We krijgen vaak de vraag wat de ontwikkeling van consumentenelektronica precies inhoudt. Om hier inzicht in te geven, hebben we de ontwikkeling van een camera als voorbeeld genomen om de verschillende stappen en benodigde expertise te illustreren. In dit artikel geven we een overzicht van alle beslissingen die moeten worden genomen tijdens het selectieproces van componenten voor de ontwikkeling van een camera.
Specificatie-loop
Verwerkingsmodules
Beeldsensor
Optica
Nachtzicht
Draadloze connectiviteit
Antenne-integratie
Thermische optimalisatie
Waterbestendigheid
Certificering
De perfecte component
Bij SLIMDESIGN weten we dat een van de meest cruciale onderdelen van het productontwikkelingsproces de selectie van de juiste componenten voor uw product is. Daarom beginnen we al in een vroeg stadium met het voorselecteren van componenten, direct nadat alle productvereisten en functies zijn vastgesteld. De selectie van onderdelen bepaalt niet alleen cruciale factoren in de uiteindelijke specificaties en prijs van uw product – een snellere maar duurdere motor zorgt er bijvoorbeeld voor dat uw auto sneller rijdt – maar heeft bovendien een enorme impact op het productontwerp, het beheer van de toeleveringsketen en het innovatieniveau.
Specificatievalkuil
Het selecteren van componenten uitsluitend op basis van de vereisten leidt altijd tot tegenstrijdige resultaten. We willen allemaal de hoogste specificaties, in de kleinste vormfactor, voor de laagste prijs. Om deze tegenstrijdigheden het hoofd te bieden, werken we met onze ontwerpmethodologie. Hierin hebben we een geïntegreerd, gestroomlijnd ontwikkelingsproces ontwikkeld waarmee ontwerp, werktuigbouwkunde, software en elektrotechniek naadloos met elkaar kunnen worden verweven.
Het selecteren van de juiste componenten is maatwerk en uniek voor elk productontwerpproces. Om u wat meer inzicht te geven in enkele aspecten die een rol spelen bij het selecteren van uw componenten, hebben we het ontwerp van een camera als voorbeeld genomen. In dit artikel laten we u zien welke componenten u nodig zou hebben en welke afwegingen deze met zich meebrengen voor uw eindproduct.
Cameraontwikkeling is een voorbeeld van een project waarbij u een toegewijd projectteam nodig heeft. Dit zorgt ervoor dat u efficiënter, flexibeler en sneller kunt werken dan met traditionele methoden, zonder dat er tijdens het proces informatie verloren gaat. Om dit te stroomlijnen, maken we gebruik van de specificatielus om te beoordelen en te valideren welke eisen prioriteit hebben en hoe deze elkaar beïnvloeden. Met deze methode beschermen we het project tegen verrassingen die in een later stadium moeilijk te wijzigen of op te lossen zijn.
Verwerkingsmodules
Elk IoT-apparaat heeft een combinatie nodig van een processor, geheugen, video-encoder/decoder en aanvullende chips. ); Technisch gezien vormen deze het brein van uw apparaat. Hier moet de eerste beslissing over de vereisten worden genomen. U kunt deze componenten afzonderlijk ontwikkelen en inkopen, of alles gecombineerd selecteren in een SOM (system on a module), SOC (system on a chip) of SIP (system in a package).
Wanneer kiest u dan voor welke optie? De SOM is uitwisselbaar en laat zich eenvoudiger en sneller op een printplaat integreren. Maar hij is duurder en groter. De SIP is een pakket van modules waarin alles is verpakt en gestapeld, terwijl de SOC een chip met één laag is waarin alle componenten zijn geïntegreerd en die rechtstreeks op de printplaat kan worden gesoldeerd
Voor de meeste pakketten van de grotere bedrijven, zoals Qualcomm of Ambarella, zijn grote bestelhoeveelheden (100.000 stuks) vereist om überhaupt te kunnen bestellen en de juiste hoeveelheid ontwikkelingsondersteuning te krijgen. Als uw bestelhoeveelheden niet toereikend zijn, is het wellicht eenvoudiger om systemen van derden aan te schaffen, inclusief hun SDK (softwareontwikkelingskit). Dit verlaagt de ontwikkelingstijd en -kosten, maar gaat gepaard met een hogere prijs per onderdeel.
Het belangrijkste bij de keuze voor elk van deze opties is de beschikbaarheid van een complete SDK en een evaluatiekit, in combinatie met de juiste documentatie. Dit geldt met name aan het begin van uw project, wanneer veel van de vereisten wellicht nog niet vastliggen. Het helpt om de ontwikkeling een vliegende start te geven, omdat u deze vereisten direct kunt testen en beoordelen met werkende prototypes, in plaats van tijd en middelen te verspillen aan het ontwerpen, ontwikkelen en produceren van een printplaat en bijbehorende software vanaf nul.Beeldkwaliteit
De vereisten voor de beeldkwaliteit kunnen worden bepaald afhankelijk van de gebruikssituatie voor de camera die u ontwerpt. Door ervoor te zorgen dat deze vereisten vooraf worden vastgesteld en ingesteld, voorkomt u dat u later in het proces tijd verliest. Beeldkwaliteit is een verzamelterm en bestaat uit beeldresolutie, beeldsnelheid, eventueel nachtzicht, gezichtsveld en lensvervorming. De keuzes die hierover worden gemaakt, hebben ook een grote invloed op de overige hardware, zoals de chipset, het geheugen, het stroomverbruik en de kosten.
