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可堆叠的创意 开源硬件Microduino开发团队专访

发表于2014-03-20 14:36| 次阅读| 来源CSDN| 0 条评论| 作者翟方庆

摘要:Microduino系列是Arduino的兼容开发板,大小与1元硬币相近。通过Microduino制定的U型27 pin的接口标准,将所有Microduino系列即插即用地堆叠起来,这让Microduino变得与众不同,体积小巧,又不失灵活。

Arduino是目前最为普遍,用户最多的开源硬件。它最初由Massimo Banzi和David Cuartielles在2005年共同设计的,开源硬件的理念和社区开发的运作方式使得Arduino自推出以来便得以流行,全球数以百万计的开发者的支持和丰富的周边开源应用,大大简化了众多电子原型产品的开发流程,即便是技术背景薄弱,甚至没有开发经历的学生都可以通过它将创意变成作品。

但随着对Arduino的深入理解和应用,开发者会发现Arduino并非完美,还存在一些问题,比如接口不兼容洞洞板,端口数目太少,传感器、通信模块等扩展部件的性价比较低,而且Arduino开发板的尺寸偏大。为此一些创客制作出了很多更加小巧、便利的Arduino兼容开发板,比如Microduino。


图:Microduino core与Arduino Uno

业余爱好,创客热情的起点

Microduino系列是Arduino的兼容开发板,长25.4mm,宽27.94mm,大小与1元硬币相近。对于一些创客来说,尺寸对于实现原型设计并不是障碍,但如若产品需要便于用户随身携带,比如可穿戴设备,或是需要集成较多模块,比如飞行器,这时“小身材、大能量”的Microduino就发挥很大优势了。

Microduino的原型设计者张老师,在2012年7月开始接触Arduino。他利用Arduino制作了一个网络机房温度远程监控系统,基于Arduino(atmega168pa@8MHz)、enc28j60(使用EtherCARD库)、18B20和Yeelink平台,利用洞洞板将它们连接起来。我们现在仍然可以在Yeelink上查看到张老师制作的这个系统的实时数据图形。不过这套监控系统的原型机占了用很大的空间,而且各种飞线让作品显得比较凌乱。这让从一开始就感到Arduino Uno和Nano使用不便的张老师,萌生了设计一套新的开源硬件的想法。

基于Arduino的监控系统和基于Microduino的监控系统

同年9月,在细致的研究了Arduino Uno开源资料以后,张老师开始利用开源的PCB设计软件Eagle,一步步设计Microduino开发板。

Tiki(化名)是一名创客,也利用Arduino做过一些作品,比如下图的延时拍摄控制器。作为摄影爱好者,Tiki带着它到西藏走了一遭,记录了高原的风云变幻。不过控制器笨重的体型,让Tiki深感不便,他思考着让产品更加轻便。就在这时,他在论坛中看到了张老师设计出的Microduino,经过几次沟通和协作,这两位创客发现彼此对于技术的理解不谋而合,碰撞出很多产品设计的火花,经历了几次合作之后,他们共同成立了Microduino Studio,张老师是Microduino的原型设计者,而Tiki成为了工作室的联合创始人,两人共同致力于Microduino系列的开发和社区营建。到今天为止,Microduino已经开发出Microduino系列核心板、扩展板、应用主板等15种开发板,涵盖Arduino 兼容核心、网络、无线网络、蓝牙、矢量传感、电机、音乐、GPS、OLED显示设备、电池管理、SD、RTC等众多模块。


延时拍照控制器


改进后的延时拍照控制器

由于Microduino源自开源的Arduino,所以从设计初始,Microduino就遵循开源硬件开发原则:所有的Microduino系列开发板的硬件资料都对开发者无偿公开。“但和其他Arduino的兼容板不同”Tiki说,“Microduino就像是将Arduino Uno一分为二为MCU核心和USB2TTL通信两个独立模块,并重新设计。通过Microduino制定的U型27 pin的接口标准,将所有Microduino 系列即插即用的堆叠起来,这让Microduino变得与众不同,体积小巧,又不失灵活。开发者可以在制作作品时可以只使用核心模块(Microduino core或Microduino core+),并根据项目的需要使用USB2TTL模块向核心模块上载程序或者堆叠其他模块扩展功能,所有的Microduino扩展模块都遵循U型27Pin接口标准,这帮助开发者灵活设计原型机的功能,并控制开发成本,增大了集成度,并使原型机变得非常美观,实现快速成型。

尽管每个模块的厚度只有4mm,但是堆叠得多了,问题也就显现出来了。曾有开发者抱怨,面积虽然减小了,但是随着使用的模块增多,“厚”得很显眼。所以Tiki他们按照UPin-27的标准,制作了Microduino专用的横向扩展板,有效的降低了系统高度。


横向扩展板


无线物联网网关

“所有的模块都是玩家共同创意、设计、测试和改进的”Tiki介绍到,“不但有玩家共同开发硬件、还有玩家自发编写支持的软件并和分享利用microduino完成的作品”。与其说Microduino是一个开源硬件产品,不如说它是一个遵循“众营”理念的开源项目。在这个项目中,不仅仅有张老师和Tiki在默默付出,还有很多圈中的创客贡献了力量,共同开发和扩展Microduino系列。这其中有我们比较熟悉的Yeelink的创始人之一姜兆宁,也有像@老潘 @妖怪 @城砖 @StanleyHuangyc @Leolite @炎火山等这样的开源硬件爱好者。


