Große Konfigurationsprobleme für kleine Geräte

Teil 1. Lyric

Die moderne Welt ist ohne eine Vielzahl elektronischer und elektrischer Assistenten nicht denkbar. Ausgehend von Computern und Smartphones, endend mit einem einfachen Lichtschalter in der Küche und einem Eingangsschutzschalter. Auf die eine oder andere Weise müssen Sie mit allen Geräten interagieren. Bei einigen häufiger, zum Beispiel einem Smartphone, das manche Menschen überhaupt nicht außer Kontrolle geraten, bei einigen seltener dem gleichen automatischen Zugangsschutzgerät in die Wohnung, dessen Existenz manche gar nicht bemerken.

Bei Geräten der ersten Kategorie ist dort alles einfach. Die Benutzeroberfläche ist in der Tat grafisch und wird von Designern und Programmierern festgelegt. Und mit den Geräten der zweiten, in Bezug auf die Interaktion, nicht von Bedeutung, ist der Plan viel komplizierter. Wir halten sie für selbstverständlich, denselben Lichtschalter oder für die Mutter, wenn sie ihre Arbeit erledigen, wie eine Eingabemaschine, die an Überlastung gearbeitet hat.

Bei sehr einfachen Geräten ist die Schnittstelle primitiv. Tasten- oder Kippschalter, zum Beispiel mehrere Tasten für den Thermostat. Die Eigenschaften werden vom Hersteller festgelegt und vom Verbraucher nicht geändert. Auslösestrom 10A, 16A, 25A ... Umschalten auf 6A 230V ... Aber wenn das Gerät etwas komplizierter ist, wird alles sehr schlecht.

Ein wenig abgelenkt werde ich über meinen Fehler nur wegen der Hardwareschnittstelle sprechen. Es gab eine Aufgabe des Lastausgleichs für ein Privathaus. In der Tat - ein mehrkanal programmierbares Zeitrelais. Ich habe buchstäblich abends einen Prototyp angefertigt, ihn an den Kunden geliefert, der Kunde, ein Mitbewohner, war zufrieden, ich habe mich entschlossen, eine kleine Produktion aufzubauen, ein kleines elektronisches Startup im Dorfmaßstab zu organisieren, da das Problem der mangelnden Eingabekapazität für den privaten Sektor relevant ist. Ein Designproblem blieb bestehen - die Konfiguration des Geräts. Im Prototyp wurden die Intervalle einfach in die Firmware gepackt, wenn 200 Assembler-Anweisungen so genannt werden konnten. Ein paar Mal musste ich die Einstellungen anpassen, dies geschah einfach durch Zusammenstellen einer neuen Firmware und Aktualisieren mit Hilfe des Programmiergeräts. Es ist klar, dass diese Methode für ein serielles, auch kleines Gerät nicht geeignet ist.

Hier bin ich auf alle "Reize" der Entwicklung einer Hardware-Benutzeroberfläche gestoßen ... Einfache Methoden wie das Aufschreiben von 16 Optionen für Einstellungen und das Einstellen des Schiebeschalters haben nicht die erforderliche Flexibilität geboten. Eine ernsthafte Schnittstelle für die Kommunikation mit einem PC oder Smartphone ist eine ungerechtfertigte Komplikation, ein Preisanstieg. Darüber hinaus besteht sofort die Notwendigkeit, eine einfache, aber plattformübergreifende Anwendung (Win / Linux / Android / iOs) zu entwickeln. Das ist aber nicht die Hauptsache. Tatsächlich konfiguriert der Benutzer das Gerät einmal während der Installation und ruft es im Idealfall nicht mehr zurück.

Im Gegensatz zum Prototyp wurden auf der Vorderseite des Geräts eine 4-Bit-LED-Anzeige, Tasten und LEDs angezeigt. Es wurden auch Funktionen hinzugefügt, Merkmale von Verzögerungen beim Einschalten der Last nach einem Stromausfall, zusätzliche Modi für die Stromversorgung über eine Stromleitung oder einen Notstromaggregat, um die Gefriertemperatur aufrechtzuerhalten ...

