Управляющее резюме
Wonderful PCB Мы сотрудничали с платежной компанией над созданием нового портативного интеллектуального POS-терминала. У старых интеллектуальных POS-терминалов было три основные проблемы: слишком быстро разряжались батареи, слабая защита и плохо читаемые экраны на улице. Наш новый интеллектуальный POS-терминал решил все эти проблемы. Теперь батарея работает 18 часов без подзарядки. Устройство прошло строгие тесты на безопасность. Оно устойчиво к воде и пыли. Компания продала 50 000 таких устройств за восемь месяцев.
Исследование рынка и выявление проблем
Кто пользуется этим аппаратом?
Этот умный POS-терминал нужен трём категориям людей. Во-первых, продавцам еды, которые торгуют на улице. Они работают по 12 часов в день. Во-вторых, кассирам в магазинах. Они обрабатывают более 200 платежей в день. В-третьих, работникам сферы услуг, которые ремонтируют что-либо на улице. Им нужен мощный аппарат, работающий на открытом воздухе.
Что было не так со старыми машинами?
Как часто пользователи жалуются на время автономной работы батареи? Исследования показывают, что 67 из 100 продавцов мобильных POS-терминалов говорят, что их батареи разряжаются в рабочее время. Старые интеллектуальные POS-терминалы очень быстро расходуют заряд батареи. Причина — плохой контроль температуры и постоянное подключение к интернету. Многим продавцам приходится заряжать свои устройства во время работы. Это останавливает их бизнес, и они теряют деньги.
Старые смарт-POS-терминалы слишком большие и тяжелые. Кассиры, работающие с ними, испытывают сильную усталость рук. После 4-6 часов работы руки начинают болеть. Большинство смарт-POS-терминалов весят от 320 до 380 граммов. Мобильные продавцы, которые носят эти аппараты весь день, считают такой вес очень утомительным.
На улице сложно читать информацию на экране. Обычные экраны имеют яркость от 300 до 400 нит. Этого недостаточно, когда на экран светит прямо солнце. Продавцам приходится искать тень или закрывать экран рукой. Это замедляет процесс оплаты. Официанты, работающие как внутри, так и снаружи ресторанов, теряют время из-за того, что информация на экране плохо читается.
Какие существуют распространенные проблемы безопасности? Многие смарт-POS-терминалы были взломаны. Миллионы клиентов потеряли деньги из-за этого. Старые устройства плохо защищают информацию о картах. Они используют устаревшие методы безопасности, которые не соответствуют современным правилам. У малого бизнеса проблем больше, потому что проверки безопасности обходятся слишком дорого.
Чем отличается эта машина?
Мы изучили другие интеллектуальные POS-терминалы на рынке. Дорогие устройства от крупных брендов обладают хорошей системой безопасности. Но стоят они от 400 до 600 долларов каждое. Мелкие продавцы не могут себе их позволить. Дешевые устройства стоят от 150 до 200 долларов. Но эти дешевые устройства имеют низкое качество. Принтер работает плохо, а батарея держит заряд недолго. Ни одно устройство в среднем ценовом диапазоне не сочетало в себе одновременно хорошую систему безопасности и хороший функционал. Именно этот пробел мы и заполнили.
Промышленный дизайн и пользовательский опыт
Наша дизайнерская идея
Wonderful PCB В этом дизайне мы использовали функциональный минимализм. Это означает, что мы сохранили только важные элементы, убрав все ненужное. Это помогает кассирам работать быстрее в часы пик и не путаться. Четкие линии и удобное расположение кнопок позволяют людям пользоваться автоматом без предварительного обучения.
Форма и Размер
Наша команда изучила 45 сотрудников магазинов в разных местах. Мы хотели узнать, что удобно лежит в руке. Мы выяснили, что ширина станка должна составлять 78 мм. Этот размер подходит как для больших, так и для маленьких рук. Станок имеет изгиб в 15 градусов с обеих сторон. Это равномерно распределяет вес по ладони.
Почему важен угол наклона экрана? При обычном положении экрана он наклонен на 7 градусов. Этот угол уменьшает блики на 40 процентов. Блики — это отражение света, из-за которого изображение на экране становится плохо видно. Пользователям не нужно менять способ удержания аппарата. Тесты показали, что кассиры работают на 12 процентов быстрее при таком угле наклона экрана.
Рукоятка изготовлена из медицинского силикона. Этот материал имеет небольшие выступы, которые увеличивают трение. Благодаря трению она не скользит. Поверхность хорошо держится даже при вспотевших руках. Мы проверили это, многократно роняя устройство. Рукоятка предотвращает выскальзывание устройства из рук.
