Projektowanie urządzeń elektronicznych to złożony proces. Celem artykułu jest pokazanie firmom poszukującym usług zaprojektowania urządzenia elektronicznego, w jaki sposób ten proces wygląda w Ntronic.
Firma Ntronic świadczy usługi projektowania urządzeń elektronicznych opartych o mikrokontrolery. Jeżeli trafiłeś tu, bo potrzebujesz, by ktoś zaprojektował Ci płytkę drukowaną, wykonał projekt układu elektronicznego, to jesteś w dobrym miejscu. W artykule opiszę, jak wygląda proces projektowania urządzeń elektronicznych w Ntronic. Począwszy od pierwszej rozmowy z klientem po przekazanie urządzenia z opisem dokumentacji włącznie. Pokażę także niektóre projekty wykonywane i nasze możliwości.
Realizacja projektu wyróżnić możemy kilka faz:
- Pierwszym z nich jest wspólnie z klientem opracowanie koncepcji urządzenia. Uzgodnienie sposobu pracy urządzenia, detali technicznych, typu obudowy, interfejsy komunikacyjne, porty wejścia / wyjścia.
- Następnie opracowanie schematu logicznego, dobór komponentów elektronicznych.
- Kolejno zaprojektowanie płytki drukowanej PCB. Zamówienie zaprojektowanego druku oraz części do prototypu.
- Uruchomienie płytki, czyli test połączeń, zasilania, czy wszystko poprawnie polutowano.
- Tworzenie aplikacji sterującej mikrokontrolerem, czyli pisanie programu na kontroler i testy funkcjonalne.
- Jeśli powstały prototyp wymaga zmian fizycznych, opracowanie kolejnej wersji druku, czyli powrót do projektowania druku.
- Zamknięcie w obudowę i dostarczenie do klienta.
- Opcjonalne opracowanie aplikacji sterująco-monitorującej.
- Dostarczenie urządzenia do klienta.
Po dostarczeniu urządzenia do klienta możliwe jest wprowadzenie zmian w działaniu urządzenia.
Opracowane urządzenie może by projektem jednorazowym, bądź dostarczane regularnie przez Ntronic w potrzebnych ilościach. Klient nie musi przejmować się detalami technicznymi oraz spedycyjnymi. Na dostarczane rozwiązania udzielana jest stosowna gwarancja.
Poniżej opiszę każdy z etapów projektowanie urządzeń elektronicznych szczegółowo.
Wykorzystane zdjęcia przedstawiają tylko produkty, które powstały w Ntronic
Koncepcja urządzenia
Obudowa
Przy doborze obudowy należy uwzględnić: stopień szczelności IP, miejsce montażu (szyna DIN itp.), sposób doprowadzenia sygnałów i ich ilość. Jeśli chcemy nasz produkt umieścić w miejscu narażonym na warunki atmosferyczne, wypadałoby zastosować szczelną obudowę, a przewody sygnałowe wprowadzić za pomocą dławików.
Gdy produkt będzie znajdował się w rozdzielni elektrycznej, warto rozważyć obudowę na szynę DIN, a przyłącza sygnałów zastosować proste złącza śrubowe. Pod uwagę należy wziąć także czy elektronika nie będzie wymagała dodatkowego chłodzenia w postaci wentylatora.
Komunikacja z urządzeniem
Na etapie koncepcji warto ustalić, w jaki sposób do urządzenia mają dochodzić sygnały. Wiąże się to z interfejsem użytkownika (wyświetlacz dotykowy, wyświetlacz OLED prosty tekstylne, przyciski). Porty sygnałowe: wejścia, wyjścia cyfrowe, RS232, RS485, RS422, Ethernet, WI-FI, Bluetooth, USB itp. Podczas określania wejść i wyjść warto rozważyć zastosowanie Izolacji galwanicznej, Powiększa ona koszt urządzenia, ale zapobiega wielu problemom z potencjalnymi zakłóceniami.
Na temat izolacji galwanicznej napisałem szczegółowy artykuł: link.
Należy rozważyć, w jaki sposób będą doprowadzone sygnały z podłączonych czujników np. temperatury.
