以下將介紹與物聯網硬件相關的一些主要問題以及如何解決。

1. 延長電池壽命

用戶希望物聯網設備的電池能夠使用更長的時間。如果有人計劃在偏遠地區部署物聯網設備，那么更換電池可能是一件難事，這一點尤其重要。如果物聯網產品是患者在體內使用的醫療設備，那么更換電池可能需要進行手術，這可能會增加患者患上并發癥的風險。

硬件設計人員應考慮物聯網產品在哪些方面最耗電，需要評估它們是否對設計至關重要。如果是的話，則需要設法延長電池壽命。

解決這種物聯網設計挑戰的一種方法是使用具有深度睡眠模式的集成電路，這種電路消耗的電流非常小。此外，設計師可以降低電池的電壓。這樣做的目的是盡量減少產品內部的功耗。設計師可以使用低功耗組件，確保部件在不使用時不會產生更多的能耗。

一個歐盟資助的調查表明，如果不采取措施延長其物聯網產品中的電池使用壽命，到2025年將有7800萬塊電池被丟棄。調查人員認為，通過開發能夠自我充電的電池將會取得重大進展。然而就目前而言，設計人員在規劃和設計物聯網設備時應該盡早優先考慮延長電池壽命。

2.防止安全漏洞

如今，行業媒體經常報道威脅物聯網設備安全的令人擔憂的安全漏洞。從硬件角度上來看，解決這一物聯網設計挑戰需要采用多管齊下的方法。

首先，設計人員應考慮安全密鑰的管理，防止未授權的人員的訪問。他們必須設計安全地生成和存儲密鑰的產品。他們還應該探索硬件的加速和加密，在節省電力的同時保持設備更安全。

另一個最佳實踐是使用單獨的內存域來隔離敏感和非敏感的物聯網代碼和數據。使用安全內存訪問可以保護內存和閃存免受未經授權的訪問。硬件設計人員還必須對調試和編程實施保護。這樣做會使黑客更難使用編程接口和調試器發起網絡攻擊。

硬件設計人員還應該參與應用程序的設施，以披露產品中發現的網絡安全漏洞。一項研究發現，目前只有21%的物聯網供應商擁有這樣的舉措。但是，它們對于幫助設計人員和其他所有關注物聯網安全的人員意識到可能會被忽視的問題至關重要。

3.開發更輕、更小的設備

另一個物聯網設計挑戰是需要滿足對越來越小、越來越輕的物聯網設備的需求。對這些特性的渴望是有意義的，因為可以帶來更多的靈活性。

還有一種可能性是查看該設備是否需要使用柔性印刷電路板(PCB)，而不是剛性印刷電路板。柔性PCB可以減輕95%的重量，并允許在更小的空間中安裝更多組件。它們通常也比剛性PCB更耐用，并且可以更好地承受惡劣環境的不利影響，從而使它們的工作壽命更長。

如果物聯網設備與人工智能技術一起使用或處理設備上的數據，硬件設計人員必須了解這些要求也會影響外形尺寸。研究人員最近通過在已用于數十億臺物聯網設備的微控制器單元(MCU)上運行算法取得了進展。他們表示，開發的技術將會進一步減少運行人工智能算法所需的內存，同時提高了性能。

物聯網設備的組件制造商還致力于使WiFi模塊等產品越來越小，從而更適合小型化產品。物聯網硬件設計人員應該跟上這些發展的步伐，并了解更新的選項如何支持他們即將推出的產品。

4.投入足夠的時間進行測試

設計師的工作時間通常很緊張。即便如此，他們也必須留出足夠的時間進行硬件測試，并在得到相應結果后進行必要的調整。制造商需要對從機械測試到環境阻力等領域進行評估。

在這個階段，設計人員將確保連接性、電池壽命和用戶友好性等方面滿足他們期望的最低要求。在產品上市之前進行的測試也可以防止與安全相關的問題。例如，模糊測試中，將讓物聯網設備接受隨機字節串，并跟蹤可能表明錯誤的異常行為。這在測試計算機應用程序時最常見，也是檢查物聯網設備是否正常運行的有效措施。

開發團隊之間的有效溝通對于獲得有價值的測試結果至關重要。軟件開發人員可能會發現影響物聯網設備硬件的部分錯誤。在這種情況下，軟件開發人員和硬件設計人員需要共同研究解決方案。

與測試人員保持聯系也很重要。許多參與者可能不會立即意識到硬件故障導致的問題。然而，在參與測試的人員給出詳細反饋之后，硬件設計師和物聯網產品的其他相關人員可以針對出現的問題進行修復。

硬件設計人員應始終計劃花費比預期更多的時間進行測試。這樣一來，就不會有急于求成的壓力，也不會在錯過之后可能會影響產品功能或安全性的問題。

預見性防止許多物聯網設計挑戰

雖然并沒有一種通用的方法避免可能遇到的每一個物聯網設計挑戰。然而，正如這些示例所示，考慮每個設計決策的好壞結果至關重要。這樣做將會幫助設計師在每個階段做出明智的選擇，并避免成本高昂且耗時的問題。

文章連接：How to Overcome 4 Challenges in IoT Hardware Design，作者：Emily Newton