Als u werd gevraagd wat de basis is van het enterprise internet of things (EIoT), wat zou u dan zeggen? Voor degenen die betrokken zijn bij de ontwikkeling van het internet der dingen, zou het antwoord ingebedde systemen zijn. Dit zijn vast ingebouwde systemen die het mogelijk maken om de waarde uit ongeordende bedrijfsgegevens te 'persen'. Dit heeft tot gevolg dat meerdere bedrijven er de voorkeur aan geven hun omgeving aan te passen in plaats van kant-en-klare producten te kopen. Dat is de reden waarom het aandeel van IoT-hardware aanzienlijk prevaleert boven andere producttypes in de IoT-markt.
Het ontsluit natuurlijk nieuwe mogelijkheden voor PCB-ontwerp, evenals nieuwe uitdagingen. PCB-ontwerp bepaalt grotendeels of dit ecosysteem voldoet aan de zakelijke vereisten voor het IoT-ecosysteem, maar het beïnvloedt ook de hele levenscyclus van de toekomstige oplossing, bepaalt het aanpassingsvermogen ervan aan veranderende zakelijke omgevingen en houdt gelijke tred met veranderende trends. Hoe bouw je een betrouwbare brug tussen bedrijfsdoelen en een bestuur bij het ontwerpen van zakelijke IoT-oplossingen? Lees verder om erachter te komen.
Vijf pijlers van EIoT PCB-ontwerp
Van elke IoT-oplossing die in de onderneming wordt geïmplementeerd, wordt verwacht dat deze een concurrentievoordeel uit de gegevens haalt en tegelijkertijd voldoende eigendomskosten heeft. Het wordt op grote schaal gebruikt om bedrijfsprocessen te optimaliseren door middel van gegevensgestuurde beslissingen, om de levensduur van apparatuur te verlengen door middel van voorspellende onderhoudsmogelijkheden en om geavanceerde automatisering uit te voeren door middel van realtime gegevensverwerking.
Elk PCB-ontwerp voor een EIoT-project is dus gebaseerd op vijf pijlers:
- Data-acquisitie van objecten/de omgeving
- Gegevensoverdracht naar digitaal formaat en de verwerking ervan
- Op gegevens gebaseerde intelligente reacties
- Diepe data-analyse
- Uitgebreide connectiviteit
Tegelijkertijd moet een PCB-ontwerper een aantal problemen oplossen die voornamelijk verband houden met de kosten van de uiteindelijke oplossing, rekening houdend met verschillende bedieningsscenario's en de werkomgeving.
EIoT PCB-ontwerpuitdagingen en -oplossingen
IoT-ecosystemen hebben de neiging om slimmer te worden, maar het is niet de enige uitdaging die PCB-ontwerp moet oplossen. Het moet ook inspelen op de steeds veranderende zakelijke omgeving en verzoeken van de industrie, wat betekent dat de juiste prioriteiten moeten worden gesteld. Daarom raden we aan om de implementatie van PCB-ontwerp te benaderen vanuit het perspectief van de volgende voordelen op hoog niveau.
Flexibiliteit
Flexibiliteit is een van de belangrijkste factoren voor de evolutie van de productie van vandaag. De mogelijkheid om de oplossing aan te passen aan veranderende omstandigheden bepaalt grotendeels de waarde ervan op de markt. Dit dwingt de EIoT-oplossing om multifunctioneel te zijn en meerdere connectiviteitsopties te bieden. Het is waardevol geworden voor embedded systemen om verschillende interfaces op te nemen, zoals temperatuur-, trillings- en lichtsensoren, audio- en video-I/O en een reeks geheugeninterfaces. Om de configuratie en updates te vereenvoudigen, is het raadzaam om zowel USB als OTA te implementeren. Een dergelijke grote flexibiliteit stelt applicatieontwikkelaars in staat om de vereiste interfaces naar voren te brengen, het operationele proces naadloos te reorganiseren en te experimenteren met het systeem wanneer het al draait.
Hetzelfde geldt voor connectiviteit. Meerdere draadloze protocollen bieden een scala aan verbindings- en configuratieopties. Ze moeten echter complementair zijn. Zigbee maakt bijvoorbeeld naadloze automatisering in de productieomgeving mogelijk Wi-Fi bevordert een betere controle. Wat hier essentieel is, is om protocollen voor kleine afstanden en snelheid in evenwicht te brengen met lange afstanden en hoge snelheden om meer opties te bieden, zoals Bluetooth+ LTE-M.
Analytische waarde
Bedrijven hebben een nauwkeurigere voorspelling nodig door middel van geavanceerde analysetools, waardoor de gegevens aan meer eisen voldoen dan ooit tevoren. De signaalintegriteit mag niet in twijfel worden getrokken. De heterogene gegevens kunnen analoge signalen, videostreams enzovoort omvatten, die moeten worden verenigd. De gegevens van meerdere protocollen moeten worden omgezet in standaardprotocollen zoals MQTT en OPC UA. Zo helpt de implementatie van het ICP/CFX-protocol bij een uniform dataformaat.
De volgende vereiste is om de mogelijkheid te bieden om edge-apparaten aan te sluiten om waardevolle gegevens te analyseren en voor te verwerken voordat ze naar de cloud worden verzonden. De waarde onthult ook de verlaging van de kosten van connectiviteitsgebruik door de hoeveelheid onbewerkte gegevens te filteren, evenals de vermindering van latentie door de delegatie van enkele elementaire besluitvormingsreferenties naar de edge-apparaten.
