成人工程师可以从儿童玩具中学到的四个教训

儿童玩具不仅仅适合儿童。每个玩具里面都有数百小时的工程经验等待被发现。

我的父母经常提醒我，从我五岁起，我身边就没有任何机电设备是安全的。我的迷恋似乎总是将事物放在一起或将它们拆开。我很少像制造商那样玩玩具。我想知道里面是什么——是什么让它们滴答作响。

当我有机会接触到 Elecrow 的 Crowbits 模块化学习系统时，我的反应是拆开这些模块并立即发现它们的秘密。我不建议将模块拆开，因为您必须卸下弹簧针才能重新组装，而且它们很难在不损坏的情况下重新插入。

作为新闻披露的问题，我在过去的 Kickstarter 活动中购买了 Elecrow 产品。但是，对于这篇文章，公司提供了一个补充的 CrowPi 套件，我会在写完后重新赠送并捐赠给当地的小学或中学。

尽管 Crowbits 在技术上旨在激发年轻人的工程好奇心，但我使用这些工具包的经历也让我想起了成人 EE 可以从这些玩具和其他类似玩具中学到的四个宝贵经验。

关于 Crowbits 和 Makeblock 套件

在我们开始讨论这些要点之前，这里有一些关于套件本身的背景知识。 Crowbits 的套件分为三个难度级别：无需编程、需要编程和高级应用程序。

这三个套件中的每一个都包含通过弹簧针磁性连接的乐高兼容模块，并按功能分为不同的类别：

• 蓝色：电源和逻辑模块
• 黄色：输入模块
• 绿色：输出模块
• 橙色：特殊模块

您可以使用这些零件来制作从简单的地震警报传感器到手机，在受到干扰时会点亮 LED 灯的所有部件。你没看错——一部手机！

Crowbits 套件包括磁性弹簧针连接器。图片由 Elecrow 提供

这些模块可能会让您想起我几年前介绍的 Makeblock Neuron 系列 snap 模块。我非常喜欢从神经元那里学到的模块化设计课程，我制作了一个超级简单的传感器系统。我已经有了一些关于未来产品的想法，我可以利用从 Crowbits 的经验中吸取的教训来设计这些产品。

Makeblock 神经元套件。图片由 Makeblock 提供

这两套模块都是使用麻省理工学院的 Scratch 编程语言的衍生产品，称为 Letscode .

在这种情况下，实践工程师可以从这些儿童玩具中学到什么？

第 1 课：如果它有效且安全，请找到降低成本的方法

移除多余的微控制器

仅从外观来看，Makeblock Neuron 似乎为 Crowbits 模块提供了一些设计灵感。 Makeblock 的 Neuron 有一个我喜欢的功能：每个接口上正好有四个引脚，而且每个模块中都有一个微控制器。这允许数据通过所有模块。

不仅仅是任何微控制器都可以； Makeblock 微控制器至少需要两个，有时需要三个具有独立缓冲器的可用 USART 线。每个微控制器读取两条 UART 线，写入两条 UART 线，并且需要多一个串行数据总线可用于 UART/SPI/I2C 以连接模块上的传感器。

基本 UART（通用异步接收器/发送器）通信接口的简单表示

这不是一个特别便宜的选择。但它允许工程师轻松创建 Makeblock 生态系统。一个块可以是任何它想要的样子，只要它有进入和退出块的那两条串行线（左边一个 UART，右边一个）。但它也增加了系统的整体成本。毕竟，如果块只是一个变阻器或一个瞬时开关，它是否需要有一个微控制器？可能不是。

Crowbits 工程师做出了一些不同的设计决策和改进，以降低 BOM 成本并提高模块的可用性。它们仍然有一些模块之间的数据移动，但有时这些数据是 I2C，有时是 SPI，有时是 UART，而且对于很多模块来说，根本没有数据——只是一个供电开关。

该决定以增加设计时间为代价，显着降低了某些 PCB 的成本。

降低连接器成本

我注意到 Makeblock 在他们的设计中使用了磁性弹簧针（模制成单个封装）。相比之下，Crowbits 使用弹簧针和磁铁插入单独成型的连接器。

我不知道这里的确切成本节省，但是几年前，当我尝试采购 Makeblock 设计中使用的磁性弹簧针时，我发现它们在 1 ku 数量时每对大约 1 美元（工厂直接定价） .这是相当多的，因为单个弹簧针和磁铁每个部件只有几美分。板外连接器是一些最昂贵的项目功能，所以我想这以很小但很重要的方式降低了项目的总体成本。

