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在物联网网络边缘实现无线、免电池的应用
作者:安森美半导体
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差压变送器, 压力变送器, 压力传感器, 压力开关, 张力传感器, ...
随着物联网(IoT)的快速发展,联接的IoT设备数、传感器数和执行器数将不断增长。在IoT网络边缘,有大量的终端节点,虽然这些单个节点可能都仅需极低的功率需求,且无需持续运行(仅在需要时才启动),但激增的节点数会产生极高的总功耗。因此,全球面临减少能源消耗的挑战,需要寻求替代能源以实现免电池的新方案为这些边缘节点供电和提升能效。同时,市场需要一系列的无线协议以实现无线互联,从而灵活部署、方便维护和降低成本。

致力于推动高能效创新的安森美半导体结合能量采集和低功耗无线互联技术,提供全面的超低功耗无线方案,包括创新的采集能量自供电方案、智能无源无线传感器、联接节点到云的超低功耗嵌入式硬件平台等,解决IoT 应用的能源和线束挑战,同时降低设计和维护成本,并符合可持续发展理念,使世界更环保。

低功耗技术是确保实施能量采集以实现免电池的关键
能量采集技术是指通过把如热电、振动、运动、太阳能等产生的但尚未利用的能量回收并转化为电能,代替电池为应用供电,在IoT的部署中将越来越重要。而通过能量采集实现免电池供电的关键是支持超低功耗无线协议的低功耗技术,如蓝牙低功耗(BLE), Zigbee、Sigfox、Mesh、近场通信(NFC)等标准,这些协议各有优势,满足不同的应用需求。结合能量采集和低功耗技术可省去电源、电池成本和更换成本,并具有环保意义。

蓝牙低功耗开关参考设计

蓝牙低功耗具备优化的能效,且易于联接到智能手机,是可穿戴、医疗设备、资产跟踪等各种智能设备进行短距离通信的首选协议。

安森美半导体创新的蓝牙低功耗开关参考设计,基于行业最低功耗的蓝牙5无线电,并结合采埃孚股份公司(ZF Friedrichshafen AG)的能量采集技术,获取用户按下按钮时传输的能量,将此动能转换为电磁能并最终转化为电能,储存起来供RSL10 SIP使用。

RSL10是蓝牙5认证的无线电系统单芯片(SoC),具有全集成的天线和所有无源器件,领先于嵌入式微处理器测试基准协会(EEMBC) ULPMark能效评测,取得该评测史首次超过1,000分的成绩,其系统级封装(SIP)模块RSL10 SIP简化系统设计并最小化物料单。

每次按下按钮,能量采集方案产生300 μJ能量,这足以满足RSL10 SIP的极低功耗要求:深度睡眠功耗仅62.5 nW,接收功耗低至7 mW。

该蓝牙低功耗开关参考设计完全以采集的能量工作,实现真正自供电的IoT应用,为IoT定义新的超低功耗水平,应用示例包括墙面和照明控制、楼宇自动化和资产跟踪。

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支持低功耗无线应用的快速原型平台B-IDK

安森美半导体的物联网开发套件(IDK) 曾获杂志《IoT Evolution》和网站IoT Evolution World选为2017物联网演进年度产品奖、获《ECN》选为快速原型制作影响力奖,是可配置的、联接节点到云的快速原型平台,涵盖所有不同类型的能力,包括通过嵌入式软件和固件的超低功耗互联、传感、驱动、电源管理,乃至基于云的管理和分析,简化和加速设计。

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B-IDK则是基于RSL10蓝牙5并结合IDK能力的低功耗快速原型平台,提供行业最低功耗,现成的示例代码,支持AWS、Azure、Bluemix或定制的云服务以实现可配置的云互联,还易于连接到其它IDK子板以扩展传感和控制功能。

上述的能量采集蓝牙低功耗开关与IDK和B-IDK都兼容。

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RSL10系列支持蓝牙Mesh网络

传统的蓝牙互联使两个距离较近的设备/节点之间能点对点通信。自蓝牙技术联盟(SIG)发布蓝牙Mesh,蓝牙技术开始全面支持Mesh网状网络,提供多对多设备通信,支持达32,000台网络设备和强制的网络安全,使设备制造商可以部署大规模、低功耗的蓝牙Mesh网络,实现用于智能家居、楼宇自动化和资产跟踪等广泛应用的远距离互联。

