Личный опыт «чайника» по разработке электронного устройства
Дело рук начинающего радиолюбителя
Повествование рассчитано на начинающих радиолюбителей, чтобы продемонстрировать на примере автора, на какие из «граблей» точно не стоит наступать. «Прожжённые» и профессиональные радиолюбители могут найти повествование скучным и им можно не читать.
Почему все именно так и причем тут Ардуино
Конструкции, которые я пытаюсь делать и предлагаю собирать радиолюбителям, рассчитаны на начинающих от 10 лет и на радиолюбителей 50+ лет, уже с не очень хорошим зрением. Поэтому в них нет SMD элементов и чего-то специфичного, что сложно достать или к чему нужны отдельные программаторы. Я использую только выводные компоненты, а Ардуино используется в виду его доступности и простоты программирования. Так же исходный тест моих проектов находится в общем доступе на GitHub.
В виду того, что я проживаю в небольшом городе и доступ к радиокомпонентам сильно ограничен, единственным источником таковых стала китайская торговая площадка, под всем известным названием. До ближайшего крупного города с радиомагазином, около 400 км, да ценники в локальных магазинах, не отличаются демократичностью. В связи с этим сборка любого устройства, часто длится несколько месяцев, ввиду ожидания нужных комплектующих.
Так же из доступных технологий изготовления печатных плат, на момент начала этой истории, был доступен популярный до сих пор Sprint Layout и ЛУТ. Первый порой вызывал потоки витиеватых выражений, второй же несколько расстраивал домашних, следами от своего пребывания на кухне или в ванной.
Все это продолжалось до тех пор, пока я не решил прикупить пару наборов для сборки от иностранных (для меня) коллег радиолюбителей. Стоимость самих наборов была относительно не велика, но вот доставка увеличила эту стоимость вдвое, что делало наборы не столь привлекательными, но альтернативы не было.
Получив наборы и потратив несколько вечеров на сборку конструкций, я вспомнил начало своего радиолюбительского пути и те радиоконструкторы, которые я собирал в детстве. Так же оказалось, что платы с металлизацией отверстий паять значительно приятнее, да и внешний вид таких печатных плат, отличается от моего самосверленого на гетинаксе ЛУТ, в лучшую сторону. А тут еще и китайские программисты допилили онлайн редактор EasyEDA до приемлемого состояния. Ну и я кинулся во все тяжкие.
Ввязываясь в этот проект, мне хотелось не только сделать что-то именно для себя, а получить такие же радиоконструкторы, которые я мог бы вручить из рук в руки или отправить местной почтой другим радиолюбителям. В этом случае доставка не приводила к катастрофическому увеличению стоимости радиоконструктора. Проект не является коммерческим и все радиоконструкторы предоставлялись практически по стоимости комплектующих.
Первым устройством в серии моих радиоконструкторов, решено было взять конструкцию электронного ключа от K3NG, с открытым исходным кодом, реализованного на Ардуино.
Первый вариант конструкции
Микроконтроллер в виде Ардуино Нано был использован по причине самодостаточности изделия и возможности замены прошивки, путем использования просто USB-шнура, без танцев с бубном в поисках программатора. Так же такой форм-фактор микроконтроллера, в отличии от Ардуино УНО, имеет небольшие габариты и замечательно устанавливается на печатную плату.
Так как это был первый мой опыт заказа печатных плат «на стороне» и проектирования их в чем то похожем на серьезный инструмент, получилось так себе. Но мне тогда казалось, что платы вышли хорошие и все было замечательно. Но в ходе эксплуатации выявились некоторые недостатки, вызванные отсутствием опыта.
Первым недостатком стало то, что перед проектированием, я не удосужился прочитать инструкцию и заложил в устройство «типовую схему», в которой отсутствовала индикация перехода устройства в командный режим.
Вторым недостатком я посчитал отсутствие индикатора наличия питания. Светодиод питания на Ардуино конечно есть, но если устройство будет в корпусе, его просто не будет видно.
Ну и третьим упущением, стало то, что устройство делалось как «сферическое и в вакууме», это было просто устройство. Про корпус я тогда просто не подумал.
