产品经理硬件入门实战

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在人工智能时代,产品经理除了熟知软件领域的知识以外,最好还要掌握一些硬件领域的知识,以了解人工智能底层的工作原理。这篇文章里,作者就结合基础元器件,基于实际的产品场景,搭建一个硬件电路模型,或许可以帮你更快速地入门硬件领域。

近年来以LLMs(Large Language Models,大型语言模型)为基础的各类AIGC(Artificial Intelligence Generated Content,人工智能生成内容)产品非常火爆。而这些人工智能应用的背后,是各种硬件技术的支撑,各类高端的计算芯片、显卡更是供不应求。

随着企业数智化(即:数字化+智能化)不断推进,IoT(Internet of Things,物联网)也是必然的趋势。硬件与软件相结合的企业数智化应用无处不在。

以某著名大型服饰类连锁集团为例,在其服饰标签中植入了硬件芯片,在用户在结账时,将购买的服饰放入自助的结账篮中便实现了价格自动计算,完成人与物的连接,从而实现自助结账,非常便捷。

如下图所示,我们用强光手电筒照亮衣服标签,发现标签内部植入了硬件芯片。是软件与硬件结合的一个非常基础、典型的应用。

产品经理硬件入门实战

因此在人工智能时代,产品经理不仅仅是需要掌握软件层面的应用技能,更重要的是需要知道人工智能底层的工作原理,掌握非常基础的硬件知识,对提升产品经理的技能提升,思维构建以及职业发展,都会有极大的帮助。

硬件领域和软件领域相似的地方在于,都涉及非常基础的理论。产品经理在学习软件相关知识时,一般会先从算法和数据结构这些基础的概念学起。同样硬件的入门需要从电阻、电容、二极管等这些基础的元器件学起。

软件模型有相关参数,电子元器件也有相关参数,不同的元器件,有着不同的物理学上的计量单位,涉及一些基础的计算,而这些基础的计算,高中物理基本已经包含,对于产品经理入门,难度不大。

本文将会从通用的开关、二极管、电阻和电容为基础元器件,基于一个实际的产品场景,来搭建一个非常简单的硬件电路模型,并涉及一些简单的计算,为大家讲解硬件的基础知识,抛砖引玉,快速入门。

在实际的日常生活用电场景为例,夜晚的电费一般比白天的电费相对便宜,这是因为夜晚的用电需求比白天较少。

因此对于发电厂而言,可以设计一款智能储能的设备,利用夜间用电量较少的情景,给储能设备充电,日间用电需求量大,储能设备为电网供电,达到用电平衡效果,从而提升经济效益和社会效益。

接下来,我们将会以电容、电阻、发光二极管这些基础的元器件作为样例,设计一款非常简单的电路,模拟现实中,发电厂储能设备的充电与放电过程。

我们先讲解一下本次硬件实战所需要的电子元器件以及相关参数。

产品经理硬件入门实战

电阻(单位:欧姆,符号为:Ω)主要作用的限制电流,是最为广泛使用的元件,种类非常多,例如碳膜电阻、水泥电阻、贴片电阻等,各种参数型号的电阻器应用于不同的场景。

电容(单位:法拉,符号为:F),主要作用是存储电荷。我们常见的有瓷介电容器、电解电容器。本次实战,使用的是电解电容,比较常用,价格也相对便宜。

二极管是介于导体和绝缘体之间的物质制成的器件,例如我们常见的1N4148型号的二级管,有一个PN节,二极管也可以组成非常简单的数字电路,主要分为普通二极管和发光二极管。

本次硬件产品实战的电路图如下所示。

产品经理硬件入门实战

基本原理如下:

(1)当S1开关接通时,电池盒为电容进行充电,电流流过红色发光二极管,这时红色二极管点亮,当电容逐渐充满电,充电电流逐渐减少,这时通过红色发光二极管的电流逐渐减少,红色发光二极管逐渐熄灭,表示电容已经充满电。这个过程模拟的是实际生活中,晚上用电量少,发电厂发出的电,一部分传输至电网后,其余的部分电能存储在储能设备中。

