最新半导体和电子元件的全球授权分销商贸泽电子 (Mouser Electronics) 与aconno签订全球分销协议,aconno是一家致力于推动软件、硬件与互联设备之间无缝对接的技术开发公司。

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签订此分销协议后,贸泽开始备货aconno物联网 (IoT) 解决方案,其中包括ACN52832智能蓝牙®模块、ACD52832开发板及ACNPROG编程器。ACN52832模块的核心是Nordic Semiconductor nRF52832片上系统 (SoC),其中包含2.4 GHz收发器、32位ARM® Cortex®-M4F处理器、512 KB闪存、64 KB RAM以及多个数字外设。此外,该模块还集成了电源去耦电容、32 MHz和32.768 kHz晶振、负载电容、DC-DC转换器射频 (RF) 匹配电路以及用于扩展通信距离的天线。

ACD52832开发板适用于采用aconno ACN52832模块的智能蓝牙、ANT和2.4GHz等专有应用。此开发套件配备9自由度 (DoF) 惯性模块、各种传感器和执行器以及高分辨率电子纸显示屏,有助于快速开发高度集成的新型IoT设备。

aconno ACNPROG提供独立于供应商的小型调试接口,可用于ACN52832模块和其他具有Tag-Connect接口的ARM芯片。ACNPROG采用48 MHz处理器,允许开发人员借助于各种通用软件(包括Keil、OpenOCD、GNU GDB、iAR和ebed在线编译器)快速为设备编程。

更多有关aconno的信息,敬请访问http://www.mouser.com/aconno

贸泽电子拥有丰富的产品线与卓越的客服,通过提供采用先进技术的最新产品来满足设计工程师与采购人员的创新需求。我们库存有全球最广泛的最新半导体及电子元件,为客户的最新设计项目提供支持。Mouser网站Mouser.cn不仅有多种高级搜索工具可帮助用户快速了解产品库存情况,而且网站还在持续更新以不断优化用户体验。此外,Mouser网站还提供数据手册、供应商特定参考设计、应用笔记、技术设计信息和工程用工具等丰富的资料供用户参考。

关于贸泽电子 (Mouser Electronics)

贸泽电子隶属于伯克希尔哈撒韦集团 (Berkshire Hathaway) 公司旗下,是一家屡获殊荣的一流授权半导体和电子元器件分销商,专门致力于以最快的方式,向设计工程师和采购人员提供业界顶尖制造商的最新产品。作为一家全球分销商,我们的网站mouser.cn能够提供多语言和多货币交易支持,分销来自超过600家生产商的400多万种产品。我们通过遍布全球的22个客户支持中心为客户提供一流的服务,并通过位于美国德州达拉斯南部,拥有最先进技术的7万平方米仓库向全球170个国家/地区,超过55万家客户出货。更多信息,敬请访问:http://www.mouser.cn

关于aconno

Aconno由一群充满激情和创造力的技术人才组建而成,他们热衷于尝试创造性思维,运用出色的技术打造与众不同的产品。aconno相信,打造智能产品是一项简单而有趣的工作,然而随着技术与电子产品的日趋复杂,人们创造智能产品的能力也在逐渐降低。

Aconno致力于推动软件、硬件与互联设备之间的无缝对接,公司宗旨是充分释放人类的创造力并激励全球开发人员利用低功率电子产品创造出伟大的互联产品和智能设备。

围观 5

对于那些为物联网应用领域开发智能传感器的人士而言,性能与功耗的关系是最微妙的权衡考虑。在广阔的性能空间中,噪声常常是一个重要的评估因素,因为它能制约智能传感器中关键功能模块的器件选择,进而提高功耗负担。此外,噪声特性在很大程度上决定了滤波要求,而这又会影响传感器对条件快速变化的响应能力,延长产生高质量测量结果所需的时间。

在支持连续观测(采样、处理、通信)的应用中,系统架构师常常不得不解决噪声与功耗相互对立的关系,因为噪声最低的解决方案很少正好也是功耗最低的解决方案(就特定功能类别的器件而言)。例如,MEMS加速度计常常用作远程倾斜测量系统的核心传感器。表1显示了两款不同产品的重要特性,它们提供目前在业界领先的噪声或功耗性能:ADXL355(低噪声)和ADXL362(低功耗)。

表1. MEMS加速度计比较

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表1包括四行,其中三行对应ADXL362的可选工作模式,剩下的一行给出了ADXL355的主要指标。从这一权衡空间的关键边界开始,ADXL355的噪声比最低功耗模式的ADXL362要低几乎27倍,但前者的功耗要高得多。性能要求更具挑战性的应用可能需要考虑ADXL362的最高性能模式,此时ADXL355的噪声要低9倍,但ADXL362的功耗要低13倍。

在不需要连续观测的应用中,平均功耗与噪声的关系变得更有意义。或许令人难以置信,但噪声和功耗的关系甚至可能变成互补式。这对开发人员来说无疑是个好消息。因为在之前的设计中,开发人员可能因难以确定该让功耗还是性能主导其设计而延误了时机。而现在,无需等待其他人在这一权衡中做出决定,智能传感器架构师可自行对权衡范围内的相关选项进行量化;这一做法将重新定义架构师的工作。

智能传感器架构

为了量化特定应用的相关选项,首先需要对信号链做一些假设,因此可以从概念架构开始。图1是智能传感器架构的一般例子,其中包含了最常见的功能。

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图1. 智能传感器架构

核心传感器

智能传感器节点中的信号链从核心传感器功能开始。最基本形式的核心传感器也称为变换器,其将物理条件或属性转换成代表性的电信号。传感器的比例因子描述其电响应与其监控的物理属性或条件的线性关系。例如,提供模拟输出的温度传感器(如AD590)的比例因子单位为mV/°C;数字加速度计(如ADXL355)的比例因子用LSB/g或码数/g来表示。

滤波器

信号链(图1)的下一个功能模块是滤波器。这一级的作用是降低核心传感器可能支持,但与应用无关的频段中的噪声。在振动监控应用中,这可能是一个带通滤波器,它将随机振动与可能指示机器寿命减损的特定频谱特征分离开来。在倾斜传感器中,这可能是一个简单的低通滤波器,例如移动平均滤波器。这种情况下,时长是建立时间与滤波器输出残余噪声之间的一个重要权衡因素。图2显示了ADXL355艾伦方差曲线的例子,它表示相对于产生测量的均值时间,测量的不确定性(噪声)。

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图2. 艾伦方差曲线:ADXL355和ADXL362

校准

校准功能的作用是通过应用校正公式来提高测量精度。在要求极高的应用中,通常是在严格受控条件下进行测量,通过直接观测传感器响应来获得此类校正公式。例如在倾斜传感器应用中,校准过程涉及到观测MEMS加速度计在多个不同方向上相对于重力的输出。这种观测的一般目标是观测传感器对足够多取向的响应,从而求解如下关系式(参见方程1)中所有12个校正系数(m11, m12, m13, m21, m22, m23, m31, m32, m33, bx, by, bz):

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方程1中的校正系数用于处理偏置、灵敏度和对准误差。此公式还可以扩展以包括更高阶传感器特性(非线性)或环境相关性(温度、电源电平)。

数据处理

数据处理功能用于将校准且滤波的传感器数据转换成适当的测量结果以对应用提供最佳支持。在振动监控系统中,这可能是简单的RMS-DC转换或带频谱报警的快速傅里叶变换(FFT)(参见ADIS16228)。在倾斜检测应用中,智能传感器会利用方程2、方程3或方程4将传感器对重力的加速度响应转换成方位角估计值。

