Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Prototyping un dispozitiv de urmărire a tenisului în Shenzhen: o lecție

Pentru factorii de decizie, ingineri, și entuziaști DIY, Shenzhen, China este un pic de o lume de vis. Odată ce ați trecut prin internetul rău și originea discutabilă a componentelor pe care le cumpărați pe piețe, vă dați seama cât de repede și ușor puteți obține aproape orice. Pentru aproximativ 100 de dolari poți obține o pereche de PCB cu patru straturi și un șablon din oțel inoxidabil. Pentru încă 50 de dolari poți să o primești în 2 zile. Acest lucru este foarte ieftin, iar jocul se schimbă atunci când aveți acces rapid la o producție rapidă și ieftină. Piața electronică pune Wal-Mart la rușine și nu poți să te plimbi cu 20 de picioare fără să te bați în cineva care transporta o rolă de componente sau împingând un cărucior plin de condensatori. Am fost acolo cu Lavie Sak, co-fondatorul meu pentru Shot Stats, producătorii Challenger, un dispozitiv de urmărire a leagănului de tenis. Am fost incantati si copletati de acest nou loc si mi se pare ca totul era posibil.

Una dintre frazele pe care le-am auzit în repetate rânduri de la mentorii noștri în timpul vizitei la HAXLR8R în Shenzen a fost "Oh ... da, asta va fi o provocare." Aceasta și fraza Mandarină "Unul dintre aceștia!" Ori de câte ori gașca a ieșit într-un restaurant, orice loc în campionatul internațional "point-at-the-menu". Atâta cât m-am temut de restaurante fără meniuri de imagine, m-am temut mult mai mult de necunoscutele implicate în prototiparea unui produs nou și ambițios. Mentorii noștri au fost minunați, dar destul de des au reiterat cât de dificil ar fi acest întreg proces. Ei au avut dreptate desigur; am ales un produs foarte dificil de construit.

Am adus primul prototip, un lucru mic, cu o carcasă SLA tipărită în 3D, care arăta doar două valori. Asta conținea un MCU Atmel xMega (pe care am crescut să-l displace destul de repede), un Invensense MPU-9150 IMU, și nu mai mult. Mi-am dat seama destul de curând că vom avea nevoie de mult mai multă putere, deoarece o mare parte din criza noastră de date se face la bord. Am știut ce vrem: feedback audibil, Bluetooth, un ecran OLED, senzori de mișcare multiple și un procesor puternic. Efectuarea listelor este ușoară, dar transformarea acelei liste într-un produs nu este.

Nu câștigați niciun concurs de frumusețe ...

Primul prototip fără haine!

Am petrecut câteva nopți perusing foi de date cu un mouse într-o mână și un vechi modă în cealaltă, așa cum o face în week-end. În curând am stabilit arhitectura ARM. În acest moment, cu excepția proiectelor cele mai de bază sau a celor cu costuri reduse, nu prea avea sens să folosești altceva. Sunt rapizi, ieftini, buni și incredibil de bine susținuți. Am fost precaut să folosesc platforma Arduino ca bază pentru primul nostru prototip complet funcțional. Arduino este minunat și am folosit-o foarte mult, dar încă îl văd cum se află ferm în categoria "pasionat" și nu este o opțiune bună atunci când jocul tău final este fabricarea unui produs finit de consum. Există scuturi pentru tot, dar sunt puțin prea obosiți să se atașeze la o rachetă de tenis pentru testare, ceea ce înseamnă că cea mai bună opțiune a noastră a fost o PCB personalizată.

Am folosit mbed înainte și am început să arăt serios la kitul NXP LPC1768 de la mbed. Utilizează un microcontroler NXP ARM Cortex M3 și este destul de puternic. A verificat o mulțime de cutii pentru prototipuri grave: viteză, cost redus, ușurință în utilizare. IDE, în special, este mult mai plăcut de utilizat decât arduino IDE dacă aveți o mulțime de biblioteci și fișiere de gestionat. Cel mai bun dintre toate, a fost disponibil un HDK care a făcut relativ simplu să se pună în aplicare în propriile noastre plăci personalizate păstrând în același timp interfața mbed. Am văzut acest lucru ca o soluție bună care ne-ar permite să repetăm ​​repede și apoi să pornim cu ușurință codul nostru la prototipul următor în care am trece la un full-featured ARM toolchain.