Stel uzelf daarom de volgende vragen om deze eisen te bepalen.
Beeldresolutie: Het aantal pixels dat u in uw uiteindelijke beeld wilt weergeven. Heeft u echt een hogere resolutie nodig voor uw toepassing?
Beeldsnelheid: Hoeveel beelden per seconde wilt u weergeven?
Nachtzicht: Moet uw camera in het donker kunnen filmen, en zo ja, hoe goed moet dit nachtzichtbeeld eruitzien?
Beeldhoek: Wilt u dat uw camera groothoekopnames kan maken? Gaat u objecten op grote afstand of dichtbij filmen? Of beide?
Lensvervorming: Hoeveel invloed kan de lens hebben op mijn uiteindelijke beeld? Is het noodzakelijk dat alle rechte lijnen in een beeld er recht uitzien?
Beeldsensor
Op basis van de vereisten die u hierboven hebt geselecteerd, kunt u nu onderzoeken welk type beeldsensor aan uw behoeften voldoet. Tegenwoordig maken de meeste consumentenproducten gebruik van CMOS-sensoren. Deze zijn verkrijgbaar bij drie grote merken: Sony, Omnivision en Onsemicon (voorheen bekend als Aptina). De uitdaging is hier om een sensor te vinden die bij uw toepassing past. Het aantal pixels, de beeldsnelheid en de pixelgrootte zijn de belangrijkste criteria. Onze ervaring leert dat de sensoren van Onsemicon voor de meeste van onze toepassingen geschikt zijn tegen een redelijke prijs.
Optica
Nu de sensorgrootte, resolutie en het gezichtsveld (FOV) zijn bepaald en de lens is geselecteerd, kunt u zich richten op het optische gedeelte van uw camera. Tegenwoordig is het heel gebruikelijk om cameramodules aan te schaffen, waarbij de sensor en de optiek in één module zijn gecombineerd. Maar uw project kan specifieke behoeften hebben. Misschien heeft u een ultragroothoeklens nodig of een zeer korte totale lengte. Wij selecteren altijd een aantal lenzen van verschillende leveranciers en testen deze met het eerste werkende prototype. Om dit te laten slagen, moeten hardware-, mechanische en software-ingenieurs naadloos samenwerken. Maar het is altijd een geweldig gevoel van voldoening wanneer het eerste beeld van een prototype op uw scherm verschijnt!
Nachtzicht
Wanneer nachtzicht vereist is, zijn IR-leds en een IR-Cut-schakelaar goede mogelijke oplossingen. Dankzij het IR-cut-filter beschikt u over kleurrijke beelden overdag en contrastrijke beelden met weinig kleur bij weinig licht. Een andere mogelijkheid voor nachtzicht is het kiezen van een zeer lichtgevoelige sensor met achtergrondverlichting en een hoog dynamisch bereik. Dit levert ook bij weinig licht vrij mooie, kleurrijke beelden op, maar met minder contrast in vergelijking met IR-leds.
Draadloze connectiviteit
Het opnemen van beeldmateriaal van hoge kwaliteit op het interne geheugen of een SD-kaart is een standaardfunctie van de meeste cameraoplossingen die wij ontwikkelen. Maar vaak is er behoefte aan het streamen van de video via wifi of het mobiele netwerk naar de cloud en/of andere apparaten. In andere gebruikssituaties kan Bluetooth-connectiviteit vereist zijn. Zoals aan het begin van dit artikel vermeld, zijn deze functies soms geïntegreerd in de verwerkingsmodule, maar vaak hebt u een aparte wifi- en/of mobiele module nodig om deze functionaliteiten toe te voegen. Deze modules zijn in talrijke varianten op de markt verkrijgbaar. Om de ontwikkelingstijd en het risico te verminderen, is het belangrijk om vooraf gecertificeerde modules te selecteren die bij voorkeur worden geleverd met een ontwikkelaarskit en/of een SDK.
Antenne-integratie
Elke verschillende radio-/draadloze verbinding heeft één of meer antennes nodig. Afhankelijk van de frequenties en de technologie zijn dit zeer kleine keramische componenten op de printplaat of grote rubberen antennes bovenop het apparaat. Er zijn een paar belangrijke regels bij het ontwerpen met antennes: groter is beter en zorg ervoor dat ze zo ver mogelijk van elkaar verwijderd zijn, en van zeer gevoelige en snelle componenten. Vaak begint de integratie van de antennes pas laat in het ontwerpproces, wat kan leiden tot slechte prestaties van de antenne en de connectiviteit. Dit leidt tot een hoger stroomverbruik voor zenden en de batterij en vermindert de gebruikerservaring. Daarom moet u proberen alle antennes al in een vroeg stadium te integreren. Bij SLIMDESIGN simuleren en prototypen we de antennes samen met onze antennespecialisten in het ontwerp om de locaties te valideren voordat we het eerste geïntegreerde werkende prototype maken. Zo zorgen we ervoor dat de prestaties aan de eisen voldoen.
