Nếu được hỏi nền tảng của mạng lưới vạn vật kết nối doanh nghiệp (EIoT) là gì, bạn sẽ nói gì? Đối với những người tham gia phát triển IoT, câu trả lời sẽ là các hệ thống nhúng. Chắc chắn, đây là những hệ thống nhúng giúp có thể “vắt kiệt” giá trị từ dữ liệu công ty lộn xộn. Điều này dẫn đến việc nhiều công ty thích tùy chỉnh môi trường của họ thay vì mua các sản phẩm bán sẵn. Đó là lý do tại sao phần cứng IoT chiếm ưu thế đáng kể so với các loại sản phẩm khác trên thị trường IoT.
Nó tự nhiên mở ra những cơ hội mới cho thiết kế PCB, cũng như những thách thức mới. Thiết kế PCB xác định phần lớn liệu hệ sinh thái này có đáp ứng các yêu cầu kinh doanh cho hệ sinh thái IoT hay không, nhưng nó cũng ảnh hưởng đến toàn bộ vòng đời của giải pháp trong tương lai, xác định khả năng thích ứng của nó với môi trường kinh doanh thay đổi và theo kịp xu hướng phát triển. Làm cách nào để bạn xây dựng cầu nối đáng tin cậy giữa các mục tiêu kinh doanh và bảng khi thiết kế các giải pháp IoT cho doanh nghiệp? Đọc để tìm hiểu.
Năm trụ cột của thiết kế EIoT PCB
Bất kỳ giải pháp IoT nào được triển khai trong doanh nghiệp dự kiến sẽ tận dụng lợi thế cạnh tranh từ dữ liệu trong khi có chi phí sở hữu phù hợp. Nó được sử dụng rộng rãi để tối ưu hóa các quy trình kinh doanh thông qua các quyết định dựa trên dữ liệu, kéo dài vòng đời của thiết bị thông qua khả năng bảo trì dự đoán và chạy tự động hóa tiên tiến thông qua xử lý dữ liệu thời gian thực.
Do đó, bất kỳ thiết kế PCB nào cho dự án EIoT đều dựa trên năm trụ cột:
- Thu thập dữ liệu từ các đối tượng/môi trường
- Chuyển dữ liệu sang định dạng kỹ thuật số và quá trình xử lý của nó
- Phản ứng thông minh dựa trên dữ liệu
- Phân tích dữ liệu sâu
- Kết nối toàn diện
Song song, một nhà thiết kế PCB phải giải quyết một số vấn đề chủ yếu liên quan đến chi phí của giải pháp cuối cùng, xem xét các tình huống vận hành khác nhau cũng như môi trường làm việc.
Các thách thức và giải pháp thiết kế EIoT PCB
Hệ sinh thái IoT có xu hướng trở nên thông minh hơn, nhưng đó không phải là thách thức duy nhất mà thiết kế PCB phải giải quyết. Nó cũng cần giải quyết các yêu cầu của ngành và môi trường kinh doanh luôn thay đổi, có nghĩa là thiết lập các ưu tiên một cách hợp lý. Vì điều này, chúng tôi khuyên bạn nên tiếp cận việc triển khai thiết kế PCB từ góc độ các lợi ích cấp cao sau đây.
Linh hoạt
Tính linh hoạt là một trong những vectơ chính cho sự phát triển của sản xuất ngày nay. Cơ hội để giải pháp thích ứng với các điều kiện thay đổi phần lớn quyết định giá trị của nó trên thị trường. Điều này buộc giải pháp EIoT phải đa chức năng và cung cấp nhiều tùy chọn kết nối. Nó đã trở nên có giá trị đối với các hệ thống nhúng bao gồm các giao diện khác nhau, chẳng hạn như cảm biến nhiệt độ, độ rung và ánh sáng, I/O âm thanh và video và một loạt các giao diện bộ nhớ. Để đơn giản hóa cấu hình và cập nhật, bạn nên triển khai cả USB và OTA. Tính linh hoạt tuyệt vời như vậy cho phép các nhà phát triển ứng dụng đưa ra các giao diện cần thiết, tổ chức lại quy trình vận hành một cách liền mạch và thử nghiệm hệ thống khi nó đã chạy.
