پروژه الکترونیک

نکته آموزشی, پروژه الکترونیک ABAL0600

(Application Learn Electronics project ABAL0600)

1. مقدمه

بررسی الکترونیک یکی از پیچیده‌ترین و زیباترین مسائل روز دنیاست که در پی آن فناوری‌ها و تکنولوژی‌های زیادی به‌وجودآمده است. با نگاه به پیرامون خود متوجه خواهید شد کنترل، برنامه‌ریزی و فرایند بیش از نیمی از تجهیزات توسط مدارات الکترونیکی صورت می‌گیرد. به ‌نحوی که حتی اگر قسمت کوچکی از یک مدار به ‌دلیل اختلال محیطی و یا انسانی از کار بیفتد می‌تواند باعث تعطیلی یک نیروگاه در تولید برق شود که خود قطعی برق و آسیب لوازم و تجهیزات را به‌ همراه دارد. از این‌ رو یک طراحی الکترونیک خوب مهم و ضروری است.

شرکت فنی و مهندسی آبی برد در این راهنمای کاربردی سعی کرده تا مراحل طراحی و تولید و عرضه محصول الکترونیک را به‌ صورت پایه‌ای و اساسی مورد بررسی قرار دهد تا علاقمندان و متخصصین این رشته با توانایی خود و مطالعه بیشتر بتوانند این حرفه را به ‌خوبی پاسخگو باشند تا هم در زمینه پیشرفت خود و هم در زمینه آبادانی کشور گام بزرگی بردارند.

2. مطالعه و اطلاعات کافی

برای انجام هر کاری نیاز به مطالعه دارید تا بتوانید با استفاده از معلومات و تجربیات دیگران، سازندگان و اساتید بهترین پاسخ را دریافت کنید. در زمینه الکترونیک نیز کتاب‌ها و مطالب فراوانی با انواع زبان‌ها موجود است که نیاز می‌باشد به آن‌ها اهمیت داده و مطالعه کنید. هر نوع مطالعه می‌تواند مفید باشد اما به یاد داشته باشید که مطالعه دقیق و منسجم و پایه‌ای خیلی بهتر از یک مطالعه مختصر و جزئی است.

شما می‌توانید با مطالعه یک و یا چند کتاب به اطلاعات مفیدی از یک طراحی دست پیدا کنید و حتی برای طراحی و عیب یابی دیگر مدارات نیز از آن معلومات بهره ببرید، اما اگر مطالعه به‌صورت جزئی و از خلاصه دیگران باشد نمی‌تواند ذهن شما را فعال کند و محدود به همان چند خط خواهید شد.

 مثال؛ اگر ما برای کار با یک جی اس ام تنها از صفحه اینترنت و دنیای مجازی استفاده کنیم می توانیم آن‌ را راه‌اندازی کنیم اما با این تکنیک هیچ‌وقت نمی‌توانیم از تمامی امکانات آن جی اس ام بهره ببریم. پس بهترین کاری که باید انجام دهیم مطالعه داکیومنت خود جی اس ام می‌باشد، هرچند دارای صفحات زیادی باشد.

همچنین آن‌ دسته از برنامه‌نویسانی که با اسمبلی و داس پروژه انجام داده‌اند هنگام برنامه‌نویسی با سی شارپ خیلی راحت‌تر مشکلات خود را حل خواهند کرد، زیرا برنامه‌نویسی را به‌صورت پایه‌ای فرا گرفته اند.

3. انتخاب قطعه

نکته دیگری که در انتخاب قطعه حائز اهمیت می‌باشد قیمت آن است که شما به عنوان یک طراح باید آن را در نظر بگیرید. مثال؛ برای یک ارتباط سریال با سرعت ۱۰۰ کیلو بیت بر ثانیه می‌توانیم از دو تراشه با سرعت ۱۲۰ کیلو بیت برثانیه و یا ۲۵۰ کیلو بیت برثانیه استفاده کنیم اما با توجه به قیمت مناسب تر همان تراشه اول را انتخاب می کنیم.