Und hier ist das massendimensionale Layout dieses Frankenstein-Monsters

(Steuert Schütze in Schaltkreisen von Niederstromspulen)

Solange nur die Funktionalität eines programmierbaren Relais vorhanden war, war es mit den Einstellungen nicht schwierig, die erstellte Hardwareschnittstelle zahlte sich aus. Aber irgendwann begann die Konfigurationsanweisung die Größe des Firmware-Codes zu überschreiten. Erste Idee: Der Benutzer scannt den QR-Code auf der Instrumententafel und geht mit der Anweisung auf die Seite - fehlgeschlagen. Es bleibt entweder, ein sehr einfaches Gerät herzustellen oder nach einer anderen Methode zur Kommunikation mit dem Gerät zu suchen. Potenzielle Käufer (mutige Tester) haben die Konfiguration sehr lange nach den Anweisungen verstanden.

Das Traurigste ist, ich habe Prototypen mehrerer Geräte, die einmal konfiguriert wurden und ihr Leben in einer Schalttafel leben. Konfiguration - ein Dutzend anderer Bytes. Es bleibt eine geeignete Schnittstelle zu finden.

Was haben wir heute? Vergleich der „klassischen“ Konfigurationsmethoden:

• Die Auswahl der vorgefertigten Konfigurationen. PROS: Einfache Implementierung von Software und Hardware. Zusätzliche Hardware-Verbesserungen sind minimal. Der Benutzer benötigt keine spezielle Ausrüstung, genügend Anweisungen. Nachteile: Es gibt keine Flexibilität, nicht intuitiv, Anweisungen sind erforderlich.
  
• Eine Folge von Klicks mit Rückmeldung über eine einfache Anzeige (ähnlich wie beim Einstellen einer normalen elektronischen Uhr). PROS: Es ist einfach programmgesteuert zu implementieren, der Benutzer benötigt keine spezielle Ausrüstung, genügend Anweisungen. Nachteile: Nicht intuitiv ist es schwierig, eine große Anzahl von Parametern zu konfigurieren. Die Unfähigkeit, Einstellungen zu klonen, ist für Installateurunternehmen von entscheidender Bedeutung.
  
• Konfiguration über eine Standard-Kabelschnittstelle. PROS: Intuitiv, wenn die Anwendung gut geschrieben ist, einfaches Klonen von Einstellungen, relativ einfache Implementierung, vielleicht nicht sehr teure Hardware-Verbesserungen, die Möglichkeit, Firmware zu aktualisieren. Nachteile: Der Benutzer sollte über Geräte verfügen, mindestens einen Computer oder Laptop mit USB-Anschluss und einen Schnittstellenkonverter, wenn Ihr Gerät etwas anderes als USB oder Ethernet bietet. Die Notwendigkeit, eine Anwendung zu entwickeln.
  
• WiFi + WEB - Schießen aus einer Kanone auf Spatzen und Terry Ardurinshchina. Aber die Idee ist nicht schlecht. PROS: Ähnlich wie bei einer Kabelverbindung muss keine plattformübergreifende Anwendung entwickelt werden, indem die integrierte WEB-Schnittstelle des Konfigurators bereitgestellt wird. Es reicht aus, wenn der Benutzer über ein Gerät mit WLAN-Unterstützung und einen Browser verfügt. Der Zugriff auf das globale Netzwerk ist nicht einmal erforderlich. Vielleicht ist dieses Design billiger als Hardware-Tasten / Anzeigen, der Fall ist auch vereinfacht. Nachteile: Technisch gesehen eine äußerst hässliche Lösung, die das Produkt auf eine völlig andere Geräteklasse überträgt. Die Zuverlässigkeit wird sowohl aufgrund der Komplexität der Firmware als auch aufgrund der erhöhten Empfindlichkeit gegenüber EMF verringert.
  

