Was würden Sie sagen, wenn Sie gefragt würden, was die Grundlage des Enterprise Internet of Things (EIoT) ist? Für diejenigen, die sich mit der IoT-Entwicklung befassen, wären eingebettete Systeme die Antwort. Sicherlich handelt es sich hierbei um eingebettete Systeme, die es ermöglichen, den Wert aus ungeordneten Unternehmensdaten „herauszuquetschen“. Dies führt dazu, dass viele Unternehmen es vorziehen, ihre Umgebung individuell anzupassen, anstatt Produkte von der Stange zu kaufen. Deshalb übersteigt der Anteil der IoT-Hardware den Anteil anderer Produkttypen im IoT-Markt deutlich.
Es eröffnet natürlich neue Möglichkeiten für das PCB-Design sowie neue Herausforderungen. Das PCB-Design bestimmt weitgehend, ob dieses Ökosystem die Geschäftsanforderungen für das IoT-Ökosystem erfüllt, aber es wirkt sich auch auf den gesamten Lebenszyklus der zukünftigen Lösung aus, bestimmt deren Anpassungsfähigkeit an sich ändernde Geschäftsumgebungen und hält mit sich entwickelnden Trends Schritt. Wie bauen Sie beim Entwurf von IoT-Lösungen für Unternehmen eine zuverlässige Brücke zwischen Geschäftszielen und einem Vorstand? Lesen Sie weiter, um es herauszufinden.
Fünf Säulen des EIoT-PCB-Designs
Von jeder IoT-Lösung, die im Unternehmen implementiert werden soll, wird erwartet, dass sie einen Wettbewerbsvorteil aus den Daten zieht und gleichzeitig angemessene Betriebskosten aufweist. Es wird umfassend genutzt, um Geschäftsprozesse durch datengesteuerte Entscheidungen zu optimieren, den Lebenszyklus von Geräten durch Funktionen zur vorausschauenden Wartung zu verlängern und erweiterte Automatisierung durch Echtzeit-Datenverarbeitung durchzuführen.
Daher basiert jedes PCB-Design für ein EIoT-Projekt auf fünf Säulen:
- Datenerfassung aus Objekten/der Umgebung
- Datenübertragung in digitales Format und deren Verarbeitung
- Datenbasierte intelligente Reaktionen
- Tiefgreifende Datenanalyse
- Umfassende Konnektivität
Parallel dazu muss ein PCB-Designer eine Reihe von Problemen lösen, die vor allem mit den Kosten der endgültigen Lösung zusammenhängen, und dabei verschiedene Betriebsszenarien sowie die Arbeitsumgebung berücksichtigen.
Herausforderungen und Lösungen beim EIoT-PCB-Design
IoT-Ökosysteme werden tendenziell intelligenter, aber das ist nicht die einzige Herausforderung, die das PCB-Design lösen muss. Es muss auch auf das sich ständig ändernde Geschäftsumfeld und die Anforderungen der Branche eingehen, was bedeutet, dass Prioritäten richtig gesetzt werden müssen. Vor diesem Hintergrund empfehlen wir, die Implementierung des PCB-Designs im Hinblick auf die folgenden übergeordneten Vorteile anzugehen.
Flexibilität
Flexibilität ist heute einer der Hauptfaktoren für die Weiterentwicklung der Fertigung. Die Möglichkeit, die Lösung an sich ändernde Bedingungen anzupassen, bestimmt maßgeblich ihren Marktwert. Dies zwingt die EIoT-Lösung dazu, multifunktional zu sein und mehrere Konnektivitätsoptionen zu bieten. Für eingebettete Systeme ist es wertvoll geworden, verschiedene Schnittstellen wie Temperatur-, Vibrations- und Lichtsensoren, Audio- und Video-I/O sowie eine Reihe von Speicherschnittstellen zu integrieren. Um die Konfiguration und Aktualisierungen zu vereinfachen, empfiehlt es sich, sowohl USB als auch OTA zu implementieren. Diese große Flexibilität ermöglicht es Anwendungsentwicklern, die erforderlichen Schnittstellen bereitzustellen, den Betriebsablauf nahtlos neu zu organisieren und mit dem System zu experimentieren, wenn es bereits läuft.
