Припустимо, вам необхідно розробити електронний пристрій, який вирішує вузькоспеціалізоване завдання. Чим більш новаторська ідея, тим нижчою є ймовірність наявності аналогів подібного приладу, а готових схем для складання не існує.
Тому, коли ринкові можливості не відповідають запитам, залишається лише зануритися в hardware самостійно, отримати патент та увірватися на ринок із унікальною розробкою.
З чого розпочинається розробка електронного приладу?
Перший етап hardware-розробки починається із простого питання – яке завдання вирішує пристрій? Розгорнута відповідь на це питання дасть розуміння, наскільки зайнята ніша на ринку, чи готовий продукт дійде до свого споживача, чи варто інвестувати ресурси в розвиток проекту — загалом, дозволить первинно зважити ризики.
Після оцінки ризиків необхідно визначити, як відбувається розробка: своїми руками чи руками спеціалістів. Обидва варіанти рівнозначно хороші, головне – задоволення від процесу.
Якщо стомлива технічна частина не для вас, спеціалісти студії KLONA нададуть готове рішення.
Схематично проектуємо архітектурні рішення
На другому етапі hardware-розробки починається магія. Після визначення мети розробки електроніки на замовлення слідує стадія численних питань. Де пристрій виконуватиме роботу? А за яких умов?
Відповіді вплинуть на вибір елементної бази або матеріалу корпусу. Наприклад, в тих самих умовах полівінілхлорид, що використовується для обшивки корпусу, може бути як вигідним, так і проблематичним рішенням.
Щоб уникнути майбутніх поломок та проблем у працездатності, потрібно скласти детальний план дій, який розпочне третій етап.
Далі відбувається розробка логічних ланцюгів для майбутньої друкованої плати, прикидка вузлів живлення, можливі слабкі місця пристрою. Ці дані лягають основою віртуального моделювання.
Маючи на руках кілька віртуальних прототипів, можна вибрати, який із них підійде для вирішення поставленого завдання.
Підбираємо елементну базу для майбутнього прототипу
Креслення позаду, але ще не зовсім. Тепер необхідно вибрати, чи потрібний у тому логічному вузлі резистор на 2 міліоми, або на 3, які ланцюги живлення будуть використовуватися — дешеві, але недовговічні, або дорогі, але довговічні.
Четвертий етап — це етап компромісів, коли йде балансування залізного рішення із бюджетним. Тут же доведеться відмістити деякі нежиттєздатні ідеї, позбутися зайвих вузлів у ланцюгах живлення.
Фізичний прототип ще створено, але вже можна приблизно прикинути його можливості, показники, розрахункову потужність.
Найчастіше замовлення деталей для прототипу виготовляють із різних точок світу, що може вплинути на тривалість реалізації рішення — цей фактор слід брати до уваги при фінальному визначенні вартості та термінів.
Паралельно йде опрацювання «залізного UX» — проектуються інтерфейси користувача: кнопки, важелі, дисплеї, перемички і подібні елементи.
Після цього етапу можна отримати детальний кошторис та закрити питання про точну вартість розробки електронного пристрою.
Створюємо схемотехнічний прототип
…Або безпосередньо про hardware-розробку, як вона є. На п’ятому етапі розробки електроніки на замовлення виявляються та усуваються перешкоди для технічної реалізації проекту. Схемотехнічний прототип створюється в програмному середовищі, схожому на OrCAD, необхідному для тестування ще не живого, але вже не мертвого механізму та його архітектури.
Маючи на руках програмну репрезентацію пристрою, стає можливим внесення змін з моментальним виявленням несправностей та результатів тестування.
Електронний варіант пристрою повністю відбиває його фізичне дитя, виточене в текстоліті. До друку на платню ще далеко, але нюанси необхідно враховувати вже зараз.
