Lab401 a récemment sorti son DigiLab, une "baguette magique" pour bricoler l'électronique du Flipper Zero.

Tout comme pour l'accessoire LightMessenger de Lab401, nous levons le rideau sur le "making-of" - en plongeant dans chaque étape, de la conception à la distribution.

Il s'agit de la troisième partie de notre série "Fabrication de produits avec Lab401".

• Dans la première partie, nous avons présenté notre approche et notre méthodologie en matière de création, de fabrication et de lancement de produits.
• Dans la partie 2, nous avons partagé le parcours de fabrication du LightMessenger.

Si vous êtes intéressé par la fabrication électronique, ou si vous voulez savoir ce qu'implique le lancement d'un produit, jetez un œil à ces articles !

Un grand coup de chapeau à @tixlegeek, l'ingénieur à l'origine du projet.

Qu'est-ce que le DigiLab ?

Le DigiLab est un appareil qui se fixe sur le Flipper Zero. Il s'agit d'un multi-outil électronique qui permet aux utilisateurs d'analyser et d'explorer les signaux électriques de faible puissance : Il peut détecter différents aspects des signaux et les traduire en retour cinétique "en temps réel" : audio, lumière, vibration, etc.

Il permet également la détection simple et intuitive, l'identification et la manipulation directe de dispositifs I²C et SPI.

À la base, il s'agit d'une "sonde magique" qui traite et divise le signal, associée à une application de haut niveau qui affiche le tout.

Il n'est pas destiné à remplacer les outils de précision dédiés : il est conçu comme un nez numérique pour l'électronique - le premier outil vers lequel vous vous tournez lorsque vous explorez l'électronique.

Vous savez que certaines tâches "simples" sont en fait très difficiles ? IE, Est-ce CAN_HI ou CAN_LO ? Y a-t-il un signal sur cette ligne ? Est-ce 9600 baud ou 38400 baud ? ou Pourquoi ne puis-je pas simplement lire les registres d'un module de température sans avoir à programmer un maudit Arduino et à me battre avec l'IDE "amélioré" d'Arduino ?

Le DigiLab résout tous ces problèmes, d'une manière vraiment soignée, unique et intuitive.

Étape 0 : Qu'allons-nous construire ?

Nous avons commencé par une séance de brainstorming. Le LightMessenger nous avait permis d'apprendre les architectures matérielle, logicielle et API du Flipper, et nous étions prêts à créer un appareil qui pousserait le matériel du Flipper plus loin.

L'une des principales raisons pour lesquelles le Flipper Zero est devenu si populaire est sa polyvalence. Il n'a pas été conçu pour être le meilleur pour chaque tâche : il existe d'autres outils plus performants pour presque toutes les fonctionnalités : RFID, RF, SDR, etc.) Il a été conçu pour être polyvalent: faire un peu de tout.

Nous voulions suivre la même logique de conception avec le DigiLab - et construire un outil polyvalent pour les amateurs d'électronique. L'idée était simple : une baguette magique pour l'électronique numérique. Nous voulions tirer parti des atouts du Flipper et d'un circuit personnalisé qui transformerait le Flipper en l'outil que vous utilisez en premier lorsque vous voulez expérimenter l'électronique.

Comme le dit tixlegeek :"En tant que bricoleur en électronique, j'ai essayé d'imaginer l'outil que j'aimerais avoir sur le terrain - quelque chose qui pourrait donner des indications rapides sans avoir besoin d'un oscilloscope ou d'une installation encombrante. C'est de là qu'est né le concept de "baguette magique".

Nous ne cherchions pas à remplacer un équipement plus coûteux, mais à créer un outil polyvalent permettant d'effectuer la plupart des tâches nécessaires, sans avoir à sortir l'oscilloscope, le BusPirate, etc.

Conception

Comme pour les produits précédents, nous devions tenir compte de plusieurs facteurs contraignants. Avec le LightMessenger, nous avons dû travailler avec des contraintes physiques, budgétaires et logistiques qui ont orienté nos choix techniques. Avec le DigiLab, nous avons également ajouté des contraintes techniques - ce que nous essayions de faire poussait le matériel du Flipper à ses limites.