4. کیفیت قطعه

مشخصه بعدی که باید برای یک طراحی در نظر بگیرید کیفیت قطعات می‌باشد. در برخی از کارها نیاز است قطعات اصلی (Original) مورد استفاده قرار گیرد که بردهای صنعتی و نیروگاهی و پزشکی از آن قبیل می‌باشد, در برخی دیگر از مدارات مانند پروژه‌های دانشجویی, عمومی و مدارات نمونه اولیه می‌توانید از قطعات غیراصلی (Fake)ولی باکیفیت استفاده کنید. هرچند گاهی استفاده از قطعات غیر اصلی هزینه بیشتری را متحمل خواهد کرد.

5. مشخصات قطعه

تمامی قطعات شامل داکیومنت و  فایل راهنما می‌باشد تا کاربر طراح بتواند با مطالعه آن تصمیم به انتخاب گیرد. توجه داشته باشید که در مدارات جریان بالا به قطعات با جریان دهی بالا و یا تحمل جریان بالا نیاز است, در مدارات سرعت بالا نیاز به قطعات فرکانس بالا می‌باشد و در مدارات اندازه‌گیری نیاز به قطعاتی با دقت بالا می‌باشد. مثال؛ جهت استفاده از رله در یک مدار روشنایی 220 ولت با جریان 5 آمپر نیاز به یک رله ۲۲۰ ولت با حداقل جریان دهی ۵ آمپر یا ۷ آمپر داریم.

6. معایب و مزایای قطعه

استفاده از هر قطعه می‌تواند دارای معایب و مزایایی باشد که نیاز است شما با مطالعه و حساب و کتاب سرانگشتی آن را بررسی نمایید. اغلب داکیومنت های قطعات یک ویژگی خوب خود را در صفحه اول آورده اند و آن را تبلیغ می‌کنند درصورتی‌که طراح باید به مطالعه دقیق تر آن بپردازد. مثال؛ ترانزیستور شماره ۱ مقدار جریان عبوری را ۱۰ آمپر نوشته و ترانزیستور شماره ۲ نیز این جریان عبوری را همان ۱۰ آمپر نوشته است،اما با مطالعه بیشتر متوجه می‌شویم که ترانزیستور شماره ۱ جریان ۱۰ آمپر را برای ولتاژ ۲۴ ولت ولی ترانزیستور شماره ۲ برای ولتاژ ۴۸ ولت آورده است. همچنین در نظر داشته باشید به ‌طور معمول تولید کنندگان از معایب یا کمبود محصول خود به‌روشنی صحبت نمی‌کنند.

مثال دیگر؛ در داکیومنت رگولاتور ۷۸۰۵ حداکثر ولتاژ ۳۵ ولت آمده، اما اگر ما ولتاژ ۳۵ ولت را به آن اعمال کنیم تراشه بسیار داغ ‌شده و می‌سوزد با مطالعه دقیق‌تر متوجه شدیم اعمال ولتاژ ۳۵ ولت در صورتی امکان پذیر است که یک خنک کننده بر روی تراشه سوار شود. این نکته ما را به یاد خوراکی چیپس و پفک می‌اندازد که خوردن آن برای کودکان زیر ۳ سال ممنوع می‌باشد و این نوشته را تنها با دقت خیلی زیاد می‌توانید بر روی پوسته آن پیدا کنید.

7. قطعات حفاظتی

در حالت اولیه و با طراحی مدار خواسته شما انجام خواهد شد اما پس‌ از آن نیاز است دیگر مراتب را نیز رعایت کنید. هنگامی‌که یک مدار را با حداقل قطعه ساخته اید و عملکرد درستی دارد نیاز است تمهیداتی جهت حفاظت آن در نظر بگیرید. این حفاظت برای خود مدار و همچنین تجهیزات جانبی متصل به آن و اپراتور ضروری می باشد. مثال؛ در یک مدار منبع تغذیه نیاز به استفاده از فیوز داریم تا در صورت بروز مشکل جزئی فیوز عمل کرده و از سوختن و آتش گرفتن مدارو تجهیزات جلوگیری کند. مثال دیگر؛ مشتری به یکی از دوستان ما سفارش مداری داده بود تا به درگاه موازی رایانه (درگاه پرینتر ۲۵ پین) متصل شود و عملیاتی انجام دهد، بعد از طراحی آن را مورد تمسخر قرار داد که چرا این‌ همه قطعه دارد درصورتی‌که من خودم تنها با دو قطعه آن را ساخته ام. جالب اینکه در اینجا هر دو مدار درست و بدون مشکل کار خواهند کرد اما اگر در راه‌اندازی و اتصال مدار به رایانه اشتباهی صورت گیرد مدار مشتری می‌تواند باعث خرابی رایانه شود اما مدار دوست ما باتوجه به قطعات محافظتی هیچ‌گونه خرابی را متوجه رایانه نخواهد کرد.

