怎样去消除物联网技术障碍

EEWORLD 发表于 2020-04-08 10:18:30 收藏 已收藏
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怎样去消除物联网技术障碍

EEWORLD 发表于 2020-04-08 10:18:30
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模块化Sigfox RF解决方案通过将先进的RF SoC与所有必要的外部组件(包括CE认证)集成,消除了技术设计障碍,简化并缩短了设计和认证过程。

物联网(IoT)能够提高生产力、控制力和效率,同时在广大的市场和终端应用程序中提供动力和潜力。在前沿技术尚未得到广泛应用的市场中,尤其是在需要连接的情况下,它受到了极大的关注。

在工业和消费应用中,传感、处理、驱动和连接等模块是物联网设计的关键。模块化、即插即用解决方案(如果可用)可以显著加快和简化应用程序中的设计,例如智能家居/智能建筑、健康和资产跟踪领域等。如果模块化解决方案能有定制的开发工具,并且要求对任何相关的国际监管标准和协议要求进行预认证,那就再好不过了。

连接性是最具挑战性的领域之一,它提供了大量的协议,这些协议或多或少与每个应用程序的特定性质有关。通过内置的基础设施和远程连接,Sigfox™已经成为最有效的连接技术之一。然而,对于许多物联网解决方案的潜在设计者来说,Sigfox是一个新的技术领域,因此,简化采用是物联网扩散的关键。

物联网应用的挑战

有超过310亿的设备(“物”)连接到物联网上,而且每天都有成千上万的设备连接。总的来说,这些设备给世界各地的消费者和商业用户带来了巨大的变化。在家里,自动照明控制既节能又安全。远程门铃允许用户从地球上任何的地方“回家”。在商业中,工厂或其他设施的每一个细节都可以被监控;交付将比以往任何时候都更能提高操作效率。在偏远地区操作设备的企业可以在舒适的办公室里监控操作,从而省去了定期检查的成本。随着数据分析、实时监控、预测维护和其他高价值主张的增强,物联网的整体效益正在成为现实。

虽然这些物联网设备有着小尺寸、连接性和远程使用得众多特性,但也给设计师带来了重大挑战。虽然设备在物理空间上很小,允许它们部署在受限的空间,但物联网节点需要包含大量功能。通常,这将包括一个微控制器(MCU)来管理系统和处理数据、各种类型的传感器以及加密技术,以确保任何敏感数据的存储和传输都是安全的。此外,电源也是必不可少的,尽管许多物联网设备部署在家庭、办公室或工厂中,只要有电源供应,以方便使用。显然,在没有电源供应的偏远地区使用的所有物联网设备都将使用电池供电。

尺寸的限制,以及电池的有限能量,意味着设计师在选择和实现小型、超低功耗组件,以及开发复杂的电源管理算法以确保没有宝贵的能源被浪费方面,有许多重大的挑战需要克服。

怎样去消除物联网技术障碍

AX-SIP-SFEU提供现成的Sigfox互联(上行和下行链路) 用于工业物联网应用,包括楼宇和家庭自动化以及传感器和资产跟踪。该SiP大大简化供应链并因集成而提高整体器件质量,它把一个Sigfox无线电IC、分立的RF匹配、所需的所有无源器件和固件集成在一个微型方案中。

连接设备的挑战

物联网设备的另一个挑战是提供连接节点到网的关键通信接口。这是一个相对专业的领域,对于设计人员来说,一个关键的挑战在于如何从可用的大量协议中选择最合适的协议。其中一些协议是专有的,适用于非常特定的应用程序,而蓝牙®和Wi-Fi等其他协议则得到了广泛实现,尽管适用于短程应用程序。

最近,蜂窝技术是唯一可用的连接节点的方法之一,这些节点是蓝牙®等其他短程无线技术无法实现的。然而,蜂窝通信的目标是语音和高速数据通信,这使得它相对耗电,并不适合物联网需要和依赖的简单机器对机器(M2M)通信。

而Sigfox是一个已经被建立起来的蜂窝式的系统,作为远程连接设备,特别是物联网节点提供低功耗、长距离、低数据速率和低成本的通信。以简单的M2M通信为目标,Sigfox网络允许简单的远距离连接,这远远超过一个低功率发射机所能实现的技术。该网络采用超窄带(UNB)技术,在保持稳定连接的同时,降低发射机功率。旨在适应几乎所有物联网应用程序,Sigfox几乎没有什么限制。如果应用程序每天不需要发送超过140个12字节的消息,并且可以接受每秒100位的无线吞吐量,那么Sigfox提供了一个可靠、低功耗和低成本的连接解决方案。

然而,与蓝牙等无处不在的通信协议不同,与Sigfox相关的技术被认为是相对“利基”的。“这给设计工程师们提供了一个陡峭的学习曲线来设计和实现一个成功的基于Sigfox的通信接口,为寻求解决远程物联网市场的公司创造了一个技术壁垒。”

模块化的Sigfox解决方案消除了技术设计障碍

ON Semiconductor在这个领域很活跃,最近宣布了一个可编程的Sigfox封装射频收发系统(SiP),它集成了一个先进的射频系统芯片(SoC)和所有必要的外部组件(包括TCXO),从而创造了一个简化和缩短设计和认证过程的机会。

AX-SIP-SFEU采用一个微型的7 mm x 9 mm x 1 mm统一涂层保护膜封装,仅占基于PCB模块方案空间的10%,能部署在空间受限的远程物联网(IoT)应用中。超低功耗设计,待机电流、睡眠电流和深度睡眠模式电流分别仅为0.55毫安(mA)、1.2微安 (mA)和180纳安(nA),这使得该器件能由常用于IoT应用的小型电池供电。

AX-SIP-SFEU通过通用异步收发器(UART)接口进行设备连接。AT命令用于发送帧和配置无线电参数;对于想要编写自己的软件以实现真正的单芯片方案的客户,可使用应用编程接口(API)变体。

通过使用AX-SIP-SFEU,与电源相关的问题也显著减少,得益于超低功耗设计结合了待机、休眠和深睡眠模式,在不需要传输时节省电能。在这些模式下,电流分别为0.55毫安(mA)、1.2毫安(mA)和180毫安(nA),这使得该设备可以由硬币电池(CR2032)供电。或者,可以使用能量收集技术,不需要任何形式的电池、管理或替换。

任何无线电设计,尤其是第一次设计时,最让人担心的就是获得批准。AX-SIP-SFEU SiP为RC1区域网络的Sigfox进行了验证,这意味着它被证明符合标准的RF和协议规范,从而确保了互操作性。此外,该设备已通过CE认证,验证其符合欧洲经济区销售产品的健康、安全和环保标准。

总结

虽然物联网带来了巨大的好处和机遇,但节点的小而复杂的特性给设计工程师带来了巨大的挑战。它们不仅必须满足物理尺寸限制和低功耗要求,而且还要确保设计中包含的射频通信符合国际标准——这给设计过程增加了时间、成本和风险。这对于需要远程无线连接的远程设备尤其重要,毕竟要设计出比蜂窝网络更经济的解决方案。

通过使用预认证的、超小型的、超低功耗的模块,如ON Semiconductor的AX-SIP-SFEU,设计师能够更加游刃有余的设计物联网节点,他们可以轻松地实现预认证的RF通信系统,而且几乎没有风险,从而消除物联网设计的一个重大技术障碍。

责任编辑:ct

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