Entwicklung von Prototypen mit Modulen

Der erste Schritt bei der Entwicklung einer neuen Anwendung ist heutzutage oft ein modularer Ansatz.

Für die Umsetzung stehen dabei viele Möglichkeiten zur Verfügung.

Für eine erste Machbarkeitsstudie werden oft eine Steckplatine und Drahtbrücken verwendet. Ideen können damit sehr schnell getestet werden. Änderungen können innerhalb von Sekunden und ohne zusätzliche Werkzeuge wie einen Lötkolben vorgenommen werden. Durchkontaktierbare Komponenten sind weit verbreitet, entweder als Einzelkomponenten oder in Kits für Bauteile wie Widerstände, Kondensatoren und viele andere elektronische Komponenten.

Abbildung 1: Steckplatine und Drahtbrücken (922327-ND). (Bildquelle: Digi-Key Electronics)

Darüber hinaus erleichtert die gute Verfügbarkeit von Modulen mit Beschleunigungssensoren, Gyroskopen und drahtloser Vernetzung die Verwendung der Steckplatine für komplexere Projekte.

Die Verwendung von oberflächenmontierbaren Bauteilen (SMD) auf Steckplatinen, wenn kein Modul verfügbar ist, ist immer noch schwierig, wird aber mit diesen Adaptern möglich. Die Adapter verwandeln eine SMD-Komponente in eine durchkontaktierbare Komponente, die dann mit Steckplatinen verwendet werden kann. Die Adapter sind für eine Vielzahl von SMD-Gehäusen verfügbar, angefangen von verschiedenen SOT-Gehäusen über eine Vielzahl von SOP- und QFP-Gehäusen bis hin zu BGA-Gehäusen. Es gibt sogar Adapter für verschiedene SMD-Widerstände oder Kondensatoren sowie für verschiedene Anschlüsse wie Micro-USB-Steckverbinder oder MicroSD-Karteneinschübe.

Um einen im Vergleich zu einem Steckplatinendesign robusteren Prototyp zu erhalten, ist es möglich, das Projekt an eine Lochplatine anzupassen, die in verschiedenen Formen und Größen erhältlich ist. Durch einfaches Löten der Bauteile auf die Platine und nachfolgendem Verbinden dieser Bauteile mit Schaltdrähten ist der Prototyp schnell fertiggestellt und kann demonstriert werden.

Ein anderer Ansatz könnte sein, eines der verschiedenen verfügbaren Erweiterungsboards wie z.B. einen Arduino Shield, Raspberry Pi HAT oder BeagleBone Cape zu verwenden. Ein großer Vorteil dieser Plattformen ist die umfassende Verfügbarkeit von Informationen und die Vielfalt der mit ihnen veröffentlichten Projekte. Dennoch müssen bei der Verwendung dieser standardisierten Erweiterungen einige Dinge berücksichtigt werden.

Abbildung 2: TQFP/LQFP80 zu DIP-Adapter (PA0110-ND)

Zum Beispiel haben die Arduinos und ihre Klone eine klar definierte Pinbelegung der Steckleiste, sowie leicht identifizierbare Pins für Stromversorgung und Masse.

Die sekundäre Verwendung einiger Pins für I²C kann jedoch Probleme verursachen. Einige Prozessoren verwenden I²C als sekundäre Funktion auf analogen Pins, andere auf digitalen Pins. Darüber hinaus verwenden einige Arduinos einen Logikspannungspegel von 3,3 V anstelle von 5 V. Dazu ist auf dem Arduino ein Pin auf der Steckleiste verfügbar, der die verwendete Logikpegelspannung identifiziert.

Während alle verschiedenen Raspberry-Pi-Einplatinencomputer (ausgenommen die ausgemusterten A- und B-Modelle und das Compute-Modul) über eine kompatible 40-Pin-Steckleiste verfügen, kann dies bei einigen Klonen anders sein. Die allgemeine Kompatibilität ist normalerweise gegeben, aber sekundäre Funktionen können unterschiedlich sein.

Dies ist jedoch kein großes Problem. Es bedeutet nur, dass Shields, HATs und andere Erweiterungsboards nicht immer 100 % kompatibel mit verwandten MCU-Boards oder Einplatinencomputern sind, und es daher wichtig ist, die Pinbelegung zwischen den verwendeten Modulen zu überprüfen.

Wenn ein passendes System ausgewählt wird, kann der Bau eines Prototypen mit diesen professionell erstellten Erweiterungen viel Entwicklungszeit sparen. Softwarebeispiele, Anleitungen und Videos werden in der Regel bereitgestellt, und technischer Support ist oft verfügbar. Auf jeden Fall ist es möglich, Unterstützung von den verschiedenen Online-Communities zu erhalten.

Alle diese Ansätze tragen dazu bei, die Markteinführungszeit zu verkürzen, indem sie den Machbarkeitsnachweis und die Prototypenphase beschleunigen, was Zeit für die Konzentration auf andere Aspekte des Entwicklungsprozesses spart.