QR10:高精度可编程口袋电阻箱

您也可以访问我们在Kickstarter上的原始众筹页 Kickstarter

革命性产品,含键盘和USB-串口通讯接口。为升级或替代传统电阻箱而生。

可以在以下站点观看HD/4K高清测试视频: YoutubeBilibili.

背景故事

电阻之于电子学正如砖头之于建筑。 

电阻 (十进制)箱作为一种可以输出所需电阻值的仪器, 在一个世纪以前已经问世。然而,在最近的数十年却停步不前——其仍然昂贵、笨重、需要维护以及不得不通过机械旋钮设置输出。 

是时候改变这一切了。  

电阻箱之过去、现在和未来

QR10小巨人

仅仅成年人拳头般大小,由 Eastwood仪器 设计的新一代电阻箱——QR10与传统电阻箱相比具备以下优势:

新一代革命性产品:QR100/101
  • 电控开关 ——使用继电器(Au-Ag合金触点,全密封)代替机械开关(油腻的电刷,非密封)。
  • 现代 通讯端口 ——键盘代替旋钮,增加OLED显示屏来显示更多信息(传统电阻箱哪有这个啊~)。主页显示设定值(SP)、实际输出值(PV)以及当前输出值PV所允许的最大电压(U<)。 
显示屏主页面(照片展示为QR10 β版本)
  •  即插即用的USB-串口 通讯端口 ——USB转串口兼容任何开源或免费的串口上位机软件。此外,ASCII格式的类似AT形式的指令对人类阅读和操作更加友善(相较于二进制Bin指令)。工程师更能体会到通讯接口对仪器的重要性,这将会使仪器更适合于数据采集以及自动化,比如,传感器模拟和传感器自动化校准。
通过XCOM(一款由正点原子出品的免费串口助手软件)远程控制
  • 更宽的工作温度范围 ——QR10可以在温度区间 -10 °C to 40 °C工作。
  •  输出安全限制 ——用户可自定义最小输出限制值来避免误操作导致的过载损坏。 
  •  零残余电阻 ——根据原理我们把输出通道上的所有电阻值都包含在了PV和考虑在了给定误差里。 
  •  电气 隔离 ——控制电路与电阻输出完全隔离。
  •  低功耗设计 ——磁保持继电器以及其驱动电路的低能耗设计,使得QR10可续航12小时以上(以1 Hz的频率操作)。此外,磁保持继电器所带来的发热问题可以忽略不计(作为对比,非磁保持继电器在使用过程线圈持续供电会产生大量的热),因此不会因内部温升引起电阻输出漂移。
  •  口袋便携 ——QR100: 5.5 cm (外径) x 5.5 cm (高); QR101: 5.5 cm (外径) x 7.0 cm (高), 很可能比你的拳头还要小。
  • 通过USB type-C端口充电 ——内置300 mAh可充电锂聚合物电池,500次以上充放电寿命。
  •  用户现场校准 ——这是一项福利。通过这个功能,使用者可以提高特定温度下的输出精度以便用于特殊环境,或者作为年度校准。 
  •  平价 为人人 ——Kickstarter用户专享的7折优惠,价格只有竞品的一到两成(10% ~ 20% )。
QR100T (β 版本)正在检测Fluke三位半万用表的精度

下面这个表格列出了QR10作为电阻箱的基本性能。

本次众筹所支持的型号(不含QR100A/B)

注1: 本次众筹我们选择  0.125欧步进作为我们推荐的型号。 不过考虑到不同的需求,支持者拍下回报后仍然 可以通过 “附加(Add-ons)” 选项将0.125欧步进的订单转换为其他步进。

注2: 为了 避免过多的组合,我们决定不售卖QR100A和QR00B这两款型号。

更多详情,请参考 QR10规格书.

与竞品对比(注:竞品OS-260/270的USB端口只作为固件升级和传输对照表,不支持通讯协议)

±0.05% 误差:小菜一碟

为了提高精度,QR10选择“校准”这一途径。

随机抽样测试(SP = 1.2345 kΩ, PV = 1.23456 kΩ, Ref. = 1.23455 kΩ)

借助于我们先进的校准方法,初步的校准就可以使QR10的精度达到 ±0.05% (T级) ;而精细的校准或者使用更高规格的电阻可以使误差大幅减小至 ±0.02% (B 级) 和 ±0.01%(A级).

作为一项福利,QR10所有型号 均支持用户自行校准。 所需 仅仅 是一台可信赖的 参考表和普通的USB type-C线 (详情请参考 QR10用户手册)).

工作原理?