Как все работает вместе
Принтер, считыватель карт и слоты для карт расположены на передней панели. Это позволяет кассирам совершать платежи, не перемещая устройство. Принтер размером 58 мм расположен под экраном. Это обеспечивает плавный процесс. Клиент видит данные платежа, прикладывает карту и получает чек. Кассиру не нужно менять положение рук.
Сканер QR-кодов встроен в верхнюю часть устройства. Он использует 5-мегапиксельную камеру с автофокусом. Такое расположение позволяет пользователям сканировать коды, не загораживая экран. Тесты показали, что сканирование кодов занимает менее 1.2 секунды. Это так же быстро, как и у обычных сканеров штрих-кодов.
Технические характеристики и проектирование оборудования
Основной компьютерный чип
Какой процессор лучше всего подходит? Wonderful PCB Выбрали чип Qualcomm QCS6490. Этот чип — мозг машины. Он имеет восемь ядер, работающих на частоте 2.7 ГГц. Представьте себе ядра как небольшие процессоры, работающие вместе. Чип имеет специальный модуль безопасности, который обеспечивает защиту платежей отдельно от других функций.
Этот чип потребляет на 35 процентов меньше энергии, чем старые чипы. При этом он работает быстрее. Тесты показали, что платеж завершается за 0.8 секунды. Это означает, что от момента касания карты до подтверждения платежа проходит очень быстро. В часы пик клиентам не приходится долго ждать.
Параметры безопасности
Этот банкомат обладает уровнем безопасности, сравнимым с банковским. Он имеет множество уровней защиты. Во-первых, вокруг платежных цепей установлена специальная сетка. Если кто-то попытается открыть корпус банкомата, сетка это обнаружит. Затем банкомат уничтожит все ключи безопасности за 50 миллисекунд. Это очень быстро.
Что требуется для соответствия стандарту PCI-PTS? PCI-PTS 6.x — это строгий стандарт безопасности. Уровень 1 гарантирует корректную связь считывателя чип-карт с картами. Напряжение должно быть ровно 5 В с отклонением не более 5 процентов. Частота должна составлять 4.915 МГц. Устройство прошло тестирование с картами Visa, Mastercard, American Express и Discover.
Проверка EMV уровня 2 подтверждает корректность обработки платежей программным обеспечением. Устройство работает со всеми основными системами бесконтактной оплаты, включая Visa payWave, Mastercard Contactless и China UnionPay QuickPass. Обработка платежа осуществляется в строгом порядке: сначала аутентификация карты, затем проверка держателя карты, затем подтверждение платежа и, наконец, генерация кода.
Антенну для бесконтактной оплаты было сложно установить. Металлические детали внутри устройства создают помехи. Помехи означают, что сигналы блокируются или смешиваются. Wonderful PCB Проблема решена путем размещения антенны в зазоре 3 мм. Этот зазор находится между экраном и крышкой принтера. Антенна может считывать карты с расстояния менее 35 мм. Металлические детали не создают проблем.
Доверенная среда выполнения (TEE) работает отдельно от Android 12. Платежные данные хранятся в защищенной области. Основная операционная система не может получить к ней доступ. Даже если система Android подвергнется атаке вируса, платежная информация останется в безопасности в TEE.
Система контроля тепла
Почему умные POS-терминалы нагреваются в часы пик? Постоянное подключение к интернету, использование экрана и печать приводят к нагреву. Обычные устройства нагреваются до 42-45 градусов Цельсия после двух часов интенсивной работы. Этот нагрев повреждает батарею и делает устройство неудобным для удержания в руках.
Wonderful PCB Была создана система охлаждения, состоящая из множества компонентов. В качестве основного теплоотвода используется графеновая термопрокладка. Она распределяет тепло по внутренней металлической раме. Этот материал отводит тепло на 40 процентов лучше, чем медные листы. Термопрокладка соединяет процессорный чип, силовые цепи и батарею с общим радиатором.
Вентиляционные отверстия на боковых панелях позволяют горячему воздуху выходить наружу. Воздух поступает через фильтрованные каналы. Эти каналы задерживают пыль, но пропускают тепло. Машина по-прежнему водостойкая. Тесты показали, что температура поверхности остается ниже 38 градусов Цельсия. Это после четырех часов непрерывной работы при комнатной температуре 35 градусов.
Печатающая головка — самая горячая часть принтера. Во время печати её температура достигает 65 градусов Цельсия. Специальный тепловой барьер отделяет принтер от батареи. Этот барьер предотвращает попадание тепла к батарее. Из-за высокой температуры батареи быстрее теряют ёмкость. Этот барьер защищает батарею.