8. حداقل قطعه

استفاده از حداقل قطعه نیز یکی دیگر از مزایای مدار می‌باشد که طراحی و عیب‌یابی آن را آسان ترکرده و باعث کاهش هزینه و کاهش ابعاد برد شما می شود. مثال؛ برای اندازه‌گیری جریان‌های بالا ابتدا توسط ترانس معادل آن را به دست آورده و سپس با میکروکنترلر مقدار آن را میخوانیم. درصورتی‌که برای اندازه‌گیری جریان های پایین نیاز به این کار نداریم و می‌توان تنها توسط یک تراشه کوچک این تبدیل را انجام دهیم.

9. محاسبه مدار

نهمین مسئله که در طراحی یک مدار از اهمیت زیادی برخوردار است محاسبه مدار می‌باشد. تقریباً تمامی قطعات مدار نیاز به محاسبه دارد حتی ترک‌ها و سیم‌کشی‌های آن، اینکار شاید در ابتدا برای شما سخت باشد اما در نهایت باعث سادگی و آسانی کار شما می‌شود. فرمول ها و نحوه محاسبه هر قطعه را می‌توانید از داکیومنت آن و یا کتاب‌های الکترونیک معتبر استخراج کنید. مثال؛ این‌که ما بخواهیم از یک تراشه میکروکنترولر ای آر ام استفاده کنیم نیاز به محاسبه دارد که تغذیه مدار را باید چند ولت در نظر بگیریم. حتی برای راه‌اندازی یک ال‌ای‌دی توسط منبع تغذیه نیز باید مقاومت سری شده با آن را محاسبه کنیم.

10. نمونه اولیه

پس‌از طراحی مدار نیاز دارید تا یک نمونه از آن را تولید و تست کنید تا متوجه معایب و مزایای طراحی خود شوید. به‌راحتی می‌توان گفت هر طراحی اولیه می‌تواند دارای معایب باشد این ایرادات می‌توان در عملکرد مدار و یا حتی در نصب برد شما دیده شود، تست مدار اولیه و رفع معایب آن و همچنین یادداشت ایرادات آن می‌تواند در طراحی نهایی به شما کمک کند.

11. تست مدار

پس‌از طراحی اولیه و یا طراحی نهایی نیاز است مدار را تست کنید. در برخی موارد ممکن است ایراداتی درهنگام مونتاژ، جای گذاری قطعات، چاپ پی سی بی و کیفیت قطعات وجود داشته باشد که تنها در تست می‌توانید به آن پی ببرید. حتی ممکن است در یک خط تولید ۱۰۰ عددی تعداد ۳۰ عدد آن معیوب باشد که نیاز هست رفع کنید.

12. تلاش و پشتکار

در طراحی الکترونیک با توجه به‌سختی و ظرافت کار نیاز دارید تا از تلاش و پشتکار دست برندارید. مواردی پیش می‌آید که شما برای طراحی و مونتاژ یک عدد برد ۱۵ روز وقت می گذارید اما هنگام تست جواب دلخواه را نمی گیرید در اینجاست که باید پشتکار و حوصله نشان دهید زیرا مشکلات همیشه هست و باید آتش به اختیار عمل کرد و از تلاش نترسید.

الکترونیک نیز مانند تمام کارها نیاز به حوصله و انرژی کافی دارد. مدارات هنگام طراحی، مونتاژ و تست ایرادات و دردسرهای زیادی شامل می شود که تنها با حوصله بالا و انرژی زیاد می‌توانید پاسخ آن را بدهید زیرا اگر مداری درست کار نمی‌کند ایرادی دارد که باید آن را رفع کنید. مثال؛ در یکی از روزهای زمستان با همکاری در حال تولید و تست برد بودیم تا فردای آن روز برای نیروگاه ارسال کنیم. متاسفانه دو عدد از این بردها جواب مناسبی نداشت و تا ۱۲ شب وقت گذاشتیم اما نشد، شب را استراحت کردیم و اول صبح دوباره شروع کردیم و جالب این‌که همون لحظه‌ی اول متوجه ایراد ورودی مدار شدیم، بنابراین با تنظیم جزئی پتانسیومتر آن برد توانستیم مشکل را رفع کنیم.

