С чего начинается создание прототипа

в 11:05, , рубрики: DIY, diy или сделай сам, Анализ и проектирование систем, Железо, метки:

Всем доброго пятничного дня!
Хотел бы рассказать немного о том, как создаются прототипы. Уверен что многие сталкивались с подобным и знают как это делается не по наслышке, вряд ли Вы почерпнете из этой статьи что-то новое для себя. Данная статья предназначена для тех кто только начинает свой путь в DIY (сделай сам) и призвана немного структурировать разрозненную информацию.
image

Итак, Вы решили сделать некое устройство. Обычно на этой мысли все и заканчивается, но иногда это становится началом чего-то большего, удивительного и прекрасного. Не так уж важно почему Вы решили сделать свое устройство, а не покупать уже что-то готовое — оно уникальное, не такое как у других, оно вам приснилось, решили воплотить мечту детства, не смогли найти то что вам подходит лучше всего — причины самые различные, главное что решение принято.

Прежде чем начинать проектирование и воплощение мечты необходимо определиться с несколькими моментами — наличие/отсутствие движущихся элементов, будите ли вы его собирать из того что есть или не пожалеете сил и средств на новые детали, бюджет, сроки и т.д…

Устройство с движущимися элементами (маленький робот, станок, мышеловка) это очень интересная тема, ее стоит рассматривать отдельно и подробно. Тут многое зависит от материала из которого Вы хотите изготавливать элементы. Естественно, наиболее простой и наименее трудоемкий вариант — отпечатать их на 3D-принтере. для листовых материалов лучше всего подходит лазерная резка. Если материал плотный и изделие объемное или имеет много технологических отверстий стоит заказывать его изготовление на станке ЧПУ. Если это что-то «дизайнерское» используйте пластик для прототипирования.
image

Прототипирование из уже имеющихся деталей одновременно и сложней и проще. Например у Вас в гараже валяется 18 принтеров, 2 тостера и старый роутер и Вы хотите сделать из всего этого 3D-принтер, хексапод, а из остатков — стимпанковскую вазочку для жены. Все это, безусловно, дело хорошее, но на практике, увы, лишь у немногих хватит пространственного мышления и технического взгляда что бы увидеть весь этот хлам в виде набора деталей и представить как они будут соединяться в будущей конструкции. Обычно все сводится к тому что из 18 принтеров получается 3 мешка деталек, весь пол усыпан винтиками и после этого проще эти мешки отнести на помойку чем придумать что с ними делать.

Бюджет и сроки — иногда являются ключевым моментом. Не многие из нас готовы ради приснившегося робо-таракана купить комплектующих на 2-3 тысячи долларов и полгода с ним возиться. Обычно идея или реализуется в течение нескольких недель или безнадежно забывается (откладывается на дальнее будущее, когда будет больше времени, денег, возможностей). Но, однако, критерий бюджет-сроки играет решающую роль. Можно считать его критерием выживаемости проекта. Если вам не жалко времени на переосмысление проекта чтобы его цена стала ниже, а количество ошибок при воплощении — меньше, то вероятность того, что задумка успешно реализуется становится выше.

Как говаривал Суворов — «Теория без практики мертва», потому приступим к наглядным примерам.

Резюмировав все вышеперечисленное можно сделать следующие выводы:
1. При создании прототипа надо максимально использовать уже имеющиеся элементы и детали. Это удешевит констукцию
2. Если имеющихся элементов недостаточно — пользуйтесь готовыми блоками, которые можно купить в магазинах для хобби и радиолюбительства.
3. По возможности избегайте самостоятельного изготовления плат (особенно контроллеров) — это очень здорово и интересно, но, если это для Вас первый опыт, это серьезно может подорвать моральный и боевой дух, а также поставит крест на будущем прототипе. Кроме того бывает трудно найти необходимые компоненты. В случае если применения готовых модулей и блоков недостаточно используйте беспаечные макетные платы.
image
4. Всегда оставляйте возможность для модернизации устройства и «запас прочности» элементов. Не делайте ничего «впритык».
5. Прежде чем собирать устройство целиком проверяйте работу отдельных элементов. Читайте даташиты.
6. Если Вы не уверены в работоспособности устройства не пренебрегайте CAD-программами. Отрисовка моделей, отладка схем и прошивок сэкономит вам время, деньги и нервы.

