Четыре урока, которые взрослый инженер может извлечь из детских игрушек

Детские игрушки предназначены не только для детей. В каждой игрушке есть сотни часов инженерного опыта, которые ждут своего часа.

Мои родители часто напоминают мне, что никакое электромеханическое устройство не было безопасным рядом со мной с пяти лет. Мне всегда кажется, что я всегда увлекаюсь соединением или разборкой вещей. Я очень редко когда-либо играл с игрушками так, как задумывали производители. Я хочу знать, что внутри - что заставляет их работать.

И когда мне представился шанс заполучить модульную систему обучения Elecrow Crowbits, моей реакцией было разобрать модули и немедленно раскрыть их секреты. Я не рекомендую разбирать модули, так как для повторной сборки вам необходимо удалить фиксирующие штифты, а их сложно повторно вставить без повреждений.

Что касается журналистского раскрытия информации, я покупал продукты Elecrow в прошлых кампаниях на Kickstarter. Однако для этой статьи компания предоставила дополнительный комплект CrowPi, который я зарегистрирую и подарю местной начальной или средней школе после написания.

Несмотря на то, что Crowbits технически разработан, чтобы пробудить инженерное любопытство у молодых людей, мой опыт работы с наборами также напомнил мне о четырех ценных уроках, которые взрослый EE может извлечь из этих игрушек и им подобных.

О наборах Crowbits и Makeblock

Прежде чем мы перейдем к этим выводам, расскажем немного о самих наборах. Наборы Crowbits разделены на три уровня сложности:программирование не требуется, требуется программирование и расширенное приложение.

Каждый из трех наборов содержит лего-совместимые модули, магнитно соединенные с помощью пого-штырей и разделенные на категории, обозначенные цветом по функциям:

• Синий:силовые и логические модули.
• Желтый:модули ввода.
• Зеленый:модули вывода.
• Оранжевый:специальные модули

Вы можете использовать эти детали для изготовления всего:от простого датчика оповещения о землетрясении, который загорается светодиодом, когда его потревожат, до мобильного телефона. Вы правильно прочитали - мобильный телефон!

В комплект Crowbits входят разъемы с магнитными контактами. Изображение предоставлено Elecrow

Эти модули могут напоминать вам линию Snap-модулей Makeblock Neuron, о которой я рассказывал несколько лет назад. Я был настолько очарован уроками модульного дизайна, которые я извлек из Neuron, что создал сверхпростую сенсорную систему. И у меня уже есть некоторые идеи о будущих продуктах, которые я мог бы разработать, используя уроки, извлеченные из опыта Crowbits.

Наборы Makeblock Neuron. Изображение предоставлено Makeblock

Оба набора модулей запрограммированы с использованием дополнительного языка программирования MIT Scratch под названием Letscode . .

В таком контексте, чему практикующий инженер может научиться у этих детских игрушек?

Урок 1. Если это работает и безопасно, найдите способ сделать его дешевле

Удалите лишние микроконтроллеры

Судя только по внешнему виду, кажется, что Makeblock Neuron послужил источником вдохновения для дизайна модулей Crowbits. У Makeblock's Neuron есть функция, которая мне нравится:на каждом интерфейсе ровно четыре контакта, и микроконтроллер есть абсолютно в каждом модуле. Это позволяет данным проходить через все модули.

Подойдет не любой микроконтроллер; Микроконтроллерам Makeblock требуется как минимум две, а иногда и три доступных линии USART с независимыми буферами. Каждый микроконтроллер считывает две линии UART, записывает две линии UART и требует еще одну последовательную шину данных, доступную для UART / SPI / I2C для подключения к датчикам на блоке.

Простое представление базового интерфейса связи UART (универсальный асинхронный приемник / передатчик)

Это не особо дешевый вариант. Но это позволило инженерам легко создать экосистему Makeblock. Блок может быть каким угодно, если в нем есть две последовательные линии, входящие в блок и выходящие из него (один UART слева, один справа). Но это также увеличивает общую стоимость системы. В конце концов, если блок - это всего лишь реостат или переключатель мгновенного действия, нужен ли в нем микроконтроллер? Возможно нет.

Инженеры Crowbits внесли несколько различных проектных решений и усовершенствований, которые уменьшили стоимость спецификации и увеличили удобство использования модулей. У них все еще есть данные, перемещающиеся между некоторыми модулями, но иногда это данные I2C, иногда SPI, иногда UART, а для многих модулей данные отсутствуют вообще - только переключатель подачи питания.

Это решение значительно снижает стоимость некоторых печатных плат за счет увеличения времени проектирования.

Снижение стоимости коннектора

Я заметил, что Makeblock использовал в своей конструкции магнитные пого-булавки (сформованные в единую упаковку). В отличие от этого, Crowbits использовали штифты и магниты, которые вставляются в отдельно формованные разъемы.

Я не знаю точной экономии здесь, но несколько лет назад, когда я попытался найти магнитные пого-пины, используемые в конструкции Makeblock, я обнаружил, что они стоят примерно 1 доллар США за пару при количестве 1 ку (прямые заводские цены) . Это довольно много, так как отдельные булавки и магниты стоят всего несколько пенсов за деталь. Внешние разъемы являются одними из самых дорогих компонентов проекта, поэтому я полагаю, что это уменьшило общую стоимость проекта небольшим, но значительным образом.

