Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Verwandeln Sie Ihr Elektronikprojekt in ein verkaufsfähiges Produkt

Haben Sie eine Idee, die Sie gerne auf den Markt bringen möchten? In dieser Serie geht John Teel durch den Prozess der Skalierung vom Prototyp bis zur Produktion. Folgen Sie jeder Anleitung, um zu erfahren, wie Sie die einzelnen Komponenten einbauen.


Träumen Sie davon, ein neues, heißes Hardware-Gadget zu entwickeln und auf den Markt zu bringen? Vielleicht ist es Ihr Ziel, die Welt mit Ihrem Produkt zu verbessern, oder Sie möchten einfach nur dreckig reich werden, wenn Sie Ihr Produkt verkaufen.

Die Entwicklung eines Projektprototyps mit einem Arduino, Raspberry Pi oder einer anderen Entwicklungsplattform ist ein fantastischer erster Schritt. Es gibt jedoch noch viel zu tun, wenn Sie etwas daraus machen wollen, das hergestellt und an die Massen verkauft werden kann.

In diesem Artikel werde ich den Prozess in überschaubare Schritte unterteilen, damit Sie anfangen können, Ihren Traum zu verwirklichen!

Schritt 1: Wählen Sie die elektronischen Kernkomponenten aus

Der erste Schritt ist die Auswahl der primären Mikrochips (d. H. Der integrierten Schaltkreise), der Sensoren, Anzeigen, Anschlüsse und anderer elektronischer Komponenten auf der Grundlage der gewünschten Funktionen und des angestrebten Verkaufspreises.

Einige der besten Orte, um elektronische Komponenten zu finden und zu kaufen, sind die großen Distributoren wie Arrow, Digikey, Mouser und Future. Komponenten können als Einzelteile (für Prototyping und erste Tests) oder bis zu Tausend (für die Herstellung von Kleinserien) von einem dieser Lieferanten erworben werden. AdaFruit und SparkFun sind zwei der besten Ressourcen für elektronische Module, Kits, Sensoren, Kameras und andere elektronische Bauteile.

Schritt 2: Entwerfen Sie das Schaltbild

Wenn Sie alle Kernkomponenten ausgewählt haben, müssen Sie sie in einem schematischen Diagramm miteinander verbinden. Das schematische Diagramm ähnelt einem Bauplan für ein Haus.

ABBILDUNG 1 - Beispiel eines schematischen Schaltplans (Arduino Uno)

Das Schema zeigt, wie alle Komponenten, vom Mikrochip bis zu einfachen Widerständen, miteinander verbunden werden. Das Schema ist eine abstrakte Darstellung des Elektronikdesigns. Für viele kann dies der schwierigste Schritt sein, da es ein grundlegendes Verständnis der Konstruktionstechnik von Elektronik erfordert.

Ich schlage vor, mit einem Prototyp zu beginnen, der auf einem Arduino oder Raspberry Pi basiert. Dann können Sie viele ihrer Open-Source-Schemata kopieren, sobald Sie bereit sind, zu einem vollständig benutzerdefinierten Design zu wechseln. Wenn Sie kein gutes Verständnis für Elektronik haben, haben Sie drei Möglichkeiten: Finden Sie einen Mitbegründer, der sich mit den Grundlagen der Elektronik vertraut macht, oder beauftragen Sie einen Elektronik-Konstrukteur, um die Schaltung entweder vollständig zu entwerfen oder zumindest Ihre Elektronik zu überprüfen Design.

Schritt 3: Erstellen Sie die Stückliste

Jetzt ist es an der Zeit, eine detaillierte Teileliste (Stückliste) zu erstellen. Die Stückliste enthält die Teilenummer, Teilebeschreibung, Menge und möglicherweise die Teilepreise. Sie sollten bereits die wichtigeren Komponenten in Schritt 1 ausgewählt haben. Nun müssen Sie alle sekundären Komponenten wie Kondensatoren, Widerstände, Induktivitäten, Steckverbinder usw. angeben.

Beachten Sie, dass die Stückliste auf Wunsch nach Schritt 4 erstellt werden kann. Wenn Sie dies jedoch früh tun, können Sie die Produktionskosten für Ihr Produkt schneller schätzen.

SCHRITT 4: Entwerfen Sie die Leiterplatte

Nun ist es an der Zeit, das konzeptionelle Schaltbild in reale Elektronik umzuwandeln: eine Leiterplatte (PCB).