13. تجربه طراحی

در تمامی کارها تجربه حرفی برای گفتن دارد. این تجربه است که باعث می‌شود طراحی یک مدار را ساده‌تر و عیب یابی آن را سریع‌تر انجام دهید. بنابراین زمان خرج کنید تا به تجربه‌ی شما افزوده شود. مثال: تجربه به ما می‌گوید هنگامی‌که نیاز است بر روی یک مدار از سلف و میکرو کنترلر استفاده شود میکرو را با فاصله قابل‌توجهی از سلف جای‌گذاری می‌کنیم تا تشعشعات سلف کار برنامه را مختل نکند. شاید این موضوع در هنگام محاسبه مدار برای هیچ‌کس روشن نباشد و چیزی به‌نام فرمول نداشته باشد.

14. تجربه دیگران

یکی از کارهایی که امروزه دانشجویان و یا کسانی که می‌خواهند الکترونیک یاد بگیرند انجام می‌دهند استفاده از مدارات و برنامه‌های آماده می‌باشد که این کار خوب است اما نه برای همیشه. شما که می خواهید طراحی الکترونیک یاد بگیرید اگر همیشه از مدارات آماده استفاده کنید و تنها با روشن کردن آن‌ها مدار می سازید، شما هیچ وقت یک طراح واقعی نخواهید شد چون زمانی یک طراح واقعی می‌شوید که با تمام مشکلات آن روبه‌رو شده و با آن‌ها دست‌وپنجه نرم کنید.

برای یک برنامه‌نویس هم تا زمانی‌که از برنامه‌ها و تابع های آماده استفاده کند هیچ گاه یک برنامه‌نویس واقعی نخواهد شد زیرا آن برنامه‌نویسی می‌تواند از برنامه‌ها و توابع آماده برای یادگیری استفاده کند که خود نیز برنامه و یا تابعی تولید کرده باشد.

از طرفی اگر کسی بخواهد تنها یک یا چند پروژه انجام داده و درگیر برنامه نویسی و طراحی مدار نشود انتخاب مبدل، مدارات و برنامه‌های آماده بهترین پیشنهاد می‌باشد زیرا هزینه و زمان کمتری صرف خواهد کرد.

15. ارائه و قیمت گذاری

آخرین کاری که باید برای طراحی و تولید خود در نظری بگیرید ارائه و قیمت‌گذاری آن می‌باشد. برای ارائه نیاز است تبلیغاتی متناسب با طرح خود داشته باشید تا مشتری بتواند با توجه به نیاز خود محصول موردنظر را انتخاب کند، برای قیمت‌گذاری نیز باید موارد مصرفی از قبیل قطعات، پی سی بی و مدت زمان طراحی، تست و مونتاژ و برنامه‌نویسی را محاسبه کنید.

هزینه برنامه و طراحی مدار برای محصول تک و یا محصول چندتایی متفاوت خواهد بود. در محصولی که به‌صورت تکی برای مشتری تولید شده ‌است هزینه برنامه‌ نویسی و طراحی قابل‌توجه است اما در محصولاتی که به‌صورت چند هزار تایی و در تعداد بالا تولید می شود این هزینه‌ها شکسته شده و بسیار کمتر خواهد بود. همچنین مواردی پیش می آید که برای ساخت یک مدار ممکن است مدت زمان زیادی را صرف کنید درصورتی‌که یک فرد باتجربه می‌توانست آن را در زمان کمتری به پایان برساند. در این‌جا انصاف نیست که شما بخواهید مدت زمانی‌که صرف کرده‌اید را به ‌طور کامل به هزینه‌های برد اضافه کنید زیرا قیمت نهایی محصول شما خیلی زیاد خواهد شد و شاید هنگام فروش با شکست مواجه شوید. روزانه طرح‌ها و مدارات زیادی در بازار الکترونیک وجود دارد که می‌توانید با مقایسه آن‌ها با طرح خود قیمت گذاری مناسبی داشته باشید.

ارادتمند شما: مهندس اسماعیل رضاپور

شرکت آبی برد, مجموعه فنی و مهندسی الکترونیک