Conception de carte de circuit imprimé Emriver

Au fur et à mesure que notre entreprise s'est développée, nous avons amélioré la manière dont nos instruments sont produits. Par le passé, nous soudions à la main tous les composants traversants sur nos cartes de circuits imprimés personnalisées, y compris un Arduino. Bien que cela convienne pour des volumes de production plus faibles ou pour des prototypes de produits, ce n'est pas idéal pour une production à plus grande échelle, en particulier compte tenu du fait que nous produisons des centaines d'unités par an. La soudure manuelle peut être sujette à des erreurs humaines, et elle est coûteuse et chronophage.

Je me suis concentré sur la transition de nos composants électroniques vers le montage en surface et l'optimisation de nos conceptions de circuits pour l'assemblage clé en main. Cela signifie que le même fabricant externe qui imprime nos cartes de circuits imprimés s'occupe également du positionnement de tous les composants à l'aide de l'automatisation par machine. Pour plus d'informations sur la technologie et l'assemblage en surface, visitez : https://en.wikipedia.org/wiki/Surface-mount_technology. Pendant que vous effectuez ces changements dans le processus de fabrication des cartes de circuits imprimés, c'est également le moment idéal pour envisager des modifications visant à améliorer les fonctionnalités et le fonctionnement du produit.

Au lieu de fixer un Arduino entier sur la carte, j'ai opté pour l'intégration du même microcontrôleur qu'il utilise sur le nouveau circuit imprimé. Cela me permet, ainsi qu'à nos utilisateurs, d'écrire et de modifier le logiciel de l'instrument dans l'IDE Arduino, une fonctionnalité que nos instruments scientifiques prennent en charge depuis de nombreuses années.

Un autre changement majeur concerne la gestion de l'alimentation. Tous nos produits sont alimentés par des adaptateurs secteur CC, certains en 12V, d'autres en 24V et d'autres en 48V. Cela permet également à nos produits d'être utilisés sur le terrain à l'aide d'une batterie universelle. Pour les instruments en 12V, l'Arduino gérait auparavant la réduction de tension pour l'amener au niveau du microcontrôleur. Pour les instruments en 24V, nous ajoutions un régulateur de puissance supplémentaire pour y parvenir. Pour les instruments en 48V, nous connections et étalions une carte convertisseur de tension CC-CC externe. La nouvelle conception utilise une alimentation à découpage intégrée capable de gérer une entrée CC de 5 à 60 V. Cela signifie que tous nos instruments peuvent fonctionner sur la même carte et que nous n'avons pas besoin d'ajouter de puce ou de circuit imprimé supplémentaire. Disposer d'une solution unique de gestion de l'alimentation qui s'adapte à tous les cas pour nos instruments est important car nous pouvons bénéficier d'économies d'échelle lors de l'achat des cartes.

Notre dernier circuit imprimé pour nos instruments de production est la carte de contrôle Big Muddy (BMCB). Ce nom est un clin d'œil à notre rivière locale, la Big Muddy, ainsi qu'à une légende locale, le monstre de Big Muddy (https://www.nytimes.com/1973/11/01/archives/yetilike-monster-gives-staid-town-in-illinois-a-fright-halloween.html).

Sur le plan des fonctionnalités, la carte BMCB présente un changement majeur par rapport à la carte K500 précédente : elle est équipée de deux microcontrôleurs. Dans notre instrument Wave Maker, le circuit imprimé contrôle précisément le mouvement du moteur pas à pas, en lui envoyant des centaines de micro-pas par seconde. Il doit également détecter les entrées de l'utilisateur sur le codeur optique pour modifier les paramètres et démarrer ou arrêter le mouvement des vagues. L'ancienne conception ne comportait qu'un seul microcontrôleur, et la modification des paramètres provoquait de légers dysfonctionnements pendant le fonctionnement, car le microcontrôleur ne pouvait effectuer qu'une seule action à la fois. La nouvelle conception à double microcontrôleur nous permet d'effectuer deux actions simultanément et élimine toute saccade dans le Wave Maker. Elle nous offre également une extensibilité et une polyvalence accrues pour tous les nouveaux produits que nous créons et qui utilisent cette carte.

Un facteur à prendre en compte lors de la production d'un seul circuit imprimé pour plusieurs produits différents est le coût des composants qui ne sont pas utilisés, ou le surpaiement pour des composants qui sont sous-utilisés dans certains produits. Pourquoi payer pour un microcontrôleur supplémentaire alors que la plupart des produits ne l'utilisent pas ? C'est une décision difficile à prendre lors de la conception d'une telle carte. Avoir deux versions du même circuit imprimé nécessiterait deux commandes de circuits imprimés. Toute économie de coûts résultant de la non-inclusion du 2^et les microcontrôleurs sont annulés par la perte d'une remise sur quantité.

Sur un autre sujet, j'ai décidé de ne pas demander à notre fabricant de monter par défaut tous les borniers à vis sur le BMCB. Certains instruments utilisent différents borniers à vis sur la carte. Ceux-ci servent à établir des connexions fil-carte à l'intérieur du boîtier électronique. J'aurais pu inclure tous les borniers à vis qui pourraient éventuellement être nécessaires pour n'importe quel produit, mais le coût de cette option était excessif. Au lieu de cela, ce sont les seuls composants traversants sur la carte, et ils sont soudés à la main. Seuls les composants nécessaires sont montés, puis ils sont fixés à l'aide d'un gabarit personnalisé pour aider à les maintenir et faciliter la soudure à la main.

Une autre technique de réduction des coûts consiste à utiliser les composants standard des fabricants de circuits imprimés (PCB) dans la mesure du possible. Dans notre cas, le fabricant propose ces composants à un prix inférieur et les a toujours en stock. Pour notre contrôleur K28 et notre BMCB, nous utilisons des composants standard tels que : des résistances à couches épaisses, des condensateurs électrolytiques, des diodes et des LED. Comme vous pouvez le voir, nos nouveaux PCB visent à améliorer la fonctionnalité des produits, à simplifier la production, à améliorer la qualité et la fiabilité, et à réduire les coûts.