Sumário Executivo
Wonderful PCB Trabalhamos com uma empresa de pagamentos para criar um novo terminal de ponto de venda (PDV) inteligente e portátil. Os antigos terminais de PDV inteligentes apresentavam três grandes problemas: as baterias descarregavam muito rápido, a segurança era frágil e as telas eram difíceis de ler em ambientes externos. Nosso novo terminal de PDV inteligente resolveu todos esses problemas. A bateria agora dura 18 horas sem precisar recarregar. O dispositivo passou por rigorosos testes de segurança e é resistente à água e à poeira. A empresa vendeu 50,000 unidades em oito meses.
Pesquisa de mercado e identificação de problemas
Quem usa esta máquina?
Três tipos de pessoas usam este sistema de ponto de venda inteligente. Primeiro, os vendedores de comida que trabalham na rua precisam dele. Eles trabalham 12 horas por dia. Segundo, os caixas de lojas o utilizam. Eles processam mais de 200 pagamentos por dia. Terceiro, os prestadores de serviços que fazem reparos externos precisam dele. Eles precisam de uma máquina robusta que funcione ao ar livre.
O que havia de errado com as máquinas antigas?
Com que frequência os usuários reclamam da duração da bateria? Pesquisas mostram que 67 em cada 100 vendedores móveis afirmam que suas baterias acabam durante o expediente. Os antigos terminais de ponto de venda (PDV) inteligentes consomem a bateria muito rapidamente. O motivo é o controle térmico inadequado e a conexão constante com a internet. Muitos vendedores precisam carregar seus equipamentos durante o trabalho, o que interrompe seus negócios e gera prejuízos.
Os antigos terminais de ponto de venda inteligentes são muito grandes e pesados. Os operadores que os utilizam ficam com as mãos cansadas, sentindo dores após 4 a 6 horas de trabalho. A maioria dos terminais de ponto de venda inteligentes pesa entre 320 e 380 gramas. Os vendedores ambulantes que carregam o equipamento o dia todo consideram esse peso muito cansativo.
É difícil ler telas em ambientes externos. Telas comuns têm brilho de 300 a 400 nits. Isso não é suficiente quando o sol incide diretamente sobre a tela. Os vendedores precisam procurar sombra ou bloquear a tela com a mão, o que torna o pagamento mais lento. Garçons e atendentes que trabalham tanto dentro quanto fora do estabelecimento perdem tempo porque a tela é difícil de ler.
Quais são as preocupações de segurança mais comuns? Muitos terminais de ponto de venda inteligentes foram invadidos. Milhões de clientes perderam dinheiro por causa disso. Máquinas antigas não protegem bem as informações dos cartões. Elas usam métodos de segurança obsoletos que não seguem as normas atuais. Pequenas empresas enfrentam ainda mais problemas porque as verificações de segurança são muito caras.
Como esta máquina é diferente
Analisamos outros sistemas de PDV inteligentes disponíveis no mercado. As máquinas caras de grandes marcas oferecem boa segurança, mas custam de US$ 400 a US$ 600 cada. Pequenos comerciantes não têm condições de comprá-las. As máquinas baratas custam de US$ 150 a US$ 200, mas têm qualidade inferior. A impressora é ruim e a bateria tem pouca duração. Nenhuma máquina na faixa de preço intermediária oferecia tanto boa segurança quanto bons recursos. Foi essa lacuna que preenchemos.
Design Industrial e Experiência do Usuário
Nossa ideia de design
Wonderful PCB Utilizamos o minimalismo funcional neste projeto. Isso significa que mantivemos apenas as funcionalidades essenciais, removendo tudo o que é desnecessário. Isso ajuda os operadores de caixa a trabalharem mais rápido em horários de pico, evitando confusões. Linhas limpas e botões de fácil acesso permitem que as pessoas utilizem a máquina sem necessidade de treinamento.
