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物联网产品获得 CE 标志认证之旅第 1 部分:设置场景

这一系列的帖子将遵循从原型中获取物联网产品的进展,根据需要通过测试和设计修订,以获得 CE 标志认证进行一般销售。

无论是向没有获得 CE 标志认证经验的工程师提及此项认证,或提及获得机会,大家只会深感恐惧;也有可能对此完全没有意识。在面临通过认证标准艰难、不知道哪些适用于自己的产品、如何着手测试、以及费用是否昂贵等困惑之前,让我们来揭开 CE 标志的面纱,便会发现并非想象那般耗时。通过这一系列的帖子,我们希望表明它实际上并非那么可怕!

我们案例重点研究的产品是一款环境传感器平台,设计为与将微控制器与 LoRa、WiFi、Bluetooth 和 SigFox 以及其他无线系统集成一体的 pycom modules 一起使用。我们设计的产品不是一款终端产品,而是像 pycom 模块一样,用于开发和集成到终端产品中的组件。

即使我们的设计不具备如您期望的消费产品一样有精美的外壳、生产固件和服务集成等,但并不影响我们通过认证测试。这在获得认证时将给予工程师和产品设计师莫大的信心,他们不应该去解决源于设计的问题。

什么是 CE?

CE 源于 Conformité Européenne (欧洲共同体)的缩写,表明产品符合欧洲经济区 (EEA) 销售产品的相关健康、安全和环境保护标准。

当我们说到“CE 标志”时,最简单的方法就是一开始表示它并不意味着:

    • 它不是第三方认证,如政府实验室或行业组织;
    • 不意味着“中国出口”!

理解第一点很重要,获得 CE 标志是供应商应该所做的事情,以此声称产品符合适当的标准。或许您可以在没有进行任何测试的情况下给产品印上 CE 标志,但这就好比选择不使用保险政策一样。就看您愿意承担多大风险,当然,这里的差异在于,这样操作也有造成电磁干扰 (EMI) 甚至是伤害身体的潜在风险。

第二点,尽管有一些使用 CE 标志以声称产品绝非中国出口,CE 并不意味着“中国出口”。如您所想,欧洲议会已对此表示关注

如果 CE 意味着我们需要关注相关标准,那么这些标准是什么呢?它取决于要获取认证的产品,适用的标准将根据您生产的产品而大不相同,比如汽车、笔记本电脑、微波炉或医疗设备。

我们将在以后的帖子里详细介绍适用标准,在此不作赘述,其主要是关于电磁兼容 (EMC),确保所有的排放不超出可接受水平范围,以及不会产生无法忍受的电磁干扰。

硬件描述

环境传感器平台围绕 Pycom LoPy(162-8047) 模块构建。对于那些不熟悉 Pycom 模块的人来说,他们集成了 ESP8266 (一款功能强大的 32 位 RISC 微控制器带 WiFi 功能)以及用于各种低功耗无线标准的额外支持,通过 MicroPython 进行编程,MicroPython 提供了一种非常适合新手的 Python 语言的功能子集,并为集成外设提供开箱即用支持软件。

从上方框图的左下角顺时针方向看,可以看到传感器平台 Pycom 模块扩展至:

    • 环境光传感器,其通过 I2C 连接。
    • 通过 I2C 连接的 BME680 集成环境传感器。
    • 通过模拟输入进行声级测量。
    • 通过简单的数字 GPIO 连接的 PIR 传感器。
    • Pmod 扩展。
    • 状态 LED。

简而言之,各种具有数字和模拟输入/输出的外设,加上未来的扩展功能,在测试时为我们打造出一个有趣的组合。

原型

环境传感器平台最初为物联网/智能建筑演示器开发,用于 RS Components 总部,通过 LoRaWAN 提供连接性。该板使用 DesignSpark PCB 进行布局,并生成了两个 CAD 修订版,而且用一台小型贴片机内部组装了 30 块第二个修订版计算机板。

30 块板中共安装了 24 块,其余用于开发和测试。安装的那些板现在已稳定运行了数月,并通过物联网将数据发送到仪表板,测量结果如下:

    • 温度 (BME680)
    • 湿度 (BME680)
    • 气压 (BME680)
    • 挥发性有机化合物 (BME680)
    • 环境光等级 (BH1750FVI)
    • 声级(麦克风+前置放大器+模拟输入)
    • PIR (Panasonic EKMC1603111)

通过物联网控制台查看的解码数据

我们已经拥有了奏效的解决方案,但最初并未设想传感器平台要获得 CE 标志并进行一般销售,因此很可能需要对设计进行一些修改才能符合相关标准。最初的设计是由专业工程师制作完成,即使只是用于原型或演示,也一直贯彻实现最佳实践的设计理念,运气好的话,只需要进行较小变更即可。

过程

这是一个真正有助于获得领域专家支持的领域,他们可以就适用标准提供建议、可以使用经过适当校准的设备进行测试、知道如何正确使用并且能够发现问题以及建议补救措施。

我们将与 Unit 3 Compliance 合作,这是一家 EMC 测试服务提供商,专门从事 EMC 先期兼容认证和产品设计。将遵循的过程大致为:

    1. 初步设计审查 (Unit 3 Compliance)
    2. 完成 CAD 新修订版和电路板构建
    3. EMC 先期兼容认证测试 (Unit 3 Compliance)
    4. 如果需要,完成 CAD 新修订版和电路板构建
    5. 通过认可实验室测试

我们本可以直接进入第 3 步,但是想要对设计进行一些小改动,并且也希望能额外留些板作其他用途,小批生产也让我们有机会在测试之前审查并调整板的设计。

冒险的做法是止步于第 3 步,也就是说,假设测试结果会通过。许多供应商可能永远不会真正使用认可实验室服务,因为正如您所预期的那样,他们的成本更高。尽管如此,我们仍然要从认可实验室获得额外的测试报告保证。

为什么不直接送检认可实验室?如上所述,实验室的成本更高,先期兼容认证服务提供了一种更合乎成本效益的方法来发现并解决问题。毕竟,如果运气欠佳,可能需要进行多次设计迭代并反复测试才能符合相关标准。显然,先通过先期兼容认证而不是直接送检认可的实验室的方法更加明智。

输出

最后,值得一提的是关于输出,我们一路分享各种设计材料和固件以及测试结果。最终将在 DesignSpark PCB 数据库作中为开源硬件发布,任何人可以进行生产或将其用作自己衍生设计的基础。

Andrew Back

Open source (hardware and software!) advocate, Treasurer and Director of the Free and Open Source Silicon Foundation, organiser of Wuthering Bytes technology festival and founder of the Open Source Hardware User Group.

23 Oct 2018, 6:00