Jeffrey Cross
Jeffrey Cross

Transformez votre projet électronique en un produit vendable

Vous avez une idée que vous aimeriez mettre sur le marché? Dans cette série, John Teel suit le processus de passage du prototype à la production. Suivez chaque versement pour voir de plus près comment incorporer des composants individuels.


Vous rêvez de développer un nouveau gadget matériel et de le commercialiser? Peut-être que votre objectif est de rendre le monde meilleur avec votre produit, ou peut-être voulez-vous simplement devenir très riche en vendant votre produit.

Développer un prototype de projet en utilisant une plate-forme de développement Arduino, Raspberry Pi ou autre est une première étape fantastique. Cependant, il reste encore beaucoup à faire si vous voulez en faire quelque chose qui puisse être fabriqué et vendu aux masses.

Dans cet article, je vais décomposer le processus en étapes faciles à gérer pour que vous puissiez commencer à réaliser votre rêve!

Étape 1: Sélectionnez les composants électroniques de base

La première étape consiste à sélectionner les micropuces primaires (circuits intégrés), les capteurs, les écrans, les connecteurs et autres composants électroniques en fonction des fonctions souhaitées et de votre prix de détail cible.

Certains des meilleurs endroits pour trouver et acheter des composants électroniques sont les grands distributeurs tels que Arrow, Digikey, Mouser et Future. Les composants peuvent être achetés à l'unité (pour le prototypage et les tests initiaux) ou jusqu'à des milliers (pour la fabrication à faible volume) auprès de l'un de ces fournisseurs. AdaFruit et SparkFun sont deux des meilleures ressources pour les modules électroniques, kits, capteurs, caméras et autres composants électroniques.

Étape 2: Conception du schéma de circuit

Une fois tous les composants essentiels sélectionnés, l'étape suivante consiste à les connecter tous ensemble dans un diagramme schématique. Le diagramme schématique est similaire à un plan pour une maison.

FIGURE 1 - Exemple de schéma de circuit (Arduino Uno)

Le schéma montre comment tous les composants, des puces aux simples résistances, se connectent. Le schéma est une représentation abstraite de la conception électronique. Pour beaucoup, cela peut être l'étape la plus difficile à apprendre car elle nécessite une compréhension fondamentale de l'ingénierie de conception électronique.

Je suggère de commencer avec un prototype basé sur un Arduino ou un Raspberry Pi, vous pourrez ensuite copier beaucoup de leurs schémas open source une fois que vous êtes prêt à migrer vers une conception entièrement personnalisée. Si vous ne comprenez pas bien l'électronique, vous avez trois choix: trouver un co-fondateur qui vous l'enseigne, apprenez vous-même les principes fondamentaux de l'électronique, ou faites appel à un ingénieur en conception électronique pour concevoir entièrement le circuit ou au moins réviser votre système. conception.

Étape 3: Créer la nomenclature

Il est maintenant temps de créer une liste de pièces détaillée appelée nomenclature. La nomenclature répertorie le numéro de pièce, la description de la pièce, la quantité et éventuellement le prix de la pièce. Vous devriez déjà avoir sélectionné les composants les plus importants à l’étape 1. Alors maintenant, vous devez spécifier tous les composants secondaires tels que les condensateurs, les résistances, les inductances, les connecteurs, etc.

Notez que la nomenclature peut être créée après l’étape 4 si vous le souhaitez, mais sa mise en œuvre anticipée vous permet d’estimer plus rapidement le coût de production de votre produit.

ÉTAPE 4: Conception du circuit imprimé

Il est maintenant temps de prendre le diagramme schématique conceptuel et de le transformer en électronique du monde réel: une carte de circuit imprimé (PCB).

FIGURE 2 - Exemple de configuration de carte de circuit imprimé (PCB) et prototype obtenu

Un circuit imprimé est la carte physique qui contient et relie tous les composants électroniques. Pour de nombreux projets, la conception de la carte de circuit imprimé est plus compliquée et prend plus de temps que la conception du schéma d'origine.

Dans la plupart des cas, plus les composants sont serrés, plus la mise en page du circuit imprimé sera longue. Cela signifie que pour les produits vraiment petits, tels que les dispositifs à technologie portable, il faudra du temps supplémentaire pour créer la présentation de la carte.

Si votre gadget consomme beaucoup d'énergie ou offre une connectivité sans fil, la configuration du circuit imprimé est encore plus critique et prend beaucoup de temps.

Pour les produits de communication sans fil, vous devez accorder une attention particulière à la configuration de la carte de circuit imprimé pour les circuits RF (radiofréquence), qui correspond généralement à l’antenne. La disposition de l’antenne est non seulement critique, mais aussi compliquée. Une configuration d'antenne incorrecte est probablement l'une des erreurs les plus fréquentes dans les conceptions de circuits imprimés. Je vous suggère fortement de faire appel à un fabricant d’antenne ou à un ingénieur indépendant afin d’examiner la disposition de votre antenne avant le prototypage. Assurez-vous simplement de faire appel à un ingénieur expérimenté dans la configuration des antennes, car la plupart d'entre eux n'auront pas l'expérience nécessaire.

N'oubliez pas qu'il vous faudra probablement régler votre antenne pour obtenir une efficacité maximale. Plusieurs fois, le fabricant de votre antenne fournira ce service de réglage.

Étape 5: Commandez les prototypes de PCB

La production de prototypes de cartes électroniques se fait en deux étapes. La première étape consiste à produire les cartes de circuit imprimé nues. Pour cette étape, j'utilise les circuits Sunstone ou San Francisco, mais il existe également de nombreux autres choix. La deuxième étape consiste à assembler tous les composants électroniques sur le circuit imprimé. Pour cette étape, j'utilise généralement une société appelée Screaming Circuits.

