如何构建物联网原型的战略

“插入，这一次，一切都可以工作！”通常在切换原型的力量之前，只有看到它起火，开始抽搐，或者更不那么壮观，但更常见的，绝对没有。

Hmmfff！这次你错过了什么？

事实上，创建物联网（IoT）原型是最有价值的，也是令人沮丧的工程过程之一。

这是有益的，  因为创造性的思想，物联网代表着新的和前沿的机会与世界各地的互动，并与世界进行互动，以新颖的方式。

这是具有挑战性的，  因为物联网产品 - 虽然显得光滑而简单 - 是跨越许多历史上不同学科的非常先进的工程项目：电气工程，固件开发，机械集成，无线网络，移动应用开发，服务器和数据库设计以及云处理。

这是令人沮丧的，  因为我们生活在一个千兆网络世界，并能够在手机上流Netflix。如何从我的IoT设备读取/写入数据很少？IoT不断发展，跟上最新的技术可以彻底令人沮丧。

好的，所以你已经完成了想法过程，并准备开始构建原型。无论您的想法是在餐巾背面还是通过详细的PDS（产品设计规范），直接跳入建立市场准备的产品都是有风险的。

未知数很多：您的客户最关心哪些功能？您设计的什么意想不到的价值物品将会被简单地解雇？他们要求什么不是您的产品？设计中最昂贵和最困难的部分是什么？

你可能有一些受过良好教育和研究的猜测，但事实是你不知道你不知道。此外，使用IoT硬件进行错误猜测可能比在软件开发中不正确地猜测成本高得多，主要是由于“重新编译”电子设备所需的时间更长。

建立原型设计以反馈以开始测试其中的一些假设，然后再花费在生产的前期成本，这一点至关重要，但通常资本或时间不允许您长久保持原型地。这个敏感和复杂难题的解决方案是  战略原型。

现在，您在开始使用原型开发时所做出的决定将决定原型制作过程是否无痛，快速，并产生您要查找的信息; 或者如果这个过程需要六个多月的时间，并且让你的头顶从头撞到与物联网硬件开发的多层墙上。

有很好的工具可用于连接的硬件开发[更多的细节来到系列的第二部分]，目前你不必自己做很多的开发。

然而，对于每个产品开发过程，必须有一个知情的船长，了解从哪里开始，使用什么工具，以及如何构建您的原型，让您从字面上节省  MONTHS  的开发时间。

下面，我们将着重解构和理解您的IoT开发需求，以确定原型的主要目标，了解约束，并将设计突破成其功能部件。

一个IoT原型将至少有两个，通常有三个集成接口：

• 物理硬件  - 硅，电线，焊料，承载设备传感器，模块和功能的硝酸盐组件。
• 移动应用程序  - 您在手机上打开的应用程序，可让您读取硬件的传感器数据，从而允许您触发功能，并帮助您与设备进行接口。
• Web应用程序  - 您的设备为您提供的信息的云连接和便携式显示。网络应用程序也可以与您的设备进行远程接口，为您的设备启用Wifi。
  

使得开发易用性原型如此具有挑战性的一个关键挫折是，为硬件设备创建互连程序所需的技能集与开发和维护Web服务器所需的技能组件非常不同，反之亦然。

这使得熟练的软件工程师在开发用于硬件原型的原理图的任务时遇到困难，当面对开发用于控制设备的行业标准iOS移动应用程序时，电气工程师抓住了他们的头脑。

我们已经开发了一种方法，我们将其称为解剖学，用于一个IoT原型路线图，我们称之为  目标约束模块  [GCM] 图。

下面我们将分解GCM图的每一部分。虽然它可能最初看起来很复杂，但它可以成为一个非常有用的工具，可以快速组合战略原型开发路线图，并且可以大大帮助识别原型的关键部分，并选择合适的工具来正确构建设备。

我们的原型方法的第一步是简洁地在架构层面定义您的原型及其目的。这是GCM图表的“ 目标 ”部分。

大概你正在建立一个IoT原型，因为你正在努力做一些不存在或不容易实现的东西。你的设备是什么使它变得特别？它有什么作用？它是如何工作的？我们将其称为原型的“目标”，其关键是映射设备及其层中的信息流。

事实证明，即使IoT原型很复杂，您可以很简单地表示信息架构 - “目标”。以下是三个示例，显示三种不同的IoT原型的目标。

以下是为原型设定目标的方法。看看原型的每个部分。看看物理设备。它的目的是什么？它在做什么？它如何与移动应用程序和/或Web应用程序通信？看看移动应用程序，并提出相同的问题。再次为Web应用程序。

