Резюме
Wonderful PCB співпрацювала з платіжною компанією над створенням нового портативного розумного POS-терміналу. Старі розумні POS-термінали мали три великі проблеми: батареї розряджалися занадто швидко, безпека була слабкою, а екрани було важко читати на вулиці. Наш новий розумний POS-термінал вирішив усі ці проблеми. Тепер батарея працює 18 годин без підзарядки. Пристрій пройшов суворі випробування безпеки. Він може працювати у воді та пилі. Компанія продала 50 000 пристроїв за вісім місяців.
Дослідження ринку та виявлення проблем
Хто користується цією машиною
Три типи людей користуються цим розумним POS-терміналом. По-перше, він потрібен продавцям продуктів харчування, які продають їх на вулиці. Вони працюють по 12 годин щодня. По-друге, касирам магазинів. Вони обробляють понад 200 платежів щодня. По-третє, він потрібен працівникам сфери послуг, які ремонтують речі на вулиці. Їм потрібна потужна машина, яка працює на вулиці.
Що було не так зі старими машинами
Як часто користувачі скаржаться на час роботи від батареї? Дослідження показують, що 67 зі 100 продавців мобільних телефонів кажуть, що їхні батареї розряджаються під час роботи. Старі розумні POS-термінали дуже швидко витрачають заряд батареї. Причина — поганий контроль температури та постійне підключення до Інтернету. Багатьом продавцям доводиться заряджати свої пристрої під час роботи. Це зупиняє їхній бізнес, і вони втрачають гроші.
Старі розумні POS-термінали занадто великі та важкі. Касири, які тримають ці машини, втомлюються. Їхні руки болять після 4-6 годин роботи. Більшість розумних POS-терміналів важать від 320 до 380 грамів. Мобільні продавці, які носять машину цілий день, вважають цю вагу дуже виснажливою.
Екрани важко читати на вулиці. Звичайні екрани мають яскравість від 300 до 400 ніт. Цього недостатньо, коли сонце світить прямо на екран. Продавцям доводиться шукати тінь або закривати екран рукою. Це уповільнює оплату. Офіціанти ресторанів, які працюють як у приміщенні, так і на вулиці, марнують час, оскільки екран важко читати.
Які поширені проблеми безпеки? Багато розумних POS-терміналів було зламано. Мільйони клієнтів втратили гроші через це. Старі машини погано захищають інформацію про картки. Вони використовують старі методи безпеки, які не відповідають чинним правилам. Малий бізнес має більше проблем, оскільки перевірки безпеки коштують занадто дорого.
Чим відрізняється ця машина
Ми розглянули інші розумні POS-термінали на ринку. Дорогі пристрої від великих брендів мають хороший захист. Але вони коштують від 400 до 600 доларів за штуку. Дрібні продавці не можуть їх купити. Дешеві пристрої коштують від 150 до 200 доларів. Але ці дешеві пристрої мають погану якість. Принтер поганий, а батарея маленька. Жоден пристрій у середньому ціновому діапазоні не мав одночасно хорошого захисту та хороших функцій. Цю прогалину ми заповнили.
Промисловий дизайн та користувацький досвід
Наша дизайнерська ідея
Wonderful PCB Для цього дизайну використано функціональний мінімалізм. Це означає, що ми зберігаємо лише важливі функції. Ми видаляємо непотрібні речі. Це допомагає касирам працювати швидше в години пік. Вони не плутаються. Чіткі лінії та зручне розташування кнопок допомагають людям користуватися машиною без навчання.
Форма та Розмір
Наша команда дослідила 45 працівників магазинів у різних місцях. Ми хотіли дізнатися, що зручно тримати в руці. Ми дізналися, що ширина пристрою має бути 78 мм. Цей розмір підходить як для великих, так і для маленьких рук. Пристрій вигнутий під кутом 15 градусів з обох боків. Це рівномірно розподіляє вагу в долоні.
Чому кут нахилу екрана має значення? Екран нахиляється на 7 градусів, якщо тримати його звичайним способом. Цей кут зменшує відблиски на 40 відсотків. Відблиски – це відбиття світла, яке ускладнює перегляд екрана. Користувачам не потрібно змінювати спосіб тримання пристрою. Тести показали, що касири працюють на 12 відсотків швидше з таким кутом нахилу екрана.
Ручка виготовлена з медичного силікону. Цей матеріал має невеликі ребра, що збільшують тертя. Завдяки тертю вона не ковзає. Поверхня добре працює навіть коли руки спітніють. Ми тестували пристрій, багато разів кидаючи його. Ручка запобігає вислизанню пристрою з рук.