Forma e tamanho
Nossa equipe estudou 45 funcionários de lojas em diferentes locais. Queríamos saber o que proporciona conforto na mão. Descobrimos que a largura ideal da máquina deve ser de 78 mm. Esse tamanho se adapta tanto a mãos grandes quanto pequenas. A máquina possui uma curvatura de 15 graus em ambos os lados, o que distribui o peso uniformemente na palma da mão.
Por que o ângulo da tela é importante? A tela inclina-se a 7 graus quando segurada normalmente. Esse ângulo reduz o brilho em 40%. Brilho significa reflexo de luz que dificulta a visualização da tela. Os usuários não precisam mudar a forma como seguram a máquina. Testes mostraram que os operadores de caixa trabalham 12% mais rápido com esse ângulo de tela.
A empunhadura utiliza silicone de grau médico. Este material possui pequenas ranhuras que aumentam a fricção. A fricção impede que a empunhadura escorregue. A superfície funciona bem mesmo com as mãos suadas. Testamos a aderência deixando o aparelho cair diversas vezes. A empunhadura impede que o aparelho escorregue das mãos.
Como tudo funciona em conjunto
A impressora, o leitor de cartões e os compartimentos para cartões ficam todos na parte frontal. Isso permite que os caixas finalizem os pagamentos sem precisar movimentar a máquina. A impressora de 58 mm fica abaixo da tela, o que proporciona um fluxo contínuo. O cliente visualiza os detalhes do pagamento, aproxima o cartão e recebe o comprovante. O caixa não precisa alterar a posição das mãos.
O leitor de código QR está integrado na parte superior. Ele utiliza uma câmera de 5 megapixels com foco automático. Essa posição permite que os usuários escaneiem códigos sem bloquear a tela. Os testes mostraram que as pessoas conseguem escanear códigos em menos de 1.2 segundos. Isso é tão rápido quanto os leitores de código de barras convencionais.
Engenharia de hardware e especificações técnicas
Chip principal do computador
Qual processador é o melhor? Wonderful PCB O sistema escolheu o chip Qualcomm QCS6490. Este chip é o cérebro da máquina. Ele possui oito núcleos rodando a 2.7 GHz. Imagine os núcleos como pequenos processadores trabalhando em conjunto. O chip possui uma parte de segurança especial que lida com a proteção de pagamentos separadamente das demais funções.
Este chip consome 35% menos energia do que os chips mais antigos. Mesmo assim, funciona mais rápido. Os testes mostraram que os pagamentos são concluídos em 0.8 segundos. Isso significa que, do toque do cartão à aprovação do pagamento, tudo acontece muito rapidamente. Os clientes não precisam esperar muito, mesmo em horários de pico.
Recursos de Segurança
A máquina possui segurança de nível bancário. Ela tem várias camadas de proteção. Primeiro, há uma malha especial ao redor dos circuitos de pagamento. Se alguém tentar abrir a caixa da máquina, a malha detecta. Então, a máquina destrói todas as chaves de segurança em 50 milissegundos. Isso é muito rápido.
O que é necessário para estar em conformidade com o PCI-PTS? O PCI-PTS 6.x é um padrão de segurança rigoroso. O Nível 1 garante que o leitor de cartão com chip se comunique corretamente com os cartões. A voltagem deve ser exatamente de 5V, com uma variação de apenas 5%. A frequência deve ser de 4.915 MHz. O equipamento passou nos testes com Visa, Mastercard, American Express e Discover.
O nível 2 do EMV verifica se o software processa os pagamentos corretamente. A máquina funciona com todos os principais sistemas de pagamento por aproximação, incluindo Visa payWave, Mastercard Contactless e China UnionPay QuickPass. O processamento de pagamentos segue etapas rigorosas: primeiro, a autenticação do cartão; em seguida, a verificação do titular do cartão; depois, a aprovação do pagamento; e, por fim, a geração do código.