Microduino系列

“几乎每一个参与项目的人,包括张老师和我,都是利用业余时间,凭着兴趣与热忱在设计改进Microduino系列产品。对于任何人而言,最宝贵的就是时间的付出和创作的热情,是这个社区里的玩家们共同推动了Microduino 的发展。为了向他们致敬,我们对有贡献的伙伴给予产品销售利润的分成,让他们得到应有的回报,同时也鼓励创客们共同努力,开发出更多更好的作品和应用。”Tiki谈到“众营”时解释道。

自从2005年Arduino问世以来,创客文化已经初具规模,它也对科技行业带来了一定程度的影响。作为一名设计芯片的工程师,Tiki首先看到的是芯片厂商的变化。由于“开源”,人们可以了解其运行原理,并基于自己的想法对其修改。在这个过程中,开发者对于芯片产生了不同的需求。正如开源软件的发展离不开大公司的支持一样,开源硬件也需要大公司的支持。而芯片厂商则是众多大公司之中最乐于推进开源硬件的,因为这也能提高它们产品的市场占有率。一些芯片厂商也推出了一系列芯片。

作为高级半导体产品设计、制造和行销的老品牌,成立于1984年的Atmel,由于Arduino的流行,其AVR系列为创客所熟悉。尽管直至2011年以前,Atmel对Arduino的动态、开源硬件运动和持续发展壮大的创客群的响应都比较迟缓,但近年来Atmel的态度有了明显的转变,它不仅在其网站的“教育”页面发布与Arduino相关的资源,还开始支持一系列与Arduino有关的活动,比如赞助Arduino主题的竞赛、参与Maker Faire等。

另外,TI公司也在推出MSP430系列单片机,并以很低的价格面向市场。

尽管开源硬件的背后有大公司的支持,但开源硬件的发展仍然面临各种各样的问题,比如开发成本与商业模式。硬件本身的生产成本与量产规模是息息相关的,由于Microduino团队的两位合伙人都在北京,不比在深圳硬件团队有丰富的生产资源可以利用,每当他们要生产一个模块时,需要先将设计方案交给深圳的厂商进行制板,然后快递至京。PCB板和在淘宝采购的各种元器件会一起交付给给北京的加工厂,焊接各类元器件。由于是用了排针,焊接工作必须手工完成。整套流程带来的不仅仅是肉眼可见的物料成本,还有人力和时间成本。对于Microduino Studio来说,虽然产品得到很多硬件玩家的认可,但现在淘宝所得的利润也只是刚好可以维持Microduino Studio的运作而已。“从目前来看,Microduino的工作没法成为我们的主业,我们更多的是利用业余时间,凭着兴趣去开发和维护。如果以后产品可以进入海外市场,或许经营状况会有所改观,毕竟海外关注开源硬件的人更多,市场更大,对于开源硬件的理解和支持也更成熟;原创性的工作要尊重和支持,这样投身开源硬件的开发者才能得以更大热情和动力为社区奉献更多有趣、有创意的作品。所以,我们现在也在积极寻找海外的合适渠道推广Microduino 产品”Tiki说。


第一版Microduino(上)与量产版(下)

在Tiki看来,海外与国内的氛围有着细微的差别。他认为创客之间应该有良性的交流。“有些时候,当一些创客在论坛中展示自己的作品时,会收到一些态度不屑甚至消极的评论。虽然是少数,但是对于由兴趣驱动的创客文化的发展来说是很不利的”,“尊重很首要的,创客或者玩家勇于分享的行为是需要得到鼓励和支持的”。另一方面,Tiki还看到,许多人评论时可能只是表示赞许,或只为发评论而评论,也有人看到一些点子后可能说“我有时间也试试”,但这种话往往只是说说而已。创客文化的促进需要参与,动手才是硬道理,这样才能为创客文化的推动贡献力量。

困扰与希望

其实,到目前为止Microduino这个开源的项目已经得到了许多关注。林业大学的教授利用Microduino制作了一套花园灌溉系统。项目的参与者@老潘 也用Microduino和Yeelink平台做了一套可以控制宿舍灯光的低成本智能家居系统。像这样的案例还有许多,而且还在不断增加。


由老潘做的智能家居

曾经有一个英国的硬件公司找到Tiki,他们希望可以基于Microduino开发一套新的模块,向Tiki和张老师寻求授权。当Tiki欣然答应的同时,他发现,其实这家公司已经做好了一套完整的设计方案,只差Microduino方面的授权而已。“国外这种对于授权的认真态度非常普遍。即便是对开源的硬件项目,他们也非常注重他人的版权。但是放到国内来看,我们其实很担心在毫无征兆的情况下被侵权。”


音乐模块

目前Microduino已经推出了近15款开源硬件产品,包括核心模块、网络模块、无线模块、显示模块、能量模块等。现在有5款模块尚在测试中,包括音乐模块、Solar能量模块、GPS等。

(文/翟方庆 责编/张宁)