使用者特别是工程师或学生可能会对其原理感兴趣。QR10是基于“继电器-电阻”网络拓扑结构,这是一种可以产生“真”电阻输出的方案。因此QR10可以看作一颗实体电阻而用于任何电路场合(相对于“模拟电阻”)。

简化版原理图(摘选自中国专利:ZL202130497759.6)

通过控制继电器 RL1~RL4 的状态(上图所示),基础电阻 R1~R4 可以被“加入”或“移除”输出线路。MCU根据设定值(SP),通过特定算法求出一种继电器状态最佳组合,然后控制线圈驱动器U1完成对继电器的状态切换。 .

如何变得如此小巧和“Q"

尽管对一台仪器而言性能是放在第一位的,然而小巧紧凑的体积将会在应用中锦上添花。我们对这种金灿灿的黄铜外壳十分中意,以至于我们从一开始就基于此物的尺寸而设计其余部分。不出意外,这将给我们的设计带来很多挑战。 

QR101 Edition2的内部(使用Sketchup试用版所画)

为了将一块300mAh的锂电池、6块PCB、12个独立按键、一个含0.54"的盖子和20余个继电器和数十颗电阻放置在一个直径55mm的”铜杯“中,同时为了兼容QR100和QR101(QR101比QR100多了一层PCB),经过反复试错以及借助于苦思冥想后的灵感,我们最终寻找到一种方案——不仅满足上述条件,而且可以减少焊接工作。 

眼见为实, 点击此处观看第三方对Edition 2版本的拆解视频 

有口皆碑

组装好的半成品(QR100 Edition 2, EVT)正等待固件下载

我们不满足于仅仅为Kickstarter支持者们演示几台样机。事实上,我们不仅安排了小批量125套的EVT(工程验证测试)试产,而且还为开放实验室和潜在的客户赠送样品以获取反馈。

我们为”硬联实验室“捐赠两套QR10 (Edition 2)

实际上,在本次众筹之前我们在 闲鱼  (由阿里巴巴专为二手市场交易打造)做了一个市场小测试。截至今日我们已经售出约100台测试样机(按”二手“仪器以5折左右的大优惠)并收集到众多珍贵的用户反馈。 

我们的第一位顾客昵称是”蓝色理想“,他定制了一个”脱机自动扫描“的功能。这个功能花费了我们整整三天来实现(不过我们并未额外收费)。 现在,我们决定把这个功能解锁——如果我们的支持者数量可以达到100名以上。

一天,有一个客户告诉我们他将QR10分享到电子爱好者群里后大出风头。至今我们仍清楚地记得那天订单一个接一个的场景——一小时内足足有8个订单——这个足以让我们自信和骄傲的数字! 

用户测试:远超精准

截至今日,我们在中国大陆和中国香港地区有超过60名用户。他们是电子发烧友(位于无锡、长春、深圳、武汉、长沙……),他们是工程师(位于乌鲁木齐、南京、广州、东莞……),他们是高校学生(位于北京),他们是大学教授(位于杭州),他们是企业家(位于南京、郑州、上海和香港)。一位来自北京中科院的工程师甚至称赞QR10是”一件艺术品“。 

这里总结一下大家建设性的反馈意见(QR10 Edition 2及以前版本):

  • 按键不应该旋转 ——这将导致按键上的数字颠倒 
  •  输出端子 (M2香蕉插孔) 不很方便 

我们在着重修复了上述缺点,并决定将最新版本 Edition3/3+在Kickstarter上首发。 

从Edition2到Edition3+,持续改善

众筹回报

Eastwood仪器 Eastwood仪器创始于工程师,发展于工程师以及服务于工程师。我们的格言是 ”让精密仪器更智能和廉价“

QR10充满了我们的心血。它是特别为“个人”打造的仪器,比如创客、工程师、技术员、教师和学生。为了”世界更加美好“,我们决定在此次众筹中实施 实打实的7折优惠。 运费从原则上由支持者承担,原因是$20-$70的运费超出了我们对其豁免的预算。

更多详情请参考网页右侧“回报”列表中的信息。

注1:QR101带包装和附件的重量约为0.4kg, 购买两个以上 可节省运费(您可以选择“额外”来增加型号数目或种类)   

选择多种回报种类的示例

注2: 所有支持者: 订单中预设的邮费 只是预估数字, 我们承诺多退少补。.