A antena de pagamento por aproximação foi difícil de posicionar. As peças metálicas dentro da máquina causam interferência. Interferência significa que os sinais são bloqueados ou misturados. Wonderful PCB Resolvi isso colocando a antena em um espaço de 3 mm. Esse espaço fica entre a tela e a tampa da impressora. A antena consegue ler cartões a uma distância inferior a 35 mm. As partes metálicas não causam problemas.
O Ambiente de Execução Confiável (TEE) funciona separadamente do Android 12. Os dados de pagamento permanecem em uma área segura. O sistema operacional principal não pode acessar essa área. Mesmo que um vírus ataque o sistema Android, as informações de pagamento permanecem seguras no TEE.
Sistema de controle de calor
Por que os terminais de ponto de venda inteligentes esquentam durante os horários de pico? A conexão constante à internet, o uso da tela e a impressão geram calor. Computadores comuns atingem temperaturas entre 42 e 45 graus Celsius após duas horas de uso intenso. Esse calor danifica a bateria e torna o aparelho desconfortável de segurar.
Wonderful PCB Criou-se um sistema de refrigeração com muitas peças. O dissipador de calor principal utiliza uma almofada térmica de grafeno. Esta espalha o calor pela estrutura metálica interna. Este material dissipa o calor 40% melhor do que as chapas de cobre. A almofada térmica conecta o chip do processador, os circuitos de alimentação e a bateria a um dissipador de calor comum.
Aberturas de ventilação nos painéis laterais permitem a saída do ar quente. O ar entra por canais filtrados. Esses canais retêm a poeira, mas permitem a saída do calor. A máquina continua resistente à água. Testes mostraram que a temperatura da superfície permanece abaixo de 38 graus Celsius, mesmo após quatro horas de funcionamento contínuo a uma temperatura ambiente de 35 graus.
A cabeça de impressão é a parte mais quente, atingindo 65 graus Celsius durante a impressão. Uma barreira térmica especial separa a impressora da bateria, impedindo que o calor chegue à bateria. O calor faz com que as baterias percam capacidade mais rapidamente. Essa barreira protege a bateria.
Recursos de conexão
O aparelho possui internet 4G LTE. Ele também pode usar 3G em áreas com sinal fraco. O modem celular opera em 12 bandas de frequência diferentes. Isso significa que funciona em muitos países. Nós o testamos em 15 países e a conexão foi estabelecida com sucesso tanto em cidades quanto em vilarejos.
O Wi-Fi 6 proporciona internet rápida em lojas. Este novo padrão Wi-Fi lida melhor com redes congestionadas, o que é importante quando muitas máquinas estão funcionando simultaneamente. O sistema alterna entre as frequências de 2.4 GHz e 5 GHz, escolhendo a que oferece o melhor sinal.
O Bluetooth 5.2 conecta-se a impressoras de recibos, gavetas de dinheiro e leitores de código de barras. A conexão funciona a uma distância de até 15 metros. Isso oferece às lojas flexibilidade na escolha do local para posicionar os equipamentos.
Escolha de tela e impressora
Como escolher a tela certa para uso externo? A tela precisa de recursos especiais. Wonderful PCB Escolhi uma tela IPS LCD de 5.5 polegadas com brilho de 600 nits. Esse nível de brilho é suficiente mesmo sob luz solar direta. A bateria ainda dura bastante. A tela utiliza Gorilla Glass 3, um vidro resistente a arranhões e com revestimento anti-impressão digital.
A impressora imprime a 80 mm por segundo. A cabeça de impressão possui 576 pontos, o que garante textos e códigos de barras nítidos. Os códigos de barras permanecem legíveis por muitos meses. A impressora é compatível com rolos de papel de até 58 mm de largura, espaço suficiente para recibos detalhados, anúncios e códigos QR.
