Prototyper en tennissporing enhed i Shenzhen: En lektion - 💡 Fix My Ideas

Prototyper en tennissporing enhed i Shenzhen: En lektion

Prototyper en tennissporing enhed i Shenzhen: En lektion


Forfatter: Ethan Holmes, 2019

For beslutningstagere, ingeniører og DIY-entusiaster, Shenzhen, er Kina en smule af en drømmeverden. Når du er kommet forbi den shoddy internet og tvivlsomme oprindelse af de komponenter, du køber på markederne, indser du, hvor hurtigt og nemt du kan få næsten alt gjort. For omkring $ 100 kan du få et par dusin 4-lags PCB og en stencil i rustfrit stål. For yderligere $ 50 kan du få det i 2 dage. Det er alvorligt billigt, og spillet ændres, når du har sådan klar adgang til hurtig, billig fremstilling. Elektronikmarkedet sætter Wal-Mart i skam, og du kan ikke gå 20 fod uden at støde på nogen, der bærer en spole af komponenter eller skubber en kurv fuld af kondensatorer. Jeg var der med Lavie Sak, min medstifter for Shot Stats, Challenger makers, en tennis swing tracking enhed. Vi var begejstrede og overvældet af dette nye sted, og det syntes som om alt var muligt.

En af de sætninger, jeg hørte gentagne gange fra vores mentorer, mens jeg deltog i HAXLR8R i Shenzen, var "Åh ... ja, det bliver en udfordring." Det og Mandarins sætning "En af disse!" Hver gang banden gik ud til en restaurant, drejede man omgående ethvert sted i det internationale point-at-the-menu mesterskab. Så meget som jeg frygtede restauranter uden billedmenuer, var jeg meget mere bange for de ukendte, der var involveret i prototyperne af et nyt og ambitiøst produkt. Vores mentorer var vidunderlige, men ganske ofte re-itererede, hvor hårdt denne hele proces ville være. De havde selvfølgelig ret; Vi havde valgt et meget udfordrende produkt at bygge.

Vi havde bragt vores første prototype, en klumpet lille ting med et 3D-trykt SLA-hus, som kun viste to målinger. Den ene indeholdt en Atmel xMega MCU (som jeg voksede til at ikke lide snarest), en Invensense MPU-9150 IMU, og ikke meget andet. Jeg indså ganske snart, at vi skulle have brug for meget mere strøm, da meget af vores datatrykning foregår ombord. Jeg vidste, hvad vi ønskede: Hørbar feedback, Bluetooth, en OLED-skærm, flere bevægelsesfølere og en kraftig processor. Det er nemt at lave lister, men det er ikke sådan at vende listen til et produkt.

Ikke vinder nogen skønhedskonkurrencer ...

Den allerførste prototype uden tøj!

Jeg tilbragte et par nætter perusing datablade med en mus i den ene hånd og en gammeldags i den anden, som man gør i weekenden. Jeg besluttede mig snart om ARM-arkitekturen. På dette tidspunkt, med undtagelse af de mest basale eller billige projekter, var det bare ikke fornuftigt at bruge noget andet. De er hurtige, billige, rigelige og utroligt godt understøttede. Jeg var på vagt over at bruge Arduino-platformen som en base for vores første fuldt funktionelle prototype. Arduino er fantastisk, og jeg har brugt det masser, men jeg ser det stadig så godt i kategorien "hobbyist" og ikke rigtig en god mulighed, når dit slutspil fremstiller et færdigt forbrugerprodukt. Der er skjold til alt, men de er lidt for clunky at vedhæfte til en tennisracket til test, hvilket betød, at vores bedste mulighed var et brugerdefineret printkort.