Điều tương tự cũng áp dụng cho kết nối. Nhiều giao thức không dây cung cấp nhiều tùy chọn kết nối và cấu hình. Tuy nhiên, chúng nên bổ sung cho nhau. Ví dụ: Zigbee cho phép tự động hóa liền mạch trong môi trường sản xuất, đồng thời Wi-Fi thúc đẩy tăng cường kiểm soát. Điều cần thiết ở đây là cân bằng các giao thức khoảng cách và tốc độ nhỏ với khoảng cách xa và tốc độ cao để cung cấp nhiều tùy chọn hơn, như Bluetooth+ LTE-M.
giá trị phân tích
Doanh nghiệp yêu cầu dự đoán chính xác hơn thông qua các công cụ phân tích nâng cao, giúp dữ liệu đáp ứng nhiều yêu cầu hơn bao giờ hết. Tính toàn vẹn của tín hiệu không được nghi ngờ. Dữ liệu không đồng nhất có thể bao gồm tín hiệu tương tự, luồng video, v.v., những dữ liệu này phải được thống nhất. Dữ liệu từ nhiều giao thức phải được chuyển đổi thành các giao thức tiêu chuẩn như MQTT và OPC UA. Chẳng hạn, việc triển khai giao thức ICP/CFX giúp định dạng dữ liệu thống nhất.
Yêu cầu tiếp theo là tạo cơ hội kết nối các thiết bị biên để phân tích và xử lý trước dữ liệu có giá trị trước khi gửi lên đám mây. Giá trị này cũng cho thấy việc giảm chi phí sử dụng kết nối bằng cách lọc lượng dữ liệu thô, cũng như giảm độ trễ thông qua việc ủy quyền một số thông tin đăng nhập ra quyết định cơ bản cho các thiết bị biên.
Ngoài ra, ngày càng có nhiều ứng dụng IoT triển khai mạng lưới thần kinh để phân tích dữ liệu. Đây là cách phổ biến để kiểm tra trực quan IoT nhờ độ chính xác đáng kinh ngạc và ROI nhanh chóng. Điều khó khăn là mạng lưới thần kinh sử dụng nhiều tài nguyên công nghệ làm chậm hiệu suất khi hệ thống bị quá tải. Sự cố có thể xảy ra với hành động của người dùng hoặc với chất lượng phân tích. Bất chấp xu hướng chung là tiêu thụ điện năng thấp, các phân tích nâng cao vẫn yêu cầu CPU mạnh mẽ hoặc triển khai ASIC hoặc SoC chuyên dùng cho điện toán AI với mức tiêu thụ năng lượng thấp.
Tối ưu hóa tiêu thụ điện năng
Khi nói đến các ứng dụng IoT dành cho doanh nghiệp, tất cả các phương pháp giảm mức tiêu thụ điện năng trong PCB đều hoạt động ở đây, vì các công cụ phân tích và xử lý IoT cực kỳ tiêu tốn năng lượng. Ví dụ: chế độ ngủ cho những người không sử dụng mô-đun giảm mức tiêu thụ điện năng trong một ứng dụng cụ thể, đồng thời việc sử dụng bộ điều chỉnh chuyển mạch giúp kéo dài tuổi thọ pin. Khi lựa chọn giữa giao diện tiêu chuẩn và giao diện năng lượng thấp, chắc chắn hãy chọn giao diện sau. Bluetooth Low Energy (BLE) và Zigbee có thể trợ giúp ở đây.
Để cân bằng mức tiêu thụ điện năng, sẽ rất hiệu quả nếu cung cấp một nguồn năng lượng thay thế lâu dài. Năng lượng có thể được thu hoạch bổ sung thông qua nhiệt điện, điện từ, tần số vô tuyến, áp điện, quang điện và các phương pháp khác.
Khả năng tiếp cận và độ bền
Nhu cầu phục vụ các khu vực khó tiếp cận khẳng định lợi ích của nhiều giao thức không dây trong một bảng. Với mục đích này, các công ty có thể sử dụng mạng lưới BLE để vượt qua các chướng ngại vật như tường và đường hầm. Nó có thể kết nối nhiều thiết bị hơn so với các loại lưới mắt lưới khác, nhưng việc tăng khối lượng dữ liệu được truyền có thể gây ra sự chậm trễ. Do đó, mọi giao thức đều có những ưu điểm và hạn chế của nó, nhưng bằng cách cung cấp nhiều tùy chọn hơn, bạn sẽ cung cấp nhiều giải pháp tiềm năng hơn cho doanh nghiệp.