După câteva luni cu Altium, sa născut al doilea prototip. Acesta a fost tabloul nostru de putere, cel care conținea toți senzorii de care aveam nevoie și toată funcționalitatea pe care am imaginat-o în acel moment. Tind să mă deranjez de prudență și flexibilitate, așa că am vrut să am o placă pe care am putea să o folosim pentru a testa firmware-ul, a dezvolta interfața cu utilizatorul și a aduna date. Nu numai că a trebuit să fie destul de mică, încât să se poată potrivi cu ușurință pe o rachetă de tenis. Pentru a realiza aceste lucruri, cel de-al doilea prototip a fost compatibil și cu o îmbunătățire imensă față de primul. Ambalat în interior a fost un Cortex M3, o interfață USB, programare drag-and-drop, microSD, 4 accelerometre, un radio Bluetooth 4.0, ieșire audio, memorie FLASH, un ecran OLED, încărcător de baterie și mai multe butoane. Peste 170 de componente au fost introduse într-o placă relativ mică.

Eu sunt adesea întrebat: "De ce patru accelerometre?" Pare a fi un număr stupid, ca și cum am încerca doar să fim un analist de înaltă tehnologie pentru aparatul de ras cu 50 de capete. Există un motiv bun pentru acest lucru, totuși, și se întoarce la aprecierea mea de flexibilitate. Cele patru accelerometre sunt diferite - unul este proiectat pentru colectarea de date de înaltă frecvență, unul este proiectat pentru accelerații mari (până la 400g), iar unul este un senzor de înaltă rezoluție care încorporează un giroscop și un magnetometru. Am fost indecisi în privința celui de-al patrulea, dar niciodată nu doare să avem mai multe opțiuni. Atunci când proiectați un PCB prototip, presupunând că aveți spațiu, este destul de ieftin și simplu să adăugați mai mulți senzori până când veți cade exact ceea ce aveți nevoie pentru următoarea revizie. Mai bine să ai și nu ai nevoie de ea, la urma urmei.

Aici aș vrea să vă spun că totul a funcționat excelent la prima încercare. Din păcate, nu pot. După cum știe orice dezvoltator de hardware, rareori este cazul. Prima problemă a fost controlul scăzut al temperaturii cuptorului de reflow utilizat pentru lipirea plăcilor. Cred că utilizarea sa intenționa să gătească niște rafturi de miel și pur și simplu a fost eronată la fabrică. Oricum, șase plăci și aproximativ 600 de componente au fost supraîncălzite și potențial distruse. Hardware-ul de depanare poate fi un coșmar, mai ales atunci când nu puteți fi sigur care dintre componentele dvs. sunt bune și care au făcut cea mai bună impresie de o marshmallow prăjită.

Debugarea ... flagelul inginerului.

La cea de-a doua încercare am făcut puțin mai multă grijă și am terminat cu tabele bune. Aici a apărut o altă problemă: Totul părea să funcționeze bine, dar ecranul a refuzat să pornească. După câteva sonde am observat că nu era nici o putere la ecran, așa că am coborât pe listă. Componente? Verifica. Schematic? Verifica. Semnale de control? Verifica. Totul părea să facă ceea ce trebuia, dar nu era nici o putere provenită de la regulatorul de impulsuri de 9,5V.

După o altă zi de verificare a fiecărei plăci și găsirea aceleiași probleme, am scos osciloscopul și am verificat intrarea și ieșirea regulatorului, dar nu am văzut nimic. În acest moment mi-am amintit una dintre problemele obișnuite cu producția în China: componente contrafăcute. Am luat un regulator de impuls neutilizat, l-am suprapus pe o bucată de plastic și am început să-l smulg din jos în sus. După câteva minute, am șlefuit până la tampoanele metalice și mi-am dat seama că nu este altceva decât o bucată de plastic negru, fără siliciu înăuntru!

