N’oubliez pas les connecteurs lors de la conception d’applications IoT

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Les experts de l’Internet des objets (IoT) pensent que la technologie qui change la planète ne peut atteindre son plein potentiel que si elle est basée sur des systèmes de communication sans fil. Bien qu’un grand nombre de nœuds IoT soient certainement alimentés par batterie et connectés sans fil, il existe toujours une grande proportion de systèmes IoT qui bénéficieront de l’utilisation de capteurs connectés via des câbles.

Le problème pour les responsables de la conception et de la mise en œuvre des réseaux IoT est le type de connecteur à utiliser. Il existe de nombreuses entreprises qui proposent une gamme de connecteurs matériels bien adaptés aux applications IoT, mais ceux qui recherchent le meilleur produit sont à la recherche de facteurs de différenciation. Les ingénieurs veulent savoir ce qui rend un produit unique, quels avantages il offre et si le fournisseur a une connaissance approfondie du produit pour les soutenir dans leurs applications.

Pourquoi l’avenir n’est pas entièrement sans fil

De nombreux ingénieurs en conception de matériel électronique peuvent être pardonnés de ne pas être pleinement conscients de la gamme de connecteurs compacts modernes pour les applications IoT. Ces dernières années, l’accent a été fortement mis sur les capteurs sans fil, mais la réalité est que les connecteurs câblés sont des composants d’une importance vitale dans de nombreuses configurations IoT. Des entreprises telles que Farnell offrent une large gamme de différentes solutions de connecteurs pour ces applications, en particulier les petits connecteurs qui sont idéaux pour s’adapter aux capteurs et nœuds IoT.

Les connexions câblées peuvent être préférentielles pour de nombreuses raisons. Par exemple, la mise en réseau filaire peut souvent fournir beaucoup plus de résilience et de robustesse dans des environnements électriquement bruyants où des communications fiables sont essentielles sans aucune interférence. De même, dans des environnements difficiles, il est logique d’utiliser une large gamme de connecteurs Ethernet industriels qui fonctionnent bien mieux que la technologie sans fil, y compris des connecteurs IP qui offrent une protection contre la pénétration d’eau, de poussière et d’autres éléments. Dans de telles applications, les connecteurs doivent offrir des facteurs de forme compacts afin de minimiser la surface du circuit imprimé; les connecteurs RJ45 standard sont généralement trop grands.

Des exemples de connecteurs compatibles IoT disponibles aujourd’hui incluent les interfaces de données Ethernet industriel RJ45 de HARTING qui intègrent des fonctionnalités telles que des mécanismes de verrouillage intuitifs, une connexion rapide sans outil et des capots et boîtiers thermoplastiques ou métalliques. Offrant des vitesses de transmission de données allant jusqu’à 10 Gbit / s, ces connecteurs ont tendance à être classés IP20, IP54, IP65 et IP67 tandis que certains fournissent également 4 x 48V / 16A ou 3 x 300V / 16A, selon les besoins de l’utilisateur final. Également disponible est la ix famille d’interfaces Ethernet HARTING qui offre une alternative miniaturisée au RJ45 (nécessitant 70% d’espace en moins). Désignée comme un «petit géant» pour les applications IoT, la famille industrielle ix se compose de connecteurs enfichables robustes qui peuvent produire des performances Cat6a pour 1 Gbit / s à 10 Gbit / s Ethernet. Idéal pour les environnements industriels difficiles, les unités assurent une transmission de données sûre avec une immunité CEM élevée aux interférences.

Pour certaines applications IoT, telles que la surveillance des conditions environnementales dans le secteur de la logistique, il peut être nécessaire d’utiliser des connecteurs intégrant des connexions USB. Idéalement adaptés aux réseaux IoT, les connecteurs universels de TE Connectivity fournissent des signaux bidirectionnels et simultanés à pleine vitesse (12 Mbps) ou à basse vitesse (1,5 Mbps) utilisés dans les systèmes USB. Faciles à installer, ces systèmes TE comprennent un seul réceptacle à montage sur carte (BMR) à quatre positions et une fiche surmoulée pour montage sur câble de raccordement. Pour la flexibilité et la polyvalence dans tous les types d’applications USB, les BMR sont disponibles en configurations standard, de type B, empilées et côte à côte. Alors que les connecteurs USB de type C sont suffisamment petits pour être utilisés dans les téléphones mobiles, les connecteurs micro USB 2.0 sont les plus petits connecteurs du genre capables de fournir des données fiables et robustes à haut débit. Pour transférer des données 10 fois plus rapidement qu’avec l’USB 2.0, les ingénieurs concepteurs peuvent choisir parmi une gamme de connecteurs USB 3.0 qui prennent en charge un taux de transfert de données allant jusqu’à 5 Gbit / s.