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这三个关系式分别代表使用一个、两个和三个加速度计测量结果的倾斜估计,假设各加速度计完全正交。

通信/存储

通信/存储功能支持所有物联网云服务的数据分级和连接(加密/安全、存储和分析)。

周期供电操作

电源管理(PM)功能对典型智能传感器有三个作用。第一个作用是管理信号链中所有器件的上电时序要求。第二个作用是将电源供应转换成适当的电压来支持信号链中所有器件的最优运行。最后一个作用是在以一定时间间隔进行测量的系统中,提供排程信号来触发每次测量事件。

周期供电是识别智能传感器节点中此类断续操作的常见方法。在两次测量事件之间,智能传感器处于低功耗(或零功耗)状态,这种技术有助于节能。图3显示了一个采用此技术的智能传感器在一个完整测量周期上的瞬时功耗。

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图3. 基本周期供电图

方程5提供了一个利用图3所示运行特性来估算平均功耗(PAV)的简单关系式。

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PON是智能传感器节点执行采样并处理数据以产生和传输相关测量结果的平均功耗。

POFF是智能传感器节点支持低功耗睡眠模式所需的平均功耗。

tON是智能传感器开启、产生测量结果、将该结果传输到物联网云、然后关闭所需的时间。

tOFF是智能传感器处于静止状态(睡眠模式或完全关断)的时间。

T为平均测量周期时间。

测量过程

在其开启时间(tON)内,智能传感器通常会经历多个不同运行状态。图4和方程6显示了一个示例序列,其将开启时间分为四段:初始化、建立、处理和通信。

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图4. 智能传感器测量周期序列

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tI是初始化时间,代表从施加电源 (VSP)到信号链中的各器件准备好支持数据采样和处理的时间。

tS是建立时间,代表从第一个数据样本到滤波器输出(VSM)建立于足够高的精度水平的时间。

tP是处理时间,代表从滤波器建立到产生测量结果所需的时间。这可能包括应用校准公式、专门的信号处理以及根据物联网安全协议进行数据加密的时间。

tC是通信时间,代表连接云服务、发送加密数据以及支持差错校验或身份验证服务所需的时间。

建立时间影响

根据测量周期的阶段划分(图4),很明显,在滤波器建立时间这一段中,噪声可能会影响周期供电的智能传感器节点的功耗。一般而言,来自均值操作的噪声幅度的降低量与均值时间的平方根成比例,而能耗的增加量与均值时间是直接比例关系。因此,噪声幅度降低10倍会引起能耗(滤波建立期间)增加100倍!这种不成比例的权衡关系很快会对只需最少滤波(最低噪声)的传感器有利。

应用示例

考虑图5所示的微波天线平台,其停靠在一个塔式平台上。在此类通信系统中,数据链路的可靠性取决于指向角的精度。为了维持指向角,可能需要手动调整,特别是地震或其他原因扰动了天线所停靠的平台之后。此类远程维护的成本高昂,而且不能及时响应,因此,作为维护响应策略的一部分,一家天线运营商正研究利用MEMS加速度计监控天线方向变化的可行性。

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图5. 微波天线平台

系统架构师根据最基本的功能要求开始了此次调研:维持各天线平台的可靠通信。该系统中,可靠的数据通信要求天线指向角始终位于天线的半功率波束宽度(HPBW,参见图5)以内。因此,他们决定:如果天线在短时间内的方向变化达到天线HPBW的25%,那么就触发一次实地维护需求。

在支持此目标的误差预算内,架构师允许倾斜测量的峰值噪声为测量目标(HPBW的25%)的10%。为简明起见,架构师还指定噪声峰值等于噪声均方根(rms)值的3倍。方程7反映了所有这些限定条件,并将其简化为一个关系式,即倾斜测量中的噪声必须小于HPBW/120。

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方程8是该角度噪声要求与MEMS加速度计的相同性能指标的关系式,它是通过如下方式得来:将方程7的结果代入方程2中的加速度和倾斜角基本公式。

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因此,若天线的HPBW为0.7°,则加速度计的噪声必须小于100 μg才能达到现有标准。

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为使测量实现100 μg的不确定度,可以利用这一结果作为指标来确定各候选传感器(表1)所需的均值时间量。回顾图2可知,ADXL355将需要约0.01秒(tS355 = 0.01,参见方程10)的均值时间才能达到要求。

对于ADXL362,可以做简单的近似计算:因为其噪声是ADXL355的9倍,所以为了达到相同的目标,需要的均值时间将是ADXL355的81倍(tS362 = 81 x tS355,参见方程11)。方程10反映了来源于ADXL355建立时间的能耗,方程11反映了来源于ADXL362建立时间的能耗(参见表1)。

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出乎意料的是,对于该噪声性能水平,最低能耗来自最低噪声的加速度计,而不是来自最低功耗的加速度计。方程12将方程10和方程11中各传感器的能耗估计值除以测量间隔(T = 10秒),得到建立时间对功耗的估计贡献。

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结论

本文揭示了一种特殊情况,即最低功耗解决方案是由噪声最低的核心传感器实现的,而不是由功耗最低的传感器实现的。新兴物联网应用对性能要求严苛,而可用能源则很有限;对于那些为此类应用开发智能传感器方案的人士来说,这种解决途径可能是一个重要的启示。事实上,愿意了解并挑战哪怕是最根本的范式的人士,可能会获得更巧妙的解决方案。有时候,同一传感器既能提供最高性能,又具有最低功耗。

作者

Mark Looney是ADI公司(美国北卡罗来纳州格林斯博罗)的MEMS和传感器产品线应用工程师。自1998年加入ADI公司以来,他在传感器信号处理、高速模数转换器和DC-DC电源转换领域积累了丰富的工作经验。他拥有内华达州大学雷诺分校电子工程专业学士和硕士学位,曾发表过数篇有关在工业应用中运用MEMS技术的文章。

本文转载自ADI
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围观 4

作者:Barry Manz

也许有一天,一个单一的协议便可适用于物联网所有的应用,但这种趋势似乎并不明显。如今,越来越多的解决方案蜂拥而出,如Google支持的线程协议等。

新词“物联网”可谓无处不在,您可能对它有些审美疲劳,但它确实是接下来的“一件大事”,它的出现将永远改变人们的生活。这里,关键字眼是“接下来”,因为使用物联网的大多数应用程序还在陆续发布中,或尚且需要一段时间才能问世。这并不是因为技术缺失,而是在于不兼容的协议不断涌现,且暂时没有一个协议脱颖而出。鉴于物联网市场规模巨大,这种情况并不让人感到惊讶,况且也不是无先例可循(还记得Betamax-VHS之争么?)。但这一次,是诸多协议一起混战,争夺市场领先位置。如今,线程协议也加入了这场战役中。

“智能”恒温器和烟雾/一氧化碳报警器制造商Nest Labs使用了线程协议(http://www.threadgroup.org/)。Nest Labs于去年7月被谷歌以32亿美元收购。一个月前,Nest宣布,将成立工作小组,与硅供应商ARM、飞思卡尔半导体、三星及Silicon Labs合作,以及融合锁制造商Yale的Big Ass解决方案,共同开发一款物联网协议。