ABBILDUNG 2 - Layout-Beispiel für gedruckte Leiterplatten (PCB) und der daraus resultierende PCB-Prototyp

Eine Platine ist die physische Platine, auf der alle elektronischen Komponenten gehalten und verbunden werden. Für viele Projekte ist das Erstellen des PCB-Layouts komplizierter und zeitaufwändiger als das Design des ursprünglichen Schaltplans.

In den meisten Fällen dauert die Erstellung des Leiterplattenlayouts umso länger, je dichter die Komponenten sind. Dies bedeutet, dass für sehr kleine Produkte, z. B. für tragbare Technologiegeräte, mehr Zeit benötigt wird, um das Leiterplattenlayout zu erstellen.

Wenn Ihr Gadget viel Strom verbraucht oder drahtlose Konnektivität bietet, ist das Leiterplattenlayout noch kritischer und zeitraubender.

Bei Produkten für die drahtlose Kommunikation müssen Sie dem PCB-Layout für die HF-Schaltungen (Radio-Frequency-Schaltungen), die normalerweise die Antenne bedeuten, besondere Aufmerksamkeit widmen. Das Antennenlayout ist nicht nur kritisch, sondern auch kompliziert. Ein falsches Antennenlayout ist wahrscheinlich einer der häufigsten Fehler bei PCB-Designs. Ich empfehle Ihnen dringend, entweder den Antennenhersteller oder einen unabhängigen Techniker zu bitten, Ihr Antennenlayout vor dem Prototyping zu überprüfen. Stellen Sie sicher, dass Sie einen Techniker mit Erfahrung mit Antennen-PCB-Layout anstellen, da die meisten nicht über die notwendige Erfahrung verfügen.

Denken Sie daran, dass Sie wahrscheinlich immer noch Ihre Antenne abstimmen müssen, um die Spitzenleistung zu erreichen. Ihr Antennenhersteller bietet diesen Tuning-Service häufig an.

Schritt 5: Bestellen Sie die PCB-Prototypen

Die Herstellung elektronischer PCB-Prototypen erfolgt in zwei Schritten. Der erste Schritt ist die Herstellung der blanken Leiterplatten. Für diesen Schritt verwende ich entweder Sunstone Circuits oder San Francisco Circuits, aber es gibt auch viele andere Möglichkeiten. Im zweiten Schritt werden alle elektronischen Komponenten auf der Leiterplatte montiert. Für diesen Schritt benutze ich normalerweise eine Firma namens Screaming Circuits.

Die Montage ist in der Regel der teuerste Schritt und beträgt nach meiner Erfahrung etwa zwei Drittel der gesamten PCB-Kosten. Um Geld zu sparen, können Sie natürlich auch Bauteile löten, wenn Sie gut löten können. Viele moderne Komponenten sind jedoch bleifrei (die Zuleitungen liegen unterhalb des Teils), was sie von Hand unmöglich macht.

In den meisten Fällen dauert es ein paar Wochen, bis die Platten fertig zusammengebaut sind, es sei denn, Sie zahlen für den beschleunigten Service einen Aufpreis. Ich bestelle in der Regel etwa fünf bestückte Platinen, die normalerweise rund 2.000 Dollar kosten werden.

Wenn für Ihr Produkt extrem kleine Abmessungen von entscheidender Bedeutung sind (denken Sie an tragbare Tech- und Internet-of-Things-Geräte), müssen Sie möglicherweise fortgeschrittenere Leiterplatten-Produktionsmethoden in Betracht ziehen, um die gewünschte Größe zu erreichen. Wenn Sie zum Beispiel vergrabene und / oder blinde Durchgänge verwenden, können Sie alles unglaublich dicht packen. Diese erweiterten Vias können jedoch die Kosten Ihres Prototyps leicht verdreifachen. Daher ist es am besten, sie nur zu verwenden, wenn dies für den Produkterfolg unerlässlich ist.

Schritt 6: Programmieren Sie den Mikrocontroller oder Mikroprozessor

Die meisten elektronischen Geräte enthalten einen Mikrochip, der als Micro-Controller-Unit (MCU) oder Micro = Processor Unit (MPU) bezeichnet wird und als Kern des Gehirns für das Gerät dient. Wie die Namen implizieren, kann eine MCU die Dinge gut steuern, und eine MPU kann Daten gut verarbeiten. Eine MCU ist eine ziemlich langsame MPU mit weniger Speicher und weniger Pins, jedoch mit mehr integrierten Peripheriegeräten für die Schnittstelle zur Außenwelt. Für eine MCU ist kein Betriebssystem wie ein auf MPU basierendes System erforderlich.

