執行摘要
Wonderful PCB 我們與一家支付公司合作開發了一款新型手持式智慧POS機。舊款智慧POS機有三大問題：電池續航力短、安全性低、螢幕在戶外難以看清。我們開發的新型智慧型POS機解決了所有這些問題。電池續航力長達18小時，無需充電。該機器通過了嚴格的安全測試，並且防水防塵。該公司在短短八個月內就售出了50,000萬台。
市場研究與問題識別
誰在使用這台機器
這款智慧型POS機主要針對三類人群。首先是戶外食品攤販，他們每天工作12小時，需要使用這款POS機。其次是商店收銀員，他們每天要處理超過200筆付款。第三是戶外維修服務人員，他們需要一台能在戶外穩定運作的強大機器。
舊機器出了什麼問題？
用戶多久會抱怨一次電池續航力問題？ 研究顯示，100名行動銷售商中有67人表示他們的POS機電池會在營業時間內耗盡。舊款智慧POS機耗電速度極快，原因在於散熱控制不佳以及需要持續連接網路。許多銷售商不得不在營業期間為機器充電，這導致他們生意中斷，蒙受經濟損失。
舊款智慧型POS機體積太大、重量太重，收銀員長時間手持這些機器很容易手部疲勞，工作4到6小時後就會感到手部疼痛。大多數智慧型POS機的重量在320到380克之間，對於需要整天攜帶機器的流動商販來說，這樣的重量會讓他們感到非常疲憊。
在戶外，螢幕很難看清楚。普通螢幕的亮度只有300到400尼特，陽光直射時根本不夠用。商家不得不找陰涼處或用手遮擋螢幕，導致收款速度變慢。餐廳服務生也因為螢幕難以辨識而浪費時間，尤其是在室內外都要工作的餐廳。
常見的安全隱患有哪些？ 許多智慧型POS機遭到駭客攻擊，導致數百萬客戶蒙受損失。老舊機器無法有效保護銀行卡訊息，它們採用的安全措施過時，不符合現行規則。小型企業面臨的問題更多，因為安全檢查成本過高。
這台機器有何不同之處
我們考察了市面上其他智慧型POS機。大品牌的高階機型安全性高，但每台售價高達400到600美元，小型商家難以負擔。低價機型售價在150到200美元之間，但品質較差，印表機性能低下，電池容量也小。中價位的機型無法兼顧安全性和功能性。這正是我們想要填補的市場空缺。
工業設計與使用者體驗
我們的設計理念
Wonderful PCB 本設計採用了功能極簡主義。這意味著我們只保留了必要的功能，剔除了不必要的元素。這有助於收銀員在繁忙時段更快工作，避免操作混亂。簡潔的線條和便利的按鈕佈局，讓使用者無需培訓即可輕鬆上手。
形狀和大小
我們的團隊對不同地區的 45 位門市員工進行了調查，旨在了解什麼樣的握持感最舒適。研究結果顯示，機器寬度應為 78 毫米，這個尺寸適合各種大小的手型。機器兩側呈 15 度弧度，使重量均勻分佈在手掌上。
為什麼螢幕角度很重要？ 螢幕正常握持時會傾斜7度。這個角度可以減少40%的眩光。眩光是指光線反射導致螢幕難以看清。使用者無需改變握持機器的方式。測試表明，收銀員使用這個螢幕角度後，工作效率提高了12%。
握把採用醫用級矽膠材質。這種材質表面有細小的凸起，可以增加摩擦力。摩擦力越大，握把就越不容易滑脫。即使手心冒汗，握把的防滑性能依然出色。我們多次測試機器跌落，握把能夠有效防止機器從手中滑落。
一切如何協同運作
印表機、讀卡機和卡槽都位於機器正面。這樣收銀員無需移動機器即可完成付款。 58毫米印表機位於螢幕下方。這樣的設計讓操作流程更加流暢。顧客查看付款詳情，刷卡，即可獲得收據。收銀員無需改變手部姿勢。
二維碼掃描器內建於頂部，採用5萬像素自動對焦相機。這樣的設計使用戶掃描二維碼時不會遮擋螢幕。測試表明，使用者可在1.2秒內完成掃描，速度與普通條碼掃描器相當。
硬體工程和技術規範
主計算機晶片
哪款處理器最好？ Wonderful PCB 我們選擇了高通QCS6490晶片。這款晶片是整台主機的核心，擁有八個運作頻率為2.7GHz的核心。您可以將這些核心理解為協同工作的微型處理器。該晶片還配備了一個獨立的安全模組，用於處理支付安全，與其他功能相互獨立。
