Se lhe perguntassem qual é a base da Internet das coisas corporativas (EIoT), o que você diria? Para aqueles que estão envolvidos no desenvolvimento de IoT, a resposta seria sistemas embarcados. Certamente, são sistemas embarcados que permitem “espremer” o valor de dados corporativos desordenados. Isso resulta em várias empresas preferindo personalizar seu ambiente em vez de comprar produtos de prateleira. É por isso que a participação do hardware de IoT prevalece significativamente sobre outros tipos de produtos no mercado de IoT.
Ele abre naturalmente novas oportunidades para o design de PCB, bem como novos desafios. O design de PCB determina em grande parte se esse ecossistema atende aos requisitos de negócios para o ecossistema IoT, mas também afeta todo o ciclo de vida da solução futura, determina sua adaptabilidade a ambientes de negócios em constante mudança e acompanha as tendências em evolução. Como você constrói uma ponte confiável entre os objetivos de negócios e um conselho ao projetar soluções corporativas de IoT? Leia mais para descobrir.
Cinco pilares do projeto EIoT PCB
Espera-se que qualquer solução de IoT a ser implementada na empresa obtenha uma vantagem competitiva dos dados e, ao mesmo tempo, tenha um custo de propriedade adequado. Ele é amplamente utilizado para otimizar processos de negócios por meio de decisões baseadas em dados, estender o ciclo de vida do equipamento por meio de recursos de manutenção preditiva e executar automação avançada por meio de processamento de dados em tempo real.
Assim, qualquer projeto de PCB para um projeto EIoT é baseado em cinco pilares:
- Aquisição de dados de objetos/ambiente
- Transferência de dados para formato digital e seu processamento
- Reações inteligentes baseadas em dados
- Análise profunda de dados
- Conectividade abrangente
Paralelamente, um projetista de PCB deve resolver uma série de questões principalmente associadas ao custo da solução final, considerando vários cenários de operação, bem como o ambiente de trabalho.
Desafios e soluções de design de EIoT PCB
Os ecossistemas de IoT tendem a se tornar mais inteligentes, mas não é o único desafio que o design de PCB precisa resolver. Ele também precisa abordar o ambiente de negócios em constante mudança e as solicitações do setor, o que significa definir prioridades adequadamente. Diante disso, recomendamos abordar a implementação do projeto de PCB da perspectiva dos seguintes benefícios de alto nível.
Flexibilidade
A flexibilidade é hoje um dos principais vetores para a evolução da manufatura. A oportunidade de adaptar a solução a condições variáveis determina em grande parte seu valor no mercado. Isso força a solução EIoT a ser multifuncional e oferecer múltiplas opções de conectividade. Tornou-se valioso para os sistemas embarcados incluir várias interfaces, como sensores de temperatura, vibração e luz, E/S de áudio e vídeo e uma variedade de interfaces de memória. Para simplificar a configuração e atualizações, é aconselhável implementar USB e OTA. Essa grande flexibilidade permite que os desenvolvedores de aplicativos criem as interfaces necessárias, reorganizem perfeitamente o processo operacional e experimentem o sistema quando ele já estiver em execução.
O mesmo se aplica à conectividade. Vários protocolos sem fio oferecem uma variedade de opções de conexão e configuração. No entanto, eles devem ser complementares. Por exemplo, o Zigbee permite automação contínua no ambiente de fabricação, enquanto Wi-Fi promove maior controle. O que é essencial aqui é equilibrar protocolos de pequena distância e velocidade com longa distância e alta velocidade para fornecer mais opções, como Bluetooth + LTE-M.
valor analítico
Os negócios exigem previsões mais precisas por meio de ferramentas analíticas avançadas, levando os dados a atender a mais requisitos do que nunca. A integridade do sinal não deve estar em dúvida. Os dados heterogêneos podem incluir sinais analógicos, streams de vídeo e assim por diante, que devem ser unificados. Os dados de vários protocolos devem ser transformados em protocolos padrão como MQTT e OPC UA. Por exemplo, a implementação do protocolo ICP/CFX ajuda com um formato de dados uniforme.
O próximo requisito é fornecer uma oportunidade de conectar dispositivos de ponta para analisar e pré-processar dados valiosos antes de enviá-los para a nuvem. O valor também revela a redução do custo de uso da conectividade por meio da filtragem da quantidade de dados brutos, bem como a redução da latência por meio da delegação de algumas credenciais básicas de tomada de decisão aos dispositivos de ponta.
