این پروژه مربوط به بازطراحی سخت‌افزار یک سیستم توزین صنعتی جهت خوانش وزن لودسل‌های باسکول ماشین‌های سنگین بود. طراحی اولیه سخت‌افزار و Firmware دستگاه توسط تیم دیگری انجام شده و تعداد قابل توجهی از دستگاه‌ها نیز وارد بازار شده بود، اما در محیط‌های صنعتی مختلف مشکلاتی در عملکرد دستگاه مشاهده می‌شد.

گزارش‌های ثبت‌شده از سمت کارفرما شامل اختلال در عملکرد کیبورد، ایجاد نویز در صفحه‌نمایش و ناپایداری در مقادیر خوانده‌شده از لودسل‌ها بود. با توجه به اینکه ساختار نرم‌افزاری دستگاه عملکرد مناسبی داشت، تمرکز اصلی پروژه بر تحلیل ریشه‌ای مشکلات سخت‌افزاری و طراحی مجدد برد قرار گرفت.

 ساختار اولیه دستگاه 

هسته اصلی سیستم مبتنی بر میکروکنترلر STM32F429 بود و رابط کاربری دستگاه از طریق نمایشگر 7 اینچی گرافیکی پیاده‌سازی شده بود.

در این طراحی، نمایشگر به صورت مستقیم به LTDC میکروکنترلر متصل نشده و از ماژول FT810 به عنوان درایور واسط استفاده شده بود. همچنین دستگاه دارای قابلیت اتصال به کیبورد، فلش مموری USB و چندین مدل پرینتر صنعتی بود.

رابط کاربری و منوهای سیستم نیز با استفاده از LVGL توسعه داده شده بود و از نظر ساختار نرم‌افزاری، پروژه دارای معماری مناسب و عملکرد قابل قبولی بود.

 تحلیل مشکلات و بازطراحی سخت‌افزار 

پس از بررسی دقیق رفتار دستگاه در شرایط صنعتی، مشخص شد بخش عمده مشکلات ناشی از طراحی نامناسب سخت‌افزار و ملاحظات ناکافی EMC/Noise Immunity بوده است.

یکی از مهم‌ترین نقاط ضعف سیستم، استفاده از ماژول FT810 آماده بود. این ماژول مطابق مستندات سازنده، بیشتر برای کاربردهای عمومی و آموزشی طراحی شده و برای محیط‌های صنعتی با نویز بالا گزینه مناسبی محسوب نمی‌شود.

در فرآیند بازطراحی، ساختار سخت‌افزاری ماژول FT810 به طور کامل مجدداً طراحی شد و تغییرات متعددی در مسیرهای ارتباطی SPI، تغذیه و Layout برد اعمال گردید. این اصلاحات باعث شد نویزپذیری نمایشگر و اختلالات گرافیکی به طور کامل برطرف شود.

همچنین در بخش تغذیه دستگاه، بازطراحی کاملی با هدف افزایش پایداری و کاهش حساسیت به نویز انجام شد. در این فرآیند از فیلترهای مناسب تغذیه، جداسازی (Isolation) بخش‌های حساس و بهینه‌سازی مسیرهای تغذیه و زمین استفاده گردید تا تداخلات ناشی از محیط صنعتی و تجهیزات جانبی به حداقل برسد. این تغییرات تأثیر قابل توجهی در افزایش پایداری عملکرد نمایشگر، ارتباطات SPI و دقت خوانش لودسل‌ها داشت.

 بهینه‌سازی بخش توزین و ورودی‌ها 

علاوه بر بخش نمایشگر، اصلاحات گسترده‌ای نیز در مدار خوانش لودسل‌ها انجام شد. طراحی مسیرهای آنالوگ، فیلترینگ تغذیه و ایزولاسیون سیگنال‌ها بازبینی شد تا پایداری قرائت وزن در محیط‌های صنعتی تضمین گردد.

همچنین در بخش ارتباط میکروکنترلر با کیبورد و ورودی‌ها، تمهیدات سخت‌افزاری جدیدی جهت کاهش نویز و جلوگیری از عملکرد ناپایدار اعمال شد که در نهایت تمامی مشکلات گزارش‌شده توسط کارفرما به طور کامل رفع گردید.

 نتیجه نهایی پروژه 

پس از اعمال اصلاحات سخت‌افزاری و بازطراحی PCB، دستگاه در شرایط واقعی صنعتی مورد تست قرار گرفت و عملکرد آن از نظر پایداری نمایشگر، صحت اندازه‌گیری وزن و عملکرد تجهیزات جانبی به طور کامل پایدار شد.

این پروژه نمونه‌ای از تحلیل تخصصی مشکلات EMC و بازطراحی سیستم‌های Embedded صنعتی با تمرکز بر افزایش پایداری و اطمینان عملکرد در محیط‌های نویزی بود.