Особенности подключения
Устройство оснащено интернетом 4G LTE. Оно также может использовать 3G в зонах со слабым сигналом. Сотовый модем работает на 12 различных частотных диапазонах. Это означает, что он работает во многих странах. Мы протестировали его в 15 странах. Он успешно подключался как в городах, так и в деревнях.
Wi-Fi 6 обеспечивает быстрый интернет в магазинах. Этот новый стандарт Wi-Fi лучше справляется с загруженными сетями. Это важно, когда одновременно работает много устройств. Система переключается между частотами 2.4 ГГц и 5 ГГц, выбирая ту, которая обеспечивает лучший сигнал.
Bluetooth 5.2 обеспечивает подключение к принтерам чеков, денежным ящикам и сканерам штрих-кодов. Соединение работает на расстоянии до 15 метров. Это дает магазинам гибкость в размещении оборудования.
Выбор экрана и принтера
Как выбрать подходящий экран для использования на открытом воздухе? Для работы экрана требуются специальные функции. Wonderful PCB Выбрал 5.5-дюймовый IPS LCD-дисплей с яркостью 600 нит. Такой уровень яркости позволяет комфортно пользоваться телефоном даже при прямом солнечном свете. Батарея держит заряд долго. Экран защищен стеклом Gorilla Glass 3, устойчивым к царапинам и имеющим покрытие, предотвращающее появление отпечатков пальцев.
Принтер печатает со скоростью 80 мм в секунду. Печатающая головка имеет 576 точек. Это обеспечивает четкий текст и штрихкоды. Штрихкоды остаются сканируемыми в течение многих месяцев. Принтер работает с рулонами бумаги шириной до 58 мм. Этого достаточно для детализированных чеков, рекламных материалов и QR-кодов.
Аккумулятор представляет собой литий-полимерный элемент емкостью 5000 мАч. Он обеспечивает 18 часов работы в обычном режиме. Этого достаточно для длительных рабочих дней без подзарядки. Аккумулятор имеет защиту от перезаряда и глубокого разряда, а также от перегрева. Зарядка до 80 процентов занимает 90 минут. В комплект входит быстрое зарядное устройство мощностью 18 Вт.
Инженерные проблемы и решения
Проблема с батареей
В чём заключается самая большая проблема при проектировании батарей? Для этой конструкции требовалась батарея емкостью 5000 мАч в корпусе толщиной всего 18 мм. Обычные батарейные элементы такой мощности имеют толщину от 22 до 25 мм. Мы не могли просто сделать корпус толще. Толстый корпус сделал бы устройство тяжелым. Тяжелые механизмы вызывают боль в руках при длительной работе.
Наша команда сотрудничала с компанией-производителем аккумуляторов для создания батареи по индивидуальному заказу. Толщина батареи различается в разных местах. В области захвата, где соприкасаются руки, толщина батареи составляет 16 мм. Затем она увеличивается до 20 мм в нижней части, где располагается принтер. Такая конструкция позволяет сохранить компактность устройства в той части, где его держат. При этом батарея обладает достаточной мощностью.
Нестандартная компоновка печатной платы помогла решить эту проблему. В обычных смарт-POS-терминалах используется одна большая печатная плата. Эта плата занимает большую часть внутреннего пространства. Wonderful PCB Разработаны три отдельные печатные платы. На одной плате расположен основной процессор. Другая плата отвечает за управление питанием. Третья плата содержит компоненты беспроводной связи. Такая трехкомпонентная конструкция создает небольшие зазоры. Компоненты батареи лучше помещаются в эти зазоры.
Специальные теплоизоляционные материалы защищают батарею от повреждений. В области батареи используется материал с фазовым переходом. Этот материал поглощает избыточное тепло во время зарядки и медленно отдает его в периоды покоя. Благодаря такому контролю срок службы батареи увеличивается на 30 процентов по сравнению с батареями без системы контроля температуры.
Проблемы с антенной, связанные с металлическими деталями.
Вторая серьезная проблема заключалась в обеспечении беспроводной связи при использовании металлического экранирования. Правила безопасности PCI-PTS требуют использования металлического экранирования вокруг платежных цепей. Этот металл предотвращает кражу данных посредством электромагнитных сигналов. Но металл создает эффект клетки Фарадея. Этот эффект блокирует беспроводные сигналы и ухудшает работу антенн.
