Vier Lektionen, die ein erwachsener Ingenieur aus Kinderspielzeug lernen kann

Kinderspielzeug ist nicht nur etwas für Kinder. In jedem Spielzeug stecken Hunderte von Stunden Ingenieurserfahrung, die nur darauf warten, entdeckt zu werden.

Meine Eltern erinnern mich immer wieder daran, dass seit meinem fünften Lebensjahr kein elektromechanisches Gerät mehr in meiner Nähe ist. Meine Faszination scheint immer darin zu liegen, Dinge zusammenzubauen oder auseinander zu nehmen. Ich habe sehr selten mit den Spielzeugen gespielt, wie es die Hersteller beabsichtigten. Ich möchte wissen, was drin ist – wie sie ticken.

Und als ich die Gelegenheit bekam, das modulare Lernsystem Crowbits von Elecrow in die Finger zu bekommen, war meine Reaktion, die Module auseinanderzunehmen und sofort ihre Geheimnisse zu entdecken. Ich empfehle nicht, die Module auseinander zu nehmen, da Sie die Pogo-Pins zum Wiederzusammenbau entfernen müssen und sie ohne Beschädigung wieder nur schwer wieder einzuführen sind.

Aus journalistischen Gründen habe ich in vergangenen Kickstarter-Kampagnen Elecrow-Produkte gekauft. Für diesen Artikel stellte das Unternehmen jedoch ein ergänzendes CrowPi-Kit zur Verfügung, das ich nach dem Schreiben an eine örtliche Grund- oder Mittelschule weitergeben und spenden werde.

Obwohl Crowbits technisch so konzipiert ist, dass es junge Menschen neugierig macht, erinnert mich meine Erfahrung mit den Bausätzen auch an vier wertvolle Lektionen, die ein erwachsener EE von diesen und ähnlichen Spielzeugen lernen kann.

Über Crowbits und Makeblock-Kits

Bevor wir zu diesen Imbissbuden springen, hier ein kleiner Hintergrund zu den Kits selbst. Crowbits werden in Kits geliefert, die in drei Schwierigkeitsstufen unterteilt sind:keine Programmierung erforderlich, Programmierung erforderlich und fortgeschrittene Anwendung.

Jedes der drei Kits enthält Lego-kompatible Module, die über Pogo-Pins magnetisch verbunden und in Kategorien unterteilt sind, die nach Funktion farbcodiert sind:

• Blau:Leistungs- und Logikmodule
• Gelb:Eingangsmodule
• Grün:Ausgangsmodule
• Orange:Sondermodule

Sie können die Teile verwenden, um alles zu bauen, von einem einfachen Erdbebenwarnsensor, der bei Störungen eine LED aufleuchtet, bis hin zu einem Mobiltelefon. Du hast richtig gelesen – ein Handy!

Das Crowbits-Kit enthält magnetische Pogo-Pin-Anschlüsse. Bild mit freundlicher Genehmigung von Elecrow

Diese Module erinnern Sie vielleicht an die Snap-Module der Makeblock Neuron-Reihe, die ich vor einigen Jahren behandelt habe. Ich war so begeistert von den Lektionen im modularen Design, die ich vom Neuron gelernt habe, dass ich ein Super Simple Sensor System entwickelt habe. Und ich habe bereits einige Ideen für zukünftige Produkte, die ich mit den Erfahrungen aus den Erfahrungen von Crowbits entwerfen könnte.

Die Makeblock Neuron-Kits. Bild mit freundlicher Genehmigung von Makeblock

Beide Modulsätze werden mit einem Spin-off der Programmiersprache Scratch des MIT namens Letscode programmiert .

Was kann ein praktizierender Ingenieur in diesem Kontext möglicherweise von diesen Kinderspielzeugen lernen?

Lektion 1:Wenn es funktioniert und sicher ist, finden Sie einen Weg, es billiger zu machen

Entfernen Sie überflüssige Mikrocontroller

Allein aufgrund des Aussehens scheint das Makeblock Neuron einige Designinspirationen für die Crowbits-Module zu liefern. Makeblocks Neuron hat eine Funktion, die ich liebe:Es gibt genau vier Pins an jeder Schnittstelle, und in absolut jedem Modul befindet sich ein Mikrocontroller. Dadurch können die Daten alle Module passieren.

Nicht jeder Mikrocontroller ist geeignet; Makeblock-Mikrocontroller benötigen mindestens zwei und manchmal drei verfügbare USART-Leitungen mit unabhängigen Puffern. Jeder Mikrocontroller liest zwei UART-Leitungen, schreibt zwei UART-Leitungen und benötigt einen weiteren seriellen Datenbus, der für UART/SPI/I2C verfügbar ist, um die Sensoren am Block anzuschließen.

