Se ti chiedessero quali sono le basi dell'Internet of Things (EIoT) aziendale, cosa diresti? Per coloro che sono coinvolti nello sviluppo dell'IoT, la risposta sarebbero i sistemi embedded. Sicuramente si tratta di sistemi embedded che permettono di “spremere” il valore da dati aziendali disordinati. Ciò si traduce in più aziende che preferiscono personalizzare il proprio ambiente invece di acquistare prodotti standard. Ecco perché la quota di hardware IoT prevale in modo significativo su altri tipi di prodotti nel mercato IoT.
Sblocca naturalmente nuove opportunità per la progettazione di PCB, nonché nuove sfide. La progettazione PCB determina in gran parte se questo ecosistema soddisfa i requisiti aziendali per l'ecosistema IoT, ma influisce anche sull'intero ciclo di vita della soluzione futura, determina la sua adattabilità ai mutevoli ambienti aziendali e tiene il passo con le tendenze in evoluzione. Come si costruisce un ponte affidabile tra gli obiettivi aziendali e un consiglio di amministrazione durante la progettazione di soluzioni IoT aziendali? Continuate a leggere per scoprirlo.
Cinque pilastri della progettazione di PCB EIoT
Si prevede che qualsiasi soluzione IoT da implementare nell'azienda ottenga un vantaggio competitivo dai dati pur avendo un costo di proprietà adeguato. È ampiamente utilizzato per ottimizzare i processi aziendali attraverso decisioni basate sui dati, estendere il ciclo di vita delle apparecchiature attraverso funzionalità di manutenzione predittiva ed eseguire l'automazione avanzata attraverso l'elaborazione dei dati in tempo reale.
Pertanto, qualsiasi progetto PCB per un progetto EIoT si basa su cinque pilastri:
- Acquisizione dati da oggetti/ambiente
- Trasferimento dei dati in formato digitale e loro elaborazione
- Reazioni intelligenti basate sui dati
- Analisi approfondita dei dati
- Connettività completa
Parallelamente, un progettista di circuiti stampati deve risolvere una serie di problemi principalmente associati al costo della soluzione finale, considerando vari scenari operativi e l'ambiente di lavoro.
Sfide e soluzioni per la progettazione di PCB EIoT
Gli ecosistemi IoT tendono a diventare più intelligenti, ma non è l'unica sfida che la progettazione di PCB deve risolvere. Deve anche affrontare l'ambiente aziendale in continua evoluzione e le richieste del settore, il che significa stabilire correttamente le priorità. Detto questo, raccomandiamo di affrontare l'implementazione della progettazione PCB dal punto di vista dei seguenti vantaggi di alto livello.
Flessibilità
La flessibilità è oggi uno dei principali vettori per l'evoluzione della produzione. L'opportunità di adattare la soluzione alle mutevoli condizioni determina in gran parte il suo valore sul mercato. Ciò impone alla soluzione EIoT di essere multifunzionale e offrire molteplici opzioni di connettività. È diventato prezioso per i sistemi embedded includere varie interfacce, come sensori di temperatura, vibrazione e luce, I/O audio e video e una gamma di interfacce di memoria. Per semplificare la configurazione e gli aggiornamenti, è consigliabile implementare sia USB che OTA. Tale grande flessibilità consente agli sviluppatori di applicazioni di attivare le interfacce richieste, riorganizzare senza soluzione di continuità il processo operativo e sperimentare il sistema quando è già in esecuzione.
Lo stesso vale per la connettività. Diversi protocolli wireless offrono una gamma di opzioni di connessione e configurazione. Dovrebbero però essere complementari. Ad esempio, Zigbee consente un'automazione senza soluzione di continuità nell'ambiente di produzione, mentre Wi-Fi promuove un maggiore controllo. Ciò che è essenziale qui è bilanciare i protocolli a piccola distanza e velocità con lunga distanza e alta velocità per fornire più opzioni, come Bluetooth+ LTE-M.
Valore analitico
Il business richiede previsioni più precise attraverso strumenti di analisi avanzati, che portano i dati a soddisfare più requisiti che mai. L'integrità del segnale non deve essere messa in dubbio. I dati eterogenei possono includere segnali analogici, flussi video e così via, che devono essere unificati. I dati provenienti da più protocolli devono essere trasformati in protocolli standard come MQTT e OPC UA. Ad esempio, l'implementazione del protocollo ICP/CFX aiuta con un formato dati uniforme.
Il requisito successivo è fornire l'opportunità di connettere i dispositivi edge per analizzare e pre-elaborare dati preziosi prima di inviarli al cloud. Il valore rivela anche la riduzione del costo dell'utilizzo della connettività filtrando la quantità di dati grezzi, nonché la riduzione della latenza attraverso la delega di alcune credenziali decisionali di base ai dispositivi perimetrali.
