Forum: Platinen Steuerplatine mit STM32 Controller designen


von Andre S. (andyone)


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Hallo liebe Forengemeinde,

Ich bin Entwickler in unserem kleinen Startup und möchte eine Steuerung 
designen. Leider haben wir kaum Geld um diese Dienstleitung von einer 
Firma einzukaufen.

Zu mir: Ich habe Elektroniker gelernt und Wirtschaftsingenieur 
Fachrichtung Elektrotechnik studiert. Bin also ein halber 
Elektroingenieur. Platinen layouten, Löten (SMD oder THT) und ein 
bisschen programmieren (Überwiegend für Arduino Projekte) ist kein 
Problem.

Aber aktuell bin ich an einem größeren Projekt für unser Startup dran 
und das ist für mein aktuelles Können eine Nummer zu groß. Daher wollte 
ich euch um Rat fragen, da ich bisher nur mit fertigen Komponenten ( 
z.B. Arduino Nano Controller) gearbeitet habe und nie eine Steuerung 
zusammenstellen musste.

Ich suche jemanden, der mir hilft eine Steuerung zusammenzustellen. Das 
spätere Platinenlayout würde ich wahrscheinlich selbst hinbekommen. Ich 
brauche Hilfe beim Anschließen der Komponenten und weiß auch nicht, was 
zusätzlich für Komponenten (Widerstände, Stützkondensatoren, etc.) 
benötigt werden.

Es wurden soweit alle Komponenten rausgesucht. Zur Übersicht schreibe 
ich hier nur die grobe Bezeichnung hin.

Folgendes soll die Steuerung beinhalten:

- STM32 CPU
- 16MB (oder höher) Flash Speicher (SPI)
- 2 H-Brücken (die per PWM jeweils ein Peltiere-Element ansteuern)
- Laderegler für einen 3,7V 2000mAh LiPO Akku
- Spannungsregler um auf 5V bzw. 3,3V Versorgungsspannung zu gelangen
- Micro-USB Anschluss (zum Laden und UART-Programmieren der Steuerung)
- Taster zum einschalten bzw. aufwecken aus dem Standby (GPIO)
- WS2812B RGB-Status-LED (GPIO)
- ein Bluetooth Modul (I2C)
- alles was sonst noch nötig ist (Widerstände, Kondensatoren, etc.)

An die Steuerplatine angeschlossen werden soll:

- 3,7V 2000mAh LiPO Akku per 2poliger JST-Stecker
- 2x  ein Peltiere-Element (3V, 2A) + je 2 SHTC1-Sensoren pro Element 
(I2C) über je einen 6-poligen JST-Stecker.
- 4-poliger JST-Anschluss für ein Nextion 2,8" Touchscreen-Display 
(UART) über das die Steuerung angesprochen wird.

Zum Programmieren haben wir einen Informatik-Master-Studenten. Aber der 
braucht erstmal die Hardware.

Ich habe mir gedacht, dass man evtl. per Teamviewer meinen Bildschirm 
teilt und einfach mal 2-3 Stunden mit Knowhow und Nerven gemeinsam mit 
mir die Komponenten zusammenstellt und verbindet. Aktuell nutze ich 
EASYeda und würde darüber auch gleich die Platine herstellen und 
bestücken lassen. Ich kann aber auch Eagle oder andere Tools nutzen.

Vielleicht gibt es ja jemanden der Zeit und Lust hat und mir helfen 
möchte. Ich würde mich auch erkenntlich zeigen und ein kleines 
Dankeschön verschicken. Ich kann auch noch anbieten, dass ich meine 
CAD-Künste spielen lasse und demjenigen auch mal was 
nicht-elektronisches designe und ausdrucke. Ich verfüge nämlich über 
einen FDM- und SLA-Drucker. Ich glaube da wird man sich schon einig ;)

in diesem Sinne einen guten Rutsch und danke im Voraus :)

Liebe Grüße

Andre

von MaWin (Gast)


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Andre S. schrieb:
> Ich habe mir gedacht

Das wird so nichts.

