Die Auswahl des richtigen Kommunikationsmoduls für Ihr IoT-Produkt

Erstellt: Mai 11, 2017
Aktualisiert am: Dezember 7, 2020

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Viele meiner Freunde sind Eelktronikentwickler, und wir Fachsimpeln ständig. Wenn man etwas über seltsame IoT-Anwendungen hören will, ist es immer eine gute Idee, die Anderen von ihren aktuellen Projekten erzählen zu lassen. Ich frage schon nicht mehr, welche Programme sie benutzen, weil inzwischen jeder Python lernt. Ernsthaft, jeder. Wir reden über das Schöne an der Arbeit und das ist meistens das Design, manchmal auch das Löten. Wenn wir über Schreckliches bei der Arbeit reden, dann ist es meistens die Bauteilauswahl, manchmal aber auch das Löten.

Wir sind uns aber alle einig, dass es wenig gibt, was uns so sehr nervt wie ein 84 Seiten langes Datenblatt für die Bauteilauswahl durchstöbern zu müssen. Leider haben die meisten IoT-Module und Mikrocontroller endlos lange Datenblätter, die durchgesehen werden müssen, bevor Sie sie ins PCB-Layout Ihres neuen IoT-Produkts einbinden können.

Jedes Treffen von Elektronikentwicklern wird irgendwann zur Debatte über Software, Arbeit und Designprobleme.

Für mich verwandelten sich eine zweite Prüfung und der Vergleich möglicher Bauteile immer in ein mühseliges Abhaken winziger Details und einen Nebel aus Zahlen und Klebezetteln. Diese wenig organisierte Arbeitsweise lässt sich natürlich nur schlecht auf komplexe PCBs oder kritische Bauteile übertragen. Es ist besser, schon in einem frühen Stadium des Designprozesses zu klären, welche Bauteil-Anforderungen Ihren Produktvorgaben am besten entsprechen. Das erspart Ihnen beim Design und Testen jede Menge Unsicherheit und Kurzschlüsse. Um Microcontroller kümmern wir uns ein anderes Mal. Heute beginnen wir mit der Identifizierung der Anforderungen, damit Sie Ihr IoT-Modul auswählen können.

Anforderungen identifizieren

Mein allererstes IoT-Design wurde mir in einem sehr frühen Stadium anvertraut. Wir mussten aber dennoch so schnell wie möglich Prototypen hervorbringen. Die erste Version erfüllte gerade so Ihre Aufgabe, und wir stellten schnell fest, dass es noch viele Verbesserungsmöglichkeiten gab. Für unsere nächste Version investierte ich viel mehr Zeit in die Auswertung der Hardware-Spezifikationen.

Übertragung und Netzwerk: Welche Art Basisstation wird verwendet? Welche Reichweite müssen die Geräte haben? Wenn die Module die gewünschte Kommunikation nicht leisten können, müssen Sie das Netzwerk ändern, sonst bekommen Sie nur den „Dinge“-Teil des „Internets der Dinge“.
Footprint: Wie viel Platz steht Ihnen zur Verfügung? Wir mussten das neue PCB in ein bestehendes Gehäuse einpassen, weshalb ich mir Sorgen über die tatsächliche Größe und den zusätzlichen Platzbedarf für die HF-Tuningschaltung machte.
Bei den meisten Modulen ist das Tuning bereits intern enthalten. Mir ist das wirklich am liebsten, denn es spart nicht nur Platz, sondern auch Nerven, weil man auf dem PCB nicht um die Tuningschaltung herumentwerfen muss. Übrigens sollte der Hersteller Ihnen das Layout der Tuningschaltung zur Verfügung stellen.
Stromversorgung: Kann Ihr System mit Netzstrom arbeiten oder läuft es mit Batterien? Die Batterien unseres Geräts mussten mindestens ein Jahr halten, so dass unser Modul im aktiven Betrieb und im Ruhezustand wenig Strom verbrauchen musste.
Umgebungsbeständigkeit: Wird Ihr Produkt heiß oder kalt werden? Bekommt es Regen ab? Wird sich Staub in jede Ritze legen? Stellen Sie sicher, dass Ihr IoT-Modul ausreichend beständig gegen seine vorgesehene Einsatzumgebung ist. Sie sollten es denselben rigorosen Auswahlprozessen unterwerfen wie alle anderen Bauteile.
Kompatibilität: Prüfen Sie, ob Ihr IoT-Modul mit den Inputs und Outputs der restlichen Hardware zurechtkommt. Sind die Kommunikationsprotokolle und Geschwindigkeiten dieselben wie beim Microcontroller? Wird es direkten Sensor-Input verarbeiten müssen? Kann es dieselbe Stromversorgung wie der Microcontroller verwenden?