Wonderful PCB Эта проблема решена за счет грамотного размещения антенны и выбора материалов. Антенна для бесконтактной оплаты использует гибкую схему. Она помещена в пластиковый каркас. Этот каркас отделяет ее от металлических частей на 4 мм. Этот зазор позволяет формироваться электромагнитным полям без помех. Катушка антенны имеет фрактальную структуру. Такая структура увеличивает эффективную площадь на 25 процентов по сравнению с обычными прямоугольными катушками.
Антенны сотовой связи и Wi-Fi расположены в верхнем и нижнем углах. Эти места находятся дальше всего от металлического экрана. Пластиковые торцевые заглушки изготовлены из специальной поликарбонатной смеси. Этот пластик практически не блокирует электромагнитные сигналы. Тесты сигнала показали, что устройство сохраняет сильный сигнал даже в зонах со слабым покрытием. Мощность сигнала соответствует требованиям операторов связи.
Производство и контроль качества
Создание тестовых моделей
Мы создавали тестовые модели в четыре этапа. Сначала мы использовали 3D-печать для проверки дизайнерских решений. Эти модели помогли нам оценить, как устройство ощущается в руке. Перед тем как вкладывать деньги в инструменты, мы протестировали расположение кнопок с участием реальных пользователей.
Во вторых моделях использовались корпуса из алюминия, изготовленные на станках с ЧПУ, с рабочими деталями внутри. На этом этапе мы выявили проблемы во взаимодействии антенны бесконтактной оплаты и металлического корпуса. Мы обнаружили, что первоначальное положение антенны создавало мертвую зону шириной 15 мм. Карты в этой зоне не считывались.
В третьей модели эти проблемы были решены за счет более точного расположения деталей. Мы добавили элементы, повышающие прочность. Эти образцы прошли первые испытания на падение и испытания на термоциклирование. Мы обнаружили слабые места в конструкции.
Четвертые модели соответствовали окончательным производственным спецификациям. Они называются контрольными образцами для инженерно-технической проверки. Эти машины прошли полное тестирование. Мы провели испытания на падение с высоты 1.5 метра, испытания на 1 миллион нажатий на сенсорный экран и испытания принтера на 100 километров.
Упрощение производства
Как сократить время сборки? Wonderful PCB Было применено несколько стратегий, которые позволили снизить производственные затраты на 22 процента. Модульная конструкция позволяет принтеру, батарее и экрану работать как отдельные компоненты. Каждую деталь можно заменить независимо. Такая конструкция снижает затраты на ремонт. Техники могут заменять сломанные детали, не заменяя всю машину целиком.
Мы уменьшили количество винтов с 18 до 8. Это сократило время сборки на 35 процентов. В корпусе используются защелкивающиеся соединения с опорными ребрами. Они обеспечивают прочность, упрощая при этом сборку. Каждое защелкивающееся соединение выдерживает усилие натяжения в 25 Ньютонов. Это превышает требования для обычных условий эксплуатации.
Мы перешли от незакрепленных проводов к гибким печатным платам. Гибкие печатные платы называются FPC. Это изменение устранило распространенные ошибки. Раньше технические специалисты иногда защемляли или неправильно прокладывали кабели при закрытии корпуса. Разъемы FPC используют конструкцию с нулевым усилием вставки. Это предотвращает повреждения во время сборки и разборки.
Производственная линия выпускает 240 единиц продукции за 8-часовую смену. Инспекторы по качеству проверяют продукцию на пяти станциях. Они проверяют правильность установки деталей, тестируют функциональность, проверяют герметичность корпуса, подтверждают качество окончательной сборки и упаковки.
Проверка на надежность
Wonderful PCB Машину протестировали более тщательно, чем того требуют отраслевые правила. Эти испытания гарантируют, что машина выдержит реальные условия эксплуатации в магазине.
Тесты падения Испытания включали падение машины с высоты 1.5 метра на бетон. Требовались удары со всех шести сторон, а также с четырех углов. Машина должна выдержать 18 падений. Внутренние детали не должны выйти из строя. Экран не должен треснуть. Серийные образцы прошли испытания без единого отказа среди 50 испытательных машин.
Тесты жизненного цикла Для тестирования сенсорного экрана и кнопок использовались роботизированные манипуляторы. Сенсорный экран выдержал 1.2 миллиона нажатий при силе 5 Ньютонов. Физические кнопки выдержали 500 000 нажатий. Эти испытания показывают, что устройство выдерживает три года интенсивной ежедневной эксплуатации без поломок.
Тестирование принтера Измерялось расстояние печати до того, как качество печати начало ухудшаться. Принтер напечатал 75 километров чеков, прежде чем качество печати начало снижаться. Это соответствует примерно 300 000 обычным чекам. В магазинах с большим объемом печати это эквивалентно двум годам работы.