A bateria é de polímero de lítio de 5000 mAh. Ela oferece até 18 horas de uso normal, o que é suficiente para longos dias de trabalho sem precisar recarregar. A bateria possui proteção contra sobrecarga e descarga profunda, além de proteção contra superaquecimento. A carga atinge 80% em 90 minutos. Acompanha um carregador rápido de 18 W.
Desafios e soluções de engenharia
O problema da bateria
Qual é o maior desafio no projeto de baterias? O projeto exigia uma bateria de 5000mAh em uma caixa com apenas 18mm de espessura. Baterias comuns com essa capacidade têm de 22 a 25mm de espessura. Não podíamos simplesmente aumentar a espessura da caixa. Uma caixa grossa tornaria o aparelho pesado. Aparelhos pesados machucam as mãos durante longas horas de trabalho.
Nossa equipe trabalhou com uma empresa de baterias para criar uma bateria personalizada. A bateria tem espessuras diferentes em áreas distintas. Ela tem 16 mm de espessura na área de contato com a mão, aumentando para 20 mm na parte inferior, onde a impressora se encaixa. Esse design mantém a máquina compacta na área de pegada, sem comprometer a potência da bateria.
O layout personalizado da placa de circuito impresso ajudou a resolver esse problema. Os terminais de ponto de venda inteligentes comuns usam uma placa de circuito impresso grande. Essa placa ocupa a maior parte do espaço interno. Wonderful PCB Foram projetadas três placas de circuito separadas. Uma placa contém o processador principal. Outra placa gerencia a energia. A terceira placa contém os componentes sem fio. Esse design de três peças cria pequenos espaços. Os componentes da bateria se encaixam melhor nesses espaços.
Materiais especiais de controle térmico protegem a bateria contra danos. A área da bateria utiliza um material de mudança de fase. Esse material absorve o excesso de calor durante o carregamento e o libera lentamente durante o repouso. Esse controle faz com que a bateria dure 30% mais do que baterias sem controle térmico.
Problemas de antena com peças metálicas
O segundo grande desafio foi o desempenho da rede sem fio com blindagem metálica. As normas de segurança PCI-PTS exigem blindagem metálica em torno dos circuitos de pagamento. Esse metal impede o roubo de dados por meio de sinais eletromagnéticos. No entanto, o metal cria um efeito de gaiola de Faraday. Esse efeito bloqueia os sinais sem fio e prejudica o desempenho das antenas.
Wonderful PCB Isso foi resolvido através do posicionamento inteligente da antena e da escolha adequada dos materiais. A antena de pagamento por aproximação utiliza um circuito flexível, alojado em uma estrutura de plástico que a separa das partes metálicas por 4 mm. Esse espaço permite a formação de campos eletromagnéticos sem bloqueios. A bobina da antena utiliza um padrão fractal, que aumenta a área efetiva em 25% em comparação com bobinas retangulares convencionais.
As antenas de celular e Wi-Fi ficam nos cantos superior e inferior. Essas posições são as mais distantes da blindagem metálica. As tampas plásticas das extremidades utilizam uma mistura especial de policarbonato. Esse plástico não bloqueia muito os sinais eletromagnéticos. Testes de sinal mostraram que o aparelho mantém sinais fortes mesmo em áreas com cobertura fraca. A intensidade do sinal atende aos requisitos das operadoras.
Fabricação e controle de qualidade
Criando modelos de teste
Criamos modelos de teste em quatro etapas. Os primeiros modelos foram impressos em 3D para testar ideias de design. Esses modelos nos ajudaram a avaliar a sensação da máquina ao segurá-la. Testamos a posição dos botões com usuários reais antes de investir em ferramentas.
Os segundos modelos utilizavam caixas de alumínio usinadas por CNC com componentes internos. Essa etapa revelou problemas entre a antena de pagamento por aproximação e a caixa metálica. Descobrimos que a posição original da antena criava uma zona morta de 15 mm. Os cartões não eram lidos nessa zona.