Ein Arduino ist zum Beispiel ein Mikrocontroller (MCU) -basiertes Entwicklungssystem, während ein Raspberry Pi eine leistungsfähigere Plattform auf Mikroprozessor (MPU) -Basis mit einem vollständigen Betriebssystem ist.

Unabhängig davon, ob Ihr Produkt einen Mikrocontroller oder einen Mikroprozessor verwendet, muss es programmiert werden. Dieses Programm (Firmware genannt) wird höchstwahrscheinlich in der Computersprache "C" entwickelt.

Schritt 7: Bewerten, Debuggen und Wiederholen

Die erste Version eines neuen Produkts ist nie marktreif, und Probleme werden in der nächsten Prototyp-Iteration behoben. Es gibt fast immer einige Probleme, also seien Sie bei der Erstellung Ihrer Entwicklungs- und Finanzierungspläne nicht unrealistisch optimistisch. Planen Sie für die Realität.

Dies kann ein schwieriger Schritt in Bezug auf Kosten und Zeit sein. Alle gefundenen Probleme sind natürlich unerwartet. Daher dauert es Zeit, die Ursache des Fehlers zu ermitteln und zu ermitteln, wie er am besten behoben werden kann. Jedes Unternehmen, das neue Hardwareprodukte entwickelt, muss jedoch das gleiche Hindernis überwinden.

Schritt 8: Zertifizierungen

Um ein neues elektronisches Produkt in den meisten Ländern zu verkaufen, sind verschiedene Zertifizierungsarten erforderlich. Die genauen erforderlichen Zertifizierungen hängen von dem Land / der Region ab, in der das Produkt verkauft wird.

Ich möchte Sie darauf hinweisen, dass die Erlangung von Zertifizierungen nicht billig ist und die meisten Produkte mindestens 10.000 USD bis 30.000 USD kosten, um sich zertifizieren zu lassen. Glücklicherweise gibt es Möglichkeiten, diese Kosten zu reduzieren, z. B. durch die Verwendung von vorzertifizierten Funkmodulen. Nachfolgend finden Sie eine kurze Übersicht über die erforderlichen Zertifizierungen in den USA, Kanada und Europa.

Die FCC-Zertifizierung (Federal Communications Commission) ist für alle in den USA verkauften elektrischen Produkte erforderlich. Produkte, die nicht gezielt elektromagnetische Energie abstrahlen (d. H. Keine Funkfunktionen), werden als Nicht-Radiatoren eingestuft. Andererseits übertragen drahtlose Produkte gezielt elektromagnetische Energie und werden als beabsichtigte Strahler eingestuft. Eine FCC-Zertifizierung für einen beabsichtigten Kühler ist viel teurer.

Für jedes in den USA und / oder Kanada verkaufte elektrische Produkt, das an eine Netzsteckdose angeschlossen wird, ist die Zertifizierung nach UL (Underwriters Laboratories) oder CSA (Canadian Standards Association) erforderlich. Produkte, die nur mit Akkus ohne Aufladefunktion laufen, benötigen keine UL / CSA-Zertifizierung. Die meisten Einzelhandelsketten und / oder Produkthaftpflichtversicherungen benötigen jedoch die UL / CSA-Zertifizierung für jedes elektronische Produkt.

Für Produkte, die in der Europäischen Union (EU) verkauft werden, ist eine CE-Zertifizierung (Conformité Européene) erforderlich. Es entspricht den in den USA erforderlichen FCC- und UL-Zertifizierungen.

Für elektrische Produkte, die in der Europäischen Union (EU) verkauft werden, ist eine RoHS-Zertifizierung (Beschränkung der Verwendung gefährlicher Stoffe) erforderlich. Es bescheinigt, dass die Elektronik bleifrei ist.

Fazit

Wenn für Ihr Produkt Elektronik erforderlich ist, erhöht dies zweifellos die Komplexität der Produktentwicklung. Dies bedeutet erhöhte Entwicklungskosten, Zeit und Risiko.

Um Ihr Entwicklungsrisiko zu senken (und in der Regel Ihre Kosten und Zeit), empfehle ich Ihnen dringend, eine zweite Meinung zu jedem Design einzuholen, bevor Sie einen Prototyp erstellen. Zweitmeinungen, die häufig als Design Reviews bezeichnet werden, können die Wahrscheinlichkeit von Fehlern erheblich reduzieren. Auf der positiven Seite ist die Migration der Elektronik vom Prototyp zur Massenproduktion relativ unkompliziert.

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