Dans l'ensemble :

• Défis techniques L'électronique serait plus compliquée. Nous voulions être en mesure de voir et de traiter les fréquences en "temps réel", ainsi que d'effectuer l'hétérodynage en "temps réel" (conversion d'une fréquence en une autre - de sorte que les utilisateurs puissent écouter les fréquences dans leurs circuits et les voir à l'écran). Il devait supporter des tensions allant jusqu'à 12V en toute sécurité (sans mettre en danger les ports GPIO du Flipper), et devait également avoir une interface assez complexe.

• Robustesse mécanique
  Le module complémentaire sera utilisé par de vraies personnes, avec de grandes mains et une utilisation parfois peu délicate. Nous devions donc concevoir un module robuste, notamment en tenant compte des limitations GPIO du port externe du Flipper Zero.

• Développement
  Le code doit rester clair et accessible pour que tout le monde puisse comprendre et contribuer.

• Production
  Chaque élément doit pouvoir être fabriqué facilement avec des composants aisément disponibles.

• Coût
  L'approche a été de rester simple et efficace. Nous donnons la priorité à ce qui est nécessaire pour que le produit final soit disponible à un prix raisonnable.

• Esthétique
  L'esthétique est souvent négligée, mais elle contribue de manière significative à l'expérience de l'utilisateur. Nous souhaitions conserver la même esthétique amusante et ouverte que les fois précédentes, tout en veillant à ce qu'elle soit ergonomique.

Prototypes et direction

De tixlegeek :

J'ai commencé par dessiner et bricoler des modèles en carton pour mieux sentir l'outil :

Parallèlement, j'ai commandé un prototype de circuit imprimé. L'objectif était de valider l'électronique et les composants, et de voir comment tout s'assemblait.

Au début, j'envisageais d'utiliser un ESP32 pour gérer les signaux et fournir des informations en ligne. Mais après en avoir discuté avec l'équipe, nous avons réalisé que ce n'était pas le véritable objectif du projet - l'idée a donc été abandonnée.

Si l'appareil était autonome, il risquait de s'autodétruire. Dans le produit final, tout est géré directement par le Flipper Zero.

Connexions, sondes et problèmes.

J'ai travaillé avec une grande variété d'outils, chacun accompagné de son propre ensemble d'accessoires, certains plus standards que d'autres. Lorsqu'il s'agit de connecter des sondes à un circuit imprimé, il y a certainement de bonnes et de mauvaises façons de procéder, mais dans la pratique, cela se transforme souvent en un cauchemar de fiches, de prises et de connecteurs mal assortis.

Nous voulions trouver un juste milieu entre le prix, l'aspect pratique et la robustesse. De même, nous ne voulions pas dicter à l'utilisateur la manière dont il devait utiliser l'outil - nous voulions donc garder les choses aussi ouvertes que possible.

Nous avons eu beaucoup de mal à trouver le meilleur moyen de rendre le DigiLab pratique tout en limitant les coûts. À un moment donné, nous avons même essayé les fiches bananes, mais elles se sont avérées beaucoup trop encombrantes.

En discutant avec l'équipe, nous sommes tombés d'accord sur le fait que le SMA était la meilleure solution - il est petit, commun, et remplit toutes les conditions mécaniques. Nous avons passé beaucoup de temps à fouiller les marchés des matières premières à la recherche d'un produit existant, mais nous n'avons rien trouvé.

$34 pour ceci ... si vous êtes un fabricant de câbles ... il y a un marché qui s'ouvre ici !

Si nous utilisons le SMA comme élément contraignant : le produit le plus proche que nous ayons trouvé est ~$34 par câble - bien en dehors de notre gamme de prix. Si nous étions flexibles avec le connecteur, il y avait des milliers de câbles multimètres disponibles - mais tous avec des connecteurs banane encombrants. Nous avons testé un prototype avec des fiches bananes. D'après nos tests, ces connecteurs étaient non seulement laids, mais ils ajoutaient un énorme levier mécanique à une carte de circuit imprimé délicate. À long terme, cela aurait fini par détruire le circuit imprimé.

Finalement, nous avons choisi la voie du sur-mesure : l'avantage est que nous pouvions créer les sondes exactement comme nous le souhaitions (compactes, jolies, utiles) et utiliser le connecteur SMA. Naturellement, cela signifiait que nous devions construire l'outillage pour les sondes et fabriquer des câbles sur mesure - mais nous sommes satisfaits du résultat et heureux de ne pas avoir cédé sur ce point.