Os terceiros modelos corrigiram esses problemas com um melhor posicionamento das peças. Adicionamos recursos de durabilidade. Essas amostras foram submetidas a testes de queda e ciclos térmicos. Identificamos pontos fracos na estrutura.
Os quartos modelos atenderam às especificações finais de produção. Essas são chamadas de unidades de teste de validação de engenharia. Essas máquinas passaram por todos os testes. Realizamos testes de queda de 1.5 metro, testes de 1 milhão de toques na tela sensível ao toque e testes de impressão a 100 quilômetros de distância.
Facilitando a fabricação
Como reduzir o tempo de montagem? Wonderful PCB Foram utilizadas diversas estratégias que reduziram os custos de produção em 22%. O design modular permite que a impressora, a bateria e a tela funcionem como peças separadas. Cada peça pode ser substituída independentemente. Esse design reduz os custos de reparo. Os técnicos podem trocar as peças quebradas sem precisar substituir a máquina inteira.
Reduzimos o número de parafusos de 18 para 8. Isso diminuiu o tempo de montagem em 35%. A caixa utiliza juntas de encaixe com nervuras de suporte. Estas mantêm a resistência e, ao mesmo tempo, simplificam a montagem. Cada junta de encaixe suporta uma força de tração de 25 Newtons. Isso excede os requisitos para manuseio normal.
Substituímos fios soltos por circuitos impressos flexíveis, também conhecidos como FPCs. Essa mudança eliminou erros comuns. Antes, os técnicos às vezes prendiam ou conectavam os cabos incorretamente ao fechar o gabinete. Os conectores FPC utilizam um design que permite inserção sem força (ZIF), o que evita danos durante a montagem e desmontagem.
A linha de produção fabrica 240 unidades por turno de 8 horas. Os inspetores de qualidade verificam em cinco estações. Eles verificam o posicionamento das peças, testam as funções, inspecionam o fechamento da caixa, validam a montagem final e confirmam a embalagem.
Testes de confiabilidade
Wonderful PCB Testamos a máquina em condições mais rigorosas do que as exigidas pelas normas da indústria. Esses testes garantem que a máquina suporte as condições reais de uma loja.
Testes de queda O teste consistia em deixar a máquina cair de uma altura de 1.5 metros sobre concreto. Os testes exigiam impactos em todos os seis lados, além de quatro cantos. A máquina deveria suportar um total de 18 quedas. As peças internas não podiam apresentar falhas. A tela não podia rachar. As unidades de produção foram aprovadas sem nenhuma falha em um total de 50 máquinas testadas.
Testes de ciclo de vida Braços robóticos foram usados para testar a tela sensível ao toque e os botões. A tela sensível ao toque resistiu a 1.2 milhão de toques com uma força de 5 Newtons. Os botões físicos resistiram a 500,000 pressionamentos. Esses testes demonstram que a máquina suporta três anos de uso diário intenso sem apresentar defeitos.
Testes de impressora A distância percorrida pelo papel antes da cabeça de impressão apresentar problemas foi medida. A impressora imprimiu 75 quilômetros de recibos antes de mostrar qualquer redução na qualidade. Isso corresponde a cerca de 300,000 recibos normais, o que equivale a dois anos em lojas de alto volume.
Testes de eletricidade estática Verificou-se que a máquina suporta descarga eletrostática. A máquina passou no teste de contato a ±8 kV. Passou no teste de descarga no ar a ±15 kV. O sistema não congelou nem reiniciou. Essa proteção é importante em clima seco, quando a eletricidade estática se acumula nos usuários.
Testes de queda As máquinas foram colocadas em um tambor giratório com superfície de concreto. Isso simula quedas e rolagens repetidas. A máquina resistiu a 400 rotações. Isso equivale a ser derrubada de uma bancada e rolar várias vezes ao dia durante meses.
