2020年P(guān)CB設計師面臨的企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)挑戰和機遇

2020-04-13

企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)成為2019年很好的技術(shù)流行語(yǔ)之一，許多分析師承諾僅通過(guò)連接辦公室中的所有設備即可提高業(yè)務(wù)效率和利潤。隨著(zhù)時(shí)間的流逝，可以通過(guò)連接業(yè)務(wù)資產(chǎn)解決的實(shí)際問(wèn)題開(kāi)始變得清晰起來(lái)，并且可以找到創(chuàng )新和解決問(wèn)題的實(shí)際機會(huì )。我認為我們將開(kāi)始遠離1990年代的企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，進(jìn)入一個(gè)有用的應用程序可以普遍商業(yè)化的十年。

企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)實(shí)施的想法有時(shí)會(huì )忽略硬件挑戰以及經(jīng)濟可行性，從而使世界受益，而忽略成本。在軟件方面，大型公司正忙于開(kāi)發(fā)將這些應用程序變?yōu)楝F實(shí)所需的軟件體系結構，最終使嵌入式硬件開(kāi)發(fā)人員能夠為企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境創(chuàng )建創(chuàng )新的新產(chǎn)品。讓我們看一下這方面的一些重要機會(huì )，并分析一下硬件挑戰。

三大企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設計挑戰

企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用程序的清單思想很長(cháng)，但是它們都對企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設備的PCB設計提出了一些共同的挑戰。設計師將需要在以下一個(gè)或多個(gè)領(lǐng)域中面對挑戰：

多種無(wú)線(xiàn)協(xié)議

除非計劃用雙絞線(xiàn)連接所有企業(yè)資產(chǎn)，否則需要選擇一種無(wú)線(xiàn)協(xié)議進(jìn)行通信。那么哪個(gè)最適合企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設備呢？這個(gè)問(wèn)題回答起來(lái)不是一個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題，尤其是當有十幾種可能的無(wú)線(xiàn)協(xié)議用于聯(lián)網(wǎng)時(shí)。每個(gè)人都熟悉藍牙和WiFi，但是還有其他無(wú)線(xiàn)協(xié)議的完整列表，這些協(xié)議的范圍，數據速率，頻率和預期的應用程序都不同。對于企業(yè)應用程序，一般在許可的頻帶中運行協(xié)議以防止干擾。

您很可能需要多種無(wú)線(xiàn)協(xié)議來(lái)提供一系列通信和配置選項。諸如藍牙之類(lèi)的短距離，中等數據速率的應用很可能需要與諸如LoRa WAN之類(lèi)的更長(cháng)距離，較低數據速率的應用同時(shí)出現。隨著(zhù)電信公司現在涉足企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)，蜂窩物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（NB-IoT和LTE-M）是在較長(cháng)范圍內傳輸小塊數據的有用選擇。

PCB設計人員需要準備好在電路板上容納多個(gè)無(wú)線(xiàn)頻率以及數字組件，以提供數據處理。智能手機制造商通過(guò)將所有內容集成到各種SoC / SiP中解決了很多布局和空間問(wèn)題，但是定制板設計師可能沒(méi)有這種奢望。注意將射頻電路塊與數字組件隔離，規劃返回路徑以及設計堆棧以適應混合信號設計這些方面的很好實(shí)踐。

移動(dòng)設備的低功耗設計

就像大多數企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用程序不會(huì )通過(guò)銅纜通信一樣，它們也可能不會(huì )通過(guò)銅纜供電。設計人員需要通過(guò)選擇低功耗組件并消除不必要的功能來(lái)很大程度地降低移動(dòng)設備的功耗。為了延長(cháng)使用壽命，設計人員可以考慮為設備增加一些能量收集（熱電，射頻，壓電或其他方法）功能。

數據處理與云數據處理

這是一個(gè)重大決定，將決定必須放置在設備中的嵌入式處理能力和內存的級別。如果您的設備只是在收集傳感器數據并將其上傳到基站，則除了微控制器或小型FPGA 外，您將不需要太多。如果您的企業(yè)設備需要在野外實(shí)時(shí)運行預測或分類(lèi)，則需要在嵌入式設備中增加強大的處理能力。您還需要根據存儲或處理的數據量來(lái)擴展內存。涉及高分辨率圖像和視頻的應用程序需要比傳感器數據更多的內存。

統一數據格式

如果您使用標準的TCP / UDP協(xié)議，則已經(jīng)嚴格定義了數據包格式，并且將數據格式內置到嵌入式OS映像中。根據您的應用程序，您可能需要強制采用新穎的統一數據格式。在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域，IPC-CFX標準為工廠(chǎng)車(chē)間的機器對機器通信強制采用統一的數據格式，該標準當然可以在其他地方應用。該特定標準可適用于多種協(xié)議，從而使其更像是一種消息傳遞結構，而不是某些新的無(wú)線(xiàn)標準。

嵌入式開(kāi)發(fā)人員的企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)機遇

實(shí)施企業(yè)IoT愿景不僅涉及軟件，而且涉及硬件。所有物聯(lián)網(wǎng)設備都是具有不同復雜程度的有效嵌入式系統。上面介紹的任何應用領(lǐng)域都將需要一定水平的軟件工程，無(wú)論是在新設備上還是在新設備上。

諸如用于客戶(hù)體驗，資產(chǎn)跟蹤和預測分析的AI之類(lèi)的應用領(lǐng)域已經(jīng)在開(kāi)源軟件開(kāi)發(fā)人員社區中進(jìn)行了重大創(chuàng )新。針對桌面，Web和云應用程序的各種應用程序的自定義代碼和應用程序示例比比皆是。如果這些應用程序中的任何一個(gè)要在企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中移至邊緣，則這些應用程序的代碼將需要調整以在嵌入式設備上運行。還需要調整在私有網(wǎng)絡(luò )，私有企業(yè)云或公共云上運行的支持服務(wù)，以接收和處理來(lái)自嵌入式設備的數據。

API開(kāi)發(fā)人員將在使邊緣設備，企業(yè)網(wǎng)絡(luò )和外部利益相關(guān)者之間的這種接口變?yōu)楝F實(shí)的過(guò)程中發(fā)揮決定性作用。就像工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中的連接制造資產(chǎn)一樣，通過(guò)HTTP請求和JSON數據運行所有內容，為將定制邊緣設備與企業(yè)網(wǎng)絡(luò )快速連接提供了一個(gè)極好的框架。我認識的每個(gè)軟件開(kāi)發(fā)人員都有使用JSON數據結構的經(jīng)驗。這種類(lèi)型的標準化將使從經(jīng)驗豐富的開(kāi)發(fā)人員到新企業(yè)家的每個(gè)人都可以參與企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)。