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2020年P(guān)CB設(shè)計(jì)師面臨的企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)挑戰(zhàn)和機(jī)遇
企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)成為2019年很好的技術(shù)流行語之一，許多分析師承諾僅通過連接辦公室中的所有設(shè)備即可提高業(yè)務(wù)效率和利潤。隨著時(shí)間的流逝，可以通過連接業(yè)務(wù)資產(chǎn)解決的實(shí)際問題開始變得清晰起來，并且可以找到創(chuàng)新和解決問題的實(shí)際機(jī)會(huì)。我認(rèn)為我們將開始遠(yuǎn)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(yīng)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(zhàn)以及經(jīng)濟(jì)可行性，從而使世界受益，而忽略成本。在軟件方面，大型公司正忙于開發(fā)將這些應(yīng)用程序變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)所需的軟件體系結(jié)構(gòu)，最終使嵌入式硬件開發(fā)人員能夠?yàn)槠髽I(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(jī)會(huì)，并分析一下硬件挑戰(zhàn)。
三大企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)
企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序的清單思想很長，但是它們都對企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的PCB設(shè)計(jì)提出了一些共同的挑戰(zhàn)。設(shè)計(jì)師將需要在以下一個(gè)或多個(gè)領(lǐng)域中面對挑戰(zhàn)：
多種無線協(xié)議
除非計(jì)劃用雙絞線連接所有企業(yè)資產(chǎn)，否則需要選擇一種無線協(xié)議進(jìn)行通信。那么哪個(gè)最適合企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備呢？這個(gè)問題回答起來不是一個(gè)簡單的問題，尤其是當(dāng)有十幾種可能的無線協(xié)議用于聯(lián)網(wǎng)時(shí)。每個(gè)人都熟悉藍(lán)牙和WiFi，但是還有其他無線協(xié)議的完整列表，這些協(xié)議的范圍，數(shù)據(jù)速率，頻率和預(yù)期的應(yīng)用程序都不同。對于企業(yè)應(yīng)用程序，一般在許可的頻帶中運(yùn)行協(xié)議以防止干擾。
您很可能需要多種無線協(xié)議來提供一系列通信和配置選項(xiàng)。諸如藍(lán)牙之類的短距離，中等數(shù)據(jù)速率的應(yīng)用很可能需要與諸如LoRa WAN之類的更長距離，較低數(shù)據(jù)速率的應(yīng)用同時(shí)出現(xiàn)。隨著電信公司現(xiàn)在涉足企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)市場，蜂窩物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（NB-IoT和LTE-M）是在較長范圍內(nèi)傳輸小塊數(shù)據(jù)的有用選擇。
PCB設(shè)計(jì)人員需要準(zhǔn)備好在電路板上容納多個(gè)無線頻率以及數(shù)字組件，以提供數(shù)據(jù)處理。智能手機(jī)制造商通過將所有內(nèi)容集成到各種SoC / SiP中解決了很多布局和空間問題，但是定制板設(shè)計(jì)師可能沒有這種奢望。注意將射頻電路塊與數(shù)字組件隔離，規(guī)劃返回路徑以及設(shè)計(jì)堆棧以適應(yīng)混合信號設(shè)計(jì)這些方面的很好實(shí)踐。
移動(dòng)設(shè)備的低功耗設(shè)計(jì)
就像大多數(shù)企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序不會(huì)通過銅纜通信一樣，它們也可能不會(huì)通過銅纜供電。設(shè)計(jì)人員需要通過選擇低功耗組件并消除不必要的功能來很大程度地降低移動(dòng)設(shè)備的功耗。為了延長使用壽命，設(shè)計(jì)人員可以考慮為設(shè)備增加一些能量收集（熱電，射頻，壓電或其他方法）功能。
數(shù)據(jù)處理與云數(shù)據(jù)處理
這是一個(gè)重大決定，將決定必須放置在設(shè)備中的嵌入式處理能力和內(nèi)存的級別。如果您的設(shè)備只是在收集傳感器數(shù)據(jù)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(shè)備需要在野外實(shí)時(shí)運(yùn)行預(yù)測或分類，則需要在嵌入式設(shè)備中增加強(qiáng)大的處理能力。您還需要根據(jù)存儲或處理的數(shù)據(jù)量來擴(kuò)展內(nèi)存。涉及高分辨率圖像和視頻的應(yīng)用程序需要比傳感器數(shù)據(jù)更多的內(nèi)存。
統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式
如果您使用標(biāo)準(zhǔn)的TCP / UDP協(xié)議，則已經(jīng)嚴(yán)格定義了數(shù)據(jù)包格式，并且將數(shù)據(jù)格式內(nèi)置到嵌入式OS映像中。根據(jù)您的應(yīng)用程序，您可能需要強(qiáng)制采用新穎的統(tǒng)一數(shù)據(jù)格式。在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域，IPC-CFX標(biāo)準(zhǔn)為工廠車間的機(jī)器對機(jī)器通信強(qiáng)制采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，該標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)然可以在其他地方應(yīng)用。該特定標(biāo)準(zhǔn)可適用于多種協(xié)議，從而使其更像是一種消息傳遞結(jié)構(gòu)，而不是某些新的無線標(biāo)準(zhǔn)。
嵌入式開發(fā)人員的企業(yè)物聯(lián)網(wǎng)機(jī)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(shè)備都是具有不同復(fù)雜程度的有效嵌入式系統(tǒng)。上面介紹的任何應(yīng)用領(lǐng)域都將需要一定水平的軟件工程，無論是在新設(shè)備上還是在新設(shè)備上。
諸如用于客戶體驗(yàn)，資產(chǎn)跟蹤和預(yù)測分析的AI之類的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)在開源軟件開發(fā)人員社區(qū)中進(jìn)行了重大創(chuàng)新。針對桌面，Web和云應(yīng)用程序的各種應(yīng)用程序的自定義代碼和應(yīng)用程序示例比比皆是。如果這些應(yīng)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(yīng)用程序的代碼將需要調(diào)整以在嵌入式設(shè)備上運(yùn)行。還需要調(diào)整在私有網(wǎng)絡(luò)，私有企業(yè)云或公共云上運(yùn)行的支持服務(wù)，以接收和處理來自嵌入式設(shè)備的數(shù)據(jù)。
API開發(fā)人員將在使邊緣設(shè)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(xiàn)實(shí)的過程中發(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HTTP請求和JSON數(shù)據(jù)運(yùn)行所有內(nèi)容，為將定制邊緣設(shè)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(rèn)識的每個(gè)軟件開發(fā)人員都有使用JSON數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的經(jīng)驗(yàn)。這種類型的標(biāo)準(zhǔn)化將使從經(jīng)驗(yàn)豐富的開發(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)開發(fā)。