Gleiches gilt für die Konnektivität. Mehrere drahtlose Protokolle bieten eine Reihe von Verbindungs- und Konfigurationsoptionen. Sie sollten sich jedoch ergänzen. Zigbee ermöglicht beispielsweise eine nahtlose Automatisierung in der Fertigungsumgebung Wi-Fi fördert eine verbesserte Kontrolle. Hier kommt es darauf an, Protokolle für kurze Entfernungen und Geschwindigkeit mit Protokollen für große Entfernungen und hohe Geschwindigkeit in Einklang zu bringen, um mehr Optionen wie Bluetooth+ LTE-M bereitzustellen.
Analytischer Wert
Unternehmen benötigen präzisere Vorhersagen durch fortschrittliche Analysetools, damit die Daten mehr Anforderungen als je zuvor erfüllen. Die Signalintegrität darf nicht zweifelhaft sein. Zu den heterogenen Daten können analoge Signale, Videostreams usw. gehören, die vereinheitlicht werden müssen. Die Daten mehrerer Protokolle müssen in Standardprotokolle wie MQTT und OPC UA umgewandelt werden. So trägt beispielsweise die Implementierung des ICP/CFX-Protokolls zu einem einheitlichen Datenformat bei.
Die nächste Anforderung besteht darin, die Möglichkeit zu bieten, Edge-Geräte anzuschließen, um wertvolle Daten zu analysieren und vorzuverarbeiten, bevor sie an die Cloud gesendet werden. Der Wert zeigt auch die Reduzierung der Kosten für die Konnektivitätsnutzung durch Filterung der Rohdatenmenge sowie die Reduzierung der Latenz durch die Delegation einiger grundlegender Entscheidungsberechtigungen an die Edge-Geräte.
Darüber hinaus implementieren immer mehr IoT-Anwendungen neuronale Netze zur Datenanalyse. Dies ist eine gängige Methode zur visuellen IoT-Inspektion mit unglaublicher Genauigkeit und schnellem ROI. Der Haken ist, dass ein neuronales Netzwerk ressourcenintensiv ist Technologie Dies verlangsamt die Leistung, wenn das System überlastet ist. Es können Probleme mit einer Benutzeraktion oder mit der Qualität der Analyse auftreten. Trotz der allgemeinen Tendenz zu geringem Stromverbrauch erfordern erweiterte Analysen eine leistungsstarke CPU oder die Implementierung eines ASIC oder SoC, der auf KI-Computing mit geringem Energieverbrauch spezialisiert ist.
Optimierung des Stromverbrauchs
Wenn es um IoT-Anwendungen für Unternehmen geht, funktionieren hier alle Methoden zur Reduzierung des Stromverbrauchs innerhalb von Leiterplatten, da IoT-Verarbeitungs- und Analysetools unglaublich energieaufwendig sind. Zum Beispiel Schlafmodus für Nichtnutzer Modulen senkt den Stromverbrauch innerhalb einer bestimmten Anwendung, während der Einsatz von Schaltreglern dazu beiträgt, die Batterielebensdauer zu verlängern. Bei der Wahl zwischen Standard- und Niedrigenergieschnittstellen entscheiden Sie sich zweifellos für Letzteres. Hier könnten Bluetooth Low Energy (BLE) und Zigbee helfen.
Um den Stromverbrauch auszugleichen, wäre es sinnvoll, eine dauerhafte alternative Energiequelle bereitzustellen. Die Energie kann zusätzlich durch thermoelektrische, elektromagnetische, Radiofrequenz-, piezoelektrische, photovoltaische und andere Methoden gewonnen werden.
Zugänglichkeit und Haltbarkeit
Die Notwendigkeit, schwer zugängliche Bereiche zu bedienen, bestätigt den Vorteil mehrerer drahtloser Protokolle innerhalb einer Platine. Zu diesem Zweck könnten Unternehmen auf BLE-Mesh-Netzwerke setzen, die auch Hindernisse wie Mauern und Tunnel überwinden. Es kann mehr Geräte verbinden als andere Mesh-Netze, aber eine Erhöhung der übertragenen Datenmenge kann zu Verzögerungen führen. Somit hat jedes Protokoll seine Vorteile und Einschränkungen, aber durch die Bereitstellung von mehr Optionen bieten Sie dem Unternehmen mehr potenzielle Lösungen.
