在蜂窩工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中使用Altium Designer

“物聯(lián)網(wǎng)” (IoT) 多年來一直是熱門話題。連接和構建“事物”似乎是每個人都在做的事情。早在 2014 年，我就在認真考慮使用 NXP Kinetis K64 MCU 從互聯(lián)網(wǎng)上的亞當家族獲取“東西”！

圖1.物的互聯(lián)網(wǎng)

圖2.Thing命令行界面

如果你想要一個好的笑聲，有一些額外的細節(jié) 哈卡迪遺址 .

“家”這個詞能讓人聯(lián)想起“家”這個詞云服務最終會被關閉。不幸的是，“互聯(lián)網(wǎng)連接廁所”受到了很大的壓力，當有應用程序是物聯(lián)網(wǎng)的理想用例時。我覺得對于許多工業(yè)場景來說，物聯(lián)網(wǎng)，特別是蜂窩物聯(lián)網(wǎng)硬件，是一種提供持續(xù)價值的互聯(lián)解決方案的經(jīng)濟高效的方式。工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)不僅僅是傳輸原始數(shù)據(jù)；我們現(xiàn)在可以利用云的力量將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可操作的智能，使許多行業(yè)保持最高效率。

所有使現(xiàn)代生活成為可能的“東西”都是由大型機器驅(qū)動的，這些機器代表著巨大的資本投資，并承擔著持續(xù)的維護成本。這些巨大的機器是允許企業(yè)運作的價值流的一部分。像人類制造的任何設備一樣，這些機器需要維護和維護。在許多情況下，一個組織付錢給技術人員定期檢查和修理機器。技術人員的時間和管理費用都是金錢，而且無論技術人員是組織內(nèi)部人員還是供應商維護團隊的一員，您都需要為此支付服務費。最好的情況是技師可以定期（比如每月）檢查這些機器，并在出現(xiàn)問題時出現(xiàn)維修。畢竟，當制作奧利奧餅干的機器出故障時，我們需要盡快解決問題！

在這種情況下，您可以將日常維護檢查和維修的成本計算為美元。這種每月的“訂閱”是做生意的成本。與其花錢讓人定期進行維護檢查，不如讓數(shù)據(jù)收集自動化，并利用云計算的力量來推斷到底發(fā)生了什么？一旦您了解了運營和維護成本的底線，您現(xiàn)在就可以看到物聯(lián)網(wǎng)和蜂窩物聯(lián)網(wǎng)具有不可思議的價值。我觀察到很多人對物聯(lián)網(wǎng)“月費”的想法很反感。在我介紹的場景中，這是最便宜的做生意的方式，而且它提供了持續(xù)的價值。您可以隨時隨地了解關鍵流程的狀態(tài)。在我看來，有一家公司利用工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)模式每年為其他公司節(jié)省數(shù)億美元。

為了使這一概念生效，我們需要我們的傳感器和邊緣設備連接到互聯(lián)網(wǎng)。我認為這是一種安全可靠的通信方式。

• 新協(xié)議有新的蜂窩協(xié)議，即CAT-M1和NB物聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)了低功耗（甚至是電池供電）的連接解決方案，并由投資數(shù)十億美元的網(wǎng)絡作為后盾。

• 低成本有些人可能會說“為什么不使用WIFI，這不是免費的嗎？”。不！網(wǎng)絡連接從來都不是免費的。你總是可以把它的成本追溯到某個地方或某個人身上。考慮一下網(wǎng)絡工程師的時間，并考慮150美元/小時的完全負擔率，這是網(wǎng)絡安全工程師審核和提供設備的實際價格。有了手機，你可以得到每月幾美元的數(shù)據(jù)計劃。如果是月報，可以是月報。

• 即時安全部署“并行”聯(lián)網(wǎng)的思想一直是保障工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的一個非常重要的組成部分。使用手機，你可以發(fā)送一個解決方案，在拆箱，這不需要接觸客戶的內(nèi)部網(wǎng)絡。用于傳感器的全球蜂窩網(wǎng)絡已經(jīng)有10億美元的投資，允許接入人類有史以來最先進的無線網(wǎng)絡。

問問你自己這個問題：如果你正在解決的問題不能保證每個月花幾個錢就能遠程訪問信息，那么監(jiān)控資產(chǎn)或流程是否有價值？如果我們談論的是價值數(shù)萬或幾十萬美元的機器，那么決定非常簡單。

使用蜂窩網(wǎng)絡，客戶可以在不需要每次部署都花費網(wǎng)絡工程師的費用的情況下獲得開箱即用的連接。我們甚至可以隔離網(wǎng)絡流量，所以物聯(lián)網(wǎng)解決方案在公共互聯(lián)網(wǎng)上永遠看不到。數(shù)據(jù)可用且安全。當您需要方便的安裝和即時的客戶價值，手機是一個很好的選擇。我目前正在一個發(fā)酵監(jiān)測平臺為工藝釀酒。對于TZero Brew服務，我們經(jīng)常被問到是否已啟用Wi-Fi。簡短的回答是“不”。對于許多產(chǎn)品來說，Wi-Fi是一個糟糕的選擇，最終會侵蝕產(chǎn)品的價值主張。這似乎與流行觀點相反，但當你關注客戶價值時，很容易理解為什么。我們的目標是提供持續(xù)的價值，并在不中斷啤酒廠日常工作流程的情況下進入啤酒廠。我們是來幫助人們專注于他們的手藝。如果解決方案不易于安裝和部署，則它無法提供價值。