Ihr wollt ja nicht nur basteln, sondern auch verkaufen.

BlueTooth ist Funk, und das macht die Sache am schwierigsten, denn es 
muss den RED Vorschriften für CE genügen und in einem Labor getestet 
werden.

Das kostet Geld für das Labor (ca. 5000 EUR pro Iteration) und Lizenz 
für BT (ca. 2500 US$).

Dann braucht der SHTC1 1.8V aber ihr habt nur 5 und 3.3V. Apropos 3.3 
und 5V: aus LiIon bedeutet das rauf und runterwandeln, mit 
Schaltreglern, und das neben BlueTooth. Dabei läuft der Peltier direkt 
vom Akku und der Sensirion von 1.8V. Das Display müsste man wenigstens 
nur hochwandeln, aber überlegt, ob euer Produkt wirklich im 1000 US$ 
Range ist, um so ein teures Display zu bezahlen. Selbst der WS2812 ist 
zu teuer wenn man einen uC mit 3 übrigen Anschlussen hat an den man R, G 
und B LED direkt (über Vorwiderstand) anschliessen kann.

Dann mag ein Peltier kein PWM, ihr braucht Spulen zur Glättung des 
Stromes.

Andre S. schrieb:
> Das spätere Platinenlayout würde ich wahrscheinlich selbst hinbekommen

Gerade das ist die Stelle, an der sich entscheidet, ob das Produkt, 
welches mittlere Ströme bei geringen Spannungen schnell per PWM schaltet 
und BT funkt und einen uC schnell mit einem Display sprechen lässt, 
zulassungsfähig wird oder nicht, also EMV einhält.

Du kannst davon ausgehen, dass die Eval-Boards, die du bisher 
zusammengesteckt hast, das nicht taten.

Und statt dem übel einzulötenden SHTC1 würde ich mich nach was 
kostengünstiger verbaubaren umsehen.

Micro-USB nicht bloss als Stromversorgung sondern auch programmieren 
bedeutet, die Datenleitungen ESD sicher abzublocken.

Andre S. schrieb:
> Ich brauche Hilfe beim Anschließen der Komponenten

Gerade das ist das allerkleinste, man kann es nichtmal Problem nennen, 
sondern es ergibt sich von selbst.

Also: es geht um deutlich mehr, als mal erklären, welcher Stecker wo 
rein kommt.

Auch z.B. die Überlegung, wie der Schaltung der Strom aus dem Akku ein 
und ausgeschaltet wird. Manchen Spannungswandler kann man zwar 
abschalten, aber nicht vom dahinter befindlichen wieder anschalten

von Andre S. (andyone)


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Hallo MaWin,

danke für deine Antwort. Natürlich ist es im Nachhinein wieder mehr 
Arbeit als ich denke. Aber es ändert ja nichts daran, dass ich es 
entwickeln möchte/muss. Die Information zur Bluetooth Lizenz war mir 
z.B. unbekannt und macht es mal wieder komplizierter.

Unter diesen Umständen würden wir auf die Bluetooth Schnittstelle 
verzichten und den internen Speicher vergrößern.

Das Thema Display: Ja, es ist etwas teurer, aber dafür im Handling recht 
einfach. Es würde mich noch mehr überfordern ein entsprechendes anderes 
Display einzubauen, denn bei Nextion lässt sich über den Explorer eine 
ordentliche GUI erstellen und ich wüsste nicht, wie ich das mit einem 
günstigeren Touch-Display bewerkstelligen soll.

Ich weiß nicht, welche Kosten beim WS2812 noch dazukommen, aber der 
Einzelpreis war bei mir 0,06€. Das ist einer der kleinsten Posten.

Wenn PWM bei höheren Strömen (Peltiere-Elemente sind extern über ein 
Kabel angeschlossen) entsprechende Probleme bezüglich EMV macht, bin ich 
gerne für alternativen offen. Deswegen wende ich mich ja an das Forum. 
Ich lerne gerne dazu :) und ja, bei den bisherigen Prototypen lief es 
mit PWM und Peltiere-Element ganz gut.