Испытания на статическое электричество Проверено, что устройство выдерживает электростатический разряд. Устройство прошло контактное тестирование при напряжении ±8 кВ. Оно прошло тестирование на разряд в воздухе при напряжении ±15 кВ. Система не зависала и не перезагружалась. Эта защита важна в сухую погоду, когда на пользователях накапливается статическое электричество.
Испытания на кувырки Машины поместили во вращающийся барабан с бетонной поверхностью. Это имитировало многократное падение и перекатывание. Машина выдержала 400 оборотов. Это эквивалентно падению со столешницы и многократному перекатыванию в течение нескольких месяцев ежедневно.
Испытания погоды Машины подвергались воздействию температур от -10 до 55 градусов Цельсия. Уровень влажности колебался от 10 до 95 процентов. Машина работала в полном объеме в этом диапазоне. Тесты батареи показали отсутствие вздутия или потери емкости после 100 циклов нагрева. Тесты на запотевание экрана подтвердили, что дисплей остается четким при переходе от высоких температур к низким.
Влияние на конечный продукт
Как отреагировал рынок
За восемь месяцев компания продала 50 000 автоматов. Они были проданы трем типам предприятий. Розничные магазины заявили, что обработка платежей происходит на 23 процента быстрее, чем в их старых системах. Это означает, что больше покупателей могут совершать покупки в часы пик.
Данные за первые шесть месяцев показали уровень отказов всего 0.3 процента. Это один из самых низких показателей в отрасли. Модульная конструкция позволяет быстро устранять неполадки. Техники заменяют сломанные детали, не отправляя обратно всю машину. Это сокращает время простоя с нескольких дней до нескольких часов.
Что говорят пользователи об эргономике? Кассиры говорят, что у них не устают руки. Автомат весит всего 295 граммов. Люди могут комфортно пользоваться им весь день. Мобильные продавцы еды работают полный 12-часовой рабочий день без подзарядки. Батарея держит заряд, поэтому они не теряют деньги из-за разряженных батарей.
Этот станок получил бронзовую награду на Международной премии за выдающиеся достижения в дизайне. Эта награда отметила то, как нам удалось уместить сложные функции в простой дизайн.
Бизнес-результаты
Компания сэкономила 34 процента на общих затратах на владение. Более низкий уровень отказов означает меньшее количество гарантийных обращений. Модульная конструкция требует меньшего количества запасных частей на складе.
В магазинах устройства активировались в течение 25 минут после распаковки. Это включает зарядку и настройку сети. Простой интерфейс позволил сократить затраты на обучение на 40 процентов.
Надежность обработки платежей на всех устройствах достигла 99.7 процента.
Планы на будущее
Модульная конструкция обеспечивает возможность будущих обновлений. Компания планирует добавить сканер отпечатков пальцев. Это позволит людям расплачиваться отпечатком пальца. Магазины смогут установить его без покупки новых устройств.
Компания разрабатывает систему управления запасами на основе искусственного интеллекта. Камера будет распознавать товары без сканирования штрих-кодов. Это поможет на открытых рынках и фермерских рынках, где товары не имеют упаковки.
Обновления программного обеспечения происходят по беспроводной сети. Это позволяет добавлять новые функции без изменения оборудования. Недавние обновления добавили поддержку Apple Pay, Google Pay и криптовалютных платежей. Такая гибкость позволяет устройству оставаться актуальным по мере изменения платежных технологий.
Заключение
Wonderful PCB Создана интеллектуальная POS-система, сочетающая в себе передовые функции и простоту использования. Проект демонстрирует, как дизайн и производство работают вместе для создания лучших продуктов. Устройство имеет банковский уровень безопасности благодаря сертификации PCI-PTS 6.x. Цена остается доступной для мелких продавцов. Конструкция снижает усталость рук при длительной работе. Тщательное тестирование гарантирует хорошую работу в сложных условиях магазина. Модульная конструкция позволяет в будущем проводить модернизацию. Этот пример демонстрирует ценность сочетания навыков проектирования, знаний в области электронной инженерии и эффективности производства для решения реальных рыночных проблем.
О нас Wonderful PCB: Wonderful PCB Мы занимаемся комплексным проектированием и производством интеллектуальных электронных устройств. Мы специализируемся на промышленном дизайне, электронной инженерии, изготовлении печатных плат и крупносерийном производстве. Мы сотрудничаем с компаниями по всему миру, чтобы воплощать идеи в реальные продукты.