(2)我们将S1开关断开,相当于来自电池盒的电流断开,接通S2开关,电容开始放电,绿色发光二极管点亮,随着电容电量逐渐变少,绿色发光二极管逐渐变暗直至熄灭。这个过程模拟的是实际生活中,白天用电需求量大,发电厂除了提供正常发电产生的电能之外,还将储能设备中存储的电力送入电网,以满足高峰用电需求。

电阻在当中起到的作用是限流,电阻值越大相对的充电与放电时间就越长。因此,我们常把电容和电阻的乘积称为阻容充放电电路的时间常数,公式表示如下。
τ=R×C

如果简单计算的话,在本电路中τ=(470Ω+200Ω)× 940μF=0.63秒。

其中470是电阻值,200是二极管的电阻值。

接下来,我们再做一些简单的计算,进一步帮助大家理解硬件的基础理论。

我们知道,多电容并联的计算为所有电容之合,也就意味着,图中的电容总容量:

C=C1+C2即C=470μF+470μF=940μF

以发光二极管电压2V,电流为10mA为基准,根据欧姆定律,发光二极管的电阻值:

R(二极管)=2V÷10mA=200Ω

在阻容充放电电路中,电流的计算取决于具体的时间点和电压值。

假设我们计算接通S1开关时,电容开始充电的电阻值为0,则开关打开瞬间的电流等于电池盒的电压除以电阻R1和红色发光二极管电阻之和。

I(t0)=6V÷(470+200)Ω =9mA

电容充满电,电阻值变为无穷大,这时电路的电流=0,因此红色发光二极管熄灭。

假设我们通过电容的电流为9mA,我们计算一下电容充满电需要多长时间。

根据I=C×dt÷dV,即:dt = C×dV÷I 得出:

dt=940μF ×6V÷ 9mA=0.63秒

实际实验中,每个时间点通过电容的电流实际是小于9mA的,充电的时间应该是0.6秒更长,我们观察发现,绿色发光二极从点亮到熄灭的时间在1秒左右,和计算值相似。

另外,我们还可以根据τ=I×Q,来计算电容充满电的时间。

其中,τ是时间常数(也就是本文之前提到的τ= R×C), Q 是电容器的电荷量, I 是通过电容器的电流。

首先,我们需要计算电容器的电荷量 Q。电荷量可以通过电容器的容量 C 和电压 V 的乘积来计算:

Q=C×V

将提供的数值代入计算:

Q=(940×10负6次方)F×6V=0.00564C

接下来,将电容器的电荷量 Q 和通过电容器的电流 I 代入时间常数的公式,可以计算出电容充满电所需的时间:

τ=Q ÷ I =0.00564C ÷(9×10负3次方)A=0.63秒

因此,电容充满电所需的时间为约0.63秒。

由此可见,如果想增加电容的充放电时间,可以通过增加电容容量,增大电容值的方式来实现。也就意味着,如果实际应用中,通过超级电容来搭建储能设备的思路也是完全可行的。

纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行。产品经理需要从实际出发,去创新和设计真正可以解决用户痛点的产品,去构建接地气的产品应用。

这就需要产品经理需要有产品思维,有非常扎实的基础理论知识。而往往这些基础的理论知识又是非常枯燥的。

伟大产品的诞生,往往需要投入大量的时间和精力,耐得住寂寞,潜心钻研。而且越是高级的应用往往涉及的理论却非常基础。

因此产品经理需要从基础理论出发,构建完整的知识体系与产品方法论,打造卓越且经得起时间考验的产品。

芝兰生于幽谷,不以无人而不芳。感谢大家阅读!

专栏作家

王佳亮,微信公众号:佳佳原创。人人都是产品经理专栏作家,年度优秀作者。《产品经理知识栈》作者。中国计算机学会高级会员(CCF Senior Member)。专注于互联网产品、金融产品、人工智能产品的设计理念分享。

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题图来自Unsplash,基于CC0协议。

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