自那时起,逾80多家公司以合作商或附属公司的身份加入了董事会。这是富有前景的新协议,因为每个主要竞争者都有许多支持者,每家公司都在进行一场豪赌。实际上,Nest的恒温器产品中已集成了一版线程,但尚未正式启用。

线程是ZigBee、Z-Wave和蓝牙低功耗(BLE)(通常也被成为蓝牙4.1和智能蓝牙)的强大竞争对手,它具有一些优势。首先,Nest/谷歌采用了ZigBee和Z-Wave所采用的方法,而不是创建基于IEEE 802.15.4无线标准和IPv6(最新版本的互联网协议IP)的新方式。IPv6将IP地址的数量扩展到2^128,取代了先前的IPv4。2011年,IPv4 IP地址的数量达到了43亿。线程架构如图1所示。

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图1:线程协议的主要组件。线程旨在设备、访问和气候控制、能源管理、照明、安全性能。(来源:http://www.threadgroup.org/Portals/0/documents/events/ThreadIntro.pdf)

其次,在Nest的管理下,线程协议得到了谷歌的大力支持,获得了大量的资源、市场影响力及资金。就在谷歌收购Nest之前,Nest买下了Dropcam。Dropcam是一家民营制造商,主打创新型且便于使用的基于Wi-Fi的网络摄像头和追踪器。其用户在任何地方都可以查看他们的连接摄像头,并在云中存储视频文件,以便日后查阅。鉴于谷歌在数据收集和地理定位方面享受无限的资源,线程协议与Dropcam基于云的视频监控、基于Android的智能手机以及Nest关于用户家庭和习惯的信息,这将是一个强有力的组合。不过,这个强强组合也引起一些人士的不满。批评者指出,谷歌无法找到我们的相关信息(这一批评在物联网也普遍存在)。

对于线程协议,BLE看似是最脆弱的目标。蓝牙虽无处不在,但却不针对个人网络。蓝牙相关的规范也体现了这一点。不过,目前,这一现象正在迅速发生改变。BLE最大的缺点是,它不能形成一个可以自修复的设备网状网络。如果设备或网络上的链接失效,为使系统处于启动状态,行动线路将会发生变更。网状网络对于物联网应用至关重要,如家庭自动化应用,包括恒温器和安全警报器等,它们必须非常可靠。这同样适用于工业网络,更适用于在公共安全或其他关键任务环境中运行的网络,以及城市内连接大量设备的网络等。

物联网中使用BLE另一个主要劣势是最大续航里程。它的续航里程限于330英尺左右,但实际操作中通常更少。在家庭自动化或其他网络环境中,这个范围还算合理,但若没有网状网络,将产生很大的问题。相比之下,基于IEEE 802.15.4的物联网解决方案可以在100英尺左右的范围内运行,并通过连接网络大幅扩展范围。

由于线程、ZigBee等 (不是BLE)支持128-b IPv6寻址方案,它们在IP寻址方面或多或少都能适应未来的发展趋势,且随着物联网设备的激增,这将是强制性的要求。不过,虽然BLE目前还不支持IPv6,但下一代产品将加以改进。

蓝牙DOA是否适合物联网?

当其他制定物联网标准的团体和行业协会正竞相巩固自身的地位,并最终敲定其基于标准或开源的策略时,Bluetooth Special Interest Group、Broadcom、Qualcomm等公司则反其道而行,致力于打破这种统一标准对物联网应用程序的限制。

2010年发布的BLE可能有局限性,但它正不断改进,其性能将超越传统的蓝牙,甚至不断突破,超越自身。例如,2013年推出的蓝牙4.1,其数据速率为1 Mb/s,比许多以物联网为中心的同类竞争产品速度要快,但也比“传统”的蓝牙速度慢。蓝牙4.1有标准的128-b AES加密功能,并将延迟从100毫秒减少到6毫秒或更少。

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图2: Broadcom公司的BCM20737 WICED SMART Bluetooth设备是高度集成的BLE SoC。

蓝牙技术联盟(Bluetooth SIG)也在为连接互联网铺平道路。今年2月,该联盟发布了蓝牙智能网状网络工作组(得到了80多家公司的支持),旨在为标准化的蓝牙网状网络功能构建架构。规范一经发布,物联网应用使用统一标准时缺乏网状网络架构的缺陷便得以消除。这将有效地将蓝牙技术推向顶层竞争位置,其影响就如2003年EE时代的技术,自然而然,一气呵成。

群体思维

Thread、 ZigBee和 Z-Wave所使用的IPv6、IEEE 802.15.4及6LoWPAN(基于IPv6的低功耗无线个人区域网络)相互互补。IEEE 802.15.4和6LoWPAN则构思明确,主要服务于处理能力有限、数据率低、射频输出功率低及电源或电池功耗最小的设备。这样一来,设备和网络的设计将相对简单,成本更低。

所有这些标准都使用了对称密钥128-b AES加密功能,可能具有3.4 x1038种加密组合。若使用当前的超级计算机来破译,则大约要花费149万亿年。国家安全局十分认可其安全性能,将其定义到保密级别。自伦敦Context Information Security Ltd公司宣布入侵智能手机控制的照明灯后,这种对安全的需求愈发凸显。他们便是使用的6LoWPAN和WiFi作为无线传输方案。入侵事件对该公司的声誉产生了极坏的影响。正如线程网及其他网站所述:我们对物联网安全的需求正与日剧增 (来源:“入侵互联网连接灯泡“)

并具备所有板载射频组件。它是对无线控制或传感产品的补充,与电源以及开关、致动器和传感器等外围设备一起,形成了一个完整的产品。

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图3:NXP的JN5168-001-Mxx

线程的其他特性包括:可以在网络上容纳250到300个设备,并在设备之间或设备与云之间进行通信,因此,经过身份验证的用户及其移动和固定设备,通过任何基于Web的连接便可以访问网络。与同类竞争产品一样,线程对物理层和MAC层进行了定义,而上层则对应用程序开发公开。线程为低延迟,约为100毫秒,小于基于Wi-Fi的解决方案,并且可以让任何设备立即做出反应。

总之,线程占据了以下优势:网格网络、基于云的方法、适用IPv6标准的无限制可用IP地址、128-b AES安全性能、适用IEEE 802.15.4标准的大型网络、适用6LoWPAN的物联网路由等,同时还具有低延迟特性及应用程序开发的灵活性。总的来说,这些属性使线程得以与ZigBee、Z-Wave和BLE相抗衡。当然,不可否认,谷歌可以利用其自身的影响力和资源来推动线程的发展。

线程具备这些优势并不意味着能打败竞争对手,独占鳌头,成为物联网世界的标准。尽管使用物联网的应用不断涌现,但这些都是早期的事情,还有许多问题有待解决。其中一个最大的问题是,在一个协议脱颖而出,占据市场之前,还要历经多长的时间。物联网世界的最佳愿景是共享一种标准协议。但在这场角逐中,各个协议必将有一场争夺。不过,预计物联网的规模将足以支持各种解决方案,这些解决方案将匹配最合适的应用程序。物联网的预期增长如图4所示。

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图4:无线设备的预期增长展示了物联网的指数增长

竞争产品

为了对线程有更好的认识,有必要先了解同类竞争产品的一些资讯。除了上述内容,在美国、欧洲及世界其它国家和地区,许多机构正在开发自身特色的物联网战略,本文所提到的方案相对而言处于竞争上游。