安森美半导体扩展了RSL10系列至支持蓝牙Mesh标准,提供更多功能及行业最低功耗,通过RSL10 USB适配器更好地使IoT边缘节点应用可受益于无处不在的、易用的蓝牙低功耗。

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NCS36510 支持ZigBee 3.0

ZigBee基于IEEE802.15.4标准,工作频率为 2.4 GHz(全球通用频率),支持短距离、低功耗的无线通信,如今已发展到ZigBee 3.0,使用 ZigBee ProR21网络,支持为最小、功耗最低的设备提供可靠的通信,还包括支持能量采集的Green Power。

如安森美半导体的NCS36510全集成、超低功耗SoC 射频收发器,接收功耗和发送功耗分别低至6.7 mW和6.0 mW,能通过采集的能量运行,提供1.0至3.6 V宽输入电源电压,集成ARM®Cortex®-M3内核和640 kB闪存,并采用AES256/128、真随机数发生器(TRNG)进行安全加密,典型应用如家庭与住宅自动化、楼宇及工业自动化、智能电网。

即用的RF系统级封装方案Sigfox SiP

Sigfox是一种超窄带技术,工作在200kHz带宽,使用免授权频谱,能实现最简单和最低成本的互联,支持远程通信。

安森美半导体经Sigfox认证的方案支持全球所有Sigfox区域(RCZ1-RCZ 4,RCZ 7),并符合严格的地方RF法规。如系统级封装方案AX-SIP-SFEU,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 mA、1.2 μA和180 nA,把Sigfox无线电、分立的射频(RF)匹配、所需的所有无源器件和固件集成在单个微型方案中,提供现成的Sigfox互联(上行和下行链路),用于楼宇和家庭自动化以及传感器和资产跟踪,具有AT和应用编程接口(API)版本,支持RCZ1区域网络,获CE认证,无需额外器件和认证。

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Sub GHz专有RF产品

Sub GHz支持远距离、超低功耗通信。安森美半导体专有的Sub GHz RF产品包括独立的RF核,如窄带版本AX5043/AX5243、宽带版本AX5051/AX5031等,和SoC(结合独立的RF收发器核与一个MCU核)如AX8052F1xx、AXM0F243,并配备软件开发工具支援设计。

采用这些专有的RF产品可实现适用于应用的最低功耗方案,由于不遵循标准的网络协议,所以省去昂贵的认证费,无强制更新。

智能无源无线传感器:免电池、免维护

安森美半导体的智能无源无线传感器(SPS)是一款屡次获得IoT领域创新奖的产品,它基于RFID标准协议,因而无需线缆;从接收的电磁场信号中采集能量,所以无需电池,能在难以布线或更换电池的网络边缘采集、测量并分析各种参数,如温度、湿度、距离等。SPS突破了传统的传感器技术,具有设计低功耗IoT平台的显著优势,也克服了NFC技术中通信距离短的限制。该方案的其它优势包括:超薄、扩展成本低,从而解决空间受限的挑战,并且配以开发套件成为一个完整的一站式解决方案,可实现多传感器IoT应用的快速配置和修改,性价比极高,加速设计。SPS适合各种需要数据监测的场合,尤其是预测性维护、工厂自动化和数据中心等应用。

总结

IoT应用规模在不断扩大,涉及大量的能源消耗,电池供电的设备还牵涉电池使用寿命和维护的问题。能量采集技术日益重要,低功耗无线技术是实现其意义的关键,这两大技术的结合将有助于实现免电池、免维护的无线互联应用,符合世界高能效和环保倡议。安森美半导体凭借领先的、全面的超低功耗无线技术,及丰富的技术应用知识和经验,持续开发一系列完整的低功耗无线互联方案,帮助在IoT网络边缘实现免电池/低功耗的无线IoT应用,解决能源挑战,并降低成本和加快设计。(end)
文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者,请点击此处) (12/19/2018)
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