Як полюбити mbed, а потім двічі зганьбитися

Ця стаття закінчує цикл публікацій про розробку вимірювального пристрою в онлайн IDE mbed від компанії ARM.

Власне, розповідь про розробку софта для мікроконтролерів і про використаних апаратних блоках вже завершений, цілих п'ять статей вийшло. Але я люблю цілісні історії, тому розповім і про те, як при спробі укласти розроблену систему в корпус все було зіпсовано. Двічі.

Попередні статті:


Ну гаразд, не те щоб все зовсім зіпсоване, але помилки сталися досить забавні.

1. Як все замислювалося

Ми не розробляємо електроніку, ми поставляємо електронні компоненти. Пристрій було задумано і реалізовано виключно для демонстрації роботи двох апаратних блоків — красивого ємнісного TFT-дисплея від Riverdi і датчика відносної вологості серії HYT від IST-AG.

Тобто у планах ніколи не було ні випускати щось схоже серійно, ні навіть робити другий такий же девайс. Тому, а ще тому що пристрій має легко розбиратися на частини, корпус ми укладаємо не спеціально зроблену компактну друковану плату, а просто кілька отладок від виробника — з невикористовуваними апаратними блоками, сполуками з макетних проводів і іншим неподобством.



Після консультацій з колегами, які займаються поставками і доопрацюванням корпусів для РЕА, було вирішено взяти задню частину і ніжку від стандартного корпусу OKW, а передню стінку надрукувати своїми силами. Крім неї на 3D-принтері друкувалися «внутрішні» деталі — невеличка камера для установки датчика HY-271 та деталі для кріплення плат всередині корпусу.



При створенні моделі для друку використовувалися програми SolidWorks і Polygon. Принтер використовує саму популярну на сьогодні технологію — пошарове наплавлення (Fusing Deposition Modeling, FDM).



Друк — зовсім не мій профіль, тому скажу тільки загальні слова.

Суть технології пошарового наплавлення відображено в її назві. Після створення тривимірної моделі деталі і завантаження цієї моделі на принтер починається пошарове нанесення гарячого пластику, який застигає відразу після нанесення чергового шару. На відміну від інших технологій 3D-друку, FDM рухомим елементом є екструдер — сопло, на якому пластик плавиться і видавлюється на модель.

Недоліками цієї технології друку є термоусадка і низька роздільна здатність друку. Термоусадка може впливати (і впливає) на розміри доконаного вироби, а низька роздільна здатність друку тягне шаруватість поверхні, яку видно неозброєним оком. Однак ці недоліки з лишком компенсується низькою ціною обладнання і матеріалів для пошарової друку, саме тому в останні роки ми чуємо про 3D-друку з кожного праски.

Пошарова друк відмінно підходить для створення штучних виробів і прототипів для серійного виробництва. В моєму випадку якості друку було достатньо для деталей, які поміщаються всередину корпусу, а ось поверхня передньої кришки корпусу довелося допрацьовувати — шліфувати, полірувати, допілівать і навіть трошки гріти паяльным феном. За кілька годин вдалося зробити шари пластику на поверхні кришки майже непомітними.

Перейдемо до складання. Нагадаю, що в проекті використовується датчик HYT-271 — модель датчика відносної вологості, виконана без захисного металевого корпусу. Датчик вирішено було помістити в невелику камеру без передньої стінки, а цю камеру кріпити до передній кришці корпусу, де для контакту датчика з навколишнім середовищем передбачені досить великі отвори.



Налагоджувальна плата з мікроконтролером EFM32 на борту і плата-перехідник для підключення дисплея кріпляться на надрукованій пластині. На цій пластині також передбачені отвори для кріплення до передній кришці корпусу.





На передню кришку встановлюється TFT-дисплей. Дисплей RVT43ULFNWC0x призначений для монтажу в отвір — він оснащений декоративною рамкою, яка із зворотного боку має клейку смужку і закриває краю отвору.



2. Як все вийшло

Виглядає все цілком пристойно, проте точність зібраного пристрою виявилася значно нижче, ніж точність того ж девайса в розібраному стані.

Помилка #1
Звичайно, з самого початку було зрозуміло, що на роботу датчика температури і відносної вологості, який знаходиться всередині корпусу (хоч і в окремій камері), буде впливати навколишнє його електроніка. Однак вноситься похибка повинна була бути невеликою, а ми взагалі-то нічого і не вимірюємо. Пристрій просто демонструє роботу компонентів, щоб було що повертіти в руках поки розповідаєш про дисплеї або датчику. Коротше кажучи, з самого початку вирішено було не морочитися і не виносити датчик на відстань від інших компонентів.

Але помилка навіть не в цьому.

Камера, в якій знаходиться датчик, кріпиться до передньої стінки корпусу. Там же, на передній стінці, приблизно на сантиметр вище, розташований сенсорний TFT-дисплей. На задній стороні дисплея знаходяться система управління дисплеєм — графічний контролер FT801 та схема управління матрицею дисплея.



Після декількох годин роботи TFT-модуль нагрівається нерівномірно, причому найбільше тепла йде від схеми управління матрицею. Вже вгадали де виявилася камера з датчиком?



Помилка #2
Коли пристрій було знову розібрано, помилка у вимірюванні температури, звичайно, зменшилася. Однак датчик все одно привирал — точність вимірювань не відповідала точності, яку датчик показував до установки в корпус.

Загадка вирішилася просто. Датчик відносної вологості має чутливий елемент, ємність якого змінюється пропорційно відносної вологості середовища. Чутливий елемент побудований на базі чутливого до вологості полімеру, а цей полімер піддається дії різних газів. Це біда всіх ємнісних датчиків вологості. Вплив деяких газів на датчики серії HYT лікується прогріванням (близько 140 °С протягом 2-3 хвилин), вплив інших газів необоротно.

У будь-якому випадку, моєю помилкою було те, що датчик був встановлений в корпус відразу після друку. Нерозумно вийшло, корпус, зрештою, ще пах пластмасою! У підсумку полімер «надихався» парами пластику і його вихідна характеристика благополучно з'їхала.



Ось така історія. Помилки враховані і виправлені, але про це не цікаво ні читати, ні писати.

» Відео, яке демонструє роботу пристрою можна подивитися на youtube.
» Вихідний код програми для мікроконтролера доступний на developer.mbed.com.
» Посилання на статті з описом всього процесу розробки ПЗ наведено на початку цієї статті.

Висновок

У висновку традиційно дякую за увагу читача і нагадую, що питання щодо застосування продукції, про яку ми пишемо на хабре, можна також задавати на email, вказаний в моєму профілі.

P. S. Так, корпусами для РЕА ми теж займаємося.
Джерело: Хабрахабр

0 коментарів

Тільки зареєстровані та авторизовані користувачі можуть залишати коментарі.