Thermische optimalisatie
Wanneer alle functies van een 4G-livestreamcamera zijn geactiveerd, verbruikt deze tot 5 watt aan stroom en genereert hij veel warmte. Voor sommige componenten is het geen probleem om bij temperaturen van meer dan 60 °C te werken, maar andere moeten zo koel mogelijk blijven. Zo produceert de CMOS-beeldsensor veel ruis wanneer de temperatuur boven de 40 °C stijgt, en neemt de levensduur van lipo-batterijen bij hogere temperaturen veel sneller af. Naast deze technische aspecten van temperatuur ervaren gebruikers pijn wanneer ze metalen oppervlakken aanraken met een temperatuur boven de 48 °C.
Om de temperatuur binnenin te beheersen, kunt u een thermische analyse van de camera uitvoeren en op basis daarvan de materialen en het ontwerp optimaliseren om het risico op oververhitting te minimaliseren. Wanneer u software voor thermische stromingsanalyses gebruikt, kunnen alle optimalisaties direct en gelijktijdig worden vergeleken om de ontwikkelingstijd te verkorten.
Waterbestendigheid
Waterbestendigheid lijkt soms slechts een van de vele vereisten te zijn, maar de impact op het ontwerp en de techniek is aanzienlijk. Wanneer u een apparaat waterdicht wilt maken, is de eerste stap om te bepalen hoe waterdicht het product moet zijn. De meest gebruikelijke manier om de waterdichtheid te beoordelen is de IP-classificatietabel, zoals weergegeven in de afbeeldingen. Beginnend bij het laagste niveau, IP-x1, wordt elke stap dichter bij IP-x9 vanuit technisch oogpunt steeds moeilijker. De impact van elk hoger niveau van waterdichtheid op de behuizing, met alle aansluitingen, knoppen en afdichtingen, wordt steeds uitdagender. Hoewel er meerdere beproefde methoden zijn voor het creëren van waterdichte afdichtingen, zult u deze oplossingen altijd eerst moeten prototypen en testen. Om er zeker van te zijn dat het apparaat de IP-certificering doorstaat, gebruiken we normaal gesproken onze eigen testmethoden in de studio. Wanneer we vertrouwen hebben in de voorgestelde oplossing, maken we gebruik van een onafhankelijk testlaboratorium voor de certificering.
Certificering
Elk fysiek product moet zo veilig mogelijk zijn voor de gebruiker en het milieu. Bespreek en definieer de doelmarkt voordat u met de ontwikkeling begint, om er zeker van te zijn dat u geen belangrijke wettelijke vereisten over het hoofd ziet. Dit is niet het leukste onderdeel van productontwikkeling, maar de gevolgen voor het zo snel mogelijk op de markt brengen van uw product zijn groot als u dit niet doet! Afhankelijk van de doelmarkt en de gebruikte technologieën zijn er specifieke voorschriften waaraan u moet voldoen. Sommige zijn gebaseerd op de regio, zoals de CE-markering voor Europa en de FCC-certificering voor de VS. Andere zijn gebaseerd op technologische vereisten. Wanneer u een radio met antennes in het apparaat heeft, heeft u een FCC-certificering nodig en wanneer u bijvoorbeeld het Bluetooth- of wifi-pictogram wilt gebruiken, heeft u een specifieke certificering nodig. Er zijn ook veel certificeringen die zijn gebaseerd op klantvoorkeuren, zoals IP-waterbestendigheid, militaire mil-spec of Atex-explosieveiligheid.
Er zal nooit een perfect onderdeel bestaan.
Zoals u in het bovenstaande artikel kunt lezen, zal het kiezen van de juiste component voor een product zoals een camera altijd een afweging zijn. Vooral in deze tijden van chiptekorten, die de levertijd en prijs van veel van uw gewenste componenten zullen verhogen, is het vinden van een component die aan uw eisen, budget en planning voldoet een zeer specifieke taak. Dit vereist dat u een keuze maakt tussen deze factoren op basis van het risico dat ze voor uw project inhouden. Zelfs met onze jarenlange ervaring, een wereldwijd netwerk van betrouwbare leveranciers en een op componenten gebaseerde ontwerpmethodologie is het soms nog steeds moeilijk om de ideale component te vinden.
Wilt u meer weten over onze productieondersteunende diensten of een van onze andere ontwerpdiensten? Neem dan contact met ons op of vraag een gratis ontwerpadvies aan.
Als u een nieuw product overweegt of te maken heeft met complexe ontwikkelingsvraagstukken,
bespreken wij graag uw situatie met u en stellen we vast wat de meest effectieve volgende stap is.
Maak een afspraak voor een kennismakingsgesprek van 20 minuten →