Як все працює разом
Принтер, зчитувач карток та слоти для карток розташовані спереду. Це дозволяє касирам здійснювати платежі, не переміщуючи термінал. 58-міліметровий принтер розташований під екраном. Це забезпечує плавний процес. Клієнт бачить платіжні дані, прикладає картку та отримує чек. Касир не змінює положення руки.
Сканер QR-кодів вбудований у верхню частину. Він використовує 5-мегапіксельну камеру з автофокусом. Таке положення дозволяє користувачам сканувати коди, не блокуючи екран. Тести показали, що люди можуть сканувати коди менш ніж за 1.2 секунди. Це так само швидко, як і звичайні сканери штрих-кодів.
Апаратне забезпечення та технічні характеристики
Головний комп'ютерний чіп
Який процесор найкращий? Wonderful PCB обрав чіп Qualcomm QCS6490. Цей чіп — мозок машини. Він має вісім ядер, що працюють на частоті 2.7 ГГц. Уявіть собі ядра як невеликі процесори, що працюють разом. Чіп має спеціальну частину безпеки, яка обробляє захист платежів окремо від інших функцій.
Цей чіп споживає на 35 відсотків менше енергії, ніж старіші чіпи. Він все ще працює швидше. Тести показали, що платежі завершуються за 0.8 секунди. Це означає, що від дотику картки до схвалення платежу відбувається дуже швидко. Клієнти не чекають довго в години пік.
Функції безпеки
Автомат має безпеку банківського рівня. Він має багато рівнів захисту. По-перше, він має спеціальну сітку навколо платіжних схем. Якщо хтось намагається відкрити корпус автомата, сітка це виявляє. Потім автомат знищує всі ключі безпеки за 50 мілісекунд. Це дуже швидко.
Що вимагає відповідність стандарту PCI-PTS? PCI-PTS 6.x – це суворий стандарт безпеки. Рівень 1 гарантує, що зчитувач чіпових карток правильно взаємодіє з картками. Напруга має бути рівно 5 В з різницею лише в 5 відсотків. Частота має бути 4.915 МГц. Пристрій пройшов тестування з Visa, Mastercard, American Express та Discover.
EMV рівня 2 перевіряє, чи програмне забезпечення правильно обробляє платежі. Автомат працює з усіма основними системами безконтактної оплати. До них належать Visa payWave, Mastercard Contactless та China UnionPay QuickPass. Обробка платежів відбувається відповідно до суворих етапів. Спочатку автентифікація картки, потім перевірка власника картки, потім схвалення платежу і, нарешті, генерація коду.
Антену для оплати без попереднього запису було важко розмістити. Металеві частини всередині пристрою створюють перешкоди. Перешкоди означають, що сигнали блокуються або змішуються. Wonderful PCB Вирішив цю проблему, розмістивши антену в зазорі 3 мм. Цей зазор знаходиться між екраном і кришкою принтера. Антена може зчитувати карти з відстані менше 35 мм. Металеві частини не створюють проблем.
Довірене середовище виконання (TEE) працює окремо від Android 12. Платіжні дані зберігаються в захищеній області. Основна операційна система не може торкатися цієї області. Навіть якщо вірус атакує систему Android, платіжна інформація залишається в безпеці в TEE.
Система контролю тепла
Чому розумні POS-термінали нагріваються в години пік? Постійне підключення до Інтернету, використання екрану та друк створюють тепло. Звичайні пристрої нагріваються до 42-45 градусів Цельсія після двох годин інтенсивного використання. Це тепло пошкоджує акумулятор і робить пристрій незручним для використання.
Wonderful PCB створили систему охолодження з багатьма компонентами. Основний теплорозподільник використовує графенову термопрокладку. Вона розподіляє тепло по внутрішній металевій рамі. Цей матеріал відводить тепло на 40 відсотків краще, ніж мідні листи. Термопрокладка з'єднує процесорний чіп, схеми живлення та акумулятор зі спільним радіатором.
Повітряні отвори на бічних панелях дозволяють гарячому повітрю виходити. Повітря надходить через фільтрувальні канали. Ці канали затримують пил, але виводять тепло. Пристрій все ще водонепроникний. Випробування показали, що температура поверхні залишається нижче 38 градусів Цельсія. Це після чотирьох годин безперервної роботи за кімнатної температури 35 градусів.
Принтерна головка є найгарячішою частиною. Під час друку її температура досягає 65 градусів Цельсія. Спеціальний тепловий бар'єр відділяє принтер від акумулятора. Цей бар'єр запобігає потраплянню тепла до акумулятора. Тепло призводить до швидшої втрати ємності акумуляторів. Цей бар'єр захищає акумулятор.