Ihr IoT-Modul bestimmt die Funktionalität Ihres Produkts. Darum ist es so wichtig, das Design strikt auf die Anforderungen des IdD-Moduls abzustimmen und entsprechend zu prüfen.

Ihre Anforderungen für die Wahl des IoT-Moduls sollten mindestens so gründlich sein wie für jedes andere Bauteil Ihres PCBs.

Natürlich klingen diese Prüfungen selbstverständlich. Trotzdem habe ich schon Leute gesehen, die so fest von der IoT-Welle gepackt waren, dass sie ohne Rücksicht auf die Anforderungen mit dem Design angefangen haben. Der Haken daran ist, dass es sie meistens tausende Euro kostet, wenn sie endlich zur Behebung Ihrer Kompatibilitäts- oder Toleranzprobleme kommen. Glauben Sie mir, ich habe von meinen Freunden nichts anderes gehört, als sie dabei waren, ihre Fehler zu beheben. Nehmen Sie also Rücksicht und planen Sie voraus.

Finden Sie mehr über den Hersteller heraus

Vor der Entscheidung für ein Modul sollten Sie sich ein wenig über den Hersteller informieren, falls Sie noch nicht mit ihm gearbeitet haben. Viele neue Module kommen auf den wachsenden IoT-Markt. Wählen Sie ein neueres Modul, muss der Hersteller die Kapazitäten zur Herstellung und Unterstützung der Menge an Hardware sichern können, die Sie von ihm kaufen möchten.

Stellen Sie sicher, dass Sie mit einem Modulanbieter zusammenarbeiten, der die benötigten Stückzahlen sicher liefern kann.

Sie sollten Ihren Hersteller Folgendes fragen:

Kapazität: Neue Unternehmen bieten vielleicht wirklich coole Module an. Vergewissern Sie sich aber, dass der Bestand groß genug ist, um die nötige Größenordnung und Produktionsstückzahl zu erreichen. Wenn die Lieferzeit nicht in Ihren Herstellungsplan einkalkuliert ist, müssen Sie eventuell wochenlang warten.
FCC-Zertifizierung: Finden Sie heraus, ob der Lieferant eine modulare Zertifizierung für die HF-Schaltungen im Modul besitzt und ob andere Kunden mit denselben Modulen erfolgreich Produkte zertifizieren konnten. Hilfreich ist es auch, nach dem Testlabor zu fragen. Vielleicht sollten Sie Ihre Produkte in demselben Labor zertifizieren lassen (denn das bringt manchmal einen Rabatt mit sich). Zu guter Letzt muss der Hersteller firmeneigenes Dokumentationsmaterial an das Testlabor liefern. Stellen Sie sicher, dass der Hersteller dazu bereit ist, sonst kann das Ihre Zertifizierung um Wochen verzögern.
Layout-Assistenz: Wie bereits erwähnt, setzen einige Module eine Abstimmschaltung auf Ihrem PCB voraus. Finden Sie heraus, ob Sie um diese Schaltung herumplanen müssen und wie der Hersteller Sie bei der Einarbeitung in Ihr Layout unterstützen wird. Falls er Layout-Dateien verschickt, erfragen Sie deren Format und Kompatibilität zu Ihren Design-Tools.
Firmware-Updates und Langzeit-Support: Einige Geräte erhalten im Lauf Ihrer Lebensdauer Firmware-Updates für die Sicherheit und die allgemeine Funktionalität. Finden Sie heraus, wie diese Updates gehandhabt werden. Glauben Sie mir, Sie wollen ganz sicher nicht alle Ihre Systeme zurückrufen und von Hand aktualisieren. Wenn es um ein Gerät geht, das nur senden kann und kein Pushen von Updates ermöglicht, brauchen Sie einen Plan für diese Änderungen. Wir verloren die Daten einer ganzen Woche für einen neuen Kunden, als das Netzwerk aktualisiert wurde, die Firmware aber die alte blieb. Was für ein Ärger!

Es gibt viele Faktoren zu bedenken, wenn Sie sich für ein ioT-Modul entscheiden. Statt sich den Weg durch Klebezettel und Tabellenkalkulationen anzutun, können Sie auch einige hervorragende Tools nutzen. Ich gebe gern einige Ratschläge weiter, die ich von Freunden bekommen habe. Vielleicht ist etwas für Sie dabei. Eines dieser Tools ist Altium Vault, mit dem Hersteller, Lieferanten und sogar einzelne Bauteile gehandhabt werden – alles nach Ihren eigenen Entwurfsregeln. So bleiben die Anforderungen im gesamten Design kohärent und die Kontrolle über den Entwurf ist jederzeit gewahrt. Um mehr über professionelles PCB-Design zu lernen, sind Ihnen Altium-Mitarbeiter gern bei Ihrem Einstieg behilflich.