Bovendien implementeren steeds meer IoT-toepassingen neurale netwerken voor data-analyse. Dit is een gebruikelijke manier voor visuele IoT-inspectie vanwege de ongelooflijke nauwkeurigheid en snelle ROI. Het probleem is dat een neuraal netwerk veel hulpbronnen vergt technologie dat vertraagt de prestaties wanneer het systeem overbelast is. Er kunnen problemen optreden met een gebruikersactie of met de kwaliteit van de analyses. Ondanks de algemene tendens naar een laag energieverbruik, vereist geavanceerde analyse een krachtige CPU of implementatie van een ASIC of SoC gespecialiseerd voor AI-computing met een laag energieverbruik.
Optimalisatie van het stroomverbruik
Als het gaat om zakelijke IoT-toepassingen, werken alle methoden om het energieverbruik binnen PCB's te verminderen hier, omdat IoT-verwerking en analytische hulpmiddelen ongelooflijk veel energie verbruiken. Bijvoorbeeld slaapmodus voor ongebruikte apparaten module vermindert het stroomverbruik binnen een bepaalde toepassing, terwijl het gebruik van schakelende regelaars de levensduur van de batterij helpt verlengen. Wanneer u kiest tussen standaard- en energiezuinige interfaces, kiest u ongetwijfeld voor het laatste. Bluetooth Low Energy (BLE) en Zigbee kunnen hier helpen.
Om het stroomverbruik in evenwicht te brengen, zou het effectief zijn om een permanente alternatieve energiebron te bieden. De energie kan bovendien worden geoogst door middel van thermo-elektrische, elektromagnetische, radiofrequentie, piëzo-elektrische, fotovoltaïsche en andere methoden.
Toegankelijkheid en duurzaamheid
De noodzaak om moeilijk bereikbare gebieden te bedienen bevestigt het voordeel van meerdere draadloze protocollen binnen één bord. Voor dit doel kunnen bedrijven kiezen voor BLE-mesh-netwerken die ook obstakels zoals muren en tunnels overwinnen. Het kan meer apparaten verbinden dan andere mesh-netten, maar het verhogen van het volume van de verzonden gegevens kan vertragingen veroorzaken. Elk protocol heeft dus zijn voordelen en beperkingen, maar door meer opties te bieden, biedt u meer potentiële oplossingen voor de onderneming.
Het andere punt dat verband houdt met de gebruiksomgeving is dat IoT-apparaten vaak gegevensverzameling van bewegende of trillende objecten vereisen, wat geavanceerde bescherming voor dergelijke systemen vereist. Dit geldt met name voor de logistiek en de auto-industrie. Naast de standaardaanbeveling om het bord te beschermen, is het de moeite waard om trillingsdempende frames te gebruiken. Hoewel het de kosten van de uiteindelijke oplossingen verhoogt, vergroot het de kans dat de gegevens volledig worden verzameld, zelfs na een ongeval.
Waar kan EIoT PCB-ontwerp de ervaring van IoT voor consumenten benutten?
Enterprise IoT is niet alleen analytische systemen of geavanceerde productieapparatuur, maar ook wearables en HMI-apparaten als het gaat om interactie met mensen. De rijke beleving van de consument elektronica industrie kan en moet worden toegepast op de ontwikkeling van IoT-ecosystemen bij ondernemingen die interactie hebben met mensen, zoals toepassingen in de gezondheidszorg of de veiligheid van werknemers.
De belangrijkste factor voor IoT-apparaten voor consumenten is het gebruiksgemak, dat als eerste van invloed is op het PCB-ontwerp. Dit betekent dat aan de volgende vereisten moet worden voldaan voor het ontwerpen van PCB's:
- Compactheid. Voor nu kunnen ontwikkelaars, om het kleine formaat van het apparaat te bieden, hun toevlucht nemen tot flexibele en high-density-interconnect PCB's waarmee ze zich ook kunnen aanpassen aan de vorm en vorm van het toekomstige apparaat.
- Geruisloos. Het is eerst vereist voor naadloze communicatie tussen apparaten. Alle elektrische of reflectieruis moet worden geëlimineerd binnen de printplaat, waarvoor mogelijk het gebruik van ruisfilters en dempingsweerstanden nodig is.
- Duurzaamheid. Om ervoor te zorgen dat het apparaat duurzaam is, is het nodig om gebruiksomstandigheden te simuleren en geschikte compensatieregelingen te implementeren.
In tegenstelling tot de consument, waarbij de wearable voornamelijk met de telefoon moet worden verbonden, kan er behoefte zijn aan EIoT-wearables om informatie naar andere apparaten te verzenden, naar de besturing paneel en naar de cloud voor verdere analyse. Ook wordt complexere apparatuur ontworpen om heterogene gegevens over de menselijke gezondheid te verzamelen. Dit versterkt dus het probleem van multifunctionaliteit voor het kleine apparaat.
Aanbevelingen
- Houd bij het ontwerpen van PCB's voor EIoT rekening met voordelen op hoog niveau en branchetrends, zoals verbeterde vereisten voor de kwaliteit van analyses, productieflexibiliteit en multifunctionele IoT.
- De belangrijkste taak van de PCB-ontwerper van zakelijke IoT-toepassingen is het vinden van een balans tussen multifunctionaliteit en een laag energieverbruik.
- Overweeg technologische innovaties voor meer rekenmogelijkheden van AI-toepassingen.
- Gebruik de ervaring van het IoT voor consumenten om de bruikbaarheid te vergroten voor mensgerichte toepassingen, zoals IoT-oplossingen voor de gezondheidszorg of de veiligheid van werknemers.