了解设备的目标是为您的原型设计信息流的关键路径。

目标设定了原型的整体范围，接下来重要的是了解您的原型制作过程和原型本身存在哪些限制。这是GCM图的“约束”部分。

这些往往是IoT原型的常见约束，但是，通过提出以下问题可以确定特定于原型的进一步约束：

原型的目标是什么 - 是做现场测试来证明这个想法吗？是否显示您的经理/董事会获得进一步资助的批准？是否表示投资者筹集资金？或者，原型本身就是目的？

了解原型的关键约束是什么，次要限制是什么，什么是非问题将为如何处理原型设计过程提供更多的清晰度。

既然已经为您的原型定义了目标和约束条件，最后一个计划阶段就将原型归结为其功能部件 - 这将为原型选择合适的工具和硬件提供明确的选择。这是GCM图的“模块”部分。

所有IoT产品  至少需要以下元素之一：

• 通讯模块
  • 设备如何与互联网通信？
    
• 电源模块
  • 设备如何供电？
    
• 处理器模块
  • 什么是执行设备固件？
    
  
  

此外，  大多数IoT产品  将具有以下各种模块：

• 用户输入/输出模块
  • 允许用户与设备进行物理交互的模块
    
• 感官模块
  • 模块允许设备记录有关其周围环境的信息
    
• 动作模块
  • 模块允许设备控制周围的对象
    
  
  

我们来看看这些模块类别，以了解什么模块可能适合您的原型。

信息将如何从您的设备连接到互联网？这可以无线或通过有线连接进行。

最常见的无线通信模块有：

• 蓝牙LE（BLE）
  BLE功耗非常低，不需要任何月费，并允许与移动设备直接通信。BLE的缺点是它的范围有限 - 最大100英尺，带宽有限（实际上小于100 kbps）。然而，范围问题通常可以使用BLE-WiFi或BLE-Cell无线网关集线器来解决。
• WiFi
  WiFi允许在设备可访问的WiFi覆盖范围内的任何地方都有直接的互联网连接。WiFi可以在IoT设备上正确配置具有挑战性，但一旦设置，它将提供相对于BLE的非常高的数据速率。WiFi比BLE具有更高的功耗，但也允许更高的数据速率。
• 蜂窝
  电话蜂窝连接的优势在于它允许比BLE或Wifi更广泛的使用范围; 在任何有细胞覆盖的地方，您的IoT原型可以与互联网通信。缺点是网络运营商每月收取数据费。我们建议避免2G实施，因为它在美国日落，而是面向3G解决方案或即将推出的以IoT为中心的4G-M解决方案。
  

您可能想要查看的设备的其他不太常见的通信模块

• USB有线
• 以太网 - 有线
• LoRa - 无线
• Zigbee - 无线
• 线程 - 无线
• Z-Wave - 无线
  

处理器是您的原型的大脑 - IoT设备处理器通常是低功耗微控制器。

选择处理器时需要注意三件事情：

• 处理器有多少内存和适合您的设计
• 微控制器的开发环境是什么？是否容易使用？是免费吗？
• 处理器的硬件功能是什么 - 它是否具有合适的通信接口
  

IoT原型的通用处理器是：

• Arduino的
• 树莓派
• 面包B线
• BeagleBone
• 德州仪器
  

IoT设备通常是低能量的，但它仍然需要供电。有各种各样的电源选项 - 选择适合您的原型的选项源于您在GCM图中确定的限制。

• 设备是否需要电池供电或可以插入？
• 如果电池供电，电池是否需要充电？
• 如果电池供电，什么是必要的电池寿命？
  

IoT设备的通用电源模块有：

• 可充电LiPo（锂聚合物）电池 - 这些都在手机中
• 可充电/可更换的纽扣电池
• USB供电
• PoE（以太网供电） - 经常用于“智能家居”，“智能建筑”
• 9V电池
• AA / AAA电池
  

有几个模块允许用户与设备进行交互。

用户交互模块的示例是

• 纽扣
• 开关
• 旋钮
• 发光二极管
• 音箱
• 液晶显示器
• 触摸板
  

有几个模块允许设备收集来自周围环境的信息。

环境交互模块的例子是

• 温度感应器
• 加速度传感器
• 陀螺传感器
• 亮度传感器
• 湿度传感器
• 相机
  

有几个操作模块允许设备改变其周围的对象的状态

行动模块的例子有：

• 继电器
• 电机控制器
• 声音放大器
• 等等
  

原型开发是物联网产品开发的关键。然而，如果没有正确定义您的IoT原型的目标，约束和模块，确定如何以及在何处启动原型开发过程可能会令人望而生畏。

使用GCM流程预先定义您的IoT原型的所有路径可以提供原型目标的清晰度，并可以作为选择合适工具的指南针，以便快速启动一个有益而无障碍的原型开发过程。

一旦设备的所有功能模块被识别，从在线供应商中划分出正确的硬件就会变得更快。在本系列第二部分中，我们将深入研究为您的IoT原型设计选择合适的工具，平台和硬件。