IoT-PCB-Design mit flexiblen Hardwareplattformen

Erinnern Sie sich noch an all Ihre Hobbys und Obsessionen, als Sie noch ein Kind waren? Als ich jünger war, waren alle verrückt nach Pokémon und allen möglichen elektronischen Gadgets, die sie in die Hände bekommen konnten. Beides floss schließlich zu einem ultimativen Trend zusammen, dem Tamagotchi. Das war ein riesiger Hit, der auf der reißenden Nachfrage nach mobiler Elektronik und der Liebe von Kindern zu kleinen unrealistischen Tieren basierte. Vor kurzem haben zwei Trends in der Welt der PCBs zusammengefunden: flexible Elektronik und das Internet der Dinge (IoT). Hardwareplattformen ähnlich den von Hobbyentwicklern entworfenen Platinen haben bei der Geburt des IoT-PCBs geholfen, und flexible Hybrid-Elektronik (FHE) wird es in das Jungendstadium bringen. Ingenieure haben begonnen, flexible Platinen und Peripheriegeräte zu entwickeln, die mit großen Marken wie Arduino kompatibel sind. Lassen Sie sich von der Begeisterung mitreißen, indem Sie einfach zu verwendende Platinen mit Bauteilen entwickeln, die IoT-Entwickler brauchen.

Vorteile von IoT-PCB-Design und flexibler Hardwareplattformen

Voll flexible und Rigid-Flex-PCBs gab es lange Zeit nur in der High­-Tech­-In­dus­t­rie  wie etwa in der Luft- und Raumfahrt, wo sie bei der Entwicklung von Erkundungsfahrzeugen für andere Planeten halfen. Inzwischen werden ihre Vorteile für Entwicklungsplatinen und ihre Peripheriegeräte auch auf der Erde genutzt. Flexible Hybrid-Elektronik kombiniert die niedrigen Kosten und die Leistungsfähigkeit traditioneller Elektronik mit dem Platz- und Formatvorteilen flexibler Schaltungen.

Während einige schon von einer vollständig flexiblen Zukunft träumen, müssen wir derzeit mit einer Hybridlösung vorliebnehmen. Bei der flexiblen Hybrid-Elektronik werden traditionelle Bauteile auf flexible Träger montiert. Traditionelle elektronische Bauteile wurden im Laufe der Jahre in Bezug auf Kosten, Geschwindigkeit und Stromverbrauch hoch optimiert. Zwar gibt es auch einige flexible analoge Lösungen, jedoch verblasst ihre Leistung im Vergleich. Außerdem sind wir auch vertrauter mit den altbewährten Chips, was ihre Verwendung in Geräten einfacher macht.

Starre PCBs haben aber viele Nachteile. Die wichtigsten bestehen in ihrer Tendenz zu brechen statt sich zu biegen, in ihrer Größe und ihrer Unfähigkeit zur Aufnahme dynamischer Kräfte. Die Bestückung der Bauteile auf einen flexiblen Träger schafft Abhilfe bei all diesen Problemen. Offensichtlich ist die FHE-Technik dafür gemacht, biegsam zu sein – einige können bis zu 200.000 Mal gebogen werden, ehe sie kaputtgehen. Zusätzlich zur Zuverlässigkeit haben flexible Platinen kleinere Formate und passen durch Falten in Räume, in die kein normales PCB hineingehen würde.

FHE, das IoT-PCB und Arduino

Diese Vorteile machen FHE zu einer ausgezeichneten Wahl für das IoT, das bis 2020 Milliarden von Geräten auf die Welt bringen wird. Viele davon werden auf Sensoren basierende Netzwerke sein, die in allen Ecken und Winkeln zum Überwachen von Infrastrukturen arbeiten werden. Diese Geräte müssen speziellen Formaten entsprechen, die es ihnen ermöglichen, überall, wo sie gebraucht werden, auch hinzupassen. Diese Gadgets müssen nicht nur klein, sondern auch einfach sein. Niemand hat schließlich die Zeit, Milliarden von Geräten individuell zu entwerfen, und genau hier kommt Arduino ins Spiel.