Makeblock vs. Crowbits pogo булавки и магниты

Я не думаю, что Crowbits существовала бы без Makeblock. Ценю каждое дизайнерское решение. Если бы я делал эти блоки, я бы, вероятно, выбрал Makeblock, потому что я не думаю, что у меня хватило дальновидности использовать организационную структуру Crowbits; они потратили много времени на разработку этого дизайна.

Урок 2. Сделайте его регулируемым

Электроника - сложная профессия. К любому проекту предъявляется так много конкурирующих требований, что трудно делать что-либо, кроме как сосредоточиться на поставленной задаче. Но часто, если мы сделаем шаг назад, мы сможем увидеть более широкую картину.

Crowbits и Makeblock - это продукт с неограниченной регулировкой. Они могут заменить любые или все свои модули, не влияя на производительность системы. Если какая-то деталь по какой-либо причине становится недоступной, они могут заменить плату для этого модуля с минимальными затратами, добавив новые функции, и конечный пользователь не станет мудрее. Они могут расширять или сжимать продукт, чтобы удовлетворить рыночный спрос.

littleBits - это еще один модульный комплект электроники, в котором используются регулируемые продукты. Изображение любезно предоставлено компанией LittleBits

Общая регулируемость делает эти две конструкции относительно уникальными в области электронной инженерии. Слишком часто инженеры попадают в ловушку, создавая полностью индивидуальные решения для своих клиентов. Время от времени я вижу иерархическое схематическое решение, в котором конкретная подсистема устроена немного чище, чем другие. Или я заметил печатную плату, которая позволяет мне четко отслеживать путь сигнала, когда он входит в плату и выходит из нее.

Обычно это моменты, когда инженер повторно использовал части предыдущих проектов. Повторное использование подсистем может сэкономить много времени, а модульная конструкция позволяет членам команды сосредоточиться на отдельных аспектах дизайна.

Поэтому в следующий раз, когда вы создадите проект, спросите себя, можете ли вы интегрировать перспективу для этого проекта, добавив порт расширения.

• Есть ли на микроконтроллере неиспользуемые контакты GPIO или дополнительная шина данных USART, которую можно направить к краю платы для дальнейшего использования?
• Возможно, вы можете направить его в незаполненный заголовок?
• Достаточно ли на доске места для нанесения альтернативных рисунков рельефа на случай, если деталь окажется недоступной?
• Можно ли использовать сертифицированный FCC модуль вместо разработки собственной беспроводной подсистемы?

Урок 3. Сделайте это доказательством идиота

Предполагайте, что никто не будет читать ваше руководство, если что-то не пойдет не так. Люди достают вещи из коробки, начинают складывать кусочки и нажимать кнопки. Если вы не разрабатываете функции, которые активно мешают пользователю делать то, чего он не должен делать, вы можете ожидать, что это сделает пользователь.

И Makeblock, и Elecrow поляризовали свои устройства магнитами и булавками. Неправильно соединить модули между собой сложно, а то и невозможно. Модули с магнитным креплением, естественно, притягивают к правильному соединению и отталкивают неправильные отношения.

Делайте все, что в ваших силах - используйте поляризованные соединители, делайте соединители с другим шагом или цветовым кодом - чтобы вашим пользователям не нужно было читать руководство, чтобы все заработало. Это сократит время, затрачиваемое на устранение неполадок RMA.

Урок 4. Проведите исследование рынка

Это довольно хорошее предположение, что если у вас есть идея, значит, она уже была у другого инженера где-то в мире. Прежде чем вы начнете тратить свое время, пот и мечты на новые большие дела, проведите небольшое исследование, чтобы определить, готовы ли другие платить за ваши идеи.

Компания Elecrow создала Crowbits, потому что они увидели успех Neuron от Makeblock. У них был немного другой взгляд на реализацию, но они знали, что для этого есть рынок, потому что он уже был на рынке.

И Makeblock, и Elecrow сделали все возможное, чтобы снизить риск, запустив производство через кампанию Kickstarter. Они не производили эти продукты «по спецификации». Они производили эти продукты, зная, что для них есть рынок.

Если вы делаете дизайн для клиента, вы знаете, что вам будут платить. Но если вы будете делать что-то для неизвестного покупателя где-нибудь в мире, вы можете в конечном итоге потратить много драгоценного времени, денег и психического здоровья. Делайте все возможное, чтобы учиться на успехах или неудачах других и развивать их идеи.

Резюме

Барби предназначены не только для девочек, пожарные машины - не только для мальчиков, а детские игрушки - не только для детей. В каждой игрушке есть сотни часов инженерного опыта, которые только и ждут, пока их откроют. Поэтому в следующий раз, когда вы увидите захватывающую кампанию на Kickstarter или в ваш почтовый ящик появится новый продукт, откройте его и изучите, прежде чем отдать его племяннику или местной школе.