หากคุณถูกถามว่าพื้นฐานของ Enterprise Internet of Things (EIoT) คืออะไร คุณจะตอบว่าอย่างไร สำหรับผู้ที่มีส่วนร่วมในการพัฒนา IoT คำตอบคือระบบฝังตัว แน่นอนว่าสิ่งเหล่านี้เป็นระบบฝังตัวที่ทำให้สามารถ "บีบ" มูลค่าจากข้อมูลองค์กรที่ไม่เป็นระเบียบได้ ส่งผลให้หลายบริษัทเลือกที่จะปรับแต่งสภาพแวดล้อมของตนแทนที่จะซื้อผลิตภัณฑ์ที่วางจำหน่ายทั่วไป นั่นเป็นเหตุผลที่ส่วนแบ่งของฮาร์ดแวร์ IoT เหนือกว่าผลิตภัณฑ์ประเภทอื่นๆ ในตลาด IoT อย่างมีนัยสำคัญ
เป็นการปลดล็อกโอกาสใหม่ ๆ สำหรับการออกแบบ PCB ตลอดจนความท้าทายใหม่ ๆ การออกแบบ PCB ส่วนใหญ่กำหนดว่าระบบนิเวศนี้เป็นไปตามข้อกำหนดทางธุรกิจสำหรับระบบนิเวศ IoT หรือไม่ แต่ยังส่งผลต่อวงจรชีวิตทั้งหมดของโซลูชันในอนาคต กำหนดความสามารถในการปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมทางธุรกิจที่เปลี่ยนแปลง และติดตามแนวโน้มที่เปลี่ยนแปลงอยู่เสมอ คุณจะสร้างสะพานเชื่อมที่เชื่อถือได้ระหว่างเป้าหมายทางธุรกิจและคณะกรรมการเมื่อออกแบบโซลูชัน IoT ขององค์กรได้อย่างไร การอ่านเพื่อหา.
ห้าเสาหลักของการออกแบบ EIoT PCB
โซลูชัน IoT ใด ๆ ที่จะนำไปใช้ในองค์กรคาดว่าจะได้เปรียบในการแข่งขันจากข้อมูลในขณะที่มีต้นทุนการเป็นเจ้าของที่เพียงพอ มีการใช้อย่างกว้างขวางเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการทางธุรกิจผ่านการตัดสินใจที่ขับเคลื่อนด้วยข้อมูล ขยายวงจรอายุของอุปกรณ์ผ่านความสามารถในการบำรุงรักษาเชิงคาดการณ์ และเรียกใช้ระบบอัตโนมัติขั้นสูงผ่านการประมวลผลข้อมูลตามเวลาจริง
ดังนั้น การออกแบบ PCB ใดๆ สำหรับโครงการ EIoT จึงขึ้นอยู่กับเสาหลักห้าประการ:
- การได้มาซึ่งข้อมูลจากวัตถุ/สิ่งแวดล้อม
- การถ่ายโอนข้อมูลไปยังรูปแบบดิจิทัลและการประมวลผล
- ปฏิกิริยาอัจฉริยะตามข้อมูล
- การวิเคราะห์ข้อมูลเชิงลึก
- การเชื่อมต่อที่ครอบคลุม
ในขณะเดียวกัน นักออกแบบ PCB จะต้องแก้ไขปัญหาต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับต้นทุนของโซลูชันขั้นสุดท้ายเป็นหลัก โดยพิจารณาจากสถานการณ์การทำงานต่างๆ รวมถึงสภาพแวดล้อมในการทำงาน
ความท้าทายและแนวทางแก้ไขในการออกแบบ EIoT PCB
ระบบนิเวศ IoT มีแนวโน้มที่จะฉลาดขึ้น แต่นั่นไม่ใช่ความท้าทายเดียวที่การออกแบบ PCB ต้องแก้ไข นอกจากนี้ยังจำเป็นต้องจัดการกับสภาพแวดล้อมทางธุรกิจและคำขอของอุตสาหกรรมที่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ซึ่งหมายถึงการจัดลำดับความสำคัญอย่างเหมาะสม จากนี้เราขอแนะนำให้ใช้การออกแบบ PCB จากมุมมองของผลประโยชน์ระดับสูงดังต่อไปนี้