La seule partie qui est restée inchangée entre le prototype et le produit final est l'embout de la sonde. Elle permet aux utilisateurs de fouiller (littéralement) dans un circuit, à la manière d'un stylo-capteur, s'ils le souhaitent. En même temps, elle est amovible, ce qui permet d'insérer un fil comme support, donnant à l'utilisateur la liberté de décider exactement ce dont il a besoin - ou de l'enlever complètement. Si l'utilisateur connecte les sondes, il peut utiliser l'appareil en mode "bureau" ou "laboratoire".

Au final, nous pensons avoir trouvé une solution élégante par sa simplicité.

Un design esthétique

De tixlegeek :

Lorsque j'ai commencé à travailler sur l'illustration de ce produit, je connaissais déjà l'histoire que je voulais raconter. Le LightMessenger avait donné le ton, et le DigiLab devait suivre cette voie. J'avais une vision claire : un enfant avec une passoire sur la tête, brandissant un blaster de signalisation de fortune pour repousser les extraterrestres. Imaginez le commandant Keen rencontrant Heart of Darkness, dans le monde sinistre d'une dystopie de l'information.

J'ai esquissé un certain nombre de concepts et les ai transformés en illustrations, dont certaines se sont retrouvées sur la boîte en carton du DigiLab.

Des prototypes prêts pour la production

Après des semaines (et de nombreuses itérations), nous avions enfin du matériel fonctionnel, un facteur de forme solide et un produit dont nous étions fiers. C'était passionnant, mais ce n'était qu'un tiers de l'histoire. Le matériel seul ne signifie rien sans le logiciel, et en plus de cela, les tests de production devaient être réalisés.

Nous avons réalisé un prototypage rapide des circuits imprimés via JLCPCB.

Le code

Au début, le code était un peu un cauchemar : je cherchais les moyens les plus rapides et les plus fiables d'échantillonner et d'afficher les signaux. Le Digilab divise en fait les signaux sondés en deux parties : une représentation analogique à basse fréquence et un rendu propre des oscillations autour de 0 V. L'idée était de mesurer les fréquences et les tensions, et de laisser le logiciel calculer des mesures utiles par-dessus.

J'ai fini par écrire un logiciel personnalisé pour cela, en utilisant des tampons en anneau, des analyses statistiques et un peu de "magie" pour que tout s'enclenche. Compte tenu des limites matérielles du Flipper Zero, je suis très satisfait du résultat. Plusieurs outils en sont issus, chacun avec des scènes claires et pratiques, de sorte que l'utilisateur n'a pas à réfléchir à ce qui se passe en arrière-plan.

Pour I²C et SPI, il existe un système de détection de composants basé sur une base de données qui utilise plusieurs techniques pour deviner quel type de périphérique est sondé. L'application I²C, en particulier, comprend un petit éditeur hexadécimal dont je suis particulièrement fier - je pense qu'il sera vraiment utile.

Enfin, les outils Scope et Probe tirent le meilleur parti du matériel tout en offrant à l'utilisateur des options flexibles pour régler le retour cinétique comme il l'entend.

Test

Comme pour le LightMessenger, nous voulions que les tests des circuits imprimés soient automatisés à 100 %. Cela signifie que chaque circuit imprimé est soumis à une série de tests qu'il doit réussir. Pour ce faire, il faut concevoir et construire le matériel de test (appelé "gabarit"), ainsi que le logiciel de test.

Naturellement, cela implique "plus de travail" et il peut être tentant d'opter pour une inspection visuelle uniquement, afin de gagner du temps ou de faire des économies. Certaines usines de PCBA insistent même sur l'inspection visuelle.

Toutefois, la raison pour laquelle il est important d'effectuer des tests à 100 % est le changement de responsabilité. Imaginons que vous optiez pour une inspection visuelle. Les PCBA sont terminés, puis intégrés dans un produit final, emballés et expédiés à votre entrepôt. Vous envoyez peut-être des unités à vos distributeurs et, enfin, vous lancez le produit.

Vous êtes à la fin du cycle de production et vous êtes soulagé. Soudain, vous recevez un retour d'information de la part des clients. L'appareil ne fonctionne pas dans une situation spécifique. Vous prenez un produit en stock et vous voyez qu'un composant a été soudé dos à dos pendant le cycle de production.

Vous appelez l'usine et vous vous plaignez. On vous répond que l'inspection visuelle a été positive et vous acceptez les produits. La responsabilité de la résolution du problème n'incombe plus à l'usine, mais à vous, voire à vos clients. La résolution de ce problème est incroyablement coûteuse, en termes de temps, d'argent et de réputation des clients.