Une autre raison d’utiliser des capteurs câblés serait de répondre aux défis des radiofréquences (RF) des environnements tels que les installations industrielles bruyantes. Bien que de nombreuses applications IoT n’utilisent pas d’antennes externes, elles peuvent souvent s’avérer idéales dans ces environnements RF difficiles où des communications plus fiables sont requises que celles fournies par les capteurs sans fil.

Même si le Wi-Fi, le Bluetooth et Zigbee ne peuvent pas fournir de connexions sans problème sur de longues distances, ces technologies peuvent permettre une intégration RF rapide et facile dans les systèmes connectés, ce qui les rend idéales pour aider les appareils compacts à fournir une connectivité Internet et des données haute performance. Par exemple, Molex propose une gamme d’antennes céramiques ultra-fines 2,4 GHz / 5 GHz et 900 MHz et des IoT LDS / MID aux côtés de leurs connecteurs associés. Molex propose également des solutions RF complètes pour des performances haute fréquence tout en offrant une intégrité de signal supérieure, même dans des environnements extrêmement exigeants. Disponibles au format ultra-microminiature (avec un profil aussi bas que 1,8 mm) ainsi que des unités RF plus grandes, les connecteurs coaxiaux et les assemblages de câbles Molex fonctionnent sur une gamme de fréquences allant de CC à 65 GHz.

Différents connecteurs pour différents besoins

Bien sûr, il existe une myriade de connecteurs qui offrent une gamme de fonctionnalités adaptées aux applications IoT et la sélection du bon connecteur est essentielle, non seulement en termes de fourniture du niveau de performance requis, mais aussi pour conserver l’empreinte des nœuds et capteurs IoT pour un minimum absolu.

Connecteurs de mémoire

Bien que le fait de souder la mémoire directement sur une carte réduise l’espace, elle peut également limiter la flexibilité. Dans cet esprit, de nombreux ingénieurs choisissent des modules de mémoire, leur permettant d’étendre la mémoire disponible s’ils ont besoin d’un traitement supplémentaire ou d’autres options. Molex et TE Connectivity offrent toutes deux d’excellentes solutions dans ce domaine avec leurs gammes de connecteurs de mémoire et de modules de mémoire personnalisés pour les applications de serveur, de stockage et de communication, répondant à nouveau aux différentes exigences des clients.

Connecteurs carte à carte

Souvent, les concepteurs de systèmes IoT empilent des cartes pour permettre la flexibilité (comme la connexion de différents capteurs à une carte de communication standard) et les connecteurs carte à carte à hauteur libre produits par TE Connectivity sont conçus pour de telles applications d’empilage de cartes parallèles. Idéal pour les applications de réduction de taille, ces unités polyvalentes utilisent des connecteurs subminiatures et conviennent à un large éventail d’utilisations d’interconnexion.

Les connecteurs à hauteur libre offrent une gamme de tailles de position de 40 à 440 positions dans des pas de contact de 0,5 mm, 0,6 mm, 0,8 mm et 1 mm. En accouplant diverses combinaisons de hauteurs de boîtiers de fiches et de prises verticales, des hauteurs de pile carte à carte de 4 mm à 20 mm peuvent être atteintes par incréments de 1 mm. Si des économies d’espace supplémentaires sont nécessaires, des connexions carte à carte flexibles permettent de placer les cartes dans la position la mieux adaptée pour minimiser l’encombrement d’un périphérique.

Dans le même temps, les connecteurs de câbles flexibles peuvent offrir une densité de connexion extrêmement élevée combinée à de petites tailles de pas. Pour répondre à la demande toujours croissante de connexions plus petites et plus fiables, Molex a développé une gamme d’interconnexions à profil bas / haute densité avec des pas de 0,2 mm à 2 mm et une conception à double contact qui augmente la fiabilité de la connexion.