ความยืดหยุ่น
ความยืดหยุ่นเป็นหนึ่งในปัจจัยหลักสำหรับวิวัฒนาการของการผลิตในปัจจุบัน โอกาสในการปรับโซลูชันให้เข้ากับสภาวะที่เปลี่ยนแปลงจะเป็นตัวกำหนดมูลค่าของมันในตลาดเป็นส่วนใหญ่ สิ่งนี้บังคับให้โซลูชัน EIoT เป็นมัลติฟังก์ชันและมีตัวเลือกการเชื่อมต่อที่หลากหลาย มันกลายเป็นประโยชน์สำหรับระบบฝังตัวในการรวมอินเทอร์เฟซต่างๆ เช่น อุณหภูมิ การสั่นสะเทือนและเซนเซอร์แสง เสียงและวิดีโอ I/O และอินเทอร์เฟซหน่วยความจำต่างๆ เพื่อให้การกำหนดค่าและการอัปเดตง่ายขึ้น ขอแนะนำให้ใช้ทั้ง USB และ OTA ความยืดหยุ่นที่ยอดเยี่ยมดังกล่าวช่วยให้นักพัฒนาแอปพลิเคชันสามารถเรียกใช้อินเทอร์เฟซที่จำเป็น จัดระเบียบกระบวนการปฏิบัติงานใหม่ได้อย่างราบรื่น และทดลองกับระบบเมื่อรันไปแล้ว
เช่นเดียวกับการเชื่อมต่อ โปรโตคอลไร้สายหลายตัวนำเสนอตัวเลือกการเชื่อมต่อและการกำหนดค่าที่หลากหลาย อย่างไรก็ตามควรเป็นสิ่งเสริม ตัวอย่างเช่น Zigbee ช่วยให้ระบบอัตโนมัติในสภาพแวดล้อมการผลิตเป็นไปอย่างราบรื่น Wi-Fi ส่งเสริมการควบคุมที่ดีขึ้น สิ่งสำคัญในที่นี้คือการสร้างสมดุลระหว่างโปรโตคอลระยะทางและความเร็วเล็กน้อยกับระยะทางไกลและความเร็วสูง เพื่อให้มีตัวเลือกมากขึ้น เช่น Bluetooth+ LTE-M
ค่าวิเคราะห์
ธุรกิจต้องการการคาดการณ์ที่แม่นยำยิ่งขึ้นผ่านเครื่องมือวิเคราะห์ขั้นสูง ทำให้ข้อมูลเป็นไปตามข้อกำหนดมากขึ้นกว่าเดิม ความสมบูรณ์ของสัญญาณต้องไม่มีข้อสงสัย ข้อมูลที่ต่างกันอาจรวมถึงสัญญาณอะนาล็อก สตรีมวิดีโอ และอื่นๆ ซึ่งต้องรวมเป็นหนึ่งเดียว ข้อมูลจากหลายโปรโตคอลต้องแปลงเป็นโปรโตคอลมาตรฐาน เช่น MQTT และ OPC UA ตัวอย่างเช่น การใช้โปรโตคอล ICP/CFX ช่วยให้มีรูปแบบข้อมูลที่เหมือนกัน
ข้อกำหนดต่อไปคือการให้โอกาสในการเชื่อมต่ออุปกรณ์ Edge เพื่อวิเคราะห์และประมวลผลข้อมูลที่มีค่าล่วงหน้าก่อนที่จะส่งไปยังระบบคลาวด์ ค่านี้ยังแสดงให้เห็นการลดต้นทุนของการใช้งานการเชื่อมต่อโดยการกรองจำนวนข้อมูลดิบ เช่นเดียวกับการลดเวลาแฝงผ่านการมอบหมายข้อมูลรับรองการตัดสินใจพื้นฐานบางอย่างไปยังอุปกรณ์เอดจ์