L’assemblage est généralement l’étape la plus coûteuse et, selon mon expérience, représente environ les deux tiers du coût total des PCB. Pour économiser de l'argent, vous pouvez bien sûr souder vous-même des composants si vous maîtrisez bien le soudage. Cependant, de nombreux composants modernes sont sans plomb (les conducteurs sont en dessous de la pièce), ce qui les rend impossible à faire à la main.

Dans la plupart des cas, il faudra quelques semaines pour obtenir des cartes complètement assemblées, à moins que vous ne payiez un supplément pour un service accéléré. En général, je commence par commander environ 5 cartes assemblées, ce qui coûte environ 2 000 dollars.

Si une taille extrêmement petite est absolument essentielle pour votre produit (pensez aux technologies portables et à l'Internet des objets), vous devrez peut-être envisager des méthodes de production de PCB plus avancées pour atteindre la taille souhaitée. Par exemple, l'utilisation de vias enterrés et / ou aveugles vous permettra de tout emballer incroyablement serré. Cependant, ces vias avancés peuvent facilement tripler le coût de votre prototype. Il est donc préférable de ne les utiliser que s’ils sont essentiels au succès du produit.

Étape 6: programmez le microcontrôleur ou le microprocesseur

La plupart des appareils électroniques contiennent une puce appelée micro-unité de traitement (MCU) ou micro-unité de traitement (MPU) qui sert de «cerveau» principal à l’appareil. Comme leur nom l'indique, une MCU est très efficace pour contrôler les choses, et une MPU est excellente pour le traitement des données. Un MCU est plutôt un MPU lent avec moins de mémoire et moins de broches, mais avec plus de périphériques intégrés pour une interface avec le monde extérieur. Un MCU n’exige pas de système d’exploitation comme un système basé sur un MPU, ce qui en fait une solution beaucoup plus simple.

Par exemple, un Arduino est un système de développement basé sur un microcontrôleur (MCU), tandis qu'un Raspberry Pi est une plate-forme basée sur un microprocesseur (MPU) plus puissant avec un système d'exploitation complet.

Que votre produit utilise un microcontrôleur ou un microprocesseur, il doit être programmé. Ce programme (appelé firmware) sera très probablement développé en langage informatique «C».

Étape 7: Évaluer, déboguer et répéter

La première version de tout nouveau produit n'est jamais prête pour le marché, et les problèmes éventuels seront résolus lors de la prochaine itération du prototype. Il y aura presque toujours des problèmes, aussi ne soyez pas trop optimiste lors de la création de vos plans de développement et de financement. Plan pour la réalité.

Cela peut être une étape difficile à prévoir en termes de coût et de temps. Bien entendu, tous les problèmes rencontrés sont inattendus. Il faudra donc du temps pour déterminer la source du bogue et déterminer le meilleur moyen de le résoudre. Cependant, toute entreprise développant de nouveaux produits matériels doit surmonter le même obstacle.

Étape 8: Certifications

Afin de vendre un nouveau produit électronique dans la plupart des pays, plusieurs types de certification sont nécessaires. Les certifications exactes requises dépendent du pays / de la région où le produit sera vendu.

Je vous préviendrai que l’obtention de certifications n’est pas une mince affaire et que la plupart des produits coûteront au moins 10 000 $ à 30 000 $ pour être certifiés. Heureusement, il existe des moyens de réduire ce coût, par exemple en utilisant des modules sans fil pré-certifiés. Vous trouverez ci-dessous un bref aperçu des certifications requises aux États-Unis, au Canada et en Europe.

La certification FCC (Federal Communications Commission) est requise pour tous les produits électriques vendus aux États-Unis. Les produits qui ne rayonnent pas intentionnellement d’énergie électromagnétique (c’est-à-dire sans fonctions sans fil) sont classés dans la catégorie autres que les radiateurs. D'autre part, les produits sans fil transmettent intentionnellement de l'énergie électromagnétique et sont classés en tant que radiateurs intentionnels. Obtenir la certification FCC pour un radiateur intentionnel coûte beaucoup plus cher.

Une certification UL (Underwriters Laboratories) ou CSA (Association canadienne de normalisation) est requise pour tout produit électrique vendu aux États-Unis et / ou au Canada et branché sur une prise secteur. Les produits fonctionnant uniquement avec des batteries sans capacité de recharge ne nécessitent pas de certification UL / CSA. Cependant, la plupart des chaînes de détaillants et / ou des compagnies d’assurance en responsabilité du fait des produits exigeront une certification UL / CSA pour tout produit électronique.

La certification CE (Conformité Européenne) est requise pour les produits vendus dans l'Union européenne (UE). Il est similaire aux certifications FCC et UL requises aux États-Unis.

Une certification RoHS (Restriction of Hazardous Substances) est requise pour les produits électriques vendus dans l'Union européenne (UE). Il certifie que les composants électroniques sont sans plomb.

Conclusion

Si votre produit nécessite des composants électroniques, la complexité de son développement augmentera sans aucun doute. Cela signifie une augmentation des coûts de développement, du temps et des risques.

Pour réduire votre risque de développement (et généralement votre coût et votre temps), je vous recommande vivement de demander un deuxième avis sur tout modèle avant de le prototyper. Les secondes opinions, communément appelées revues de conception, peuvent considérablement réduire le risque d’erreurs. Du côté positif, la migration de l'électronique du prototype à la production en série est relativement simple.

Part

Laisser Un Commentaire