.
Если утомительная техническая часть не для вас, специалисты студии KLONA предоставят готовое решение.
Схематически проектируем архитектурные решения
На втором этапе hardware-разработки начинается магия. После определения цели разработки электроники на заказ следует стадия многочисленных вопросов. Где устройство будет выполнять работу? А в каких условиях?
Ответы повлияют на подбор элементной базы или материала корпуса. Например, в одних и тех же условиях поливинилхлорид, используемый для обшивки корпуса, может быть как выгодным, так и проблематичным решением.
Чтобы избежать будущих поломок и проблем в работоспособности, нужно составить детальный план действий, который начнет третий этап.
Далее происходит разработка логических цепей для будущей печатной платы, прикидка узлов питания, возможных слабых мест устройства. Эти данные ложатся в основу виртуального моделирования.
Имея на руках несколько виртуальных прототипов, можно выбрать, какой из них подойдет для решения поставленной задачи.
Подбираем элементную базу для будущего прототипа
Чертежи позади, но еще не совсем. Теперь необходимо выбрать, нужен ли в том логическом узле резистор на 2 милиома, или на 3, какие цепи питания будут использоваться — дешевые, но недолговечные, или дорогие, но долговечные.
Четвертый этап — это этап компромиссов, когда идет балансировка железного решения с бюджетным. Здесь же придется отмести некоторые нежизнеспособные идеи, избавиться от лишних узлов в цепях питания.
Физический прототип еще не создан, но уже можно приблизительно прикинуть его способности, характеристики, расчетную мощность.
Зачастую заказ деталей для прототипа производится из разных точек мира, что может повлиять на длительность реализации решения — этот фактор следует принимать во внимание при финальном определении стоимости и сроков.
Параллельно идет проработка «железного UX» — проектируются пользовательские интерфейсы: кнопки, рычаги, дисплеи, перемычки и подобные элементы.
После данного этапа можно получить детальную смету и закрыть вопрос о точной стоимости разработки электронного устройства.
Создаем схемотехнический прототип
…Или непосредственно о hardware-разработке, как она есть. На пятом этапе разработки электроники под заказ выявляются и устраняются преграды для технической реализации проекта. Схемотехнический прототип создается в программной среде, похожей на OrCAD, необходимой для тестирования еще не живого, но уже не мертвого механизма и его архитектуры.
Имея на руках программную репрезентацию устройства, становится возможным внесение изменений с моментальным выявлением неисправностей и результатов тестирования.
Электронный вариант устройства полностью отражает его физическое дитя, выточенное в текстолите. До печати на плату еще далеко, но нюансы необходимо учитывать уже сейчас.
Как выглядит процесс разработки от идеи до пайки на примере самодельного нагревателя для плат: https://www.youtube.com/watch?v=S1iWGyvQcLo
Схемотехнический прототип, созданный в программной среде покажет, адекватно ли прибор реагирует на стрессовые нагрузки, помогает корректно подобрать цепи питания, позволяет повысить порог надежности. На этой стадии можно уже говорить о технической проработке электроники.
Симулирующая программная среда способна отразить физические порты и реакцию устройства на их работу, предотвратить возникновение ошибок с железной частью деталей.
Проектируем плату и трассируем элементы
Шестой этап заключается в разработке прототипа чертежей текстолитовой платы, проработке архитектуры аппаратного обеспечения. Здесь же происходит расчёт экранирования дорожек для высокочастотных сигналов, ширины дорожек для цепей питания.
Параллельно определяется прочность платы, финальная проверка чертежа на возможные механические или иные уязвимости.
Процесс создания платы выглядит вот так: https://youtu.be/DWQkHZr8cnM
Бывает так, что в приборе рядом находятся две дорожки — передачи питания и сигнала. Это может вносить помехи в работу устройства, на этапе проектирования платы эти нюансы учитываются и проводится ревизия изначальной схемотехнической модели.
ЧПУ практически готов просверлить разъемы для портов, креплений и углубления для дорожек, осталось сделать пару контрольных мазков.
Создаем физический прототип
Долго запрягаем — быстро едем.
На седьмом этапе предстоит пайка на лазерной станции, доводка отдельных узлов и корректировка работы устройства в соответствии с предполагаемыми рабочими условиями.
Проект уже можно пощупать руками, посмотреть на его работоспособность, функционал, нажать на кнопки. Но перед этим — проверки. На ударопрочность, термостойкость, сопротивляемость коррозии.
Готовый продукт должен выдерживать реальные рабочие нагрузки с запасом, поэтому во время тестирования выявляются все недостатки устройства.
Однако сборка и макетирование прототипа электронного прибора — не последний этап. Перед рождением потребуется доводка на месте.
Разрабатываем прошивку и программное обеспечение
Датчик ведь должен понимать, что именно он передает? Девятый этап, а именно этап разработки электроники и программного обеспечения необходим, когда в составе устройства есть мыслящий компонент. Проект может быть ASIC, но даже платам для одной задачи необходим программный код.
Кстати, мы подготовили материал, как написать программное обеспечение для embedded-систем: посмотреть его можно здесь.
Так, после сборки и макетирования прототипа электронного прибора наступает стадия, когда необходимо учитывать обеспечение девайса командами.
Пример: имеется датчик для регистрации сигналов на частоте инфразвука, он должен передать эти данные в вычислительный узел, после чего тот даст команду на вывод понимаемой человеком информации.
Пусть это будут значения «Хьюстон, у нас проблема» и «Мир вам, земляне». С одной стороны, сам по себе датчик не понимает, какой конкретно сигнал он передает — осмысленную информацию или шум. Здесь нужен программный элемент, который и разбирается, «чья хата с краю, кто виноват и кому по шляпе» — примечание редакции.
С другой стороны, устройство будет подключено к уже существующим программными решениям вроде ОС Windows или Linux. В случае, если устройство периферийное, создается отдельный код для его корректной работы в уже устоявшейся экосистеме приборов.
Девять этапов разработки электроники — и это все?
Итак, этапы пройдены, физический прототип на руках, но еще остались незаконченные дела? С высокой вероятностью это создание веб-интерфейса для удалённого доступа, написание или адаптация уже существующих драйверов, а также множество новых этапов, касающихся программной части прибора.
Специалисты KLONA помогут не только в hardware, но и в разработке embedded-систем.
Хотите заказать разработку электроники и ПО? Напишите нам о своей идее!
