Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Transforme seu projeto de eletrônica em um produto vendável

Tem uma ideia que gostaria de colocar no mercado? Nesta série, John Teel percorre o processo de ampliação de protótipo para produção. Siga cada parcela para ver mais de perto como incorporar componentes individuais.


Você sonha em desenvolver um novo gadget de hardware e trazê-lo ao mercado? Talvez o seu objetivo seja tornar o mundo melhor com o seu produto, ou talvez você só queira ficar rico vendendo seu produto.

Desenvolver um protótipo de projeto usando um Arduino, Raspberry Pi ou outra plataforma de desenvolvimento é um fantástico primeiro passo. No entanto, ainda há muito a fazer se você quiser transformá-lo em algo que possa ser fabricado e vendido para as massas.

Neste artigo, vou dividir o processo em etapas gerenciáveis ​​para que você possa começar a realizar seu sonho!

Etapa 1: selecione os componentes eletrônicos principais

O primeiro passo é selecionar os microchips primários (ou seja, circuitos integrados), sensores, displays, conectores e outros componentes eletrônicos baseados nas funções desejadas e no preço de varejo desejado.

Alguns dos melhores lugares para encontrar e comprar componentes eletrônicos são os grandes distribuidores, como Arrow, Digikey, Mouser e Future. Os componentes podem ser adquiridos como singles (para prototipagem e testes iniciais) ou até milhares (para produção em baixo volume) de qualquer um desses fornecedores. AdaFruit e SparkFun são dois dos melhores recursos para módulos eletrônicos, kits, sensores, câmeras e outras peças eletrônicas.

Etapa 2: projetar o esquema esquemático

Depois que todos os componentes principais são selecionados, o próximo passo é conectá-los todos juntos em um diagrama esquemático. O diagrama esquemático é semelhante a um modelo para uma casa.

FIGURA 1 - Exemplo de um Diagrama de Circuito Esquemático (Arduino Uno)

O esquema mostra como todos os componentes, desde microchips até simples resistores, se conectam. O esquema é uma representação abstrata do design da eletrônica. Para muitos, esse pode ser o passo mais difícil de aprender, porque requer uma compreensão fundamental da engenharia de projetos eletrônicos.

Eu sugiro começar com um protótipo baseado em um Arduino ou Raspberry Pi, então você pode copiar muitos dos seus esquemas de código aberto assim que estiver pronto para migrar para um design totalmente personalizado. Se você não tem uma boa compreensão de eletrônica, então você tem três opções: encontre um co-fundador que faça, ensine a si mesmo os fundamentos da eletrônica ou contrate um engenheiro de design eletrônico para projetar completamente o circuito ou, pelo menos, revisar seu desenhar.

Etapa 3: criar a lista de materiais

Agora é hora de criar uma lista de peças detalhada chamada de lista de materiais (BOM). A lista de materiais lista o número da peça, a descrição da peça, a quantidade e, possivelmente, o preço da peça. Você já deve ter selecionado os componentes mais importantes na etapa 1. Então agora você deve especificar todos os componentes secundários como capacitores, resistores, indutores, conectores, etc.

Observe que a BOM pode ser criada após a etapa 4, se desejar, mas fazer isso com antecedência permite estimar mais rapidamente o custo de produção de seu produto.

PASSO 4: Projetar a placa de circuito impresso

Agora é hora de pegar o diagrama esquemático conceitual e transformá-lo em eletrônica do mundo real: uma placa de circuito impresso (PCB).

FIGURA 2 - Exemplo de layout da placa de circuito impresso (PCB) e o protótipo de PCB resultante

Um PCB é a placa física que contém e conecta todos os componentes eletrônicos. Para muitos projetos, criar o layout de PCB é mais complicado e demorado do que projetar o esquema original.

Na maioria dos casos, quanto mais compactos estiverem os componentes, mais tempo levará para criar o layout do PCB. Isso significa que, para produtos realmente pequenos, como dispositivos de tecnologia wearable, levará um tempo extra para criar o layout do PCB.

Se o seu gadget usa grandes quantidades de energia ou oferece conectividade sem fio, o layout do PCB é ainda mais crítico e demorado.

Para produtos de comunicação sem fio, você precisará prestar atenção extra ao layout do PCB para os circuitos de RF (radiofreqüência), que normalmente significa a antena. O layout da antena não é apenas crítico, mas também é complicado. O layout incorreto da antena é provavelmente um dos erros mais freqüentes em projetos de PCB. Eu sugiro que você obtenha o fabricante da antena ou um engenheiro independente para revisar o layout da sua antena antes do protótipo. Apenas certifique-se de contratar um engenheiro experiente com layout de antena PCB, já que a maioria não terá a experiência necessária.

Lembre-se de que você provavelmente ainda precisará ter sua antena ajustada para alcançar a máxima eficiência. Muitas vezes o fabricante da antena fornecerá este serviço de ajuste.

Etapa 5: Solicite os protótipos de PCB

A produção de protótipos de PCB eletrônicos é um processo de duas etapas. O primeiro passo é produzir as placas de circuito impresso. Para esta etapa eu uso os Circuitos Sunstone ou San Francisco Circuits, mas existem muitas outras opções também. O segundo passo é ter todos os componentes eletrônicos montados no PCB. Para esta etapa, costumo usar uma empresa chamada Screaming Circuits.