Ich fasse zusammen, dass eine der aus Sicht des Benutzers schönsten Lösungen die letztere ist. Aber es ist auch eines der schrecklichsten aus der Sicht eines Ingenieurs. Ich hätte fast damit aufgehört, aber ...
Technische Krümmung verfolgt. Um ein paar Bytes in das EEPROM zu schreiben, ist es irrational, einen Garten mit einem so umfangreichen Protokollstapel zu fechten. Aber es sieht so aus, als hätte ich eine Lösung für mein Problem gefunden. Hier sind die Merkmale dieser Methode:

Vorteile:

• Die Wertschätzung der Hardwarekomponente ist vergleichbar mit der Entscheidung „Auswahl aus vorgefertigten Konfigurationen“ (10–15 Rubel). Die Möglichkeit, zusätzliche Tasten, Anzeigen usw. abzulehnen, führt eher zu einem günstigeren Preis.
  
• Die Implementierung der Software ist kein Problem.
  
• Es ist nicht erforderlich, eine spezielle Anwendung zu entwickeln. Falls gewünscht, kann die Anwendung bereitgestellt werden.
  
• Die Intuitivität hängt von der Qualität der Entwicklung des WEB-Konfigurators oder der Anwendung ab.
  
• Galvanische Trennung mit dem Gerät.
  

Nachteile:

• Niedrige Datenübertragungsrate im Vergleich zu einer Kabel- oder Funkschnittstelle.
  
• Physischer Kontakt mit dem Gerät ist erforderlich.
  
• Sie benötigen mindestens einen Zugriff auf das Netzwerk.
  

Darüber hinaus ist diese Methode der Informationsübertragung in der Natur sehr verbreitet. Dies ist eine Schallwelle.

Jetzt hat vielleicht jeder ein Smartphone. Kein Smartphone - jedes Gerät zum Abspielen von Ton, auch ein Kassettenrekorder, ist geeignet. Wie ich diese Schnittstelle in Aktion sehe:

1. Der Benutzer installiert das Gerät gemäß den Anweisungen.
   
2. Die erforderliche Konfiguration des Geräts wird erstellt, die erforderlichen Modi und Einstellungen werden registriert.
   
3. Der Benutzer versetzt das Gerät in den Konfigurationsmodus, z. B. durch eine spezielle Sequenz durch Drücken einer Taste. Das Gerät zeigt einen Bereitschaftszustand an, z. B. durch Blinken einer LED mit einer Frequenz von 5 Hz.
   
4. Im Konfigurator wird auf das Symbol „Übertragungsparameter“ geklickt, woraufhin die codierte Soundsequenz abgespielt wird (und wer hat sie in den 90er Jahren von Kassetten geladen?).
   
5. Der Benutzer wartet darauf, dass die Daten in das Gerät geladen werden (z. B. leuchtet die LED ständig) und klickt auf das Symbol „Übertragung stoppen“.
   

Alles, neue Parameter werden auf das Gerät übertragen. Denken Sie, dass diese Konfigurationsmethode bequem genug ist?

Anstelle eines Nachwortes

Ich habe speziell nicht auf den technischen Teil der Implementierung eingegangen. Jeder Fall kann individuell sein, der Ansatz ist eine allgemeine Idee. Wenn der Artikel Interesse weckt, werde ich den zweiten Teil veröffentlichen. Praktisch. Während der Spoiler: Die Idee war erfolgreich, passte das Modell auf der 8-Bit-PIC16 + "Student" -Version des C-Compilers ohne Optimierung, einschließlich Handbuch, die Firmware leise sowohl in den Speicher (ca. 1KB) als auch in die Leistung. Die schwierigste mathematische Operation ist das Hinzufügen von sint8_t und sint16_t. Nach vorläufigen Berechnungen passt der in Assembler neu geschriebene Kern des Soundkonfigurators in weniger als 512 Kiloslov, und der PIC16F819 sollte eine ausreichende 2MIPS-Leistung aufweisen.

Alles Gute,
Konstantin.