Zum Thema Akku und Schaltung. Es kommt natürlich noch ein Hauptschalter 
rein. Das hatte ich vergessen zu erwähnen.

Nichtsdestotrotz möchte ich dieses Projekt umsetzen. Wir haben ein 
Gründerstipendium und könnten eine EMV-Prüfung als "Beratung" über unser 
Stipendium finanzieren. Leider sind Entwicklungskosten darüber nicht 
finanzierbar, da ich ja der Entwickler bin^^

von Kevin M. (arduinolover)


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Ich will das nicht verallgemeinern, aber ich habe das ein oder andere 
Nextion Display im Einsatz. Die sind an sich sehr benutzerfreundlich, 
allerdings haben zumindest 2 von  von meinen Displays die unangenehme 
Eigenschaft sich nach ein paar Tagen Laufzeit aufzuhängen.

Zu den Peltiere-Elementen kann ich dir aus eigener Erfahrung sagen, dass 
die je nach Ansteuerung ordentlich abstrahlen können. Außerdem ist der 
Wirkungsgrad mit reinem PWM sehr schlecht. Wenn du das vernünftig machen 
willst wirst du einen bidirektionalen konstant Strom Treiber brauen 
wollen, der möglichst wenig Stromripple hat. Ich hatte das damals 
schlussendlich mit GAN FETs gemacht, da nur sehr wenig Platz zur 
Verfügung stand und das Layout ist da mitunter sehr kritisch. Ohne 
Erfahrung wirst du da den ein oder anderen Prototyp einplanen müssen.

von Thorsten O. (Firma: mechapro GmbH) (ostermann) Benutzerseite


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Hallo Andre,

ihr solltet erstmal ein richtiges Lastenheft / ein Spec schreiben statt 
schon Komponenten auszuwählen. Da sollte dann u.a. auch beschrieben 
sein, an welchen Kundenkreis (B2B oder B2C) das in welchen Stückzahlen 
auf welchen Märkten (EU, USA,...) verkauft werden soll. Daraus ergibt 
sich dann z.B., welche Tests und Zulassungen erforderlich sind.

Wenn ihr schon für die externe Vergabe der Schaltplanerstellung kein 
Geld habt, werdet ihr mit dem Projekt scheitern. Wie MaWin schon 
ausgeführt hat liegen die wirklichen Herausforderungen und Kostentreiber 
ganz wo anders. Unterm Strich ist es wahrscheinlich am Ende günstiger, 
wenn ihr die Hardware komplett extern vergebt an jemanden, der 
entsprechende Erfahrung mitbringt. Die Software wird dann noch 
anspruchsvoll genug. Da sollte man sich auch nicht auf einzelne 
Studenten verlassen, sonst ist nachher niemand da, der das Projekt 
warten kann.

Mit freundlichen Grüßen
Thorsten Ostermann

von Mein name ist Hase (Gast)


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Noch ein paar Kosten punkt:
- USB Vender ID, die gibt es meines wissens auch nicht umsonst auser der 
IC hersteller stellt dir eine Product ID unter seiner VID zur verfügung. 
(eigentlich nicht mehr zulässig. aber die Meisten IC hersteller haben 
ihre VID noch zu alten konditionen erworben wo das noch möglich war.)

- Die notwendigen Normen die das Prdodukt für die CE Einhalten soll. EMV 
 RED  ROS / REACH (das ganze ist natürlich abhängig vom ziel markt. 
USA / Asien sehen hier ganz anders aus)

- "Funktionale sicherheit" (ich hoffe es ist der richtige begriff) ich 
weiss jetzt nicht ob das für euch zutrefend ist. Es geht um gefährdungen 
die von dem Gerät ausgehen können. z.B. Quetschungen, Blendungen, 
Verbrennungen, ... Beispiel ein Gerät mit einem leistungstarten UV 
Leuchtmittel: Es darf keine UV strahlung aus dem Gerät austreten. Auch 
nicht wenn das Gerät im laufenden betrieb geöffnet wird. -> zusätzliche 
sensoren am gehäuse, der das leuchtmittel über eine elektronik schaltung 
ausschaltet. Das über software zu lösen ist keine gute Idea damit würde 
die Software eine neue anforderung bekommen -> Funktionale sicherheit 
und das will keiner wirklich haben.