นอกจากนี้ แอปพลิเคชัน IoT จำนวนมากขึ้นเรื่อยๆ ใช้โครงข่ายประสาทเทียมเพื่อการวิเคราะห์ข้อมูล นี่เป็นวิธีทั่วไปสำหรับการตรวจสอบด้วยภาพ IoT ด้วยความแม่นยำที่น่าทึ่งและ ROI ที่รวดเร็ว อุปสรรค์ก็คือโครงข่ายประสาทเทียมต้องใช้ทรัพยากรมาก เทคโนโลยี ที่ทำให้ประสิทธิภาพช้าลงเมื่อระบบโอเวอร์โหลด ปัญหาอาจเกิดขึ้นกับการกระทำของผู้ใช้หรือคุณภาพของการวิเคราะห์ แม้ว่าแนวโน้มโดยทั่วไปจะใช้พลังงานต่ำ แต่การวิเคราะห์ขั้นสูงจำเป็นต้องใช้ CPU ที่มีประสิทธิภาพหรือการใช้งาน ASIC หรือ SoC ที่เชี่ยวชาญเฉพาะสำหรับการประมวลผล AI ที่มีการใช้พลังงานต่ำ
การเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน
เมื่อพูดถึงแอปพลิเคชัน IoT ระดับองค์กร ทุกวิธีในการลดการใช้พลังงานภายใน PCB ใช้งานได้ที่นี่ เนื่องจากเครื่องมือการประมวลผลและการวิเคราะห์ IoT ใช้พลังงานอย่างเหลือเชื่อ เช่นโหมดสลีปสำหรับผู้ที่ไม่ได้ใช้ โมดูล ลดการใช้พลังงานภายในแอปพลิเคชันเฉพาะ ในขณะที่การใช้สวิตช์ควบคุมช่วยยืดอายุการใช้งานแบตเตอรี่ เมื่อเลือกระหว่างอินเทอร์เฟซมาตรฐานและอินเทอร์เฟซพลังงานต่ำ ให้เลือกอย่างหลังอย่างไม่ต้องสงสัย Bluetooth Low Energy (BLE) และ Zigbee อาจช่วยได้ที่นี่
เพื่อความสมดุลของการใช้พลังงาน การจัดหาแหล่งพลังงานทดแทนแบบถาวรจะมีประสิทธิภาพ พลังงานสามารถเก็บเกี่ยวเพิ่มเติมได้โดยใช้เทอร์โมอิเล็กทริก แม่เหล็กไฟฟ้า ความถี่วิทยุ เพียโซอิเล็กทริก โซลาร์เซลล์ และวิธีการอื่นๆ
การเข้าถึงและความทนทาน
ความจำเป็นในการให้บริการในพื้นที่ที่ยากต่อการเข้าถึงเป็นการยืนยันถึงประโยชน์ของโปรโตคอลไร้สายหลายตัวภายในบอร์ดเดียว เพื่อจุดประสงค์นี้ บริษัทต่างๆ อาจใช้เครือข่ายตาข่าย BLE ที่เอาชนะสิ่งกีดขวาง เช่น กำแพงและอุโมงค์ สามารถเชื่อมต่ออุปกรณ์ได้มากกว่าตาข่ายตาข่ายอื่น ๆ แต่การเพิ่มปริมาณข้อมูลที่ส่งอาจทำให้เกิดความล่าช้า ดังนั้น ทุกโปรโตคอลจึงมีข้อดีและข้อจำกัดของตัวเอง แต่ด้วยการให้ตัวเลือกที่มากขึ้น คุณก็จะมอบโซลูชันที่มีศักยภาพมากขึ้นสำหรับองค์กร
ประเด็นอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับสภาพแวดล้อมการใช้งานคืออุปกรณ์ IoT มักจะต้องมีการรวบรวมข้อมูลจากวัตถุที่เคลื่อนไหวหรือสั่นสะเทือน ซึ่งทำให้เกิดการป้องกันขั้นสูงสำหรับระบบดังกล่าว โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับอุตสาหกรรมโลจิสติกส์และยานยนต์ นอกจากคำแนะนำมาตรฐานเกี่ยวกับวิธีการปกป้องบอร์ดแล้ว ควรใช้เฟรมป้องกันการสั่นสะเทือนด้วย แม้ว่าจะเพิ่มต้นทุนของโซลูชันขั้นสุดท้าย แต่ก็เพิ่มโอกาสในการรวบรวมข้อมูลอย่างสมบูรณ์แม้ว่าจะเกิดอุบัติเหตุก็ตาม
