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2020年PCB设计师面临的企业物联网挑战和机遇


企业物联网成为2019年很好的技术流行语之一,许多分析师承诺仅通过连接办公室中的所有设备即可提高业务效率和利润。随着时间的流逝,可以通过连接业务资产解决的实际问题开始变得清晰起来,并且可以找到创新和解决问题的实际机会。我认为我们将开始远离1990年代的企业物联网时代,进入一个有用的应用程序可以普遍商业化的十年。
企业物联网实施的想法有时会忽略硬件挑战以及经济可行性,从而使世界受益,而忽略成本。在软件方面,大型公司正忙于开发将这些应用程序变为现实所需的软件体系结构,最终使嵌入式硬件开发人员能够为企业物联网环境创建创新的新产品。让我们看一下这方面的一些重要机会,并分析一下硬件挑战。
三大企业物联网设计挑战
企业物联网应用程序的清单思想很长,但是它们都对企业物联网设备的PCB电路板设计提出了一些共同的挑战。设计师将需要在以下一个或多个领域中面对挑战:
多种无线协议
除非计划用双绞线连接所有企业资产,否则需要选择一种无线协议进行通信。那么哪个最适合企业物联网设备呢?这个问题回答起来不是一个简单的问题,尤其是当有十几种可能的无线协议用于联网时。每个人都熟悉蓝牙和WiFi,但是还有其他无线协议的完整列表,这些协议的范围,数据速率,频率和预期的应用程序都不同。对于企业应用程序,一般在许可的频带中运行协议以防止干扰。
您很可能需要多种无线协议来提供一系列通信和配置选项。诸如蓝牙之类的短距离,中等数据速率的应用很可能需要与诸如LoRa WAN之类的更长距离,较低数据速率的应用同时出现。随着电信公司现在涉足企业物联网市场,蜂窝物联网协议(NB-IoT和LTE-M)是在较长范围内传输小块数据的有用选择。
PCB电路板设计人员需要准备好在电路板上容纳多个无线频率以及数字组件,以提供数据处理。智能手机制造商通过将所有内容集成到各种SoC / SiP中解决了很多布局和空间问题,但是定制板设计师可能没有这种奢望。注意将射频电路块与数字组件隔离,规划返回路径以及设计堆栈以适应混合信号设计这些方面的很好实践。
移动设备的低功耗设计
就像大多数企业物联网应用程序不会通过铜缆通信一样,它们也可能不会通过铜缆供电。设计人员需要通过选择低功耗组件并消除不必要的功能来很大程度地降低移动设备的功耗。为了延长使用寿命,设计人员可以考虑为设备增加一些能量收集(热电,射频,压电或其他方法)功能。
数据处理与云数据处理
这是一个重大决定,将决定必须放置在设备中的嵌入式处理能力和内存的级别。如果您的设备只是在收集传感器数据并将其上传到基站,则除了微控制器或小型FPGA 外,您将不需要太多。如果您的企业设备需要在野外实时运行预测或分类,则需要在嵌入式设备中增加强大的处理能力。您还需要根据存储或处理的数据量来扩展内存。涉及高分辨率图像和视频的应用程序需要比传感器数据更多的内存。
统一数据格式
如果您使用标准的TCP / UDP协议,则已经严格定义了数据包格式,并且将数据格式内置到嵌入式OS映像中。根据您的应用程序,您可能需要强制采用新颖的统一数据格式。在工业物联网等领域,IPC-CFX标准为工厂车间的机器对机器通信强制采用统一的数据格式,该标准当然可以在其他地方应用。该特定标准可适用于多种协议,从而使其更像是一种消息传递结构,而不是某些新的无线标准。
嵌入式开发人员的企业物联网机
实施企业IoT愿景不仅涉及软件,而且涉及硬件。所有物联网设备都是具有不同复杂程度的有效嵌入式系统。上面介绍的任何应用领域都将需要一定水平的软件工程,无论是在新设备上还是在新设备上。
诸如用于客户体验,资产跟踪和预测分析的AI之类的应用领域已经在开源软件开发人员社区中进行了重大创新。针对桌面,Web和云应用程序的各种应用程序的自定义代码和应用程序示例比比皆是。如果这些应用程序中的任何一个要在企业物联网环境中移至边缘,则这些应用程序的代码将需要调整以在嵌入式设备上运行。还需要调整在私有网络,私有企业云或公共云上运行的支持服务,以接收和处理来自嵌入式设备的数据。
API开发人员将在使边缘设备,企业网络和外部利益相关者之间的这种接口变为现实的过程中发挥决定性作用。就像工业物联网环境中的连接制造资产一样,通过HTTP请求和JSON数据运行所有内容,为将定制边缘设备与企业网络快速连接提供了一个极好的框架。我认识的每个软件开发人员都有使用JSON数据结构的经验。这种类型的标准化将使从经验丰富的开发人员到新企业家的每个人都可以参与企业物联网开发。

2021-02-26
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