Connecteurs d’alimentation et de données

Alors que certains capteurs sans fil peuvent prolonger la durée de vie des batteries jusqu’à 20 ans, il existe de nombreuses applications IoT, en particulier dans l’Internet industriel des objets (IIoT), où le fait d’avoir des appareils alimentés par des câbles peut éliminer le fardeau d’avoir à remplacer les batteries. Le fait d’être câblé permet également aux concepteurs d’incorporer des processeurs et des périphériques de plus grande puissance dans leurs schémas.

Lorsque l’alimentation et les données doivent être combinées, les connecteurs 2 mm sont une option standard, tels que ceux disponibles auprès de Samtec. Les supports, embases, terminaux et empileurs de cartes de la société sont disponibles dans des conceptions à profil bas, élevé et haute densité pour connecter plusieurs cartes ensemble. Parmi les différentes options disponibles, il y a les orientations verticales et à angle droit / horizontal ainsi que les terminaisons de trous traversants, de montage en surface, de press-fit et de passage.

Si un ingénieur de conception IoT recherche un facteur de forme plus compact que les connecteurs 2 mm plus conventionnels, TE propose des connecteurs CT AMP de 1,5 mm qui sont des solutions d’interconnexion fil-à-carte miniatures tandis que Samtec propose une prise d’empilage de cartes à pas de 1,27 mm et des borniers. Ces produits robustes et peu coûteux combinent profil bas et haute densité et sont disponibles dans une gamme d’orientations et de styles de contact.

Connecteurs empêchant la pénétration

Comme mentionné précédemment, certaines applications nécessitent des dispositifs IoT résistants à l’eau ou à la poussière et cette exigence peut être satisfaite avec des produits tels que les familles de connecteurs industriels Han® légers de HARTING. Ces produits peuvent transmettre à la fois puissance et données et sont idéaux pour relier des unités de chauffage ou de refroidissement, des ventilateurs, des terminaux de commande, des systèmes d’éclairage, des entraînements et des convoyeurs de vibrations. Dans les installations extérieures, la famille offre une protection contre la pénétration de poussières et de liquides jusqu’à IP65.

Connecteurs configurables

Bien sûr, dans la grande majorité des applications IoT et IIoT, l’espace est toujours un facteur clé. Ainsi, au lieu de travailler avec des produits standard prêts à l’emploi qui pourraient inclure plus de contacts que nécessaire – et donc prendre de l’espace inutilement – il est souvent judicieux de travailler avec des connecteurs qui peuvent être configurés pour répondre aux besoins exacts d’une installation. C’est pourquoi Samtec, par exemple, offre aux ingénieurs d’études la possibilité de créer exactement les options de connecteurs dont ils ont besoin grâce à une configurabilité authentique et facile à utiliser.

La fiabilité et le coût sont essentiels

Dans le même temps, la sélection du connecteur approprié pour une application particulière aura la fiabilité et le coût parmi ses critères les plus importants. Dans cet esprit, TE Connectivity a développé sa gamme de terminaux à connexion rapide FASTON qui comprend des terminaux à faible force d’insertion, des unités à haute température et des terminaux à profil bas. Disponibles en versions isolées et non isolées, en configuration droite et en drapeau et avec diverses options de placage, les bornes sont dotées de réceptacles sans contrainte avec verrouillage positif pour une installation facile et une rétention sûre.

Conclusion

Il est clair que même s’il existe d’innombrables avantages à la connectivité sans fil lors de la conception de systèmes et d’installations IoT, notamment la possibilité de capturer et de partager des données sur de longues distances à très faible puissance, il existe toujours un marché important pour les connecteurs câblés et de nombreux états de -des modules de pointe ont été développés en tenant compte de ces applications.

Des spécialistes leaders du marché ont créé un vaste portefeuille de différentes solutions de connecteurs pour les applications IoT et celles-ci peuvent toutes être fournies et prises en charge par Farnell, quelles que soient l’installation et les exigences individuelles des clients. Petits, fiables, puissants, robustes et sans batterie – tels sont les avantages offerts par les systèmes de connectivité basés sur le matériel dont les concepteurs IoT doivent être conscients lorsqu’ils travaillent sur des projets aujourd’hui et à l’avenir.

Cliff Ortmeyer, responsable mondial du marketing technique, Farnell.



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