Inoltre, sempre più applicazioni IoT implementano reti neurali per l’analisi dei dati. Questo è un metodo comune per l'ispezione visiva dell'IoT grazie all'incredibile precisione e al rapido ROI. Il problema è che una rete neurale richiede molte risorse la tecnologia che rallenta le prestazioni quando il sistema è sovraccarico. Potrebbero verificarsi problemi con l'azione di un utente o con la qualità dell'analisi. Nonostante la tendenza generale al basso consumo energetico, l’analisi avanzata richiede una CPU potente o l’implementazione di un ASIC o SoC specializzato per l’elaborazione AI a basso consumo energetico.
Ottimizzazione del consumo energetico
Quando si tratta di applicazioni IoT aziendali, tutti i metodi per ridurre il consumo energetico all'interno dei PCB funzionano qui, poiché l'elaborazione IoT e gli strumenti analitici consumano incredibilmente energia. Ad esempio, la modalità di sospensione per chi non viene utilizzato modulo diminuisce il consumo energetico all'interno di una particolare applicazione, mentre l'utilizzo di regolatori a commutazione aiuta a prolungare la durata della batteria. Quando si sceglie tra interfacce standard e a basso consumo energetico, scegliere senza dubbio quest'ultima. Bluetooth Low Energy (BLE) e Zigbee potrebbero aiutare qui.
Per bilanciare il consumo di energia, sarebbe efficace fornire una fonte di energia alternativa permanente. L'energia può essere ulteriormente raccolta attraverso metodi termoelettrici, elettromagnetici, a radiofrequenza, piezoelettrici, fotovoltaici e altri.
Accessibilità e durata
La necessità di servire aree difficili da raggiungere afferma il vantaggio di più protocolli wireless all'interno di una scheda. A tal fine, le aziende potrebbero utilizzare reti mesh BLE che superano anche ostacoli come muri e tunnel. Può connettere più dispositivi rispetto ad altre reti mesh, ma l'aumento del volume dei dati trasmessi può causare ritardi. Pertanto, ogni protocollo ha i suoi vantaggi e le sue limitazioni, ma fornendo più opzioni, fornisci più potenziali soluzioni per l'azienda.
L'altro punto associato all'ambiente di utilizzo è che i dispositivi IoT richiedono spesso la raccolta di dati da oggetti in movimento o in vibrazione, il che induce una protezione avanzata per tali sistemi. Ciò è particolarmente vero per la logistica e le industrie automobilistiche. Oltre alla raccomandazione standard su come proteggere la scheda, è opportuno utilizzare telai antivibranti. Anche se aumenta il costo delle soluzioni finali, aumenta le possibilità che i dati vengano raccolti completamente anche dopo un incidente.
Dove può la progettazione di PCB EIoT sfruttare l'esperienza dell'IoT dei consumatori?
Enterprise IoT non è solo sistemi analitici o apparecchiature di produzione avanzate, ma anche dispositivi indossabili e dispositivi abilitati HMI quando si tratta di interazione con le persone. La ricca esperienza del consumatore l'industria elettronica l'industria può e deve essere applicata allo sviluppo di ecosistemi IoT nelle imprese che interagiscono con le persone, come le applicazioni sanitarie o di sicurezza dei lavoratori.
Il fattore principale per i dispositivi IoT di consumo è la facilità del loro utilizzo, che influisce innanzitutto sulla progettazione del PCB. Significa che i seguenti requisiti devono essere soddisfatti per la progettazione PCB:
- Compattezza. Per ora, per fornire le dimensioni ridotte del dispositivo, gli sviluppatori possono ricorrere a PCB flessibili e ad alta densità di interconnessione che consentono loro anche di adattarsi alla forma e alla forma del dispositivo futuro.
- Silenzioso. È necessario per la comunicazione senza soluzione di continuità tra i dispositivi prima. Qualsiasi rumore elettrico o di riflessione deve essere eliminato all'interno del PCB, il che potrebbe richiedere l'uso di filtri antirumore e resistori di smorzamento.
- Durevolezza. Per garantire la durata del dispositivo, è necessario simulare le condizioni di utilizzo e attuare schemi di compensazione adeguati.
A differenza del consumatore, che prevede la connessione del dispositivo indossabile principalmente al telefono, potrebbe essere necessario che i dispositivi indossabili EIoT trasmettano informazioni ad altri dispositivi, al controllo pannello di eventi e al cloud per ulteriori analisi. Inoltre, apparecchiature più complesse sono progettate per raccogliere dati eterogenei sulla salute umana. Pertanto, ciò rafforza la questione della multifunzionalità per il piccolo dispositivo.
raccomandazioni
- Durante la progettazione di PCB per EIoT, considera i vantaggi di alto livello e le tendenze del settore, come i requisiti avanzati per la qualità dell'analisi, la flessibilità di produzione e l'IoT multiuso.
- Il compito principale del progettista PCB delle applicazioni IoT aziendali è trovare un equilibrio tra multifunzionalità e basso consumo energetico.
- Prendi in considerazione le innovazioni tecnologiche per maggiori capacità di calcolo delle applicazioni AI.
- Utilizza l'esperienza dell'IoT dei consumatori per aumentare l'usabilità per le applicazioni orientate all'uomo, come le soluzioni IoT per la sanità o la sicurezza dei lavoratori.