Além disso, cada vez mais aplicações IoT implementam redes neurais para análise de dados. Esta é uma forma comum de inspeção visual de IoT por meio de precisão incrível e rápido ROI. O problema é que uma rede neural consome muitos recursos tecnologia que diminui o desempenho quando o sistema está sobrecarregado. Podem ocorrer problemas com uma ação do usuário ou com a qualidade da análise. Apesar da tendência geral para o baixo consumo de energia, a análise avançada requer uma CPU poderosa ou a implementação de um ASIC ou SoC especializado para computação de IA com baixo consumo de energia.
Otimização do consumo de energia
Quando se trata de aplicativos empresariais de IoT, todos os métodos para diminuir o consumo de energia dentro do PCB funcionam aqui, já que o processamento de IoT e as ferramentas analíticas consomem muita energia. Por exemplo, modo de suspensão para os não utilizados módulo diminui o consumo de energia em uma aplicação específica, enquanto a utilização de reguladores de comutação ajuda a prolongar a vida útil da bateria. Ao escolher entre interfaces padrão e de baixo consumo de energia, sem dúvida, escolha a última. Bluetooth Low Energy (BLE) e Zigbee podem ajudar aqui.
Para equilibrar o consumo de energia, seria eficaz fornecer uma fonte de energia alternativa permanente. A energia pode ser extraída adicionalmente através de métodos termoelétricos, eletromagnéticos, de radiofrequência, piezoelétricos, fotovoltaicos e outros.
Acessibilidade e durabilidade
A necessidade de atender áreas de difícil acesso confirma o benefício de vários protocolos sem fio em uma placa. Para isso, as empresas podem optar por redes mesh BLE que também superam obstáculos como paredes e túneis. Ele pode conectar mais dispositivos do que outras redes mesh, mas aumentar o volume de dados transmitidos pode causar atrasos. Assim, cada protocolo tem suas vantagens e restrições, mas ao fornecer mais opções, você oferece mais soluções em potencial para a empresa.
O outro ponto associado ao ambiente de uso é que os dispositivos IoT geralmente requerem coleta de dados de objetos em movimento ou vibração, o que induz proteção avançada para tais sistemas. Isso é especialmente verdadeiro para as indústrias de logística e automotiva. Além da recomendação padrão de como proteger a prancha, vale a pena utilizar armações antivibratórias. Apesar de aumentar o custo das soluções finais, aumenta as chances de os dados serem totalmente coletados mesmo após um acidente.
Onde o design de EIoT PCB pode aproveitar a experiência de IoT do consumidor?
Enterprise IoT não é apenas sistemas analíticos ou equipamentos de fabricação avançados, mas também dispositivos vestíveis e habilitados para HMI quando se trata de interação com pessoas. A rica experiência do consumidor eletrônica A indústria pode e deve ser aplicada ao desenvolvimento de ecossistemas de IoT em empresas que interagem com pessoas, como aplicações de saúde ou segurança do trabalhador.
O principal fator para os dispositivos IoT do consumidor é a facilidade de uso, que afeta primeiro o design do PCB. Isso significa que os seguintes requisitos devem ser atendidos para o projeto de PCB:
- Compacidade. Por enquanto, para fornecer o tamanho pequeno do dispositivo, os desenvolvedores podem recorrer a PCBs flexíveis e interconectados de alta densidade que também permitem que eles se adaptem à forma do futuro dispositivo.
- Silencioso. É necessário para uma comunicação perfeita entre os dispositivos primeiro. Qualquer ruído elétrico ou de reflexão precisa ser eliminado dentro do PCB, o que pode exigir o uso de filtros de ruído e resistores de amortecimento.
- Durabilidade. Para garantir a durabilidade do dispositivo, é necessário simular as condições de uso e implementar esquemas de compensação adequados.
Ao contrário do consumidor, que envolve conectar o wearable principalmente ao telefone, pode haver necessidade de wearables EIoT para transmitir informações a outros dispositivos, ao controle painel e para a nuvem para análise posterior. Além disso, equipamentos mais complexos são projetados para coletar dados heterogêneos sobre a saúde humana. Assim, isso reforça a questão da multifuncionalidade para o pequeno aparelho.
Recomendações
- Ao projetar PCB para EIoT, considere benefícios de alto nível e tendências do setor, como requisitos aprimorados para qualidade de análise, flexibilidade de produção e IoT multifuncional.
- A principal tarefa para o designer de PCB de aplicativos IoT corporativos é encontrar um equilíbrio entre multifuncionalidade e baixo consumo de energia.
- Considere inovações tecnológicas para mais recursos de computação de aplicativos de IA.
- Utilize a experiência da IoT do consumidor para aumentar a usabilidade de aplicativos voltados para o ser humano, como soluções de IoT para saúde ou segurança do trabalhador.