Но не смотря на эти недостатки, коллегами были собраны несколько таких устройств.
Второй вариант устройства
Второй вариант был сделан более компактным и по ширине был рассчитан на установку в корпус из китайского профиля, шириной 97 мм. Но отверстия нужно было размечать самому, как и сверлить их. Что в общем то далеко не всегда оказывается простой задачей и порой, вроде ровно размеченные отверстия, получаются далеко не на одной линии.
Так же во втором варианте устройства, были предусмотрены дополнительные контактные площадки, для доработки устройства радиолюбителем под свои нужды.
Набор для сборки устройства предоставлялся уже с запрограммированным микроконтроллером и от радиолюбителя требовалось все только запаять на свои места. Устройство начинало работать сразу после сборки.
Одним из радиолюбителей, как альтернативный вариант, был нарисован корпус для распечатки на 3Д-принтере. Проект размещен в открытом доступе на Thingiverse.
Данный проект собрало уже больше радиолюбителей. Но далеко не все смогли заполучить корпус из алюминиевого профиля, в связи с чем проект решено было доработать. Чтобы дать возможность размещать устройство в произвольном корпусе, я решил дать возможность собирающему, вынести органы управления устройством в произвольное место.
Третья итерация проекта
Третий вариант совместил в себе печатную плату второго, с выводами для внешней панели управления и собственно саму внешнюю панель. При этом, уже наученный личным горьким опытом разметки отверстий на стенке корпуса, внешняя панель имела отверстия для предварительной разметки поверхности, к которой она будет крепиться.
Отверстия для разметки обозначены белыми окружностями
В результате конструкцию стало возможным размещать в любом, подходящем по размерам, корпусе.
Но к сожалению возможность разметки не избавила от некоторого разброса при сверлении не очень прямыми руками, да и напечатанные передняя и задняя панели не прибавили эстетики устройству. Хотя функционально все уже работало вполне самодостаточно.
И тут на помощь пришла идея использовать вместо панелей, для корпуса из алюминиевого профиля, такие-же печатные платы с металлизацией и шелкографией. Ну раз решили, значит рисуем, заказываем и собираем.
Тот же корпус, но уже с панелями из печатных плат.
На этом этапе развития конструкции оказалось, что желающие собирать своими руками, какие-то электронные устройства, закончились. Зато готовых приобрести собранное и уже работающее устройство в разы больше.
Последний вариант устройства в корпусе произвольной длины.
В результате устройство было еще немного модифицировано, только под сборку в корпус из алюминиевого профиля и в нескольких экземплярах продано проявившим интерес радиолюбителям.
В течении длительного периода времени, мной предлагалось еще несколько наборов для сборки, но интереса с самостоятельной пайке устройств, чрезвычайно мало. Стоимость пересылки в другие государства напрочь убивает всю бюджетность таких наборов для начинающих, а локально они оказались не востребованными. Причина в том, что начинающих радиолюбителей в наших краях практически нет, а опытные «сами лучше знают», что и из чего собирать.
Выводы.
Первый — если вы беретесь за разработку какого-либо устройства, то в первую очередь подумайте, в каком корпусе оно будет размещаться. При этом очень желательно, чтобы этот корпус был не в единичном экземпляре у вас, а доступен всем желающим в онлайн или офлайн магазинах.
Второй — прежде чем что-то проектировать, подумайте, как вы этим устройством будете пользоваться в реальной жизни. Как будут подключаться кабеля, где удобно будет нажимать кнопки. Где у вас на столе это устройство будет располагаться.
Я не профессиональный электронщик, это просто мое хобби, а история для тех, кто начинает входить в радиоконструирование и возможно чему то научится на моих ошибках.
Со всеми вышеперечисленными стадиями этого и других устройств, более детально можно ознакомиться в моем профиле на Open Source Hardware Lab. Там есть совсем бестолково нарисованные конструкции и они оказываются кому-то полезными. Но это уже совсем другая история.
На КДПВ прототип почти того же устройства, но с большей функциональностью, за счет более емкого микроконтроллера.