Napięcie zasilania
Napięcie zasilanie jest bardzo istotną kwestią, gdyż może wiązać się z koniecznością umieszczenia dodatkowego zasilacza, który może zmienić kierunek doboru obudowy. Projektowane urządzenia wymagają niskiego napięcia zasilania (5 – 30 VDC). Jeśli chcemy zasilać urządzenie z sieci 230 VAC potrzebny będzie dodatkowy zasilacz. Może to być zewnętrzny zasilacz umieszczony obok elektroniki, albo zamieszczony wewnątrz urządzenia.
Schemat elektryczny
W czasie początkowych rozmów z klientem określane są cechy funkcyjne urządzenia. De facto jak ma działać urządzenie i jakie ma mieć cechy i możliwości. Między innymi:
Jest to dość ważny i czasochłonny proces. To w tym momencie na podstawie założeń określamy wszystkie elementy urządzenia. Dobieramy mikrokontroler oraz wszystkie niezbędne komponenty dookoła: przetworniki, kwarce, zabezpieczenia itp. W Ntronic seaty elektroniczne urządzeń opracowywane są w środowisku Autodesk Eagle.
Projektowanie urządzeń elektronicznych – Projekt PCB
Gdy mamy już schemat elektryczny, czyli wiemy, czego chcemy. Należy zaprojektować projekt płytki drukowanej. Taki projekt powstaje również w środowisku Autodesk Eagle i jest ściśle powiązany ze schematem urządzenia. Zanim zlecimy druk do produkcji, możemy dokładnie zobaczyć, jak będzie wyglądał. Projektowanie urządzeń elektronicznych na etapie projektu druku wymaga zachowania zasady oddzielania sygnałów sygnałowych od zasilających. Krytyczne jest odpowiednie prowadzenie masy i aspekty EMC. W Ntronic projektujemy druki PCB do 4 warstw. Poniżej płytka ze przetwornika temperatury TD1.01
Projektowanie urządzeń elektronicznych Uruchomienie urządzenia
Gdy mamy już druk PCB oraz wszystkie komponenty możemy złożyć prototyp. Jeśli projekt posiada uC to należy przygotować program testowy testujący wszystkie peryferia. Jeśli wszystko przebiegło pomyślnie, można przystąpić do pisania programu sterującym mikrokontrolerem.
Program na mikrokontroler
W Ntronic stosujemy głównie mikrokontrolery STM32 oraz ESP32. Aby docelowe urządzenie mogło realizować postawione założenia, na zastosowany mikrokontroler należy napisać program sterujący. Jest to złożony proces, a jego stopień skomplikowania zależy od wymagań co do urządzenia. Jeżli urządzenie wyposażono w port USB, program na uC może być zaktualizowany przez klienta. Produkty przygotowane w Ntronic mają wgrany autorski bootloader pozwalający aktualizować firmware urządzenia przez port szeregowy COM za pomocą kabla USB. Wgranie aktualizacji jest bardzo proste. Sprowadza się do wybrania odpowiedniego pliku aktualizacji i portu odpowiedniego portu COM. Taki sposób aktualizacji można przeprowadzić w przetworniku temperatury i wilgotności TD2
Gdy proces pisania programu na mikrokontroler jest już za nami, urządzenie może zostać wysłane do klienta. Jeśli ten zgłosi uwagi, może zajść potrzeba zmian w hardware bądź software płytki i więc będzie potrzeba powrotu do poprzednich etapów.
Aplikacja sterująca
Jeśli klient potrzebuje czegoś w rodzaju aplikacji do obsługi urządzenia. W Ntronic istnieje możliwość przygotowania stosownego oprogramowania na PC. Obok przykładowe oprogramowanie sterujące konfiguracją przetwornika TD2.
Dalsza produkcja
Tak jak wspomniałem wcześniej, w Ntronic wykonujemy zarówno pojedyncze zlecenia jak i oferujemy opracowanie urządzenia wraz z jego późniejszym powielaniem i dostarczaniem. Projektowanie urządzeń elektronicznych składa się z wielu etapów, natomiast po uzyskaniu pożądanego produktu końcowego można urządzenia produkować w większych ilościach.
W Ntronic poza urządzeniami opracowanymi dla klienta indywidualnie oferujemy także inne produkty. Zapraszam do zapoznania: link.
Zapraszam do kontaktu mailowego, telefonicznie bądź poprzez formularz kontaktowy:
tel: +48 518 459 388
▶ norbert.szymczyk@ntronic.pl