Testes meteorológicos Os equipamentos foram expostos a temperaturas de -10 a 55 graus Celsius. Os níveis de umidade variaram de 10 a 95%. O equipamento funcionou perfeitamente em toda essa faixa de temperaturas. Os testes de bateria não mostraram inchaço ou perda de capacidade após 100 ciclos de aquecimento e resfriamento. Os testes de embaçamento da tela verificaram que o visor permanece nítido ao passar de temperaturas altas para baixas.
Impacto do produto final
Como o mercado reagiu
A empresa vendeu 50,000 máquinas em oito meses. As vendas foram para três tipos de negócios. Lojas de varejo afirmaram que os pagamentos são processados 23% mais rápido do que com seus sistemas antigos. Isso significa que mais clientes podem finalizar suas compras em horários de pico.
Os dados dos primeiros seis meses mostraram uma taxa de falhas de apenas 0.3%. Essa é uma das taxas mais baixas do setor. O design modular ajuda a solucionar problemas rapidamente. Os técnicos substituem as peças quebradas sem precisar enviar a máquina inteira de volta. Isso reduz o tempo de inatividade de dias para horas.
O que os usuários dizem sobre ergonomia? Os caixas disseram que suas mãos não se cansam. A máquina pesa apenas 295 gramas. As pessoas podem usá-la confortavelmente o dia todo. Os vendedores ambulantes de comida completaram jornadas de trabalho de 12 horas sem precisar recarregar. A bateria dura bastante, então eles não perdem dinheiro com baterias descarregadas.
A máquina ganhou o prêmio Bronze do International Design Excellence Awards. Este prêmio reconheceu como conseguimos integrar recursos complexos em um design simples.
Resultados
A empresa economizou 34% nos custos totais de propriedade. Menores taxas de falha significam menos solicitações de garantia. O design modular requer menos peças de reposição em estoque.
As lojas ativaram os equipamentos em até 25 minutos após a abertura da caixa. Isso inclui o carregamento e a configuração da rede. A interface simples reduziu os custos de treinamento em 40%.
A confiabilidade do processamento de pagamentos atingiu 99.7% em todas as máquinas.
Planos Futuros
O design modular permite futuras atualizações. A empresa planeja adicionar um leitor de impressões digitais, permitindo que os clientes paguem com sua impressão digital. As lojas poderão implementar essa funcionalidade sem precisar comprar novas máquinas.
A empresa está desenvolvendo um sistema de gestão de estoque com inteligência artificial. A câmera identificará os produtos sem a necessidade de ler códigos de barras. Isso será útil em mercados a céu aberto e feiras livres, onde os produtos não possuem embalagem.
As atualizações de software são feitas remotamente. Isso adiciona novos recursos sem necessidade de alterações de hardware. Atualizações recentes incluíram suporte para Apple Pay, Google Pay e pagamentos com criptomoedas. Essa flexibilidade mantém o equipamento atualizado conforme a tecnologia de pagamentos evolui.
Conclusão
Wonderful PCB Criamos um sistema de PDV inteligente que equilibra recursos avançados com facilidade de uso. O projeto demonstra como design e manufatura trabalham juntos para criar produtos melhores. A máquina possui segurança de nível bancário, com certificação PCI-PTS 6.x. O preço continua acessível para pequenos comerciantes. O design reduz a fadiga das mãos durante longas jornadas de trabalho. Testes rigorosos garantem seu bom funcionamento em ambientes de loja exigentes. O design modular permite futuras atualizações. Este estudo de caso demonstra o valor da combinação de habilidades de design, conhecimento em engenharia eletrônica e eficiência de manufatura para solucionar problemas reais do mercado.
Sobre Wonderful PCB: Wonderful PCB Realizamos projetos e fabricação integrados para dispositivos eletrônicos inteligentes. Oferecemos serviços de design industrial, engenharia eletrônica, fabricação de placas de circuito impresso (PCBs) e produção em larga escala. Trabalhamos com empresas do mundo todo para transformar ideias em produtos reais.