A montagem é geralmente o passo mais caro e, na minha experiência, é cerca de dois terços do custo total do PCB. Para poupar dinheiro, você pode, é claro, soldar componentes, se você é bom em solda. No entanto, muitos componentes modernos são sem liderança (os cabos estão abaixo da peça), tornando-os impossíveis de serem feitos à mão.

Na maioria dos casos, levará algumas semanas para obter placas completamente montadas, a menos que você pague um serviço mais rápido. Eu normalmente começo a encomendar cerca de 5 pranchas montadas que geralmente custam em torno de US $ 2.000.

Se o tamanho super pequeno é absolutamente crítico para o seu produto (pense em dispositivos wearable de tecnologia e Internet-of-Things), então você pode precisar considerar métodos de produção de PCB mais avançados para alcançar o tamanho desejado. Por exemplo, o uso de vias enterradas e / ou cegas permitirá que você embale tudo incrivelmente apertado. No entanto, essas vias avançadas podem triplicar seu custo de protótipo, por isso é melhor usá-las somente se for essencial para o sucesso do produto.

Etapa 6: Programe o Microcontrolador ou o Microprocessador

A maioria dos dispositivos eletrônicos contém um microchip chamado Microcontrol Unit (MCU) ou Micro = Processor Unit (MPU) que serve como o núcleo do cérebro para o dispositivo. Como os nomes implicam que um MCU é ótimo em controlar as coisas, e um MPU é ótimo no processamento de dados. Um MCU é praticamente um MPU lento com menos memória e menos pinos, mas com mais periféricos integrados para fazer interface com o mundo externo. Um MCU não exige um sistema operacional como um sistema baseado em MPU, tornando a solução muito mais simples.

Por exemplo, um Arduino é um sistema de desenvolvimento baseado em microcontrolador (MCU), enquanto o Raspberry Pi é uma plataforma baseada em microprocessador (MPU) mais potente, com um sistema operacional completo.

Se seu produto usa um microcontrolador ou um microprocessador, ele precisará ser programado. Este programa (chamado firmware) provavelmente será desenvolvido usando a linguagem de computador “C”.

Etapa 7: Avaliar, depurar e repetir

A primeira versão de qualquer novo produto nunca está pronta para o mercado, e quaisquer problemas serão corrigidos na próxima iteração do protótipo. Quase sempre haverá alguns problemas, por isso, não seja otimista demais ao criar seus planos de desenvolvimento e financiamento. Planeje a realidade.

Esse pode ser um passo desafiador para prever em termos de custo e tempo. Quaisquer problemas encontrados são obviamente inesperados, então levará tempo para descobrir a origem do bug e determinar a melhor forma de corrigi-lo. No entanto, qualquer empresa que desenvolva novos produtos de hardware tem o mesmo obstáculo a superar.

Etapa 8: certificações

Para vender um novo produto eletrônico na maioria dos países, são necessários vários tipos de certificação. As certificações exatas necessárias dependem do país / região onde o produto será vendido.

Vou avisá-lo de que obter certificações não é barato e a maioria dos produtos custará pelo menos US $ 10 a US $ 30 mil para ser certificada. Felizmente, existem maneiras de reduzir esse custo, como o uso de módulos sem fio pré-certificados. Abaixo está uma rápida visão geral das certificações exigidas nos EUA, Canadá e Europa.

A certificação FCC (Federal Communications Commission) é necessária para todos os produtos elétricos vendidos nos EUA. Os produtos que não irradiam energia eletromagnética (ou seja, sem funções sem fio) são classificados como não radiadores. Por outro lado, os produtos sem fio transmitem propositalmente energia eletromagnética e são classificados como radiadores intencionais. É muito mais caro obter a certificação da FCC para um radiador intencional.

A certificação UL (Underwriters Laboratories) ou CSA (Canadian Standards Association) é necessária para qualquer produto elétrico vendido nos EUA e / ou no Canadá que se conecte a uma tomada elétrica CA. Os produtos que funcionam somente com baterias sem capacidade de recarga não exigem certificação UL / CSA. No entanto, a maioria das cadeias de varejo e / ou empresas de seguro de responsabilidade do produto exigirão a certificação UL / CSA para qualquer produto eletrônico.

A certificação CE (Conformité Européene) é exigida para produtos vendidos na União Européia (UE). É semelhante às certificações FCC e UL exigidas nos EUA.

A certificação RoHS (Restrição de Substâncias Perigosas) é exigida para produtos elétricos vendidos na União Européia (UE). Certifica que os eletrônicos estão livres de chumbo.

Conclusão

Se o seu produto exigir componentes eletrônicos, sem dúvida aumentará a complexidade do desenvolvimento do produto. Isso significa maior custo, tempo e risco de desenvolvimento.

Para diminuir seu risco de desenvolvimento (e geralmente seu custo e tempo), eu recomendo fortemente que você obtenha uma segunda opinião sobre qualquer projeto antes de prototipá-lo. As segundas opiniões, comumente chamadas de revisões de projeto, podem reduzir muito a chance de erros. Pelo lado positivo, migrar a eletrônica do protótipo para a produção em massa é relativamente simples.

Ação

Deixar Um Comentário