Если бы вас спросили, что лежит в основе корпоративного Интернета вещей (EIoT), что бы вы ответили? Для тех, кто занимается разработкой IoT, ответом будут встроенные системы. Наверняка это встроенные системы, позволяющие «выжимать» ценность из беспорядочных корпоративных данных. Это приводит к тому, что многие компании предпочитают настраивать свою среду вместо того, чтобы покупать готовые продукты. Вот почему доля оборудования IoT значительно преобладает над другими типами продуктов на рынке IoT.
Это, естественно, открывает новые возможности для проектирования печатных плат, а также новые задачи. Дизайн печатной платы во многом определяет, соответствует ли эта экосистема бизнес-требованиям к экосистеме IoT, но он также влияет на весь жизненный цикл будущего решения, определяет его адаптируемость к изменяющимся бизнес-средам и не отстает от меняющихся тенденций. Как построить надежный мост между бизнес-целями и доской при разработке корпоративных решений IoT? Читай дальше что бы узнать.
Пять столпов проектирования печатных плат EIoT
Ожидается, что любое решение IoT, которое будет внедрено на предприятии, получит конкурентное преимущество за счет данных при адекватной стоимости владения. Он широко используется для оптимизации бизнес-процессов за счет принятия решений на основе данных, продления жизненного цикла оборудования за счет возможностей профилактического обслуживания и расширенной автоматизации за счет обработки данных в реальном времени.
Таким образом, любой дизайн печатной платы для проекта EIoT основан на пяти столпах:
- Сбор данных с объектов/окружающей среды
- Перевод данных в цифровой формат и их обработка
- Интеллектуальные реакции на основе данных
- Глубокий анализ данных
- Всесторонняя связь
Параллельно проектировщик печатных плат должен решить ряд вопросов, связанных в первую очередь со стоимостью конечного решения, с учетом различных сценариев эксплуатации, а также рабочей среды.
Проблемы и решения при проектировании печатных плат EIoT
Экосистемы IoT, как правило, становятся умнее, но это не единственная проблема, которую приходится решать при проектировании печатных плат. Он также должен учитывать постоянно меняющуюся бизнес-среду и запросы отрасли, что означает правильную расстановку приоритетов. Учитывая это, мы рекомендуем подходить к реализации дизайна печатной платы с точки зрения следующих высокоуровневых преимуществ.
Трансформируемость
Гибкость — один из основных векторов эволюции производства сегодня. Возможность адаптировать решение к изменяющимся условиям во многом определяет его ценность на рынке. Это заставляет решение EIoT быть многофункциональным и предлагать несколько вариантов подключения. Для встраиваемых систем стало ценным включать в себя различные интерфейсы, такие как датчики температуры, вибрации и освещенности, аудио- и видеовходы/выходы, а также ряд интерфейсов памяти. Для упрощения настройки и обновлений рекомендуется реализовать как USB, так и OTA. Такая большая гибкость позволяет разработчикам приложений создавать необходимые интерфейсы, беспрепятственно реорганизовывать рабочий процесс и экспериментировать с системой, когда она уже запущена.
То же самое относится и к подключению. Несколько беспроводных протоколов предлагают широкий спектр вариантов подключения и конфигурации. Однако они должны дополнять друг друга. Например, Zigbee обеспечивает плавную автоматизацию производственной среды, в то время как Wi-Fi способствует усилению контроля. Здесь важно сбалансировать протоколы малого расстояния и скорости с дальним расстоянием и высокой скоростью, чтобы предоставить больше возможностей, таких как Bluetooth + LTE-M.
Аналитическая ценность
Бизнес требует более точного прогнозирования с помощью передовых инструментов аналитики, чтобы данные соответствовали большему количеству требований, чем когда-либо прежде. Целостность сигнала не должна вызывать сомнений. Разнородные данные могут включать в себя аналоговые сигналы, видеопотоки и т. д., которые необходимо унифицировать. Данные из нескольких протоколов должны быть преобразованы в стандартные протоколы, такие как MQTT и OPC UA. Например, реализация протокола ICP/CFX помогает с единым форматом данных.
Следующее требование — предоставить возможность подключения периферийных устройств для анализа и предварительной обработки ценных данных перед их отправкой в облако. Значение также показывает снижение стоимости использования подключения за счет фильтрации объема необработанных данных, а также сокращение задержки за счет делегирования некоторых основных учетных данных для принятия решений периферийным устройствам.