Особливості підключення
Пристрій має інтернет 4G LTE. Він також може використовувати 3G у районах зі слабким сигналом. Стільниковий модем працює на 12 різних частотних діапазонах. Це означає, що він працює в багатьох країнах. Ми протестували його в 15 країнах. Він успішно підключався в містах і селах.
Wi-Fi 6 забезпечує швидкий інтернет у магазинах. Цей новий стандарт Wi-Fi краще справляється з перевантаженими мережами. Це важливо, коли багато пристроїв працюють одночасно. Система перемикається між 2.4 ГГц та 5 ГГц. Вона вибирає ту частоту з кращим сигналом.
Bluetooth 5.2 підключається до принтерів чеків, касових апаратів та сканерів штрих-кодів. З’єднання працює на відстані до 15 метрів. Це надає магазинам гнучкість у розміщенні обладнання.
Вибір екрана та принтера
Як вибрати правильний екран для використання на вулиці? Екран потребує спеціальних функцій. Wonderful PCB обрав 5.5-дюймовий IPS LCD-дисплей з яскравістю 600 ніт. Такий рівень яскравості працює під прямими сонячними променями. Батарея все ще довго тримає заряд. Екран захищений Gorilla Glass 3. Це скло стійке до подряпин. Воно має покриття, що запобігає потраплянню відбитків пальців.
Принтер друкує зі швидкістю 80 мм за секунду. Друкуюча головка має 576 точок. Це забезпечує чіткий текст і штрих-коди. Штрих-коди залишаються сканованими протягом багатьох місяців. Принтер працює з рулонами паперу шириною до 58 мм. Цього місця достатньо для розміщення деталізованих чеків, реклами та QR-кодів.
Акумулятор — літій-полімерний ємністю 5000 мАг. Він працює 18 годин при звичайному використанні. Цього достатньо для тривалих робочих днів без підзарядки. Акумулятор має захист від перезаряджання та глибокого розряду. Він також захищає від перегріву. Зарядка досягає 80 відсотків за 90 хвилин. Ми додаємо швидкий зарядний пристрій потужністю 18 Вт.
Інженерні проблеми та рішення
Проблема з батареєю
Яка найбільша проблема в розробці акумуляторів? Для розробки потрібен був акумулятор ємністю 5000 мАг у корпусі товщиною лише 18 мм. Звичайні акумуляторні елементи такої потужності мають товщину від 22 до 25 мм. Ми не могли просто зробити корпус товщим. Товстий корпус зробив би пристрій важким. Важкі пристрої болять руки під час тривалої роботи.
Наша команда співпрацювала з компанією-виробником акумуляторів, щоб створити індивідуальний акумулятор. Товщина акумулятора різна в різних зонах. Товщина акумулятора становить 16 мм у зоні захоплення, де торкаються руки. Потім вона розширюється до 20 мм у нижній частині, де розташований принтер. Така конструкція робить пристрій тонким там, де люди його тримають. Акумулятора все ще достатньо.
Спеціальне розташування друкованої плати допомогло вирішити цю проблему. Звичайні розумні POS-термінали використовують одну велику друковану плату. Ця плата займає найбільше місця всередині. Wonderful PCB розроблено три окремі плати. Одна плата містить основний процесор. Інша плата відповідає за керування живленням. Третя плата має бездротові компоненти. Ця трикомпонентна конструкція створює невеликі зазори. Деталі батареї краще вписуються в ці зазори.
Спеціальні термоматеріали захищають акумулятор від пошкоджень. В області акумулятора використовується матеріал зі зміною фази. Цей матеріал поглинає зайве тепло під час заряджання. Він повільно виділяє тепло під час спокою. Завдяки такому контролю акумулятор служить на 30 відсотків довше, ніж акумулятори без контролю тепла.
Проблеми з антеною через металеві деталі
Другою великою проблемою була бездротова продуктивність із металевим екрануванням. Правила безпеки PCI-PTS вимагають металевого екранування навколо платіжних схем. Цей метал запобігає крадіжці даних через електромагнітні сигнали. Але метал створює ефект клітки Фарадея. Цей ефект блокує бездротові сигнали та погіршує роботу антен.