ZigBee 3.0:以2.4 GHz运行的高度发达的网状网络标准,有400家厂商支持。它的最大数据速率为250 kb/s,通过扩展,可以在100英尺范围内支持数千个节点 (由IEEE 802.15.4标准定义),支持IPv6和128-b AES加密功能。其“3.0”版本已推出,并在2015年第三季度获批。“3.0”版整合了以前所有独立的应用程序,包括ZigBee家庭自动化、ZigBee Light Link、ZigBee楼宇自动化、ZigBee零售服务、ZigBee医疗保健和ZigBee电信。先前,“ZigBee”变体的蔓延受到了许多竞争对手的诟病,而这一版本则解决了这些问题。ZigBee联盟: www.zigbee.org

ZigBee Pro:ZigBee新的网状网络变体,在900 MHz无授权频段和2.4 GHz下运行,每个网络可以容纳64000个节点,连接网络后容纳节点将翻倍。其捷变频为16个频道,支持多星拓扑和跨个人区域网络、扩展频谱调制技术,可以避免干扰,并支持包括广播在内的各种传输选项。它具备“ZigBee绿色能源”选项,无电池的设备也可以加到网络中,从而为极低功率操作提供了一种能量采集技术,如运动、光和振动。ZigBee联盟: www.zigbee.org

Z-Wave:成熟的网格网络标准,以900 MHz 运行(各个国家略有不同),有300多家公司支持。其在设计中加入了可操作性,不像ZigBee(3.0之前的版本)那样必须针对特定的应用程序。它的最大数据速率是100kb/s,支持多达232个节点,且节点之间的距离为100英尺。它还合并了IPv6和128-b AES加密功能。ZigBee联盟:www.zigbee.org

AllJoyn:新兴的开源合作软件框架,在不考虑带宽、类型、传输媒介和操作系统的情况下,允许开发者编写物联网应用程序,且不需要使用云或网络。它支持WiFi、以太网、串行和电力线传输介质。其支持的操作系统包括RTOS、Arduino、Linux、Android、iOS、Windows和Mac。该框架使用128-b AES加密功能,目前获得120多家公司的支持。ZigBee联盟:www.zigbee.org

CSRmesh™:由CSR(前身为剑桥硅无线电)创建,允许无限量的BLE设备联网,并由智能手机、平板电脑或PC控制,这是第一次有效地创建蓝牙网络。www.csr.com

开放互连联盟:开源行业联盟目前属于Linux基金会,专注于改善互操作性,定义物联网的连接要求。它使用了一个通用的通信框架,并在个人电脑和新兴物联网设备之间进行无线连接及信息流动的管理,而不考虑形式因素、操作系统或服务提供商。该联盟最近发布了loTivity规范预览版。 www.iotivity.org

市场是否会陷入混乱?

在这个快速发展的物联网市场,要追踪所有的角逐者十分困难,因为每一场角逐都是瞬息万变。BLE、ZigBee、Thread和Z-Wave的王者之争将会持续一段时间,因为它们都有自身的优势和支持者。也就是说,一旦BLE获得Bluetooth SIG网状网络的支持,以上四种标准都将具备在物联网世界立足的必要装备,这样,特定的选择,而非技术上占优势的标准将获得普遍支持。尽管如此,对于那些希望创建可兼容且可互操作的制造商而言,尽管方法不同,方式各异,开放源码仍具有吸引力。

原文链接: http://www.mouser.com/applications/IoT-protocols-growing-stack/

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围观 7

物联网(IoT)设备不仅诠释了最新通信技术和云连接,同时还重新定义了像电灯开关这样问世已逾百年的老产品。有了IoT,研发人员往往可以为产品增添远远超出几年前所能想象的额外的新功能。例如,现在只要一个电灯开关就可以在准备睡觉时关掉家里所有的灯,调节家里任意一盏灯的灯光颜色和亮度,设置照明方案的自动执行顺序以及无论是否在家都可通过智能手机对这一切进行远程控制。然而,IoT设备同时还是嵌入式产品,也就是说用户无需事先阅读使用手册就可以对它们进行操作和控制。

挑战和机遇

由IoT引发的用户界面(UI)是为用户带来不少裨益(但不仅限于连接)的一个关键因素。现在客户对 UI 的期望越来越高,特别是针对嵌入式设备还限定了低功耗、小尺寸和低成本等要求。要迎合用户期望研发出具有这些嵌入式需求的时尚 UI 确实是一大挑战,然而应对这一挑战也是决定一个产品成功的关键要素。21 世纪的电灯开关会是什么样的呢?我们又该如何充分利用IoT,而不仅局限于“连接一切事物”的基本概念呢?

手势或有含义的手部动作,是人类从起源之初就一直使用的基本交流方法,也是我们日常生活的一部分。我们只要向上挥手就“开灯”,简单的顺时针旋转来“调亮灯光”。调暗灯光或关灯无需过多解释了。基于手势的用户界面是非常直观的。将手势应用于控制将会在消费者可用性和工业设计方面带来一系列的改进,而且这些都可以在项目预算范围内实现。

运用电场

Microchip 的 MGC3030/3130 手势控制器提供了真正的单芯片手势检测,可实现上述功能。这些控制器基于 Microchip GestIC®专利技术而设计,通过电场来检测人体手部的动作(见图 1 和图 2)。

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图 1:GestIC®技术运用电场来检测手部动作

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图 2:手部动作干扰电场时就能检测到手势

由于采用了电容式传感技术,该系统不需要任何照明,而且这一操作的实现也不需要透镜或是开口。例如,利用无缝集成的手势检测板,电灯开关可以有一个光滑的表面;它甚至可以隐藏在石膏板后面,与房间的室内设计融为一体而不会有破损。

这款手势控制器完全以嵌入式用途为设计宗旨,可对环境变化作自动校准,备有片上手势检测功能。这一技术无需主机计算,且配有自动唤醒/休眠功能。后者不仅是满足系统低功耗需求的一个关键因素,而且对用例而言也是至关重要的。自动唤醒功能提供 7 天 24 小时全天候的手势检测,实现了永远工作着的用户界面,迎合了我们对电灯开关的期望。当你的手一靠近电灯开关,自动唤醒功能就会被触发,在你控制开关之前提前照亮这一区域。人们往往是在黑暗中使用电灯开关的,因此这是一个非常有用的特性。

用包括印刷电路板(PCB)在内的任意导电材料制成电极就能产生电场,实现传感功能。内置的模拟前端,加上 32 位内核中运行的固件,可以感应到因用户手部动作而产生的任意电场变化并进行相关处理,从而识别出相应手势并提供用户手部的X-Y-Z 坐标信息。这个内置的模拟和数字噪声滤波功能从根本上保障了手势检测的可靠性。即使是动态的、不断变化的环境也不会对该系统造成影响。

该系列的所有控制器产品均通过 I2C 连接至一个可选主机。手势信息就这样被传送到主机,有了这个简单的拓扑结构(见图 3),控制器可以快速集成至任意一个设备。

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图 3:采用 MGC3030 3D 手势控制器的 GestIC®拓扑结构

此外,它们对主机的需求降至最低,手势端口还支持无主机使用。凭借这个手势端口功能,特定的手势可以轻松映射到可配置输入/输出接口。这样,产品开发过程中根本无需进行软件开发,即可实现基于手势的用户界面,从而大大加快产品上市。