Eine einfache Darstellung einer einfachen UART-Kommunikationsschnittstelle (universeller asynchroner Empfänger/Sender)

Das ist keine besonders günstige Option. Aber es ermöglichte den Ingenieuren, das Makeblock-Ökosystem einfach zu erstellen. Ein Block kann sein, was er will, solange er diese beiden seriellen Leitungen hat, die den Block betreten und verlassen (ein UART links, einer rechts). Aber es erhöht auch die Gesamtkosten des Systems. Wenn der Block nur ein Rheostat oder ein Taster ist, muss er dann einen Mikrocontroller haben? Wahrscheinlich nicht.

Die Crowbits-Ingenieure haben verschiedene Designentscheidungen und Fortschritte getroffen, die die Stücklistenkosten senken und die Benutzerfreundlichkeit der Module erhöhen. Sie haben immer noch Daten, die sich zwischen einigen Modulen bewegen, aber manchmal sind diese Daten I2C, manchmal SPI, manchmal UART, und bei vielen Modulen gibt es überhaupt keine Daten – nur ein Stromzufuhrschalter.

Diese Entscheidung senkt die Kosten für einige PCBs auf Kosten einer längeren Designzeit erheblich.

Connector-Kosten reduzieren

Mir ist aufgefallen, dass Makeblock in ihrem Design magnetische Pogo-Pins (in einem einzigen Paket geformt) verwendet. Im Gegensatz dazu verwendet Crowbits Pogo-Pins und Magnete, die in separat geformte Verbinder gleiten.

Ich kenne die genauen Kosteneinsparungen hier nicht, aber als ich vor einigen Jahren versuchte, die magnetischen Pogo-Pins zu beschaffen, die im Makeblock-Design verwendet wurden, stellte ich fest, dass sie ungefähr 1 US-Dollar pro Paar bei einer Menge von 1 ku betrugen (Preis direkt ab Werk). . Das ist ziemlich viel, da einzelne Pogo-Pins und Magnete nur wenige Cent pro Teil kosten. Off-Board-Steckverbinder sind einige der teuersten Projektfunktionen, daher kann ich mir vorstellen, dass dies die Gesamtkosten des Projekts geringfügig, aber erheblich verringert hat.

Makeblock vs. Crowbits Pogo Pins und Magnete

Ich glaube nicht, dass Crowbits existieren würde, ohne dass Makeblock den Weg ebnet. Ich freue mich über jede Designentscheidung. Wenn ich diese Blöcke erstellen würde, würde ich mich wahrscheinlich für Makeblock entscheiden, weil ich glaube nicht, dass ich die Voraussicht habe, die Organisationsstruktur von Crowbits zu verwenden; Sie haben viel Zeit damit verbracht, dieses Design zu planen.

Lektion 2:Machen Sie es anpassbar

Elektroniker ist ein anspruchsvoller Beruf. Es gibt so viele konkurrierende Anforderungen für ein bestimmtes Design, dass es schwierig ist, etwas anderes zu tun, als sich auf die jeweilige Aufgabe zu konzentrieren. Aber oft, wenn wir einen Schritt zurücktreten, können wir beginnen, das Gesamtbild zu betrachten.

Crowbits und Makeblock machen ein stufenlos einstellbares Produkt. Sie können einzelne oder alle ihrer Module ersetzen, ohne die Leistung des Systems zu beeinträchtigen. Wenn ein Teil aus irgendeinem Grund nicht verfügbar ist, können sie die Platine für dieses Modul zu minimalen Kosten mit neuen Funktionen neu bestücken, und der Endbenutzer wäre nicht klüger. Sie können das Produkt erweitern oder verkleinern, um die Marktnachfrage zu erfüllen.

littleBits ist ein weiteres modulares Elektronik-Kit, das von anpassbaren Produkten profitiert. Bild mit freundlicher Genehmigung von littleBits

Die allgemeine Einstellbarkeit macht diese beiden Konstruktionen im Bereich der Elektroniktechnik relativ einzigartig. Viel zu oft tappen Ingenieure in die Falle, komplett maßgeschneiderte Lösungen für ihre Kunden zu entwickeln. Hin und wieder sehe ich ein hierarchisches schematisches Design, bei dem ein bestimmtes Subsystem etwas sauberer angelegt ist als die anderen. Oder ich bemerke eine Platine, die es mir ermöglicht, den Signalweg klar zu verfolgen, während er sich in die Platine hinein und aus ihr heraus bewegt.