การออกแบบ EIoT PCB สามารถใช้ประโยชน์จากประสบการณ์ของ IoT ของผู้บริโภคได้ที่ไหน
Enterprise IoT ไม่ได้เป็นเพียงระบบวิเคราะห์หรืออุปกรณ์การผลิตขั้นสูงเท่านั้น แต่ยังรวมถึงอุปกรณ์ที่สวมใส่ได้และอุปกรณ์ที่เปิดใช้งาน HMI เมื่อต้องมีการโต้ตอบกับผู้คน ประสบการณ์อันยาวนานของผู้บริโภค อิเล็กทรอนิกส์ อุตสาหกรรมสามารถและควรนำไปใช้กับการพัฒนาระบบนิเวศ IoT ในองค์กรที่มีปฏิสัมพันธ์กับผู้คน เช่น แอปพลิเคชันด้านการดูแลสุขภาพหรือความปลอดภัยของพนักงาน
ปัจจัยหลักสำหรับอุปกรณ์ IoT ของผู้บริโภคคือความง่ายในการใช้งาน ซึ่งส่งผลต่อการออกแบบ PCB เป็นอันดับแรก หมายความว่าต้องปฏิบัติตามข้อกำหนดต่อไปนี้สำหรับการออกแบบ PCB:
- ความกะทัดรัด สำหรับตอนนี้ เพื่อให้อุปกรณ์มีขนาดเล็ก นักพัฒนาสามารถใช้ PCB แบบยืดหยุ่นและมีความหนาแน่นสูงที่เชื่อมต่อระหว่างกัน ซึ่งช่วยให้สามารถปรับให้เข้ากับรูปแบบและรูปร่างของอุปกรณ์ในอนาคตได้
- ไม่มีเสียงรบกวน จำเป็นสำหรับการสื่อสารที่ราบรื่นระหว่างอุปกรณ์ก่อน จำเป็นต้องกำจัดสัญญาณรบกวนทางไฟฟ้าหรือเสียงสะท้อนภายใน PCB ซึ่งอาจต้องใช้ตัวกรองสัญญาณรบกวนและตัวต้านทานลดการสั่นสะเทือน
- ความทนทาน เพื่อให้แน่ใจว่าอุปกรณ์มีความทนทาน จำเป็นต้องจำลองสภาพการใช้งานและใช้แผนการชดเชยที่เหมาะสม
ตรงกันข้ามกับผู้บริโภคซึ่งเกี่ยวข้องกับการเชื่อมต่ออุปกรณ์สวมใส่กับโทรศัพท์เป็นส่วนใหญ่ อาจมีความจำเป็นสำหรับอุปกรณ์สวมใส่ EIoT เพื่อส่งข้อมูลไปยังอุปกรณ์อื่นๆ ไปยังส่วนควบคุม แผง และไปยังคลาวด์เพื่อการวิเคราะห์เพิ่มเติม นอกจากนี้ อุปกรณ์ที่ซับซ้อนมากขึ้นได้รับการออกแบบมาเพื่อรวบรวมข้อมูลที่แตกต่างกันเกี่ยวกับสุขภาพของมนุษย์ นี่จึงเป็นการตอกย้ำประเด็นความอเนกประสงค์สำหรับอุปกรณ์ขนาดเล็ก
แนะนำ
- เมื่อออกแบบ PCB สำหรับ EIoT ให้พิจารณาถึงประโยชน์ระดับสูงและแนวโน้มของอุตสาหกรรม เช่น ข้อกำหนดที่เพิ่มขึ้นสำหรับคุณภาพของการวิเคราะห์ ความยืดหยุ่นในการผลิต และ IoT อเนกประสงค์
- ภารกิจหลักของผู้ออกแบบ PCB ของแอปพลิเคชัน IoT ขององค์กรคือการสร้างความสมดุลระหว่างการทำงานแบบอเนกประสงค์และการใช้พลังงานต่ำ
- พิจารณานวัตกรรมทางเทคโนโลยีเพื่อเพิ่มความสามารถในการประมวลผลของแอปพลิเคชัน AI
- ใช้ประสบการณ์จาก IoT ของผู้บริโภคเพื่อเพิ่มความสามารถในการใช้งานสำหรับแอปพลิเคชันที่มุ่งเน้นมนุษย์ เช่น โซลูชัน IoT ด้านสุขภาพหรือความปลอดภัยของพนักงาน