采用 GestIC 技术的设计工作借助图形用户界面(GUI)来完成,可以定制行为,选择对应的手势,并且将有关设置和时序信息传递给应用。

Microchip 的手势控制器可提供一系列强大的功能,涵盖了 3D 手势以及触摸和接近检测。根据 X-Y-Z 坐标信息,可增加实时跟踪自由空间运动的功能。

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图 4:MGC3030 3D 手势控制器

结论

GestIC 技术支持多样化的、强大的手势功能。这种 UI 方式的优势体现于各种家庭自动化应用,包括但不限于室内照明、音频、采暖、空调、窗户、百叶窗和防晒系统等用例。而可以检测随意手势的功能则成功实现了接听/拒接电话来电的操作,有效降低了驾驶员行车时分心的情况。仅凭一个简单的手部动作即可令无线音箱快进播放下一首曲目,而一个旋转动作就能调节音量高低。当人们能选择以无需接触任何物体的方式来实现坐便器冲水操作的时候,我们才会知道嵌入式手势感应的时代真正到来了(而目前的冲水感应器仅仅只能检测到运动而非精确的动作)。

注:GestIC 为 Microchip Technology Inc.在美国及其他国家或地区的注册商标。在此提及的所有其他商标均为各持有公司所有。

公司信息:
Microchip-微芯科技

围观 6

作者:Chance Dunlap

云服务规模的指数式增长推动了数据中心、网络和电信设备领域发生显著进步。通过互联网协议(IP)地址连接到云的物联网(IoT)设备数量,已经超过地球上人口的数量。这些增长对处理不断增加的数据和视频的服务器、存储器和网络交换机带来了巨大影响,正将基础设施设备的处理能力和带宽推到极限。对电源设计工程师而言,主要挑战在于如何高效地为这些设备供电和散热,同时将用电量降到最低。工程师在使用目前的先进处理器、ASIC和FPGA时还必须平衡电路板电源占位面积与散热。

本文综述了多相转换器架构的演变,并比较了不同的控制模式方案;同时介绍了一个采用综合电流控制的新型多相控制器系列。控制技术的这一进步使电源解决方案能够提供逐周期的电流平衡和更快的瞬态响应,同时以零延时跟踪每个相电流。

多相技术发展到为IoT供电

随着终端系统功能的不断增加,对处理能力的要求也相应增加。处理能力主要集中于数据中心,在这里,高端CPU、数字ASIC和网络处理器运行服务器 、存储器及网络设备。它们通过电信设备分布于网络,用于PoS机、台式计算机或使用CPU或FPGA的嵌入式计算系统的事务处理。

这些设备的共同点是其数字处理需求具有相似的功率分布曲线(power profile)。随着处理器尺寸的减小和晶体管数量的增加,处理器现在需要更高的输出电流,范围为100A至400A或更高,具体取决于其复杂度。这个趋势已持续多年,业界一直能够通过将更低的电源状态集成进数字负载来适应。这使数字负载能够在不使用时消耗更低的电流,在需要时达到功率峰值。不过,虽然这有利于整体系统功率分配,但会给电源工程师带来另一个挑战。一方面仍需要提供超过200A的满载电流并进行热管理,另一方面电源必需在不到一微秒时间内对超过100A的大负载阶跃作出反应,同时将输出保持在窄稳压窗口之内。

在终端系统中,常见解决方案一直是使用多相DC/DC降压转换器来提供所需的功率转换,通常是从12V输入转换为约1V输出。要提供大负载电流,设计将负载分布到多个较小的级(称为相)的多相解决方案比通过一个级来提供更容易。从(I^2)*R角度来看,想在一个相中处理过高电流会给设计磁性元件和FET以及热管理带来挑战。对于大电流要求,多相解决方案与单级方案相比可提供高效率、更小的尺寸和更低的成本。此方法类似于终端负载所采取的技术方向,即多核CPU划分工作负载。图1显示了使用四个相为CPU提供150A电流的多相解决方案。

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图1. 使用四个相的多相解决方案

合适的控制方案

多相解决方案提供最佳的电源架构, 但需要认真评估实现方式,以匹配最新一代处理器。终端系统的趋势始终是更强的性能、更小的尺寸和更好的电源管理。这一趋势体现在电源设计中,就是通过增加开关频率来将尺寸缩到最小,并在满载和瞬态条件下以更高的电流管理更低的输入电压。这些趋势已带来了电源稳压方面的问题,要求控制回路相应改善。多相控制器领域的主要挑战是管理每个相的电流,这需要考虑以下要点:

• 每个相电流必须平均分担负载。如果存在N个相,则每个相的电流始终应为Iphase = Iout / N。
• 稳态和瞬态期间相电流必须平衡。

保持这些条件很重要,否则你可能要不断反复设计电源。例如,稳态期间相电流失衡会导致热失衡。而在瞬态条件下,如果仅有一个相对负载阶跃做出反应,那么其电感器尺寸会明显过大,违背了多相设计的初衷。

为满足上述两个条件,重要的是控制回路始终完全了解相电流和输出电压,没有延时或采样延迟现象。

采用综合电流控制方案

相对于在电压控制方面采用变通方法来避免电流感测问题,还有一种新方案可以解决这个问题。利用先进的数字控制技术,Intersil在该领域实现了突破。通过将整个控制、监测和补偿放到数字域中,可以运用先进的控制方法论,由此产生的综合电流控制回路能够提供逐周期的相电流均衡和快速瞬态响应。

该新控制方案的产生,起源于对下面这个问题的认识:尽管高边电流信号在回路中很关键,但由于开启时间短和高噪声环境,无法进行直接测量。而Intersil控制器使用人工生成的综合电流信号,具备无噪声、准确、并且无延时的优点。其基本原理是,决定相电流涉及的所有参数在每个周期均可直接测量,从而允许控制器获得电流值,如图2的电流波形所示。

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图2. 电感器电流波形

电流波形的斜率与输入/输出电压和电感有关。通过持续测量电压和计算电感,可以生成综合电流波形。通过电流向下补偿过程中的实际测量进行校准,有助于控制器消除由于电流失调或斜率而产生的误差。这有助于控制器补偿系统由于老化、发热或电感饱和导致的任何变化。除了内部无噪声电流波形,控制器还可以控制回路延时。由于电感电流斜坡由脉冲宽度调制(PWM)计时,而PWM的信号是从控制器发出,数字回路可以通过Intersil智能功率级来控制所有传播延时,从而消除内部电流波形延时。

此功能只是在有电流和电压信息的数字域中采用整个回路控制而获得的好处之一。图3的框图显示了数字信号处理可以应用于许多领域,以改善总体响应。电压回路补偿的实现使用传统PID系数,该系数可通过Intersil PowerNavigator™ GUI实时调整。在具有非常严格电压窗口的情况下,通过使用交流电流反馈可进一步提升瞬态性能。通过实施可调节滤波器和阈值,可将动态的负载变化直接注入回路,从而提供与负载阶跃成比例的更快响应。

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图3. 控制回路的框图

综合电流控制的优势

综合电流控制的优势是现在可以设计具有逐周期电流平衡和快速瞬态响应的多相电源。每个相的电流是准确已知的,从而允许器件在连续负载瞬态条件下保持稳定工作,其中所有的相平均分担电流。与电流反馈通路中的零延时相结合,综合电流控制使器件能够更快地响应负载条件,从而将输出电容降到最低。即使在使用大电流CPU的情况下,也可以使用“全陶瓷”输出电容器解决方案。利用零延时、全带宽、数字电流波形,控制回路可按照负载线路精确定位输出电压,模仿负载分布曲线的响应。这可避免在输出电压稳定到新目标电压时出现的传统模拟RC衰减。图4显示了在无需负载线路的情况下,器件仍能够满足任何负载瞬变要求,同时使器件电压稳定。

