用于工业物联网的电子产品：PCB设计人员应了解的内容

自拨号互联网时代以来，世界已经走了很长一段路。如今，设备可以通过各种无线协议相互通信。因此，物联网已成为流行语，但是制造业中的工业物联网有潜力为先进的制造商带来实际的生产率提升。连接电子工业协会（IPC）现在正在为连接工厂中的数据格式和通信定义统一框架，这将使工业物联网成为主流。

尽管制造业中工业IoT的许多支持者倾向于将重点放在软件和网络上，但是如果没有PCB设计师的辛勤工作，工业界将看不到这些收益。将所需的工业物联网功能集成到新的制造资产中并开发用于集成旧系统的电子产品时，PCB设计人员将面临许多挑战。工业物联网设备的硬件体系结构至关重要，PCB设计人员在创建工业物联网基础设施和设备时应考虑其设计选项。

制造业中工业物联网的基本要素

为工业物联网设备设计的任何PCB 将需要包含一些重要元素。这些元素对于收集度量，处理数据以及促进新旧制造资产之间的通信至关重要。

无线电通信与网络架构

工业物联网设备需要一种或多种无线通信协议来在设备之间共享数据并将数据发送到基站。诸如Bluetooth和WiFi之类的协议非常适合用于制造狭窄空间内的资产，而LPWAN协议则非常适合于分布在更大面积上的资产之间的无线通信。

在制造业中用于工业物联网的网络架构也很重要。多个工厂资产需要相互通信，但它们也需要将数据发送到中央控制室。一种选择是使用基站/信标在WiFi或蓝牙上实现星形拓扑。这将允许从不同设备上的传感器节点收集数据，并且可以通过以太网在节点之间共享数据。在资产之间的连接性发生变化的工厂中（例如，当制造资产移动时），通过标准无线协议的网状拓扑是一个更好的选择。

混合信号功能

在某种程度上，制造资产纯粹是模拟设备，尤其是传统系统。较新的制造系统将包括将测量结果作为数字数据输出的传感器，但是要向较旧的系统添加监视功能，则需要将传感器与电路板集成在一起，以便可以测量模拟信号并通过ADC转换为数字数据。将无线电通信功能添加到这些板后，这些设备将在混合信号状态下运行，因此应进行相应的设计。

能量消耗

尽管始终要考虑用电成本，但并非所有监视设备都可以通过壁装电源插座来提供电能。必须是可移动的或无法连接到附近电源的监视设备将需要用掉电池电源，因此组件应消耗尽可能少的电能。这需要明智的组件选择和专门针对电池供电设备的功率调节方案。

客制化

上面列出的几点应强调在制造业中集成工业物联网的其他要求。这些系统的PCB不可避免地需要在外形尺寸，组件布置和与新旧系统集成的嵌入式软件方面进行大量定制。COTS单板计算机和开发板可能不适用于每个工业物联网系统。

制造业中用于工业物联网的设备也需要安装在狭窄的空间中，并通过机械方式固定在设备上。这对部件和连接器的尺寸以及它们的布置施加了限制。适应所有这些要点需要极端的定制，这可能是标准PCB制造工艺无法实现的。在这里，需要新的制造工艺来生产这些复杂的小批量设备。

工业物联网电子的增材制造

由于制造业中用于工业物联网的设备必须高度定制化并以相对较低的产量生产，因此使用增材制造系统生产这些产品是理想的选择。

除了固定的交货时间和可预测的成本结构外，增材制造还为PCB设计人员提供了许多其他好处。这些系统消除了传统PCB制造工艺所施加的设计约束。这使PCB设计人员可以自由地创建用于工业IoT监视和通信的复杂电子设备。

用于监控遗留制造资产并在整个工厂内提供连通性的新电子产品必须高度定制，并且通常是一次性设计。增材制造系统是生产这些设备的理想选择。设计人员可以在几个小时内生产，组装，测试和部署用于新监视和通信系统的单个PCB。

用增材制造系统创建的设备也可以完全定制为几乎任何几何形状。使用附加工艺生产用于制造资产的电路板，可使设计人员尝试独特的互连架构，组件和天线嵌入以及复杂形状。设计PCB的架构和形状的这种自由将帮助设计人员为制造业中的工业IoT创建可定制的解决方案。