Si les circuits imprimés avaient été testés électroniquement, la défaillance aurait été détectée et la responsabilité de la résolution du problème aurait été transférée à l'usine de PCBA.

Si vous fabriquez, investissez du temps dans des tests appropriés.

Pour le DigiLab, nous avons construit un gabarit de test basé sur le CH32V003 qui vérifie toutes les fonctionnalités et fournit au fabricant un retour d'information simple et facile à comprendre. Il a fallu quelques ajustements et une procédure claire étape par étape pour s'assurer qu'il s'intègre parfaitement dans le processus de fabrication.

Voici quelques photos du gabarit de test :

J'ai soudé des points d'essai pour imiter les broches de pogo et j'ai corrigé plusieurs erreurs que j'avais commises lors de la première itération.

Ensuite, notre fabricant interne l'a intégré sur le banc d'essai, avec du matériel fait sur mesure :

Emballage

Nous préférons utiliser un emballage simple :

• Carton non blanchi et non couché pour minimiser notre empreinte de produits chimiques nocifs.
• Encres à base de soja, pour minimiser l'impact sur l'environnement
• Des inserts en mousse simples (pas de découpe sur mesure, etc.) pour minimiser les coûts.

Nous pensons qu'il s'agit là d'un équilibre entre nos engagements éthiques et une expérience de déballage agréable pour le client. De même, nous sommes honnêtes envers les clients : ils ne paient pas pour quelque chose qu'ils vont jeter.

Nous avions appris avec le LightMessenger que quelques centimètres supplémentaires dans l'emballage se traduisaient par des palettes supplémentaires à la livraison, et nous voulions éviter ce problème avec le DigiLab.

Nous avons donc opté pour une boîte beaucoup plus fine. Nous avons expérimenté différentes configurations de mousse non découpée, mais nous n'avons pas trouvé de façon satisfaisante de présenter l'appareil, les sondes et le point de sonde. En l'absence de découpes, les objets flottaient dans la boîte. Avec plusieurs couches de mousse non découpée, les utilisateurs pouvaient ouvrir la boîte et penser qu'il manquait des pièces. Finalement, nous avons utilisé deux couches, avec une découpe "intelligente", de sorte que lorsque vous ouvriez la boîte, vous pouviez voir les sondes en dessous.

Notre boîte.

Conclusion

Le DigiLab est un peu difficile à décrire : il offre un moyen unique de "sentir" les circuits en utilisant la lumière, le son et les vibrations. Lorsque vous l'avez en main sur l'appareil ou que vous le voyez en action, tout s'éclaire d'un coup.

Des tâches qui étaient auparavant difficiles ou un peu gênantes à tester (en particulier des choses comme : Est-ce CAN_HI ou CAN_LO ? Y a-t-il un signal sur cette ligne ? S'agit-il de 9600 bauds ou de 38400 bauds ?) - sont tout simplement possibles "comme par magie".

Ironiquement, nous avons été surpris par l'utilité de l'appareil. Au cours de nos tests, nous avons découvert de plus en plus de cas d'utilisation pour l'outil, et nous nous sommes retrouvés à y revenir fréquemment pour des tâches quotidiennes.

L'explorateur I2C est l'un des outils les plus surprenants. En théorie, la manipulation I2C est "facile", ou un "problème résolu" - il suffit de connecter le module à une plateforme équipée d'I2C et d'interagir avec le module. En réalité, cela signifie qu'il faut écrire du code sur un Arduino, ou se battre avec des pilotes sur le Raspberry PI. Ce n'est pas intuitif. Avec le DigiLab, il détecte et identifie l'appareil immédiatement, et vous pouvez fouiller directement dans les registres d'un module. Quand on voit à quel point c'est facile, toutes les autres méthodes semblent incroyablement compliquées.

Nous sommes donc très fiers du DigiLab. Nous avons fourni un accessoire open-source de qualité pour le Flipper Zero qui résout des problèmes courants d'une manière unique et qui, nous l'espérons, sera utilisé quotidiennement par tous les passionnés d'électronique.

Si vous souhaitez découvrir le produit final, le DigiLab, nous nous ferons un plaisir de vous aider.

L'appareil est entièrement open-source ; veuillez consulter le code sur GitHub.

Merci beaucoup

Lab401 et tixlegeek.