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图4. 90A负载阶跃的瞬态响应

如图所示,综合电流控制回路有助于多相控制器为CPU、FPGA和ASIC等现代大电流负载供电。对相电流的准确控制和定位,有助于控制器以最小输出电容满足任何瞬变条件的要求,同时又不会使电感器尺寸过大。

结论

多相控制架构已进入数字时代,这非常有助于解决为现代大电流负载供电的挑战。这一优势已在革命性的综合电流控制方案所提供的瞬态响应和相均衡方面有所体现,另外它还为电源设计的其他许多方面带来优势,只是尚未展开讨论。其中一个不容忽视的方面是,通过软件调节、控制和监测各项设置的能力。从高层面看,这提供了更简单的回路设计及调谐方案,因为我们可以使用如PowerNavigator GUI等软件界面,用几分钟就能建立完整的设计。但在需要调试系统时,电路板方面的影响就明显了。即刻了解电源的状态和条件,以及通过可调节滤波器和实时软件控制对噪声条件进行补偿,有助于设计工程师克服任何挑战而无需重新设计电路板。这些无形的优势将使得越来越多的电源采用数字控制方案。

参考资料
• 了解数字多相控制器的更多信息
http://www.intersil.com/en/products/power-management/zilker-labs-digital...

• 观看介绍视频
http://www.intersil.com/en/tools/videos/digital-multiphase-gui-video.html

关于作者
Chance Dunlap是瑞萨电子旗下子公司Intersil的基础设施电源总监。他在电力电子行业有17年从业经验,从事过应用、业务开发和营销等工作,涉及从数字电源到隔离式控制器等广泛的电源产品。他拥有六项专利,发表了多篇技术论文,曾在诸多专题讨论会和大会上演讲。Chance拥有美国普渡大学电子工程学士学位(BSEE)和美国亚利桑那大学工商管理硕士学位(MBA)。

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Zigbee联盟是一个致力于创建、维护和发布物联网(IoT)开放性全球标准的组织,该组织今日宣布推出Zigbee PRO 2017这一旨在实现智能设备之间互通和互操作的旗舰级网状网络技术的最新版本。Zigbee PRO是一项网络层技术,为获得Zigbee 3.0认证的全栈互操作设备提供支持。

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随着PRO2017的推出, Zigbee成为首个能够同时支持两个ISM频段的网状网络:满足地区要求的sub-GHz 800-900 MHz频段以及全球通用的2.4 GHz频段。这一双频段选项可为希望使不同建筑物、城市和住宅内的产品实现互联的制造商、市政当局以及消费者提供更大的灵活性和更多的设计选择。

Zigbee联盟技术副总裁Victor Berrios表示:“对于通信连接频频受到钢筋混凝土和钢筋螺栓滋扰的建筑物、商业园区、大型设施和城市而言,PRO 2017是构建大型物联网网络的理想无线解决方案,在智能家居、智能建筑和智能城市领域部署的潜力巨大。”

今日欧洲最大的工程项目之一就用到了基于Zigbee PRO 2017网络规范的设备:2020年之前,英国将在政府的主导下把智能电表推广到约3000万户家庭,以实现能耗的节约和能源生产的减少。预计这一举措将带来高达150亿美元的净收益。 Zigbee PRO 2017的缘起,就是商业、能源和工业战略部(原能源与气候变化部)推行的这一智能电气/燃气表项目要求同时支持2.4 GHz和sub-GHz 的Zigbee设备(据统计应用Zigbee技术的每个家庭平均就有5个节点)。 Zigbee联盟成员公司的核心团队合作解决了这一需求,并将Zigbee PRO 2017网络规范推向市场。

如今,产品制造商可利用ZigbeePRO 2017 构建单一网络的设备支持多个频段,以应对周围物理环境的挑战。融合sub-GHz功能后,物联网网络能满足多种用途的需求,包括智能户外照明,零售场地和数据中心等设施对大量环境条件的监测,以及应对恶劣环境。对于家庭安全和自动化、智能计量和连接照明等等这些低速率的应用场景, Zigbee PRO 2017网络规范意味着更长距离,更低的功耗和更低的运营成本。

帕克斯公司数据显示,到2020年,美国市场将售出逾4.42亿台消费类联网设备,包括娱乐、移动、医疗和智能家居等联网设备。帕克斯公司物联网战略总监Tom Kerber说道:“随着互联产品数量和广度的发展,物联网市场已经度过了早期尝试阶段,现在网络可靠性变得至关重要。双频段无线电和 sub-GHz频率将提供可靠的网络解决方案,有效覆盖全球各种各样的结构和建筑类型。”

为进一步促进基于PRO2017的产品,联盟推出Zigbee产品认证计划,以确保为生态系统开发人员、服务提供商及其客户提供优质、可互操作的Zigbee设备。利用Zigbee技术构建物联网可使创新企业进入现如今发展十分迅猛的市场,使他们踏上成熟、可靠的迈向dotdot(物联网通用语言)的发展之路,并促成其与众多已投资并设计基于Zigbee网络的领先技术组织之间的合作。

Zigbee联盟是一个致力于引领物联网全球变革的联盟,欲了解更多信息,请访问: www.zigbee.org

关于Zigbee联盟

Zigbee联盟是物联网的基础和未来。联盟成立于2002年,我们广泛的全球成员携手合作,为变革我们生活、工作和娱乐方式的产品创建和进化通用开放标准。凭借联盟成员深厚而多样化的专业知识,可靠的认证程序,以及全面的开放式物联网解决方案,我们正引领全球迈向更直观、更富有想像力、更实用的世界。

本文转载自 ZigBee联盟

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2017 ADI 物联网应用方案巡展今天进入最后一站——高雄。为期4天的巡展中,我们展示的13款Demo获得了参展工程师们的热情围观。今天小编将带领你们深入了解每一款Demo,欢迎你们也热情围观哦~

4大应用,13款Demo,『2017 ADI物联网应用方案巡展』“手机版”开始啦~ps.文末有惊喜哦

智能城市应用方案

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➤物联网结合 PM2.5 浓度监测系统
主要产品:低功耗RF收发器 ADF7023/ADF7242

适用于:智能居家、智能路灯与电子看板的尘埃监测物联网应用

空气污染霾害问题日益严重,PM2.5传感器应用需求高涨, ADI以IIoT模块为基础,透过结合主流PM2.5传感器模块和网关提供Sensor to Cloud的低功耗物联网整体方案,可望加速此方案在智能家庭、智能路灯与数字看板等应用的普及。

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➤具温度补偿的 pH 测量方案及工业物联网的整合
主要产品:ADC AD7793、放大器AD8603

适用于:水质分析、化学分析、食物加工和废弃水源分析的物联网应用

我们时常会听到工厂排放废水或是食品安全问题, pH meter(酸碱度计)常被使用在水质分析、化学分析、食物加工和废弃水源的分析,然而原本的解决方案都需要透过有线的方式或是专业的工程人员做不定期的检查,通过ADI所提出的工业物联网整合方案,工程人员不需要再浪费时间及成本去取得信息,并可通过后台的管理,随时确认了解状况,帮我们更严格的把关。

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➤ADI IoT 系统结合 IP CAM 的物联网应用方案
主要产品:低功耗RF收发器ADF7023/ADF7242