Makeblock 与 Crowbits 弹簧针和磁铁

如果没有 Makeblock 铺平道路，我认为 Crowbits 不会存在。我欣赏每一个设计决定。如果我做这些块，我可能会选择 Makeblock 的选择，因为我认为我没有远见使用 Crowbits 组织结构；他们花了很多时间来规划这个设计。

第 2 课：使其可调整

电子工程是一个具有挑战性的职业。任何给定的设计都有很多相互竞争的要求，除了专注于手头的任务之外，很难做任何事情。但通常，如果我们退后一步，我们可以开始审视更大的图景。

Crowbits 和 Makeblock 是一款无限可调的产品。他们可以在不影响系统性能的情况下更换任何或所有模块。如果某个部件因任何原因变得不可用，他们可以使用新功能以最低成本为该模块重新设计电路板，而最终用户也不会更明智。他们可以扩大或缩小产品以满足市场需求。

littleBits 是另一个受益于可调节产品的模块化电子套件。图片由 littleBits 提供

整体的可调节性使这两种设计在电子工程领域中相对独特。工程师经常陷入为客户设计完全定制的解决方案的陷阱。时不时地，我会看到分层示意图设计，其中特定子系统的布局比其他子系统更简洁。或者我会注意到一个 PCB，当信号路径进出电路板时，它可以让我清楚地跟踪信号路径。

这通常是工程师重复使用以前设计的部分的时候。子系统重用可以节省大量时间，模块化设计使团队成员可以专注于设计的各个方面。

因此，下次创建项目时，问问自己是否可以通过合并扩展端口来为该设计集成面向未来的设计。

• 微控制器上是否有未使用的 GPIO 引脚或额外的 USART 数据总线，您可以将其路由到电路板边缘以备后用？
• 也许您可以将其路由到未填充的标头？
• 是否有足够的电路板空间来放置备用焊盘，以防零件不可用？
• 您可以使用 FCC 认证的模块而不是设计您自己的无线子系统吗？

第 3 课：证明白痴

假设除非出现问题，否则没有人会阅读您的手册。人们从盒子里拿出东西，开始把一些东西放在一起，然后按下按钮。除非您设计的功能主动阻止用户做他们不应该做的事情，否则您可以期望用户去做。

Makeblock 和 Elecrow 都用磁铁和弹簧针极化了他们的设备。将模块错误地连接在一起是很困难的，如果不是不可能的话。磁性连接的模块自然会吸引到正确的连接并排斥不正确的关系。

尽你所能——使用极化连接器、制作不同间距或颜色代码的连接器——以确保您的用户无需阅读手册即可完成工作。这将减少 RMA 故障排除所花费的时间。

第 4 课：进行市场调查

一个很好的猜测是，如果你有一个想法，世界上某个地方的另一位工程师以前就有过它。在你开始将你的时间、汗水和梦想投入下一件大事之前，做一些研究以确定其他人是否愿意为你的想法买单。

Elecrow 创建 Crowbits 是因为他们看到了 Makeblock 的 Neuron 的成功。他们对实施的看法略有不同，但他们知道它有市场，因为它已经上市了。

Makeblock 和 Elecrow 都通过 Kickstarter 活动开始生产，尽其所能降低风险。他们没有“按规格”生产这些产品。他们制造这些产品时知道他们有市场。

如果你为客户设计，你知道你会得到报酬。但是，如果您为世界某个地方的未知客户制作产品，最终可能会浪费大量宝贵的时间、金钱和心理健康。尽你所能从他人的成功或失败中学习，并建立在他们的想法之上。

总结

芭比娃娃不只是女孩的，救火车不只是男孩的，儿童玩具也不仅仅是儿童的。每个玩具里面都有数百小时的工程经验等待被发现。因此，下次当您看到令人兴奋的 Kickstarter 活动或新产品进入您的收件箱时，请打开它并进行探索，然后再将其提供给您的侄子或当地学校。