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艾思软件物联网开发智能水族箱系统研发经验总结

发布日期: 2021-04-26 阅读次数:5660
分类: 艾思相关
内容摘要:
本身升级主要针对这几方面进行重新设计, 研发. 研发的过程需要解决很多的难点, 本文档主要记录主要的难点解决过程, 并汇报工作进度, 还有哪些问题正在解决.

 

  • 概述

在经过上一版本(以下称为1.0版本, 本次研发版本称为2.0)的研发和试用之后, 出现了诸多的问题. 与硬件外壳过大, 外壳内部线路过多, 后期维护性低及稳定性差, 外设在安装过程中不方便, 软件部分没有自动调结等问题. 本身升级主要针对这几方面进行重新设计, 研发. 研发的过程需要解决很多的难点, 本文档主要记录主要的难点解决过程, 并汇报工作进度, 还有哪些问题正在解决.

 

  • 线路问题解决

在1.0版本中, 线路过多一直是影响可靠性, 维护性, 实用性的一大问题. 如下图, 仅是外壳内部的线路照片:

 

 

从图上看出内部线路过多. 接头的牢固性很差.  而且内部与外设接口使用防水的圆形接口, 此接口没有固定, 在拨插接口时不太方便.

 

为解决这一问题. 2.0版本将研发主控板(树莓派3b)的应用扩展板. 此扩展板主要把接口集成到一起. 外设与主控板通过一条排线连接.

 

  • 扩展板设计第一次尝试

设计扩展板最初想使用直接使用”洞洞板”焊接完成.  此方便的优点是, 价格便宜, 随意性较高.

由于洞洞板的主要目的就是为了集成接口元器件, 同时为解决在1.0版本中, 接口无法固定, 插拨不方面的问题, 本次使用USB的接口作为了主接口

 

 

 

焊接完成后如下图

 

 

但是缺点也非常明显, 比如:

  1. 无法进行定制, 原器件的针脚间距必须是2.54mm矩形间距. 对于复杂的元件件无法胜任.
  2. USB接口最多只支持到4芯线, 而我们的外设最多要支持到6芯线.
  3. USB依然存在拨插太紧, 操作不方便的问题. 而且此线路板在和外壳固定时不方便固定.
  4. 以上解决办法, 可以少量减少外壳内线路数量, 但是我们计算减少后的数量还是过多. 对于后期维护还是不够友好.

由于以上缺点, 此方便中止. 再寻救其它解决方案

 

  • 扩展板设计第二次尝试

为增强拨插的”友好性”, 我们试验了多种接口方式.

  • 端子接口:

接线端子由不需要焊接, 接线数量丰富等优点. 但是拨插依然过”紧”, 每次拨出时都要费很大力气, 当达到6芯接口时有时用手甚至无法拨出, 要借助工具才能拨出. 这不紧降低友好性, 极大可能在实际操作性会将线路拨断.

 

同时端子的针距不是2.54mm, 无法在洞洞板上完成焊接, 故此方案被放弃

  • MicroUSB:

MicroUSB的优点是拨插容易.能支持到6芯线. 但线序在实际操作中不容易确定. 更重要的是如果单买这种USB口, 它的针角过小, 基本无法通过手动焊接完成. 上图中的带小扩展板的又会将整体护展变的太过零碎. 大大降低了系统的稳定性. 固此方案也被中止.

 

  • 失败总结

为确定最优的接口方案, 试用了不至以上几种接口, 如TYPY-C, 电源接口, 音频接口. 杜邦排线接口等. 但都不是很理想. 经过失败, 我们总结出一个重大的限制是出在”洞洞板”上. 由到洞洞板的洞孔间距是2.54mm, 这使很多可用的接口无法焊接而弃用. 最终我们决定自已设计线路, 自主制作线路板.

 

  • 线路板第二次尝试

 

 

选择新的接口方式: 使用4芯及6芯电话线接口.

 

 

 

 

与树莓派接口使用40针排线接口

 

 

 

其它辅助接口使用杜邦接口, 根据实际使用情况进行物理截取, 本例中使用一个5针, 一个10针. 5针用来接两路电路, 10针用来接8路继电器.

扩展版在原理上较为简单.使用EAGLE8.2.1进行设计原理图与bcd图.

第一版原理图:

 

 

第一版 BCD图

 

图纸的完成只是困难的第一步(而且第一版的图纸有致命错误), 怎么样把图纸转化为线路板对于手工制作来说才是真正的难点.

手工制作线路板的方式大概有三种:

  1. 感光板法
  2. 热转印法
  3. PCB雕刻机法

前两种方法经过研究学习, 步骤过于复杂, 掌握难度较大故选择第三种方法. 但是当实操雕刻机时, 相对于前两种方法, 雕刻机的难度虽把动手的困难转移到操作软件上, 难过还是要比想象中多的多

 

PCB雕刻机实拍

 

将EAGLE制作的BCD图转化为雕刻机G代码(刀路图)

 

使用雕刻软件控制雕刻机雕刻

 

但是经历了次次断刀, 简化BCD图(双层变单层)等等最终还是以失败告终.

以上是失败过程:

雕刻视频(双击播放), 切刀过深失败:

 

 

切刀深度过深, 作废覆铜板

 

下刀太浅报废覆铜板

 

一边深一边浅作废覆铜板

  • 扩展板制作失败总结

经过以上种种试验, 最终以失败告终, 主要有两个最大技术难点. 一是雕刻精度无法达到要求. 二是覆铜板不平造成的雕刻深度时大时小. 为节约研发成本放弃自已制作扩展板. 采用第三方代工制作. 虽然在时间和调试性受限, 但第三方上能很好出来成品.

 

  • 第一版成品失败

未焊接线路板

 

 

焊接后

 

在第一版中出现了以下问题:

  1. 4芯电话母座与6芯电话母座针角问题不能焊接在同侧
  2. 40针排线没有做镜象, 不能与电话母座焊接到两侧
  3. 由于电压取值错误(本应取5V电压, 实取3V电压), 使主控板树莓派烧掉两块

 

烧坏的树莓派

 

 

  • 第二版成品

    

 

  • 外壳设计展望

在完成扩展板设计与制作之后, 将进行外壳重新设计, 此次外壳有望达到理解的尺寸. 控制电源接口也将重新选择.

 

新的电源接口

 

购买的外壳制作机器, 激光雕刻机, 会为制作更复杂外壳带来很多方便. 在前期的测试过程中没有什么问题.

 

  • 总体总结及其它

目前为止, 扩展板焊接已经完成. 进行周边设备接入测试工作.

 

周边设备, 电源220V转5V进行升级, 新的转化模块:

 

对应参数: 负载电流得以提升.

 

水位传感器采用带耳设计, 方便磁铁固定(还未验证)

 

软件部分在硬件重新设计之后将会很快完成, 工作量并不会太大.

 

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