Wonderful PCB вирішили цю проблему за допомогою розумного розміщення антени та вибору матеріалу. Антена з функцією оплати без попереднього замовлення використовує гнучку схему. Вона розміщена в пластиковій рамці. Ця рамка відділяє її від металевих частин на 4 мм. Цей зазор дозволяє формуватися електромагнітним полям без блокування. Котушка антени використовує фрактальний візерунок. Цей візерунок збільшує ефективну площу на 25 відсотків порівняно зі звичайними прямокутними котушками.
Антени стільникового зв'язку та Wi-Fi розташовані у верхньому та нижньому кутах. Ці положення знаходяться найдалі від металевого екранування. Пластикові торцеві кришки виготовлені зі спеціальної суміші полікарбонату. Цей пластик не сильно блокує електромагнітні сигнали. Випробування сигналу показали, що пристрій підтримує сильний сигнал навіть у зонах слабкого покриття. Потужність сигналу відповідає вимогам оператора.
Виробництво та контроль якості
Створення тестових моделей
Ми створили тестові моделі у чотири кроки. У перших моделях використовувався 3D-друк для перевірки дизайнерських ідей. Ці моделі допомогли нам перевірити, як машина лежить у руці. Ми перевірили положення кнопок із реальними користувачами, перш ніж витрачати гроші на інструменти.
У других моделях використовувалися алюмінієві корпуси, оброблені на верстаті з ЧПК, з робочими деталями всередині. Цей крок показав нам проблеми між антеною для оплати без попереднього запису та металевим корпусом. Ми виявили, що початкове положення антени створювало мертву зону 15 мм. Картки не зчитувалися в цій зоні.
Треті моделі вирішили ці проблеми завдяки кращому розміщенню деталей. Ми додали функції довговічності. Ці зразки пройшли випробування на перше падіння та випробування на цикл нагрівання. Ми виявили слабкі місця в конструкції.
Четверта модель відповідала остаточним виробничим специфікаціям. Вони називаються випробувальними одиницями для інженерної валідації. Ці машини пройшли повне тестування. Ми провели випробування на падіння з висоти 1.5 метра, випробування на дотик сенсорного екрана на 1 мільйон разів та випробування принтера на 100 кілометрів.
Полегшення виробництва
Як скоротити час складання? Wonderful PCB використали кілька стратегій, які скоротили виробничі витрати на 22 відсотки. Модульна конструкція дозволяє принтеру, акумулятору та екрану працювати як окремим частинам. Ви можете замінити кожну деталь незалежно. Така конструкція зменшує витрати на ремонт. Техніки можуть замінювати зламані деталі, не замінюючи всю машину.
Ми зменшили кількість гвинтів з 18 до 8. Це скоротило час складання на 35 відсотків. У корпусі використовуються застібкові з'єднання з опорними ребрами. Вони зберігають міцність, водночас спрощуючи складання. Кожне застібкове з'єднання витримує тягове зусилля 25 ньютонів. Це перевищує вимоги для звичайного поводження.
Ми перейшли від вільних проводів до гнучких друкованих плат. Гнучкі друковані плати називаються гнучкими друкованими платами (FPC). Ця зміна усунула поширені помилки. Раніше техніки іноді затискали або неправильно прокладали кабелі під час закриття корпусу. Роз'єми FPC використовують конструкції з нульовим зусиллям вставки. Це запобігає пошкодженням під час складання та розбирання.
Виробнича лінія виготовляє 240 одиниць за 8-годинну зміну. Інспектори якості здійснюють перевірку на п'яти станціях. Вони перевіряють розміщення деталей, тестують функції, перевіряють закриття корпусів, перевіряють остаточне складання та підтверджують упаковку.
Тестування на надійність
Wonderful PCB випробували машину ретельніше, ніж того вимагають галузеві правила. Ці випробування гарантують, що машина витримає реальні умови в магазині.
Тести на падіння включало падіння машини з висоти 1.5 метра на бетон. Випробування вимагали ударів з усіх шести сторін плюс чотирьох кутів. Машина повинна витримати 18 падінь загалом. Внутрішні деталі не повинні були зламатися. Екран не повинен був тріснути. Виробничі одиниці пройшли випробування без жодних відмов на 50 тестових машинах.
Тести життєвого циклу Для тестування сенсорного екрана та кнопок використовувалися роботизовані маніпулятори. Сенсорний екран витримав 1.2 мільйона натискань із зусиллям 5 ньютонів. Фізичні кнопки витримали 500 000 натискань. Це тестування показує, що машина витримує три роки інтенсивного щоденного використання без поломок.
Тести принтерів Виміряна відстань друку до погіршення стану друкуючої головки. Принтер надрукував 75 кілометрів чеків, перш ніж якість була погіршена. Це показує приблизно 300 000 звичайних чеків. Це дорівнює двом рокам роботи у магазинах з великою кількістю товарів.