Một điểm khác liên quan đến môi trường sử dụng là các thiết bị IoT thường yêu cầu thu thập dữ liệu từ các vật thể chuyển động hoặc rung, điều này tạo ra khả năng bảo vệ nâng cao cho các hệ thống đó. Điều này đặc biệt đúng đối với các ngành công nghiệp hậu cần và ô tô. Ngoài khuyến nghị tiêu chuẩn về cách bảo vệ bo mạch, việc sử dụng các khung chống rung là điều đáng làm. Mặc dù nó làm tăng chi phí của các giải pháp cuối cùng, nhưng nó làm tăng cơ hội thu thập đầy đủ dữ liệu ngay cả sau một tai nạn.
Thiết kế PCB EIoT có thể khai thác trải nghiệm IoT của người tiêu dùng ở đâu?
Enterprise IoT không chỉ là hệ thống phân tích hoặc thiết bị sản xuất tiên tiến mà còn là thiết bị đeo được và thiết bị hỗ trợ HMI khi tương tác với mọi người. Kinh nghiệm phong phú của người tiêu dùng thiết bị điện tử ngành có thể và nên được áp dụng để phát triển hệ sinh thái IoT tại các doanh nghiệp tương tác với mọi người, chẳng hạn như các ứng dụng chăm sóc sức khỏe hoặc an toàn cho người lao động.
Yếu tố chính đối với các thiết bị IoT tiêu dùng là tính dễ sử dụng của chúng, điều này ảnh hưởng đến thiết kế PCB trước tiên. Điều đó có nghĩa là các yêu cầu sau phải được đáp ứng cho thiết kế PCB:
- Tính nhỏ gọn. Hiện tại, để cung cấp kích thước nhỏ của thiết bị, các nhà phát triển có thể sử dụng PCB kết nối linh hoạt và mật độ cao cũng cho phép họ thích ứng với hình thức và hình dạng của thiết bị trong tương lai.
- Không ồn ào. Nó là cần thiết để giao tiếp liền mạch giữa các thiết bị đầu tiên. Bất kỳ nhiễu điện hoặc nhiễu phản xạ nào cần phải được loại bỏ trong PCB, điều này có thể yêu cầu sử dụng bộ lọc nhiễu và điện trở giảm chấn.
- Độ bền. Để đảm bảo thiết bị được bền, cần mô phỏng điều kiện sử dụng và thực hiện các phương án bù phù hợp.
Trái ngược với người tiêu dùng, chủ yếu liên quan đến việc kết nối thiết bị đeo được với điện thoại, có thể có nhu cầu về thiết bị đeo EIoT để truyền thông tin đến các thiết bị khác, đến bộ điều khiển. bảng điều khiển và lên đám mây để phân tích thêm. Ngoài ra, các thiết bị phức tạp hơn được thiết kế để thu thập dữ liệu không đồng nhất về sức khỏe con người. Do đó, điều này củng cố vấn đề đa chức năng cho thiết bị nhỏ.
Khuyến nghị
- Khi thiết kế PCB cho EIoT, hãy xem xét các lợi ích cấp cao và xu hướng của ngành, chẳng hạn như các yêu cầu nâng cao về chất lượng phân tích, tính linh hoạt trong sản xuất và IoT đa mục đích.
- Nhiệm vụ chính của nhà thiết kế PCB cho các ứng dụng IoT dành cho doanh nghiệp là tạo ra sự cân bằng giữa tính đa chức năng và mức tiêu thụ năng lượng thấp.
- Xem xét các đổi mới công nghệ để có thêm khả năng tính toán của các ứng dụng AI.
- Tận dụng trải nghiệm từ IoT tiêu dùng để tăng khả năng sử dụng cho các ứng dụng hướng đến con người, như các giải pháp IoT chăm sóc sức khỏe hoặc an toàn cho người lao động.