适用于:安全系统、环境监测、生态监测、农业管理、居家监控、生命监测的物联网应用

ADI IIoT模块具有体积小、低功耗等特性,容易整合至IP CAM系统中,使得IP CAM能连接多个含有传感器的模块,因此除了IP CAM本身功能以外能创造更多价值。

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➤户外烟雾环境气体含量监测的物联网应用
主要产品:精密微控制器ADuCM350、放大器AD8609

适用于:对工厂、环境与森林进行CO、O3、SO2与NO2等气体的物联网监控应用

ADuCM350内建12通道的ADC,整合以电化学分析为基础的气体传感器中关键且必要的元件。通过UART,将采集的数据传输至ADI IIoT模块。ADI IIoT模块支持2.4G或Sub-GHz,通过网络,将数据上传至云端。并支持Google云与私有云等,以达远距离监测的功能。

智能楼宇应用方案

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➤室内有毒气体浓度检测的物联网应用
主要产品:放大器ADA4528-2/AD8500、ADC AD7790

适用于:室内气体监测 , 工厂环境气体监测, 交通环境气体监测

为防范一氧化碳这类有毒气体中毒,室内毒气传感器成为智能楼宇的必要装备。ADI 提出具有高稳定度与高灵敏度、以电化学感测器为基础的有毒气体侦测器物联网解决方案,不但功能完整、易于设计与低耗电,且具有小型化、不需布线、可远端监控等优点。

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➤ADI Fast start IoT的WiSUN 物联网平台
主要产品:精密微控制器ADuCM3029、低功耗RF收发器ADF7023

适用于:建筑物、桥梁结构安全监测、物流监测、智能农业(如监测温湿度、照度、二氧化碳、土壤酸碱度等)、智能能源(如电动车、UPS 电池容量监测)及工厂设备维护预警等。

ADI Fast start IoT的WiSUN 物联网平台结合多样化低功耗传感器模块,通过RF sub 1GHz频段将数据传送至网关整合各式云端资源,提供客户快速从概念至产品的物联网解决方案。

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➤BLIP2 人数统计的物联网应用
主要产品:Blackfin处理器ADSP-BF707

适用于:安全监控系统、家庭自动化系统、户内外灯光/空调自动控制、后勤零售智能分析

相较于红外线遮断/热感应方式,采影像辨识的第三代人数统计技术具有高的准确率及计算同时进出双方向的好处。ADI提出以IIoT模块结合BF707 DSP影像辨识平台的物联网方案具有低功耗,支持云端的完整设计,可加速产品上市量产。

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➤Energy Meter 搭配工业 IoT 无线模块
主要产品:高精度电能计量IC ADE7953

适用于:智能电表,智能插座,PDU(Power Distribution Unit)

ADE7953 是一颗集成度非常完整的电能计量专用 IC,简化了使用者通过离散类比元件加 MCU 设计的困难度,只需透过 I2C,UART,SPI 通讯介面后即可得知 Meter IC 转换后电力相关参数,就能了解能源使用状况及监控。搭配使用的 ADI IIoT Module已内建电力数据跟校正流程,可以透过Command命令输入校正相关参数,即可求得校正数据,以利加速产品开发时程。

工业物联网应用方案

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➤RS-485 转802.15.4 RF Solution
主要产品:低功耗RF收发器 ADF7023 、隔离式RS-485收发器 ADM2587E

适用于:取代常见RS-485介面由CABLE转成无线传送方式,例如:工厂机器资料传送、PLC(PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) 、传感器资料传输、 智慧能建筑各种应用系统等。

应工业4.0的需求,ADI提供有线介面RS-485转换成RF无线传送的完整解决方案,易于设计与导入量产,且不需要任何实体布线即可传送数据资料;并有小型化 、不占空间、易于安装等优点。

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➤ADI 物联网应用在智能照明系统
主要产品:低功耗RF收发器 ADF7023/ ADF7242

适用于:工厂、学校、大楼、运动场、公园、停车场、电影院、智能农场、舞台等大型场所照明应用

ADI IIoT 模块支持 2.4G 及 Sub-1GHz 频段,通过遥控器控制或网路联接云端控制,达到远距离监控遥控功能。ADI 针对智能照明系统提供完整解决方案,包含软件、硬件,让设计者易于设计;并协助客户进行产品开发。小型化模块节省空间,减少按键与线材消耗及维护人力,且降低系统架设与维护成本。

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➤ADI / LTC 工业物联网无线网路 - DUST
适用于:适用于无法使用电池或是电力线的低功耗应用

ADI/LTC 展示的是 DUST 无线网路产品 SmartMesh IP 的 Starter kit 套件,通过完整的软硬件组合,快速组建SmartMesh 网络不是难事。由于不同的频率、位置,在不同时间干扰的程度都不同,SmartMesh 通过 TSCH 技术可解决环境干扰问题并且低耗电,可靠度更是高达 99.999%!

能源采集应用方案

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➤ADP5091 能量采集展示
主要产品:电池充电器 IC ADP5091 、开关稳压器 ADP5300

适用于:需要长时间监控的设备:在室内应用如触碰式调光照明控制所用到的遥控器及灯具或是空气品质侦测器(PM2.5/有毒气体)等,而室外应用如地震感测器或是边坡倾斜感测器

ADI 能源采集应用方案是将太阳能板/风力机/压电发电或者是温差发电等再生能源通过 ADP5091 将收集到的能量储存至可重复充电的电池里,而可重复充电的电池种类有锂电池/磷酸锂铁电池/超级电容等,这些电池电压从 3.2V 到 5V,而ADP5091 的充电截止电压为 2.2V 到 5.2V,完全可以满足目前市场上常用的电池种类及应用。

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➤LTC3108 TEG 能量采集装置的应用
主要产品: DC/DC 转换器 LTC3108

适用于:适用于无法使用电池,或是电力线的低功耗应用

TEG 是一种外加热源产生电压的热能与电能交换的装置,透过 LTC3108 这颗超低电压的升压转换器其输入电压 20mV 即可以启动的能力,LTC3108 提共了简单,有效的 TEG 电源采集方案,让一些无法使用电池,或是电力线的低功耗应用可以实现。

本文转载自 亚德诺半导体

围观 4

自德国提出工业4.0概念以来,各国紧跟步伐,先进工业4.0与智能制造的关系密不可分,今天我们来了解下工业4.0和智能制造。

【概念】

工业4.0即是以智能制造为主导的第四次工业革命或革命性的生产方法。该战略旨在通过充分利用信息通讯技术和网络空间虚拟系统——信息物理系统相结合的手段,将制造也向智能化转型。

两大主题:

1.智能工厂:重点研究智能化生产系统及过程,以及网络分布式生产设施的实现。

2.智能生产:主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用。

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【发展优势】

在生产能力上,工业4.0将确保仅一次性生产,且产量很低时的获利能力,确保工艺流程的灵活性和资源利用率。另一方面,工业4.0将使人的工作生涯更长,工作与生活更加平衡,高工资时产业仍有强大竞争力。

【实现方式】

主要是通过CPS(信息物理系统),总体掌控从消费需求到生产制造的所有过程,由此实现高效生产管理。

【工业3.0与工业4.0的比较】

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【工业4.0能实现什么】

1.生产智能化

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2.设备智能化

3.能源管理智能化

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4.供应链管理智能化

【智能制造】

工业4.0是一个产业的技术转型,是产业的变革。工业4.0提出的智能制造是面向产品全生命周期,实现泛在感知条件下的信息化制造。智能制造技术现代传感技术、网络技术、自动化技术以及人工智能的基础上,通过感知、人机交互、决策、执行和反馈,实现产品设计过程、制造过程和企业管理及服务的智能化,是信息技术与制造技术的深度融合与集成。