Кроме того, все больше и больше приложений Интернета вещей используют нейронные сети для анализа данных. Это распространенный способ визуального контроля Интернета вещей, обеспечивающий невероятную точность и быструю окупаемость инвестиций. Загвоздка в том, что нейросеть — это ресурсоемкая вещь. technology это снижает производительность при перегрузке системы. Проблемы могут возникнуть из-за действий пользователя или качества аналитики. Несмотря на общую тенденцию к низкому энергопотреблению, для расширенной аналитики требуется мощный процессор или реализация ASIC или SoC, специализированных для вычислений ИИ с низким энергопотреблением.
Оптимизация энергопотребления
Когда дело доходит до корпоративных IoT-приложений, здесь работают все методы снижения энергопотребления внутри печатной платы, поскольку инструменты обработки и анализа IoT невероятно энергозатратны. Например, спящий режим для неиспользуемого модуль снижает энергопотребление в рамках конкретного приложения, а использование импульсных стабилизаторов помогает продлить срок службы батареи. Выбирая между стандартными и низкоэнергетическими интерфейсами, без сомнения, выбирайте последний. Здесь могут помочь Bluetooth Low Energy (BLE) и Zigbee.
Чтобы сбалансировать энергопотребление, было бы эффективно предусмотреть постоянный альтернативный источник энергии. Дополнительный сбор энергии может осуществляться термоэлектрическими, электромагнитными, радиочастотными, пьезоэлектрическими, фотогальваническими и другими способами.
Доступность и долговечность
Необходимость обслуживать труднодоступные места подтверждает преимущества нескольких беспроводных протоколов на одной плате. Для этой цели компании могут использовать ячеистые сети BLE, которые также преодолевают препятствия, такие как стены и туннели. Он может подключать больше устройств, чем другие ячеистые сети, но увеличение объема передаваемых данных может вызвать задержки. Таким образом, каждый протокол имеет свои преимущества и ограничения, но, предоставляя больше возможностей, вы предоставляете больше потенциальных решений для предприятия.
Другой момент, связанный со средой использования, заключается в том, что устройствам IoT часто требуется сбор данных с движущихся или вибрирующих объектов, что обеспечивает дополнительную защиту таких систем. Особенно это касается логистики и автомобильной промышленности. В дополнение к стандартной рекомендации о том, как защитить доску, стоит использовать антивибрационные рамы. Несмотря на то, что это увеличивает стоимость окончательных решений, это увеличивает шансы на то, что данные будут полностью собраны даже после аварии.
Где дизайн печатных плат EIoT может использовать опыт потребительского IoT?
Корпоративный IoT — это не только аналитические системы или передовое производственное оборудование, но и носимые устройства и устройства с поддержкой HMI, когда речь идет о взаимодействии с людьми. Богатый опыт потребителя электроника могут и должны применяться для разработки экосистем IoT на предприятиях, взаимодействующих с людьми, таких как приложения для здравоохранения или безопасности работников.
Основным фактором для потребительских устройств IoT является простота их использования, что в первую очередь влияет на дизайн печатной платы. Это означает, что при проектировании печатной платы должны выполняться следующие требования:
- Компактность. На данный момент, чтобы обеспечить небольшой размер устройства, разработчики могут прибегнуть к гибким печатным платам и печатным платам с высокой плотностью межсоединений, которые также позволяют им адаптироваться к форме и форме будущего устройства.
- Бесшумный. Это необходимо в первую очередь для бесперебойной связи между устройствами. Любой электрический или отраженный шум должен быть устранен внутри печатной платы, для чего может потребоваться использование шумовых фильтров и демпфирующих резисторов.
- Долговечность. Для обеспечения долговечности устройства необходимо смоделировать условия использования и внедрить подходящие схемы компенсации.
В отличие от потребителя, который предполагает подключение носимых устройств в основном к телефону, может возникнуть потребность в носимых устройствах EIoT для передачи информации на другие устройства, в систему управления. панель и в облако для дальнейшего анализа. Также более сложное оборудование предназначено для сбора разнородных данных о здоровье человека. Таким образом, это усиливает проблему многофункциональности небольшого устройства.
Рекомендации
- При проектировании печатных плат для EIoT учитывайте преимущества высокого уровня и отраслевые тенденции, такие как повышенные требования к качеству аналитики, гибкости производства и многоцелевому IoT.
- Основная задача разработчика печатных плат корпоративных IoT-приложений — найти баланс между многофункциональностью и низким энергопотреблением.
- Рассмотрите технологические инновации для расширения вычислительных возможностей приложений ИИ.
- Используйте опыт потребительского IoT, чтобы повысить удобство использования приложений, ориентированных на человека, таких как решения IoT для здравоохранения или безопасности работников.