這款晶片比舊款晶片節能35%，速度卻更快。測試表明，支付僅需0.8秒即可完成。這意味著從刷卡到支付完成，整個過程非常迅速。即使在尖峰時段，顧客也無需長時間等待。
安全功能
這台機器擁有銀行級的安全防護，具備多重保護機制。首先，支付電路周圍覆蓋著一層特殊的網狀結構。如果有人試圖打開機器外殼，這層網狀結構會立即偵測到。隨後，機器會在50毫秒內銷毀所有安全金鑰，速度非常快。
PCI-PTS合規性要求是什麼？ PCI-PTS 6.x 是一項嚴格的安全標準。一級標準確保晶片讀卡機與卡片通訊正常。電壓必須精確為 5V，誤差不得超過 5%。頻率必須為 4.915 MHz。該設備已通過 Visa、Mastercard、American Express 和 Discover 的測試。
EMV Level 2 晶片偵測軟體是否能正確處理付款。本設備相容於所有主流的非接觸式支付系統，包括 Visa payWave、Mastercard Contactless 和中國銀聯 QuickPass。支付處理遵循嚴格的步驟：先進行卡片驗證，然後進行持卡人驗證，接著進行支付授權，最後產生驗證碼。
非接觸式支付天線很難安裝。機器內部的金屬部件會造成乾擾。幹擾意味著訊號會被阻擋或混淆。 Wonderful PCB 透過將天線放置在螢幕和印表機蓋之間的 3 毫米縫隙中解決了這個問題。天線可以在 35 毫米以內的距離讀取卡片。金屬部件不會造成任何問題。
可信任執行環境 (TEE) 獨立於 Android 12 運作。支付資料儲存在安全區域，主作業系統無法存取該區域。即使 Android 系統遭受病毒攻擊，支付資訊在 TEE 中仍然安全無虞。
熱控制系統
為什麼智慧型POS機在繁忙時段會發熱？ 持續的網路連線、螢幕使用和列印都會產生熱量。普通機器在高強度使用兩小時後溫度會達到攝氏 42 至 45 度。這種高溫會損壞電池，並使機器握持起來不舒服。
Wonderful PCB 我們設計了一個包含多個零件的冷卻系統。主散熱器採用石墨烯導熱墊，將熱量均勻地分佈到內部金屬框架上。這種材料的導熱性能比銅片高出40%。導熱墊將處理器晶片、電源電路和電池連接到同一個散熱器上。
側邊板上的通風槽可排出熱空氣。空氣通過過濾通道進入。這些通道可以阻擋灰塵，同時排出熱量。機器仍然具有防水性能。測試表明，在攝氏35度的室溫下連續工作四小時後，機器表面溫度仍保持在攝氏38度以下。
列印頭是整個系統中溫度最高的零件，列印時溫度可達攝氏 65 度。特殊的隔熱罩將印表機與電池隔開，防止熱量傳遞到電池。高溫會加速電池容量的損耗，而這個隔熱罩可以有效保護電池。
連接功能
這款設備支援 4G LTE 網絡，在訊號較弱的地區也能使用 3G 網路。其蜂窩調變解調器支援 12 個不同的頻段，這意味著它可以在許多國家/地區使用。我們在 15 個國家進行了測試，無論在城市還是鄉村，都能成功連接網路。
Wi-Fi 6 為商店提供高速網路連線。這種新的 Wi-Fi 標準能更能應對繁忙的網路環境。當多台設備同時運作時，這一點尤其重要。系統會在 2.4 GHz 和 5 GHz 頻段之間自動切換，並選擇訊號較好的頻段。
藍牙5.2可連接收據印表機、錢箱和條碼掃描器，連接距離可達15公尺。這為商店提供了設備擺放位置的靈活性。
螢幕和印表機選擇
如何選擇適合戶外使用的螢幕？ 螢幕需要特殊功能。 Wonderful PCB 我選了一塊5.5吋的IPS液晶屏，亮度為600尼特。即使在陽光直射下，這個亮度也夠清晰。電池續航力依然很長。螢幕採用康寧第三代大猩猩玻璃，這種玻璃耐刮擦，表面塗層還能有效防止指紋殘留。
印表機列印速度為每秒 80 毫米。印字頭擁有 576 個像素點，可列印清晰的文字和條碼。條碼可保持數月可掃描。這台印表機可使用寬度達 58 毫米的紙捲，足以列印明細收據、廣告和二維碼。