Complet gol!

Aproape toate componentele mele proveneau din piața locală din Shenzhen. În mod normal, luați-vă pe credință că lucrurile vor funcționa așa cum ar trebui, în special de la distribuitori majori precum Mouser sau Digi-key. În cazul nostru, fiind atât de aproape de piață, a fost banal să mergeți la o cabină cu bani în mână și o listă de componente și să comandați tot ce aveați nevoie la fața locului. Câteva ore mai târziu te-ai întors și ai luat o geantă care conținea comanda ta. Nu există alt loc pe Pământ cu acest nivel de viteză și confort. Dezavantajul, desigur, este că nu poți fi mereu sigur de ceea ce primești.

Din acel punct am comandat doar componente importante de la Digi-key. În ciuda așteptării de 2-3 zile, a 30 de zile de expediere și a taxelor de import de 30 la sută, este mult mai bine decât să pierdem zilele pentru a depana componente care ar putea fi contrafăcute, gri-market sau pur și simplu goale. Când faci prototipuri, există deja atât de multe lucruri care ar putea merge prost, că este mai bine să nu mai adaugi nimic. Am fost norocos într-un fel pentru că acel regulator de stimulare a fost pur și simplu gol. Mult mai rău ar fi fost unul care a funcționat, dar a ieșit din spec, ceea ce a dus la probleme intermitente.

Aproape de îndată ce aceste tabele au fost fixate - în jurul valorii de la începutul lunii aprilie - trebuia să schimbăm uneltele pentru a produce cel de-al treilea prototip. Acest prototip nou ar fi mai puțin funcțional, dar ar fi primul care să semene cu viziunea noastră asupra produsului final. Am fost destul de strânși la timp în acest moment, pregătindu-ne pentru campania noastră Kickstarter, așa că am ales să folosesc codul comun Atmega32u4, care rulează codul scris în IDE-ul Arduino. De asemenea, acesta conține un accelerometru care trebuie utilizat pentru colectarea datelor și un ecran.

Ne-ar fi plăcut să strângem toate funcționalitățile prototipului nostru de forță de muncă în forma compactă și compactă a produsului nostru final.Din păcate, ar fi fost nevoie de o placă de 8+ straturi cu componente pe scară cipată și plasarea mașinilor. Toate acestea se traduc la "scumpe" și "lent", două cuvinte pe care nici un fondator de start nu le place să le audă. Cu toate acestea, în ciuda funcționalității reduse, cel de-al treilea prototip a parcurs un drum lung pentru a face produsul real atât în ​​mintea noastră, cât și în mintea celor care au deținut unul. Schema și desenele sunt toate bune și bune, dar nu este nimic de genul de a deține o bucată de hardware pentru a aduce într-adevăr o idee acasă.

Familia Shot Stats astăzi!

Tocmai am terminat Kickstarter-ul nostru după depășirea obiectivului nostru de finanțare și suntem încântați să dezvoltăm prototipuri mai avansate și să îmbunătățim Challenger până când ne pregătim pentru fabricație. Am învățat cu siguranță niște lecții dificile pe parcursul acestui proces și, fără îndoială, vor fi multe altele. Trecerea prin stadiul de prototipare când obiectivul final este un produs de consum poate fi nervos și frustrant, dar este, de asemenea, interesant să vezi ceva care intră în lume care a fost doar o idee în mintea ta. De asta o facem, la urma urmei.


Este vara mare, iar in aceasta saptamana sarbatorim cu 5 zile de articole, imagini, clipuri video, recenzii si proiecte cu tematica in aer liber. Vom fi aici toată săptămâna, verificați-vă de multe ori și ieșiți acolo.

Următoarea săptămână tematică va fi electronica portabilă. Trimiteți-ne sfaturile sau contribuțiile înainte de a ajunge aici prin plasarea unei linii la [protejat prin e-mail].

Acțiune

Lasa Un Comentariu