扩展目标

  • Level-1:若达到100位支持者,解锁”自动扫描“功能  ——增加这项功能需要一个更大flash的MCU。
"自动扫描"的配置菜单(该功能已经准备好了)
  • Level-2:  如果我们可以筹到$50,000, 我们将会把(大部分)  T/B级的基础电阻由50ppm升级到25ppm;我们将会把(大部分  )A级的基础电阻由25ppm升级到15ppm /10ppm。 ——我们之所以无法保证将所有的基础电阻温漂升级,是因为部分基础电阻的阻值比较特殊。然而,只要需求大,我们可以以较优惠的价格来定制更高规格的(特殊阻值)电阻。 
测试过的50 ppm / 25 ppm MELF电阻

Level-3: $100,000的筹资将使 我们 考虑将按键帽升级为铝合金(Edition 3+) ——距离“艺术品”更进一步。

我们的“小目标”🙂

时间线

  •  2018.4 首版PCBA由业余时间完成,使用的是陶瓷电阻
  •  2018.9 第二版PCBA由业余时间完成,使用绕线电阻
  •  2018.10 第三版本PCBA由业余时间完成,采用金属箔电阻和射频继电器
  •  2020.2 DIY一款低成本电阻板,采用DIP拨码开关。因开关接触电阻不稳定导致电阻板噪音太大而放弃。
  •  2021.5 Eastwood 仪器团队成立
  •  2021.6 第四版本PCBA诞生于我们的实验室,采用MELF电阻和磁保持继电器
QR10 PCBA (2018 – 2022)的进化
  •  2021.10 外观专利
  •  2022.1 实用新型专利
  •  2020.2 EVT小批量试产125台
这是组装过程中收集的PCBA连扳工艺边(EVT,125套),一个里程碑
老化测试(β版本和EVT Edition2版本)
  • 2022.3 官网 eastwood.tech 对外开放
  •  2022.3 在家隔离一周因 COIVD-19 
  •  2022.4 对外发送免费样品,实验室捐赠以及市场测试于 Xianyu APP 
  •  2022.5 免费试用 elecfans.com 
  •  2022.6 独立第三方拆机 bilibili.com 
  •  2022.7 发起众筹@ Kickstarter 
  • 如果一切顺利,计划于2022年10月发货

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QR10 EDITION 3/3+量产需要你的支持。

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关于我们

  • Channing Chang ——Eastwood Instruments的创始人。毕业于SHNU电气工程及其自动化专业。曾就职于OEM/ODM大型企业以及德资仪表公司(作为首席研发工程师)。设计、研制以及迭代了QR10的硬件、早期固件、结构和工业设计部分。
  •  Frank Li ——Eastwood Instruments联合创始人。毕业于Uky硕士学位,主修计算机科学。曾作为软件专家工作于硅谷。主要负责固件开发以及北美市场营销。 
  •  Nicky Lin ——商业合伙人,工程师。在电子制造与服务领域经验丰富。现居住在台北。在Eastwood Instruments担任顾问以及承担部分研发任务,他还将负责QR10量产制造。
  •  Crystal Lee – Eastwood Instruments联合创始人和投资人。现为深圳某跨国公司经理,主要负责财务事宜。此外,她还建议使用速生木材作为QR10的包装(以避免对宝贵森林资源的破坏)。

风险与挑战

总所周知,设计制造一款电子产品是相当复杂的一件事情——仪表更甚。不过值得庆幸的是,我们已经度过了最艰苦的时段。然而对于接下来的大规模生产和快递,仍存在以下风险和挑战:

  • 尽管我们已经备了部分IC,然而“缺芯片”对生产来说将是致命打击。
  • QR10的输出范围可能稍有不同,这是因为假如原设计的电阻无法获得,备用料的阻值可能稍有不同。
  • 小的变动和改进可能不会及时地通知我们地支持者(因为这样地变动可能会很频繁——各种因素所致)
  • 产品运输可能会受到战争、极端天气或者当地地COVID-19封控政策影响(实际上,生产也会面临同样的挑战)。

不用过分担忧,我们总会找到解决地方法——正如我们一直做的。

环境承诺

经久耐用的设计

我们对用户开放校准方式。即使是在继电器损坏甚至基础电阻变更的情况下,用户校准仍然可以提高精度。

重复使用与废物回收

我们选择速生木材和可回收的纸张作为包装。

可持续材料

对产品本身,我们选择可回收的成本较高的金属合金(黄铜和铝合金)作为外壳,而非难以降解的塑料。

环境友善工厂

我们将选择具备RoHS认证的PCB/SMT厂作为合作对象。

其他

与消费类电子产品不同,我们的仪器类产品旨在为用户提供稳定可靠和长寿命的服务。我们希望我们的产品能成为你得心应手的工具伴随你的职业生涯,甚至传给你的下一代。

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