Jeg havde brugt mbedet før og begyndte at se seriøst på NXP LPC1768 kit fra mbed. Den bruger en NXP ARM Cortex M3 mikrocontroller og er ganske kraftfuld. Det kontrollerede mange af kasserne til seriøse prototyper: Hastighed, lav pris, brugervenlighed. Navnlig IDE er meget mere behageligt at bruge end Arduino IDE, hvis du har mange biblioteker og filer til at styre. Bedste af alt var der en HDK tilgængelig, hvilket gjorde det relativt nemt at implementere i vores egne brugerdefinerede bestyrelser, mens du holdt mbed-grænsefladen. Jeg så dette som en god løsning, der ville gøre det muligt for os at iterere hurtigt og så nemt porte vores kode til den næste prototype, hvor vi ville skifte til et fuldt udstyret ARM værktøjskæde.

Efter et par måneder med Altium blev vores anden prototype født. Dette var vores powerhouse bord, det ene indeholdende alle de sensorer vi ville have brug for og al den funktionalitet vi forestillede på det tidspunkt. Jeg har en tendens til at fejl på siden af ​​forsigtighed og fleksibilitet, så jeg ønskede at have et bestyrelse, vi kunne bruge til at teste firmware, udvikle brugergrænsefladen og indsamle data. Ikke kun det, men det måtte være rimeligt lille, så det kunne nemt passe på en tennisracket. For at opnå disse ting var den anden prototype mbed-kompatibel og en enorm forbedring over den første. Indpakket inde var en Cortex M3, en USB-grænseflade, træk-og-slip programmering, microSD, 4 accelerometre, en Bluetooth 4.0-radio, lydudgang, FLASH-hukommelse, et OLED-display, en batterioplader og flere knapper. Over 170 komponenter proppet ind i et relativt lille bord.

Jeg bliver ofte spurgt, "Hvorfor fire accelerometre?" Det virker som et dumt tal, som om vi bare forsøger at være en højteknologisk analog til 50-bladet barbermaskine. Der er dog en god grund til det, og det går tilbage til min påskønnelse af fleksibilitet. De fire accelerometre er alle forskellige - den ene er designet til højfrekvent dataindsamling, den ene er designet til høje accelerationer (op til 400g), og den ene er en meget højopløsningssensor med et gyroskop og magnetometer. Vi var usikre på det fjerde, men det gør aldrig ondt at have flere muligheder. Når du designer et prototype-printkort, forudsat at du har pladsen, er det ret billigt og nemt at tilføje flere sensorer, indtil du spiker ned præcis, hvad du har brug for til den næste revision. Bedre at have det og ikke brug for det, trods alt.

Her vil jeg gerne fortælle dig, at alt fungerede godt på første forsøg. Desværre kan jeg ikke. Som enhver hardwareudvikler ved, er det sjældent tilfældet. Det første problem var den dårlige temperaturregulering af reflowovnen jeg brugte til lodning af brædderne. Mit gæt er, at den tilsigtede brug var smørende lamslanger, og det blev simpelthen mislabeled på fabrikken. Uanset hvad, seks boards og ca. 600 dollars af komponenter blev alvorligt overophedet og potentielt ødelagt. Fejlfinding kan være et mareridt, især når du ikke kan være sikker på, hvilken af ​​dine komponenter der er gode, og hvilke der gjorde deres bedste indtryk af en stegt marshmallow.

Fejlfinding ... ingeniørens svøbe.

På det andet forsøg tog jeg lidt mere omhu og endte med gode brædder. Her opstod der et andet problem: Alt syntes at fungere fint, men displayet nægtede at tænde. Efter nogle sonderinger bemærkede jeg, at der ikke var nogen strøm til displayet, så jeg gik ned på listen. Komponenter? Kontrollere. Skematisk? Kontrollere. Styresignaler? Kontrollere. Alt syntes at gøre hvad det skulle, men der var ingen strøm fra 9,5V boost regulatoren.

Efter en anden dag med at kontrollere hvert bord og finde det samme problem, trak jeg oscilloskopet ud og kontrollerede regulatorens indgang og udgang, men så ingenting. På dette tidspunkt huskede jeg et af de fælles problemer med fremstilling i Kina: Forfalskede komponenter. Jeg tog en ubrugt boost regulator, superglued det til et stykke plastik, og begyndte at slib det ned fra top til bund. Efter et par minutter havde jeg slået hele vejen ned til metalpladerne og indset, at det ikke var andet end en klump af sort plast uden silicium inde!

