در دنیای امروز، طراحی و ساخت تجهیزات الکترونیک نقش حیاتی در زندگی روزمره ما ایفا می‌کنند. از گوشی‌های هوشمند گرفته تا دستگاه‌های پزشکی، همه و همه نیاز به طراحی و ساخت دارند.
در این مقاله، به بررسی مراحل طراحی و ساخت تجهیزات الکترونیکی از تعریف مسئله تا انبوه‌سازی محصولات در شرکت آریا دنا صنعت می‌پردازیم.
تعریف مسئله یا RFP ساخت تجهیزات الکترونیک
در این مرحله مشکل مشخص میشود و راه حل آن بیان میشود.
بررسی درخواست پیشنهاد (RFP)
نیازمندی‌ها
کارفرما لیستی از نیازمندی‌های کلی پروژه را ارسال میکند که در آن تمامی نیازهای پروژه ذکر شده است.
استانداردها
استانداردهای لازم یا به صورت دقیق تعریف می‌شوند و یا شماره استاندارد مربوطه مشخص میشود.
شرایط استفاده
در این بخش، شرایط محیطی و استفاده‌ای که برای پیاده‌سازی سخت‌افزار مهم است بیان میشود. این شرایط شامل دما، رطوبت، گرد و غبار، نویز و ساعات کاری دستگاه در طول شبانه‌روز است.
نحوه تحویل
استانداردهای تحویل اهمیت بسیاری دارند. پس از پایان پروژه، کارفرما و مجری طرح باید طبق این استانداردها پروژه را به اتمام برسانند.
قیمت پیشنهادی
کارفرما ممکن است یک قیمت یا محدوده قیمتی برای پروژه پیشنهاد دهد که توسط مجری بررسی میشود.
زمان‌بندی پروژه
کارفرما یا مجری، محدودیت زمانی اجرای پروژه {طراحی و ساخت تجهیزات الکترونیک} را مشخص می‌کنند.
کیفیت
کیفیت که برای محصولات مختلف تعاریف متفاوتی دارد تعیین میشود. به عنوان مثال، میزان نویز در مدارات الکتریکی یا مقاومت بتن در پروژه‌های عمرانی.
تعریف الگوریتم‌ها
تخصصی‌ها و الگوریتم‌های مربوط به سیستم توسط متخصصان کارفرما تعریف شده و به مجری طرح توضیح داده میشود. در صورت نیاز، این موارد در جلسات حضوری یا آنلاین مطرح میشود.
معرفی نسخه‌های قبلی
اگر دستگاه مورد نظر دارای نسخه‌های قبلی است، این نسخه‌ها می‌توانند نقطه شروع خوبی برای پروژه جدید باشند.
کدها و سخت‌افزارهای موجود
ممکن است برخی کدهای نرم‌افزاری و سخت‌افزارهای موجود در پروژه جدید استفاده شوند.
تشابه با دستگاه خارجی
گاهی هدف تولید یک محصول مشابه با یک دستگاه خارجی است که کارفرما می‌تواند کاتالوگ‌ها یا نمونه دستگاه را به مجری ارائه دهد.
شبیه‌سازی و پیاده‌سازی الگوریتم
در این مرحله، طراحی و ساخت تجهیزات الکترونیکی، شبیه‌سازی الگوریتم‌ها از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. این مرحله به ما کمک میکند تا اطمینان حاصل کنیم که الگوریتم‌ها به درستی کار می‌کنند و مشکلات احتمالی در مراحل بعدی کاهش می‌یابند.
نرم‌افزارهای MATLAB و Simulink ابزارهای قدرتمندی برای شبیه‌سازی مدارها و سیستم‌ها هستند. همچنین از نرم افزارهای multisim و pspice برای شبیه سازی مدارات الکترونیک آنالوگ و دیجیتال استفاده میشود.
طراحی سخت‌افزار و PCB
یکی از مهم‌ترین بخش‌های پیاده‌سازی سخت‌افزار، طراحی برد مدار چاپی (PCB) است که شامل مراحل زیر می‌باشد:
طراحی شماتیک:
ایجاد شماتیک مدار با استفاده از نرم‌افزارهایی مانند آلتیوم.
انتخاب قطعات:
انتخاب قطعات مناسب و موجود بر اساس شماتیک، قبل از طراحی و ساخت تجهیزات الکترونیک.
طرح‌بندی و چینش برد:
چینش قطعات روی برد، طراحی مسیرها و لایه‌ها، تعیین شکل برد، و جاگذاری پیچ و سوراخ‌ها.
تأیید طراحی و تولید PCB:
بررسی و تأیید نهایی طرح توسط تیم مهندسی و طراحی PCB.
تولید برد:
سفارش PCB نهایی برای تولید برد مدار چاپی.
مونتاژ قطعات:
نصب و لحیم کاری قطعات روی برد تولید شده.
تست الکتریکی برد:
تست و ارزیابی عملکرد برد برای اطمینان از صحت عملکرد الکتریکی.
برنامه‌نویسی
پس از تولید برد، پردازنده‌ها و میکروکنترلرها برنامه‌ریزی می‌شوند. در ادامه، سخت‌افزارهای متداول، زبان‌های برنامه‌نویسی آن‌ها و نرم‌افزارهای مخصوص برنامه‌ریزی آن‌ها معرفی شده‌اند:
FPGA:
– زبان‌های سخت‌افزاری: Verilog، VHDL
– نرم‌افزارهای برنامه‌نویسی: ISE، Vivado، Quartus Prime
ARM:
– زبان‌های برنامه‌نویسی: C، C++
– نرم‌افزارهای برنامه‌نویسی: Keil µVision، ARM DS-5، GNU Toolchain (برای برنامه‌نویسی در محیط‌های متن‌باز)
PIC:
– زبان‌های برنامه‌نویسی: C، Assembly
– نرم‌افزارهای برنامه‌نویسی: MPLAB X IDE، XC8 Compiler
AVR:
– زبان‌های برنامه‌نویسی: C، Assembly
– نرم‌افزارهای برنامه‌نویسی: Atmel Studio، AVR-GCC
تست نهایی
در پایان، تست نهایی طراح و ساخت تجهیزات الکترونیکی انجام میشود. این مرحله شامل ارزیابی عملکرد کلی دستگاه و اطمینان از کیفیت تمامی اجزا است.
تست‌های مختلفی انجام میشود تا اطمینان حاصل شود که دستگاه طبق وظایف تعریف شده کار میکند.
طراحی قاب و انبوه‌سازی
بعد از تمامی مراحل فنی، نوبت به طراحی قاب تجهیزات الکترونیکی می‌رسد. طراحی قاب باید هم زیبا و هم کاربردی باشد.
قاب باید بتواند از قطعات داخلی محافظت کند و در عین حال استفاده از دستگاه را راحت‌تر کند.
در این مرحله ممکن است از قاب فلزی برای خنک کاری بهتر استفاده شود. همچنین اضافه کردن فن و هیتسینگ نیز ممکن است مد نظر قرار گیرد.
پایه های مناسب، درجه آزادی دستگاه و دیگر مواردی که در انبوه سازی اهمیت پیدا میکند مد نظر قرار میگیرد.