Як виглядає процес розробки від ідеї до паяння на прикладі саморобного нагрівача для плат: https://www.youtube.com/watch?v=S1iWGyvQcLo
Схемотехнічний прототип, створений у програмному середовищі, покаже, чи адекватно прилад реагує на стресові навантаження, допомагає коректно підібрати ланцюги живлення, дозволяє підвищити поріг надійності. На цій стадії можна вже говорити про технічне опрацювання електроніки.
Симулююче програмне середовище здатне відобразити фізичні порти та реакцію пристрою на їх роботу, запобігти виникненню помилок із залізною частиною деталей.
Проектуємо плату та трасуємо елементи
Шостий етап полягає у розробці прототипу креслень текстолітової плати, опрацюванні архітектури апаратного забезпечення. Тут же відбувається розрахунок екранування доріжок для високочастотних сигналів, ширини доріжок для ланцюгів живлення.
Паралельно визначається міцність плати, фінальна перевірка креслення на можливі механічні чи інші уразливості.
Процес створення плати виглядає так: https://youtu.be/DWQkHZr8cnM
Буває так, що в приладі поруч знаходяться дві доріжки – передачі живлення та сигналу. Це може вносити перешкоди в роботу пристрою, на етапі проектування плати ці нюанси враховуються та проводиться ревізія початкової схемотехнічної моделі.
ЧПУ практично готовий просвердлити роз’єми для портів, кріплень та поглиблення для доріжок, залишилося зробити пару контрольних мазків.
Створюємо фізичний прототип
Довго запрягаємо – швидко їдемо.
На сьомому етапі чекає пайка на лазерній станції, доведення окремих вузлів та коригування роботи пристрою відповідно до передбачуваних робочих умов.
Проект можна помацати руками, подивитися на його працездатність, функціонал, натиснути на кнопки. Але перед цим – перевірки. На ударостійкість, термостійкість, опір корозії.
Готовий продукт повинен витримувати реальні навантаження з запасом, тому під час тестування виявляються всі недоліки пристрою.
Однак складання та макетування прототипу електронного приладу – не останній етап. Перед народженням буде потрібно доведення на місці.
Розробляємо прошивку та програмне забезпечення
Адже датчик повинен розуміти, що саме він передає? Дев’ятий етап, а саме етап розробки електроніки та програмного забезпечення необхідний, коли у складі пристрою є компонент, що мислить. Проект може бути ASIC, але навіть плати для однієї задачі необхідний програмний код.
До речі, ми підготували матеріал, як написати програмне забезпечення для embedded-систем: подивитися його можна тут.
Так, після складання та макетування прототипу електронного приладу настає стадія, коли необхідно враховувати забезпечення девайсу командами.
Приклад: є датчик для реєстрації сигналів на частоті інфразвуку, він повинен передати ці дані в обчислювальний вузол, після чого той даси команду на виведення інформації, що розуміється людиною.
Нехай це будуть значення «Х’юстон, у нас проблема» та «Світ вам, земляни». З одного боку, сам собою датчик не розуміє, який конкретно сигнал він передає — осмислену інформацію чи шум. Тут потрібен програмний елемент, який і розуміється, «чия хата з краю, хто винний і кому по капелюсі» — примітка редакції.
З іншого боку, пристрій буде підключено до вже існуючих програмних рішень на кшталт Windows або Linux. У випадку, якщо пристрій периферійний, створюється окремий код для його коректної роботи в екосистемі приладів, що вже усталася.
Дев’ять етапів розробки електроніки – і це все?
Отже, етапи пройдені, фізичний прототип на руках, але ще лишилися незакінчені справи? З високою ймовірністю це створення веб-інтерфейсу для віддаленого доступу, написання або адаптація існуючих драйверів, а також безліч нових етапів, що стосуються програмної частини приладу.
Фахівці KLONA допоможуть не тільки у hardware, але й у розробці embedded-систем.
Бажаєте замовити розробку електронікита ПЗ? Напишіть нам про свою ідею!
