無線連接技術(shù)將重塑工業(yè)應(yīng)用

作者/?ivind Loe Silicon Labs微控制器和傳感器產(chǎn)品高級(jí)營(yíng)銷經(jīng)理

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）對(duì)于Silicon Labs來說是一個(gè)非常重要的市場(chǎng)，這是因?yàn)閷?duì)于投資于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的終端客戶，其所具有的潛在投資回報(bào)率（ROI）是非常顯著的。SiliconLabs非常關(guān)注物聯(lián)網(wǎng)無線連接，并且我們已看到連接技術(shù)的改進(jìn)已經(jīng)成為從工業(yè)流程中獲得更多數(shù)據(jù)的主要推動(dòng)因素，而無線連接的成本比以前通過有線連接還更低。過去，在物聯(lián)網(wǎng)興起之前，某些測(cè)量在經(jīng)濟(jì)上是無法可行的，原因在于需要布線至遠(yuǎn)程傳感器的位置而帶來了高昂成本，或者需要在低頻率下對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行手動(dòng)采樣，因此就限制了流程的優(yōu)化，而這原本可以通過基于及時(shí)的、高性價(jià)比的傳感器測(cè)量而實(shí)現(xiàn)。然而，隨著新的通信技術(shù)的出現(xiàn)，這些測(cè)量可以通過多種標(biāo)準(zhǔn)和專有協(xié)議及不同帶寬來實(shí)現(xiàn)并進(jìn)行無線通信，而不需要投資于昂貴的重新布線。在相同時(shí)間單位里獲得更多有效信息，可使工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)的操作人員提高工藝流程的效率和質(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)收益和投資回報(bào)率最大化。

無線連接技術(shù)正在重塑許多工業(yè)應(yīng)用，例如在過去是非常難以實(shí)現(xiàn)或是實(shí)現(xiàn)成本很高的連續(xù)監(jiān)測(cè)傳感器；像zigbee這樣的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)在這些工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中做很多化繁為簡(jiǎn)的工作。一個(gè)很好的案例是綠色能源市場(chǎng)，目前許多國(guó)家正在將人工抄表電表升級(jí)為可持續(xù)讀取計(jì)量值的自動(dòng)電表。智能表計(jì)使得發(fā)電廠的操作員有能力去分析數(shù)據(jù)，并且在某些情況下還能控制整個(gè)電網(wǎng)的能耗，支持他們?nèi)?yōu)化電力生產(chǎn)以使其更加可靠和高效，同時(shí)為終端客戶降低用電成本。

僅依靠無線連接還不足以從工藝流程或環(huán)境中提取有價(jià)值的數(shù)據(jù)。當(dāng)然，傳感器是必不可少的，Silicon Labs為工業(yè)應(yīng)用提供一系列高精度的溫度、濕度、光學(xué)和磁性傳感器。終端節(jié)點(diǎn)上的無線微控制器也是一個(gè)關(guān)鍵組件。并不是所有的傳感器部署位置都有可用的電源，且通常的無線終端節(jié)點(diǎn)都采用電池供電，也有可能利用能量采集來對(duì)電池進(jìn)行充電。終端節(jié)點(diǎn)的功能現(xiàn)在是至關(guān)重要的，因?yàn)樵谠S多情況下，傳感器數(shù)據(jù)必須在終端節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行操作以提取有價(jià)值的信息，來盡可能減少無線傳輸數(shù)據(jù)的大小和頻率。這種邊緣計(jì)算方式對(duì)于節(jié)約能量至關(guān)重要，且在終端節(jié)點(diǎn)可根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)直接與其環(huán)境進(jìn)行交互的這種情況中也很重要。該功能可以使響應(yīng)時(shí)間大大縮短，而不是終端節(jié)點(diǎn)首先必須向中央服務(wù)器報(bào)告，然后接受一個(gè)命令后才在一個(gè)時(shí)間關(guān)鍵的工藝流程中執(zhí)行該命令。

Silicon Labs無線解決方案

終端節(jié)點(diǎn)上的無線微控制器必須具備多種特性才能以最佳的方式工作。強(qiáng)勁的無線連接是一個(gè)重要的基石，因?yàn)樗菬o線傳感器的主要保障者之一。Silicon Labs為其無線微控制器提供了zigbee、Thread、Bluetooth 5.0、Bluetooth mesh、Wi-Fi和一個(gè)強(qiáng)壯的專有無線協(xié)議平臺(tái)，來支持任何無線通信場(chǎng)景，并提供各種有線連接選項(xiàng)，包括CAN、以太網(wǎng)和以太網(wǎng)供電（PoE）。

Silicon Labs也提供多協(xié)議無線解決方案，它們支持在單個(gè)無線微控制器上用同一套射頻電路和天線去“講”多種無線協(xié)議，以幫助去調(diào)試/重置終端節(jié)點(diǎn)，并支持終端節(jié)點(diǎn)同時(shí)成為多個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)的一部分。例如，在一家工廠的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中的一款zigbee溫度傳感器也可能支持藍(lán)牙，允許傳感器節(jié)點(diǎn)安裝工人使用智能手機(jī)的藍(lán)牙連接來設(shè)置傳感器節(jié)點(diǎn)，并把它授權(quán)加入一個(gè)zigbee網(wǎng)絡(luò)。此外，工廠人員也可以在需要時(shí)使用藍(lán)牙直接與在zigbee網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行的傳感器進(jìn)行通信。這種動(dòng)態(tài)多協(xié)議連接方法也適用于許多其它無線組合，包括專有協(xié)議。

為了支持低功耗運(yùn)行，Silicon Labs的無線微控制器有專門用于支持測(cè)量傳感器的硬件，在片上控制器處于睡眠狀態(tài)時(shí)仍支持傳感器運(yùn)行。該低功耗架構(gòu)支持終端節(jié)點(diǎn)積極地對(duì)其傳感器進(jìn)行采樣，卻僅消耗極少量的功耗。低功耗運(yùn)行也延伸至計(jì)算和RF傳輸，支持微控制器在有效地將信息傳輸給收集器之前在終端節(jié)點(diǎn)上完成必要的計(jì)算。

從終端節(jié)點(diǎn)到云端的安全性是必需具備的功能，以支持可靠且安全的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，并防止自動(dòng)化工廠被入侵和數(shù)據(jù)泄露。所有的Silicon Labs無線和有線微控制器都集成了復(fù)雜的硬件加密，既有對(duì)稱加密也有非對(duì)稱加密。Silicon Labs的微控制器也帶有軟件來支持高效地使用先進(jìn)的加密技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)安全通信、固件更新和許多其它益處。