這款電池採用5000mAh鋰聚合物電池，正常使用可續航18小時，足以滿足長時間工作需求，無需頻繁充電。電池具備過充、過放及過熱保護功能，充電90分鐘即可達到80%。我們隨附一個18W快速充電器。
工程挑戰與解決方案
電池問題
電池設計面臨的最大挑戰是什麼？ 此設計需要在僅18毫米厚的外殼內安裝一顆5000毫安培時的電池。而同等容量的普通電池厚度通常在22到25毫米之間。我們不能簡單地增加外殼的厚度。過厚的外殼會增加機器的重量。長時間使用重型機器會造成手部疲勞。
我們的團隊與一家電池公司合作，打造了一款客製化電池。這款電池在不同區域的厚度有所不同。在握持區域（手部接觸的地方），電池厚度為 16 毫米；而在印表機所在的下部區域，電池厚度則增加到 20 毫米。這種設計使得機器在握持處保持纖薄，同時電池仍擁有足夠的電量。
定制的PCB佈局解決了這個問題。普通的智慧型POS機使用一塊大型電路板，這塊電路板佔據了機殼內部的大部分空間。 Wonderful PCB 設計了三塊獨立的電路板。一塊板承載主處理器，另一塊板子負責電源管理，第三塊板承載無線模組。這種三件式設計會形成一些小縫隙，電池組件可以更好地安裝在這些縫隙中。
特殊的隔熱材料可保護電池免受損壞。電池區域採用相變材料。這種材料在充電時會吸收多餘的熱量，並在待機時緩慢釋放熱量。這種散熱控制使電池壽命比沒有散熱控制的電池延長了30%。
金屬部件引起的天線問題
第二個重大挑戰是金屬屏蔽對無線效能的影響。 PCI-PTS 安全規則要求支付電路周圍必須有金屬屏蔽層。這種金屬可以防止有人透過電磁訊號竊取資料。但金屬會產生法拉第籠效應。這種效應會阻擋無線訊號，降低天線的效能。
Wonderful PCB 透過巧妙的天線佈局和材料選擇解決了這個問題。非接觸式支付天線採用柔性電路，並安裝在塑膠框架內。該框架將其與金屬部件隔開4毫米。這個間隙允許電磁場形成而不被阻擋。天線線圈採分形圖案。與普通矩形線圈相比，這種圖案使有效面積增加了25%。
蜂巢式網路和Wi-Fi天線分別位於頂部和底部角落，這些位置距離金屬屏蔽層最遠。塑膠端蓋採用特殊的聚碳酸酯混合材料製成，這種塑膠對電磁訊號的阻擋作用很小。訊號測試表明，即使在訊號覆蓋較弱的區域，該設備也能保持良好的訊號強度，滿足操作員的要求。
製造和質量控制
製作測試模型
我們分四個步驟製作了測試模型。首先，我們使用 3D 列印技術製作模型來驗證設計理念。這些模型幫助我們測試機器的握持感。在投入資金購買工具之前，我們邀請真實用戶測試了按鈕位置。
第二代產品採用了CNC加工的鋁製外殼，內部裝有工作部件。這一步揭露了非接觸式支付天線與金屬外殼之間的問題。我們發現，原有的天線位置造成了15毫米的盲區，卡片在該區域內無法讀取。
第三代產品透過優化部件定位解決了這些問題，並增加了耐用性功能。這些樣品首次通過了跌落測試和熱循環測試，我們發現了結構上的弱點。
第四批樣機符合最終生產規格。這些樣機稱為工程驗證測試機。這些機器完成了所有測試，包括1.5米跌落測試、100萬次觸控螢幕點擊測試和1公里印表機測試。
讓製造更便利
如何縮短組裝時間？ Wonderful PCB 我們採用了多種策略，將生產成本降低了 22%。模組化設計使印表機、電池和螢幕可以作為獨立部件使用，每個部件都可以單獨更換。這種設計降低了維修成本。技術人員可以更換損壞的零件，而無需更換整台機器。
我們將螺絲數量從 18 個減少到 8 個，組裝時間縮短了 35%。外殼採用帶支撐肋的卡扣式連接，既保證了強度，又簡化了組裝。每個卡扣式連接可承受 25 牛頓的拉力，遠超正常使用需求。
我們用柔性印刷電路板取代了散線。柔性印刷電路板簡稱FPC。這項改變消除了常見的錯誤。以前，技術人員在合上機殼時有時會擠壓或錯接電纜。 FPC連接器採用零插入力設計，可防止在組裝和拆卸過程中造成損壞。
生產線每班8小時生產240件產品。質檢員在五個工位進行檢查，包括檢查零件安裝位置、測試功能、檢查外殼閉合情況、驗證最終組裝以及確認包裝。
可靠性測試