Helt tomt!

Næsten alle mine komponenter var blevet hentet fra det lokale marked i Shenzhen. Normalt tager du det på troen, at tingene vil fungere som de skal, især fra store distributører som Mouser eller Digi-Key. I vores tilfælde, at være så tæt på markedet, var det trivielt at gå til en stand med kontanter i hånden og en liste over komponenter og bestille alt, hvad du havde brug for på stedet. Et par timer senere kom du tilbage og tog en taske op med din ordre. Der er intet andet sted på Jorden med det niveau af hastighed og bekvemmelighed. Ulempen er selvfølgelig, at du ikke altid kan være sikker på hvad du får.

Fra det tidspunkt bestilte jeg kun vigtige komponenter fra Digi-key. På trods af 2-3 dages ventetid, 30 dollar fragt og 30 procent importafgifter er det stadig langt bedre end at spilde dage for at fejle komponenter, der kan være forfalskede, gråmarkedet eller bare tomme. Når du er prototyping, er der allerede så mange ting, der kan gå galt, at det er bedst at ikke tilføje mere. Jeg var heldig på en måde, fordi denne boost regulator var simpelthen tom. Langt værre ville have været en, der fungerede, men var ude af spec, hvilket førte til intermitterende problemer.

Næsten lige så snart de blev fastgjort - omkring begyndelsen af ​​april - måtte vi flytte gear for at kunne fremstille den tredje prototype. Denne nye prototype ville være mindre funktionel, men ville være den første til at ligne vores vision for det endelige produkt. Vi var ret stramme på tidspunktet på dette tidspunkt og gearede op til vores Kickstarter kampagne, så jeg valgte at bruge den fælles Atmega32u4, løbekode skrevet i Arduino IDE. Den indeholdt også et accelerometer til brug for indsamling af data og en skærm.

Vi ville have elsket at få fat i alle funktionaliteterne i vores arbejdshest prototype i den fine, kompakte formfaktor af vores endelige produkt.Desværre ville det have krævet et 8+ lag bord med chip-skala komponenter og maskinplacering. Alt dette oversætter til "dyrt" og "langsomt", to ord, som ingen startende grundlægger kan lide at høre. På trods af den alvorligt reducerede funktionalitet gik den tredje prototype langt til at gøre produktet rigtigt både i vores sind og i sindet hos dem, der holdt en. Skemaer og tegninger er alle gode og gode, men der er ikke noget som at holde et stykke hardware for virkelig at bringe en ide hjem.

The Shot Stats familie i dag!

Vi har netop afsluttet vores kickstarter efter at have overskredet vores finansieringsmålsætning og er glade for at udvikle mere avancerede prototyper og forfine Challenger, indtil vi er klar til fremstilling. Vi har helt sikkert lært nogle vanskelige lektioner igennem denne proces, og der vil utvivlsomt være mange flere. At gå igennem prototypestadiet, når slutmålet er et forbrugerprodukt, kan være nervøs og frustrerende, men det er også spændende at se noget kommer ind i verden, der kun var en ide i dit sind. Derfor gør vi det jo.


Det er høj sommer, og i denne uge fejrer vi med fem dage med sportsaktiviteter, artikler, videoer, anmeldelser og projekter. Vi vil være her hele ugen, så tjek tilbage ofte og komme derude.

Vores næste temadag vil være bærbar elektronik. Send os dine tip eller bidrag, før det kommer her ved at droppe en linje til [email protected].


Du Kan Være Interesseret

En MAKT Læser opbygger Solar Pendulum fra Volumen 28

En MAKT Læser opbygger Solar Pendulum fra Volumen 28


Math for Makers

Math for Makers


Hvordan træ hårdhed er målt

Hvordan træ hårdhed er målt


John Muirs Maker Days

John Muirs Maker Days






Seneste Indlæg