Випробування на статичну електрику Перевірено, чи справляється машина з електростатичним розрядом. Машина пройшла контактні випробування при плюс-мінус 8 кВ. Вона пройшла випробування на повітряний розряд при плюс-мінус 15 кВ. Система не зависла та не перезавантажилася. Цей захист важливий у суху погоду, коли на користувачах накопичується статична електрика.
Випробування на удар помістили машини в обертовий барабан з бетонною поверхнею. Це імітує багаторазове падіння та кочення. Машина витримала 400 обертів. Це еквівалентно падінню зі стійки та коченню кілька разів на день протягом місяців.
Погодні випробування піддавали машини впливу температур від -10 до 55 градусів Цельсія. Рівень вологості коливався від 10 до 95 відсотків. Пристрій працював повноцінно в цьому діапазоні. Випробування акумулятора не показали розбухання або втрати ємності після 100 циклів нагрівання. Випробування на запотівання екрана підтвердили, що дисплей залишається чітким при переході від нагрівання до холоду.
Вплив кінцевого продукту
Як відреагував ринок
Компанія продала 50 000 автоматів за вісім місяців. Вони продавали товари трьом типам підприємств. Роздрібні магазини заявили, що платежі обробляються на 23 відсотки швидше, ніж у їхніх старих системах. Це означає, що більше клієнтів можуть розраховуватися в години пік.
Дані за перші шість місяців показали лише 0.3 відсотка рівня відмов. Це один з найнижчих показників у галузі. Модульна конструкція допомагає швидко вирішувати проблеми. Техніки замінюють зламані деталі, не відправляючи назад всю машину. Це скорочує час простою з днів до годин.
Що кажуть користувачі про ергономіку? Касири сказали, що їхні руки не втомлюються. Машина важить лише 295 грамів. Люди можуть комфортно користуватися нею цілий день. Мобільні продавці їжі працювали повні 12 годин без підзарядки. Батарея вистачає надовго, тому вони не втрачають гроші через розряджені батареї.
Машина отримала бронзову нагороду International Design Excellence Awards. Ця нагорода визнає, як нам вдалося втілити складні функції в простому дизайні.
Результати бізнесу
Компанія заощадила 34 відсотки на загальних витратах на експлуатацію. Нижчий рівень відмов означає менше гарантійних претензій. Модульна конструкція потребує менше запасних частин на складі.
Активація пристроїв у магазинах протягом 25 хвилин після відкриття коробки. Це включає заряджання та налаштування мережі. Простий інтерфейс скорочує витрати на навчання на 40 відсотків.
Надійність обробки платежів досягла 99.7 відсотка на всіх автоматах.
Майбутні плани
Модульна конструкція підтримує майбутні оновлення. Компанія планує додати зчитувач відбитків пальців. Це дозволить людям розплачуватися відбитком пальця. Магазини можуть додати його, не купуючи нові пристрої.
Компанія розробляє систему управління запасами на основі штучного інтелекту. Камера ідентифікуватиме продукти без сканування штрих-кодів. Це допомагає ринкам просто неба та фермерським ринкам, де продукти не мають упаковки.
Оновлення програмного забезпечення відбуваються бездротовим способом. Це додає нові функції без змін апаратного забезпечення. Нещодавні оновлення додали підтримку Apple Pay, Google Pay та платежів у криптовалюті. Ця гнучкість дозволяє підтримувати терміни роботи пристрою в міру змін платіжних технологій.
Висновок
Wonderful PCB створили розумний POS-термінал, який поєднує в собі розширені функції та легкість використання. Проект демонструє, як дизайн та виробництво працюють разом для створення кращих продуктів. Машина має безпеку банківського рівня завдяки сертифікації PCI-PTS 6.x. Ціна залишається доступною для дрібних продавців. Конструкція зменшує втому рук під час тривалого робочого часу. Ретельне тестування гарантує, що вона добре працює в складних умовах магазину. Модульна конструкція дозволяє проводити майбутні модернізації. Цей тематичний аналіз демонструє цінність поєднання навичок дизайну, знань електронної інженерії та ефективності виробництва для вирішення реальних ринкових проблем.
Про нас Wonderful PCB: Wonderful PCB займається комплексним проектуванням та виробництвом інтелектуальних електронних пристроїв. Ми займаємося промисловим дизайном, електронною інженерією, виготовленням друкованих плат та масовим виробництвом. Ми співпрацюємо з компаніями по всьому світу, щоб втілювати ідеї в реальні продукти.