Wonderful PCB 對機器進行的測試比行業標準要求更為嚴格。這些測試旨在確保機器能夠經受實際門市環境的考驗。
跌落測試 測試內容包括將機器從1.5公尺高處摔到水泥地上。測試要求機器的六個面和四個角落都受到衝擊。機器必須能夠承受總共18次的跌落衝擊。內部零件不得損壞。屏幕不得破裂。 50台測試機器中，所有量產機型均通過測試，無一例故障。
生命週期測試 我們使用機械手臂測試了觸控螢幕和按鈕。觸控螢幕在5牛頓的力作用下承受了1.2萬次點擊。實體按鈕承受了500,000萬次按壓。測試結果表明，該機器能夠承受三年高強度日常使用而不會損壞。
印表機測試 在印字頭性能下降之前，我們測量了紙張的列印距離。印表機在出現任何品質下降之前列印了75公里的收據。這相當於大約300,000萬張正常列印量的收據。這相當於高客流量商店兩年的列印量。
靜電測試 已檢查機器是否能處理靜電放電。機器通過了±8kV的接觸測試和±15kV的空氣放電測試。系統未出現當機或重啟現象。在乾燥天氣下，使用者身上容易積聚靜電，因此這項保護措施至關重要。
翻滾測試 我們將機器放置在一個表面為混凝土的旋轉滾筒中。這模擬了機器多次跌落和滾動的情況。機器經受住了 400 次旋轉的考驗。這相當於每天多次從櫃檯上跌落並滾動，持續數月之久。
天氣測試 將機器暴露在攝氏-10至55度的溫度範圍內，濕度範圍為10%至95%。機器在此範圍內均能正常運作。電池測試表明，經過100次冷熱循環後，電池未出現膨脹或容量損失。螢幕起霧測試表明，在冷熱環境切換時，顯示器始終保持清晰。
最終產品影響
市場如何反應
該公司在八個月內就賣出了五萬台機器。客戶主要分為三類。零售商店表示，新系統的支付速度比舊系統快了23%。這意味著在尖峰時段，更多顧客可以完成結帳。
前六個月的數據顯示，故障率僅0.3%，這是業界最低的故障率之一。模組化設計有助於快速解決問題。技術人員無需寄回整台機器即可更換損壞的零件，從而將停機時間從幾天縮短到幾小時。
使用者對人體工學有何評價？ 收銀員表示他們的手不會感到疲倦。這台機器僅重295克，人們可以舒適地使用一整天。行動餐車攤販連續工作12小時無須充電。電池續航力長，因此他們不會因電池沒電而蒙受損失。
這台機器榮獲國際設計卓越獎銅獎。該獎項表彰了我們如何將複雜的功能融入簡潔的設計中。
業務成果
該公司總擁有成本節省了34%。故障率降低意味著保固索賠減少。模組化設計減少了庫存備件的需求。
門市在開箱後25分鐘內即可啟動機器，包括充電和網路設定。簡潔易用的介面使培訓成本降低了40%。
所有機器的支付處理可靠性達到 99.7%。
未來的計劃
模組化設計便於未來升級。該公司計劃添加指紋辨識器，讓顧客可以使用指紋付款。商店無需購買新機器即可添加此功能。
該公司正在開發人工智慧庫存管理系統。此攝影機無需掃描條碼即可識別產品。這將有助於露天市場和農貿市場等產品無包裝的市場。
軟體更新透過無線方式進行，無需更換硬體即可新增功能。最近的更新增加了對 Apple Pay、Google Pay 和加密貨幣支付的支援。這種靈活性使設備能夠隨著支付技術的不斷發展而保持最新狀態。
結語
Wonderful PCB 我們打造了一款兼具先進功能與易用性的智慧POS機。該專案展示了設計與製造如何協同運作，從而創造更優質的產品。該機器通過了PCI-PTS 6.x認證，並具備銀行級安全保障。同時，價格對於小型商家來說仍然實惠。其獨特的設計有效緩解了長時間工作帶來的手部疲勞。嚴格的測試確保其在嚴苛的門市環境中也能穩定運作。模組化設計也為未來的升級提供了可能。本案例研究充分展現了將設計技能、電子工程知識和高效的製造流程相結合，對於解決實際市場問題的價值。
關於我們 Wonderful PCB: Wonderful PCB 我們為智慧電子設備提供整合設計和製造服務。我們的業務涵蓋工業設計、電子工程、PCB製造和大量生產。我們與全球各地的公司合作，將創意轉化為實際產品。