STM32: die gibts von M0 bis A5+M5 von 60Mhz bis 800Mhz, ...

LCD und Toch da gibts auch was von ST -> TouchGFX heist das glaube ich. 
Hab damit noch nicht selber gearbeitet aber für eineige Disco boards 
gibt es beispiele. bedeutet aber auch du brauchst mindestens einen M3 
oder M4 mit etwas SD Ram.

von Frank K. (fchk)


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Für Euch geht es es wohl erstmal darum einen Demonstrator herzustellen, 
richtig?

Mein Vorschlag:

https://os.mbed.com/platforms/ST-Discovery-F746NG/

Das Board kostet fertig bei Mouser 50€. Damit ist erstmal ein Großteil 
Deiner Probleme gelöst. Davon orderst Du eines für Dich und eines für 
Deinen Informatiker, der mit der Software, die es dafür gibt, schonmal 
einen Dummy bauen kann, während Du die Anbauteile anklemmst.

Dieses Board ist komplett mit Schaltplan und Layout dokumentiert und 
dazu gedacht, nachgebaut zu werden.

https://www.st.com/en/evaluation-tools/32f746gdiscovery.html

Wenn das alles funktioniert, dann gehst Du zu einem Profi, zeigst ihm 
Deinen Aufbau und Deine Pläne und lässt Dir dann ein Board für die Serie 
designen, wo dann nur das drauf ist, was Du tatsächlich brauchst.

fchk

von Wühlhase (Gast)


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Andre S. schrieb:
> Zum Programmieren haben wir einen Informatik-Master-Studenten. Aber der
> braucht erstmal die Hardware.

Noch ein Tip: Achte auf jeden Fall streng auf eine saubere, und vor 
allem verständliche und vollständige Dokumentation. Ansonsten ist eure 
Arbeit umsonst, sobald er nicht mehr zu euch arbeiten kommt und der 
nächste fängt von vorne an.


Andre S. schrieb:
> in diesem Sinne einen guten Rutsch

Dito.

von Andre S. (andyone)


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Frohes Neues,

vielen Dank für die vielen (ernüchternden) Informationen. Jetzt wissen 
wir, welche Hürden uns noch so erwarten.

Finanziell ist in nächster Zeit eh nicht an eine Produktion/Verkauf zu 
denken. Markt wäre ausschließlich Deutschland (später evtl. EU). Ich 
bräuchte aber nichtsdestotrotz erstmal einen funktionierenden 
Prototypen.

Ein Lasterhaft wurde schon erstellt. Ob es der Norm entspricht, können 
wir leider nicht sagen, da es unser erstes ist.

Daher frage ich, trotz bedenken bezüglich EMV und der noch fehlenden 
Lizenzen für USB und Bluetooth, ob jemand Interesse hätte an diesem 
Projekt zu helfen.

Mit freundlichen Grüßen

André

von Cyblord -. (cyblord)


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Andre S. schrieb:
> Nichtsdestotrotz möchte ich dieses Projekt umsetzen. Wir haben ein
> Gründerstipendium und könnten eine EMV-Prüfung als "Beratung" über unser
> Stipendium finanzieren. Leider sind Entwicklungskosten darüber nicht
> finanzierbar, da ich ja der Entwickler bin^^

Ja, Echt blöd wenn man Entwickler ist und nicht entwickeln kann. Und das 
auch noch im 3 Mann Startup. Wenn jetzt noch euer Student nicht 
programmieren kann passt ja alles zusammen.
Und dafür werden Fördergelder rausgehauen? Ja danke!

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