Хочу рассказать немного о своем опыте. Несколько лет назад меня попросили спроектировать устройство для управления нагрузкой переменного тока (кажется это была какая-то извращенная система освещения для магазинной витрины) с включением по таймеру. Фотографий к сожалению не сохранилось, вместо этого постараюсь описать поподробней. Задача стояла не слишком сложная, и для создания прототипа устройства я решил воспользоваться готовыми модулям. Как потом оказалось это было оптимальное решение.
Т.к. время и бюджет были далеко не бесконечны я решил воспользоваться модулями из электронного конструктора Master KIT (ныне незаслуженно забытого). Эти конструкторы конечно немного дороговаты, но зато почти не нуждаются в дополнительной настройке после сборки, да и других альтернатив под рукой не было.
В качестве главного контроллера недолго думая взял Arduino с контроллером ATmega32.
image
В качестве блока управления освещением выбрал модуль NK150 (только реле поставил из расчета на более мощную нагрузку).
image
Для того что бы витрина работала по часам добавил модуль реального времени аналогичный BM9319.
image
По части железа все прекрасно согласовалось, пришлось немного повозиться с прошивкой, но и это не заняло много времени. В любом случае, делая с нуля каждый элемент пришлось бы возиться неделю над сборкой и еще пару недель над отладкой каждого устройства в отдельности, поисках ошибок, поиска аналогичных граблей на форумах и т.д. Запаковав все в красивую коробочку и получив остаток денег от заказчика традиционно изъявил желание к дальнейшему сотрудничеству. Сотрудничать мы продолжили через несколько месяцев. На витрине появилась новая подсветка и ее, соответственно, тоже нужно было автоматизировать. Порадовавшись своей предусмотрительности я просто протянул провода от новой подсветки к клеммам реле. Через месяц их появилось еще 2, в итоге заняты оказались 7 реле из 8. Потом появилась выделенная линия интернета, а вместе с ней и необходимость управлять витриной удаленно (на случай забывчивости продавцов, что бы можно было принудительно отключить ее удаленно). Это тоже оказалось проще простого — подключил USB-порт Arduino к принтерному USB-порту роутера.
Для читающих наверное интересно будет узнать как я настраивал роутер, шлюзы и какую заливал прошивку. Но это уже не моя история, т.к. настройкой роутера и доступа занимался сисадмин заказчика.
Возможно специалистам схема покажется грубой, топорной и совсем не идеальной (если не сказать хуже), но она работала хорошо и стабильно, многократно отработала затраченные на нее деньги, я несколько раз добавлял дополнительные модули и все продолжало работать так же стабильно без дополнительных ухищрений почти год (пока бизнес заказчика не загнулся).

Благодарности и ссылки

Если Вы страстно хотите создавать, творить и испытывать устройства и механизмы, стоит обратиться к следующим ресурсам
РадиоКот
Робофорум
Master KIT
EasyElectronics и отдельное спасибо DIHALT
RoboCraft

P.S.
Уверен что у каждого есть свой опыт в создании устройств, интересно было бы узнать о нем. Если Вы встретили какие либо неточности или несогласны с чем ни будь, высказывайте свое конструктивное мнение.
Для начинающих хочу еще раз сказать, что мои методы не являются единственно верными, но они не один раз оправдали себя на практике. Создание нового устройства это ни с чем не сравнимое удовольствие, возможность почувствовать свои возможности и испытать себя. В какой-то степени это и свобода, ведь Вы можете воплотить в реальность почти все, что можете представить! А соблюдая эти нехитрые правила вы сведете к минимуму разочарования от неудавшихся проектов и чаще будете испытывать радость и свободу.
Спасибо за внимание!

Автор: DrZugrik

Источник

Поделиться

* - обязательные к заполнению поля