Arduino ist seit langem ein vertrauter Name, wenn es um Entwicklungsplatinen und selbstgebaute Elektronik geht. Zuerst schienen deren Platinen nur etwas für Hobby-Bastler zu sein, aber sie haben viel Potenzial für kommerzielle Anwendungen. Das ist der Grund, warum einige Unternehmen jetzt Arduino-kompatible FHE-Platinen und Peripheriegeräte entwickeln. Seeed Studio ist ein Unternehmen, das ein Prototyp-Board herausgebracht hat. Mit diesem Machbarkeitsnachweis eines PCB wollte das Unternehmen herausfinden, wie klein eine Arduino-Platine gemacht werden kann. Ein anderes Unternehmen in diesem Bereich ist Printoo. Es entwickelt eine ganze Reihe Arduinokompatibler Plattformen für den IoT-Markt. Es ist abzusehen, dass noch mehr Unternehmen und Designer in naher Zukunft ihr Glück beim Schrumpfen und Biegen von Arduino-Platinen versuchen werden.

Ihr Stück vom Kuchen

Warum sollten Sie nicht einer dieser Designer sein? Der Markt für Open-Source-Hardware wurde im Jahr 2015 auf 1 Milliarde US-Dollar geschätzt und wird mit der Ausweitung der IoT-PCBs weiter wachsen. Wenn Sie einen Teil dieses Marktes und seiner Designer abhaben möchten, müssen Sie Platinen und Peripheriegeräte entwerfen, die einfach, vertraut und nützlich sind.

Obwohl ich das Lernen von etwas Neuem genieße, mag ich es nicht, mich in jedem neuen Projekt mit einer neuartigen Technologie zu befassen. Das ist einer der Schlüssel für den Erfolg von Arduino und das ist auch für Ihren Erfolg wichtig. Wenn Sie Ihre eigenen Hardware-Plattformen für IoT-PCBs entwerfen, machen Sie sie kompatibel zu bestehenden, bereits gebräuchlichen Systemen. Stellen Sie sicher, dass die Nutzer Ihre Platine mit gängigen, integrierten Entwicklungsumgebungen (IDEs) programmieren können, die bereits verfügbar sind: Arduino, Cloud9, BlueJ, Geany IDE, usw. Greifen Sie auf die bereits etablierten und mit Designern besetzten Märkte für Open-Source-Entwicklungsplatinen zurück.

Ihre Platine muss sich nicht nur vertraut anfühlen, sie muss auch nützlich sein. Sie sollten darüber nachdenken, welche Art von Produkten am Horizont des IoT auftauchen wird. Dazu kann ich Ihnen ein paar Tipps geben. Wearables sind offensichtlich auf dem Vormarsch, sogar für Senioren, und sie brauchen gute, flexible Lösungen, um die formatbezogenen Anforderungen zu erfüllen. Stromsparende Weitverkehrnetzwerke benötigen Hunderte kleiner, stromsparender Sensoren zum Sammeln von Daten. Autos sind ebenfalls eine so nicht erwartete Erweiterung der IoT-PCBs. Sie brauchen kleine, leichte Sensoren und Platinen, um Form- und Gewichtsanforderungen zu erfüllen. Fahrzeuge werden ebenfalls mit allem um sie herum kommunizieren, von der Infrastruktur bis zu Fußgängern. Jedes Teil dieses Puzzles braucht einfach zu integrierende Platinen und Peripheriegeräte.

Das Rennen um das Internet der Dinge hat bereits begonnen, und die flexible Technologie stürzt sich mitten hinein. Arduino ist seit langem ein Wettbewerber auf dem IoT-Sektor, und weitsichtige Unternehmen beginnen jetzt damit, beide zu kombinieren. Auch Sie könnten von Anfang an dabei sein, wenn Sie Platinen entwerfen können, die sich mit der vorhandenen Technologie gut vereinen lassen und gleichzeitig den Anforderungen von IoT-Anwendungen genügen.

Da ist nur noch ein Problem: Wie entwerfen Sie flexible Platinen? FHE ist eine ziemlich neue Technologie und den meisten Designern nicht bekannt. Zu Ihrem Glück weiß Altium Designer, wie man sowohl mit flexiblen als auch mit Rigid-Flex-Schaltungen umgeht. Es bietet eine Menge großartiger Tools, die Ihnen beim Design helfen können, und kann sogar ein 3D-Modell Ihrer Schaltung erstellen, damit sie auch in das Gehäuse passt. Außerdem steht Ihnen mit der Kombination von Altium 365 zudem eine PCB-Cloud-Plattform für eine noch bessere Zusammenarbeit zur Verfügung.

Haben Sie weitere Fragen zu flexiblen Schaltungen für IoT-PCB-Design? Dann rufen Sie einen Experten bei Altium an.