Der andere mit der Nutzungsumgebung verbundene Punkt besteht darin, dass IoT-Geräte häufig eine Datenerfassung von sich bewegenden oder vibrierenden Objekten erfordern, was einen erweiterten Schutz für solche Systeme mit sich bringt. Dies gilt insbesondere für die Logistik- und Automobilindustrie. Zusätzlich zu den Standardempfehlungen zum Schutz der Platine lohnt es sich, schwingungsdämpfende Rahmen zu verwenden. Auch wenn dadurch die Kosten der endgültigen Lösungen steigen, erhöht es die Chancen, dass die Daten auch nach einem Unfall vollständig erfasst werden.
Wo kann das EIoT-PCB-Design die Erfahrung des Verbraucher-IoT nutzen?
Enterprise IoT umfasst nicht nur Analysesysteme oder fortschrittliche Fertigungsanlagen, sondern auch Wearables und HMI-fähige Geräte, wenn es um die Interaktion mit Menschen geht. Die reiche Erfahrung des Verbrauchers Elektronik Erkenntnisse aus der Industrie können und sollten auf die Entwicklung von IoT-Ökosystemen in Unternehmen angewendet werden, die mit Menschen interagieren, beispielsweise im Gesundheitswesen oder bei Anwendungen zur Arbeitssicherheit.
Der Hauptfaktor für Consumer-IoT-Geräte ist die Benutzerfreundlichkeit, die sich zunächst auf das PCB-Design auswirkt. Dies bedeutet, dass die folgenden Anforderungen für das PCB-Design erfüllt sein müssen:
- Kompaktheit. Um die geringe Größe des Geräts zu gewährleisten, können Entwickler vorerst auf flexible und hochdichte Verbindungsplatinen zurückgreifen, die es ihnen auch ermöglichen, sich an die Form und Form des zukünftigen Geräts anzupassen.
- Geräuschlos. Es ist zunächst für eine reibungslose Kommunikation zwischen Geräten erforderlich. Jegliches elektrische Rauschen oder Reflexionsrauschen muss innerhalb der Leiterplatte eliminiert werden, was möglicherweise den Einsatz von Rauschfiltern und Dämpfungswiderständen erfordert.
- Haltbarkeit. Um die Langlebigkeit des Geräts zu gewährleisten, müssen die Einsatzbedingungen simuliert und geeignete Kompensationssysteme implementiert werden.
Im Gegensatz zum Verbraucher, bei dem das Wearable hauptsächlich mit dem Telefon verbunden wird, könnte es bei EIoT-Wearables erforderlich sein, Informationen an andere Geräte, an die Steuerung, zu übertragen Tafel und zur weiteren Analyse in die Cloud übertragen. Darüber hinaus sind komplexere Geräte darauf ausgelegt, heterogene Daten über die menschliche Gesundheit zu sammeln. Dies verstärkt die Frage der Multifunktionalität des kleinen Geräts.
Empfehlungen
- Berücksichtigen Sie beim Design von Leiterplatten für EIoT wichtige Vorteile und Branchentrends, wie z. B. erhöhte Anforderungen an die Qualität der Analyse, Produktionsflexibilität und Mehrzweck-IoT.
- Die Hauptaufgabe des PCB-Designers von Unternehmens-IoT-Anwendungen besteht darin, ein Gleichgewicht zwischen Multifunktionalität und niedrigem Energieverbrauch zu finden.
- Erwägen Sie technologische Innovationen für mehr Rechenkapazitäten von KI-Anwendungen.
- Nutzen Sie die Erfahrungen aus dem Verbraucher-IoT, um die Benutzerfreundlichkeit für menschenorientierte Anwendungen wie IoT-Lösungen für das Gesundheitswesen oder die Arbeitssicherheit zu erhöhen.