Dies sind normalerweise Zeiten, in denen ein Ingenieur Teile früherer Konstruktionen wiederverwendet hat. Die Wiederverwendung von Subsystemen kann viel Zeit sparen, und das modulare Design ermöglicht es den Teammitgliedern, sich auf die einzelnen Aspekte eines Designs zu konzentrieren.

Wenn Sie das nächste Mal ein Projekt erstellen, fragen Sie sich, ob Sie die Zukunftssicherheit für dieses Design durch den Einbau eines Erweiterungsports integrieren können.

• Gibt es auf dem Mikrocontroller ungenutzte GPIO-Pins oder einen zusätzlichen USART-Datenbus, den Sie zur späteren Verwendung an den Rand des Boards leiten können?
• Vielleicht können Sie es an einen nicht ausgefüllten Header weiterleiten?
• Gibt es genügend Platz auf der Platine, um alternative Anschlussflächenmuster anzubringen, falls das Teil nicht verfügbar ist?
• Können Sie ein FCC-zertifiziertes Modul verwenden, anstatt Ihr eigenes drahtloses Subsystem zu entwickeln?

Lektion 3:Machen Sie es idiotensicher

Gehen Sie davon aus, dass niemand Ihr Handbuch liest, es sei denn, es geht etwas schief. Die Leute nehmen Dinge aus der Schachtel, fangen an, Teile zusammenzusetzen und Knöpfe zu drücken. Sofern Sie keine Funktionen entwickeln, die einen Benutzer aktiv daran hindern, etwas zu tun, was er nicht tun sollte, können Sie von einem Benutzer erwarten, dass er dies tut.

Sowohl Makeblock als auch Elecrow haben ihre Geräte mit Magneten und Pogo-Pins polarisiert. Es ist schwierig, wenn nicht unmöglich, Module falsch miteinander zu verbinden. Magnetisch befestigte Module ziehen natürlich eine richtige Verbindung an und stoßen eine falsche Beziehung ab.

Tun Sie alles, was Sie können – verwenden Sie polarisierte Steckverbinder, stellen Sie Steckverbinder mit einem anderen Rastermaß oder Farbcode her – um sicherzustellen, dass Ihre Benutzer nicht das Handbuch lesen müssen, damit die Dinge funktionieren. Dadurch wird der Zeitaufwand für die RMA-Fehlerbehebung reduziert.

Lektion 4:Marktforschung

Es ist eine ziemlich gute Vermutung, dass, wenn Sie eine Idee haben, ein anderer Ingenieur irgendwo auf der Welt sie schon einmal hatte. Bevor Sie anfangen, Ihre Zeit, Ihren Schweiß und Ihre Träume in das nächste große Ding zu stecken, recherchieren Sie ein wenig, um festzustellen, ob andere bereit sind, für Ihre Ideen zu bezahlen.

Elecrow hat Crowbits entwickelt, weil sie den Erfolg von Makeblocks Neuron gesehen haben. Sie hatten eine etwas andere Sicht auf die Implementierung, wussten jedoch, dass es einen Markt dafür gab, weil es bereits auf dem Markt war.

Sowohl Makeblock als auch Elecrow taten alles, um das Risiko zu mindern, indem sie die Produktion über eine Kickstarter-Kampagne starteten. Sie haben diese Produkte nicht „nach Maß“ hergestellt. Sie stellten diese Produkte in dem Wissen her, dass es einen Markt für sie gab.

Wenn Sie Designs für einen Kunden erstellen, wissen Sie, dass Sie dafür bezahlt werden. Aber wenn Sie irgendwo auf der Welt Dinge für einen unbekannten Kunden herstellen, können Sie viel wertvolle Zeit, Geld und geistige Gesundheit verschwenden. Tue alles, um aus den Erfolgen oder Misserfolgen anderer zu lernen und auf ihren Ideen aufzubauen.

Zusammenfassung

Barbies sind nicht nur für Mädchen, Feuerwehrautos nicht nur für Jungen und Kinderspielzeug nicht nur für Kinder. In jedem Spielzeug stecken Hunderte Stunden Ingenieurserfahrung, die nur darauf warten, entdeckt zu werden. Wenn Sie also das nächste Mal eine spannende Kickstarter-Kampagne sehen oder ein neues Produkt in Ihren Posteingang gelangt, öffnen Sie es und erkunden Sie es, bevor Sie es Ihrem Neffen oder einer örtlichen Schule geben.