全面讲解物联网应用的设计技巧和方法

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提高零售效率,如Nest恒温器和智能灯泡。

制造

在工业和制造业中,通过使用智能背心、智能头盔、智能眼镜和其他可收集健康、位置、环境和生产率数据的设备,工厂、面粉厂和炼油厂的工作环境都会变得更加安全。这些设备连接在一起,在工厂运行期间提供信息,再结合在线分析,能有效确保工人的安全和工厂机械的平稳运行。

体育运动与医疗保健

物联网不仅对企业有价值,它还改变了体育运动。无论是业余选手还是专业运动员,都可以佩戴智能手环/手表,测量心率、体温等生命体征。这种设备可以让用户更详细地了解自己的运动表现和对刺激的反应。

医疗器械物联网是增长最快的物联网应用之一

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物联网设计:基本组成部分

传感器

无线连接模块

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物联网设计要点

物联网电路板将多种不同技术整合到一个紧凑的设计中

由于需要节省空间,物联网设计的关键区别在于将整个产品或电路板设计成一个整体,而不是像过去那样设计成许多较小的单个电路板。这就需要与机械设计师密切合作,确保将信号完整性、热管理和尺寸都考虑在内。

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物联网设计的重要标准

物联网架构可分为三个不同的层:

设备层,包含收集数据的传感器和执行器。

云端层,连接到移动应用程序或网页应用程序,进行最终处理。

确保电路板上的各种器件符合预期标准

设备并不是凭空存在的,在物联网中尤其如此。它们必须发挥功能、进行通信并与其他系统集成。在设计物联网设备时,要考虑如何将其融入整体架构。为此,最佳方法是采用并遵循某种标准。可以考虑采用单一标准,如IEEE243,并在设计设备时遵循这一标准。为了延长设计的使用寿命,除了考虑基本功能外,还要考虑它的使用环境,尤其重要的是它将与哪些其他设备通信。

如需采用更多标准,可考虑从印刷电路协会(IPC)的标准入手。其他基于标准的IP解决方案包括:

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低功耗物联网设备设计

在开发移动物联网设备时,高能效对于确保产品的使用寿命和可靠性至关重要

电池供电

存储器

精确计算功耗预算

应避免因PCB走线过长或过孔过多而造成电能浪费。信号从一个平面传输到另一个平面,会在电路板上产生不必要的电能损耗。精确的功率预算计算和高效的电源分配网络有助于延长设备的使用寿命。建议使用精确的电源网络分析工具,在制造和测试前准确了解设备的能效。

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物联网无线设计

物联网设备将以无线方式与外界通信,很可能是通过WiFi、蓝牙或前面提到的其他方式。因此,熟悉各种无线网络协议非常重要。

需要注意的是,政府会监管无线电频谱的使用,某些频段被分配用于特定用途。WiFi通常在2.4GHz频段上运行,NFC在13.56MHz频段上运行,而其他射频协议则在各自的频段上运行。因此,可以购买符合政府和行业规定的现成无线模块,并将其整合到设计中。

噪声

温度

温度也会对通信产生重大影响。应考虑设备运行时的理想温度范围,确保器件符合温度要求。

小贴士

物联网医疗器械设计注意事项

如果您正在设计一款医疗物联网设备,需要注意,无线信号在自由空气中传输与在人体内部传输是不同的。医疗器械植入人体后,设备的工作频率会衰减,可能会严重影响续航能力,因此要有针对性地进行设计。

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混合信号设计

物联网设计中的数据可能包括多个模拟和数字信号,因此必须尽可能减少噪声,保持信号的完整性

您的物联网设备将通过模拟传感器从现实世界中收集数据,这些数据需要转换成数字信号。一旦转换为数字格式,就可以对数据进行编码和处理,甚至可以通过无线方式发送数据。

在医疗物联网应用中,信号携带着重要的人体健康信息,因此如果设备读取到错误的信号,后果将不堪设想。

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紧凑型设计

物联网设备中使用的PCB需要采用紧凑型设计,具有柔性部分和高密互连

确定好PCB的外形尺寸并就此达成一致。特别是要与机械工程师和产品设计师沟通,确保制造商有能力组装和制造您的设计。由于PCB的某些部分可能容易受到机械挠曲的影响,因此器件摆放变得更加重要。这时,柔性设计可能会派上用场。

柔性设计

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利用SPICE程序的仿真结果来预测设备的行为

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