圖3：細胞連接的超聲波發(fā)酵傳感器

TZero Brew產(chǎn)品從內(nèi)部設計的超聲波探頭開始。在探測器“邊緣”處理數(shù)據(jù)，并通過蜂窩網(wǎng)絡將壓縮集發(fā)送到“云”。我們利用云處理的能力來做更復雜的算法來估計液體的狀態(tài)，這樣釀酒者就可以隨時隨地了解發(fā)酵罐內(nèi)的情況。有了這個模型，更新我們的算法很容易，因為所有的東西都部署在云中。

圖4.隨時隨地訪問您的流程

這種發(fā)酵監(jiān)控應用程序不僅僅局限于釀造。我們可以遠程訪問關鍵流體，如15萬美元冷水機組中的乙二醇，以保持關鍵流程的運行和機器的平穩(wěn)運行。我們甚至可以為下一代生物農(nóng)場提供電力合成生物學應用 !

當然，對于Instagram和YouTube來說，Wi-Fi是一個有用的數(shù)據(jù)管道。對于工業(yè)級服務，Wi-Fi并不總是為客戶提供最大價值。在TZero，當傳感器數(shù)據(jù)進入云中時，我們遇到了兩種一般情況：

1. 你走進一個客戶所在地，后屋里有一個消費級路由器和交換機。偉大的。您將獲得Wi-Fi密碼和默認SSID。這是為了安全嗎？你愿意讓衣柜里的消費者級路由器來控制你的服務質(zhì)量嗎？即使是最好的意圖也會產(chǎn)生不穩(wěn)定的服務。

2. 一個更大的組織幾乎肯定會有IT員工和某種形式的數(shù)字安全策略。在這種情況下，如果沒有某種程度的審核，您將無法連接到他們的網(wǎng)絡（有線或無線）。這并不簡單，可能需要數(shù)周的繁文縟節(jié)和審批。一個網(wǎng)絡工程師花費多少時間？客戶和解決方案提供商都會產(chǎn)生不小的部署成本。

我們的解決方案通過使用蜂窩網(wǎng)絡完全繞過了連接難題。再加上一些設備可能在外面，沒有WIFI連接。解決方案在第一天就準備好并配置好了。事實上，手機覆蓋并不是無處不在，但我認為它是在大多數(shù)關鍵過程所在的地方。它可以覆蓋廣泛的應用領域。再加上CAT-M1和NB-IoT等技術可以比手機蜂窩芯片組中使用的調(diào)制方案更進一步。這一能力被納入3GPP標準，它們是為物聯(lián)網(wǎng)而設計的。

這些年來，手機解決方案的價格大幅下降。曾經(jīng)，獲得解決方案的唯一方法是在PCB模塊上使用打包的解決方案?，F(xiàn)在有一些PCB級的解決方案，它們成本低，易于集成到您的設計中，并且具有各種功能，包括在單個解決方案中運行應用程序代碼。北歐半導體就是其中之一9160尼泊爾盧比 :

圖5.nRF9160蜂窩SIP

nRF9160包含兩個處理器。有一個Cortex M33內(nèi)核，帶有1MB閃存和256KB RAM，與專用于蜂窩通信的網(wǎng)絡處理器相連。除了能夠在CAT-M1和NB物聯(lián)網(wǎng)上工作外，它還支持GPS。該模塊有足夠的功率來處理任何本地傳感器/邊緣處理，并處理TLS安全堆棧，同時能夠參與蜂窩網(wǎng)絡。所有這些價格都在16美元，數(shù)量為1k。有沒有GPS的選擇更便宜。這是一個非常好的交易，也是移動物聯(lián)網(wǎng)模塊的游戲規(guī)則改變者。nRF9160針對低/功率電池應用進行了調(diào)整，這些應用可以使網(wǎng)絡上的數(shù)據(jù)閃爍數(shù)年。

我最喜歡的nRF9160是北歐給你他們的開發(fā)工具包設計完整的Altium文件。這意味著您對原理圖符號、示意圖和RF布局都有準確的參考。你可以看到天線匹配網(wǎng)絡以及GPS低噪聲放大器。例如，下面是一個示例鈥 事情91“原型工具

圖 5. Nordic Thingy:91 Altium 參考設計文件

圖 5. Nordic Thingy:91 Altium 參考設計文件

圖 5. Nordic Thingy:91 Altium 參考設計文件

執(zhí)行你的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)硬件設計所需的一切都在那里。Nordic還為 挪威盧比9160丹麥克朗，這對我來說是一個巨大的價值。目前，我們正在為TZero Brew產(chǎn)品進行其他設計，以支持合成生物學和乙二醇監(jiān)測方面的應用。使用北歐參考，我能夠在短時間內(nèi)準備好我的設計。甚至還有“刺”的空間。

圖6.使用nRF9160 DK參考文件的快速轉(zhuǎn)彎設計原型

這里要強調(diào)的一點是，我能夠快速完成一個蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模塊設計，這樣我們就可以很快得到預算估計，從而做出決策。我提倡快速犯錯，而北歐人使硬件設計過程變得非常容易。參考資料不停留在硬件上；Nordic還提供優(yōu)秀的軟件支持，以最大限度地利用該模塊。提供了一個基于Zephyr實時操作系統(tǒng)的SDK來引導固件工作。北歐設定了提供文件和參考設計的標準！

我希望我已經(jīng)給了你一些關于蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模塊設計的要點，包括工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)。在您的產(chǎn)品中開始使用蜂窩通信是前所未有的簡單。