本质:是基于“CPS”实现“智能共厂”

核心:是动态配置的生产方式实现“柔性生产”

关键:是信息技术应用实现生产力飞速发展

【智能制造的构成】

智能制造是可持续发展的制造模式,他借助计算机建模仿真和信息通信技术的巨大潜力,优化产品的设计和制造过程,大幅度减少物质资源和能源的消耗以及各种废弃物的产生,同时实现循环再用,减少排放,保护环境。

基于工业4.0构思的智能工厂将由物理系统和虚拟的信息系统组成,称之为物理信息生产系统(CPPS),是为未来制造业勾画的蓝图,其框架结构如图所示。

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这种新的生产模式必将导致新的商业模式、管理模式、企业组织模式以及人才需求的巨大变化。

首先是产品设计与生产的分离。工业4.0提出以通信和服务为基础构建网络化智能共产的设想,如图所示。

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从图中可见,智能工厂的生产环境由智能产品、智能设备、宜人的工作环境、高素质的劳动者和智能能源供应组成,他们相互之间进行企业内的通信,包括生产数据采集、工况分析、制造决策等等。若干智能工厂通过中间件、云计算和服务连接成庞大的制造网络,借助基于物流网的智能物流构建完整的制造体系。

【智能工厂与物流的关系】

智能工厂和物流之间的所有活动需要实时通信、交互和确认,即共同遵守规则环境,共同完成由底层下达的任务。建立这样分散的、网络化的智能共产体系需要一定的基础,应具有以下5个要素条件:

1.智能生产和产品,以先进的信息物理融合的设备生产高附加值的软硬件结合的智能产品

2.真实的企业环境,当前企业转型升级的途径和规划

3.宏观和微观经济环境,主要是产业政策和市场需求

4.人的因素,体现为新一代的管理人员、市场营销人员、技术人员和工人

5.技术因素,主要体现为网络和通信基础设施的安全性和可靠性,智能生产技术等。

制造业已经进入大数据时代,智能制造需要高性能的计算机和网络基础设施,传统的设备控制和信息处理方式已经不能满足需要,基于计算机的云智造已经指日可待。

本文转载自:鼎酷IOT部落

围观 2

随着物联网快速地发展,我们将会看到:

每个人住的房子里都会拥有各种各样的智能设备,比如智能洗衣机、智能监控摄像头、智能血压计等;

每个人身上穿戴的产品会变成智能设备,比如智能外套、智能跑鞋、智能足垫等;

每个人驾驶的车里面会充满各种智能设备,比如车载HUD、具有导航功能的智能设备、小型汽车调节器等

……

据预测,我们每个人平均会拥有30到50个智能设备连接到网络上,而这些设备大部分属于消费类终端。毫无疑问,在这个万物互联的时代背景下,低功耗物联网将在消费类领域大放异彩、掀起一场新风暴。为了抓住这样一个不可多得的行业发展机会,美国高通联合物联网智库、LPWAN产业联盟近日在深圳举办了一场线下沙龙活动。本次活动邀请了智能家居、可穿戴、医疗设备等领域内的厂商共同参与,包括美的智慧家居、绿米联创、东软集团、机智云、创感科技等一起探讨了NB-IoT与eMTC在这些领域中的应用展望

美国高通眼中的物联网

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在美国高通看来,物联网的应用场景主要涵盖三个方面:

第一个是以人体为中心, 包括智能的手表、手机、头戴式设备、虚拟现实设备等;

第二个是以智慧家庭为中心, 包括家庭的自动化、控制、娱乐、安全智能系统等;

第三个是以智慧城市为中心, 包括公用事业、交通、智能汽车、城市安防等。

而如果从产品和行业的角度来区分,则可以将其分为可穿戴、消费类电子和智慧城市三大块。很多人对于美国高通的认识或许比较片面,只停留在手机芯片上,然而通过本次沙活动重点探讨的内容——可穿戴、消费类电子,我们也从这两个角度重新认识了美国高通。

低功耗物联网支持智能家居的发展

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美国高通资深业务发展经理李德凯就针对全球多模LTE物联网对智能家居发展的支持做了分享,他提到:随着蜂窝物联网技术的发展,包括美国高通在内的众多厂商都在思考如何将这一技术引入到智能家居应用当中。作为一家全方位产品提供商,美国高通针对智能家居的发展有着不同的产品线来进行支持,除了蓝牙、WiFi、Zigbee等传统短距离连接方式以外,尤其看中NB-IoT及eMTC对物联网发展的推动作用。

在物联网所提到的“万物互联”的愿景下,无法通过一两种通信技术就能满足所有连接需求,不同的应用场景需要不同的通信技术。而美国高通面对物联网应用的广泛性以及场景的多样性给出了自己的应对方式——推出蜂窝物联网领域的全网通解决方案,即在一款产品集成eMTC与NB-IoT这两种LTE窄带技术,甚至还集成了E-GPRS。如此一来,便能通过单个物联网模块设计满足全球运营商和终端用户不同的部署需求。

基于此,美国高通推出的面向LTE物联网的调制解调器MDM9206,旨在为物联网日益增多的终端和系统提供可靠的、优化的蜂窝连接,使终端制造商能支持成本优化的解决方案,并作为eMTC和NB-IoT的组成提供增强的超低功耗和扩展范围,利用窄带调制解调器更高效地服务低数据速率物联网应用。

低功耗物联网之可穿戴领域应用实践

2014年,美国高通正式进军可穿戴行业,成为这个领域里第一家提出将4G应用于可穿戴领域的公司,比外其也不断的投入到可穿戴的领域,持续地将最新的技术引入到可穿戴这个行业里。到目前为止,美国高通拿到了整个中国市场中智能操作系统80%的份额。美国高通产品市场经理丁勇在分享的过程中提到目前中国市场展现出了这样一个信号:从今年开始,几乎所有的大厂商都开始研发和上市各自的基于4G的可穿戴产品。

而在可穿戴领域,美国高通也推出了相应的发展战略:

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传感器方面,目前和众多的传感器厂商进行合作,不仅在算法、G-sensor、陀螺仪、心率等各方面做优化,而且还通过整合CSR的蓝牙技术和Atheros的WiFi技术也做了较强的优化;套片方面,大概分主芯片、电源芯片、射频芯片和蓝牙WiFi,总共四颗;软件应用方面,高通现在可以支持的软件有安卓,RTOS,三星Tizen。

美国高通凭借这些技术,可以为客户带来一个可穿戴整体解决方案,客户拿到解决方案后,便可以不再需要借助第三方研发。

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目前,美国高通针对可穿戴领域推出了两种产品路线:一种是针对中高端市场的Snapdragon Wear2100及针对低端市场的Snapdragon Wear 1100。在本次沙龙活动上,丁勇也透露,未来还会提出基于2100做出优化的、新的可穿戴方案3100和1200。

在智慧生活中,我们对低功耗物联网应用场景有哪些期许?

智慧家居

关于传统家电企业现状和转型思考,美的智慧家居先行研究负责人陈挺博士表示家电行业的确受到了物联网的冲击,传统的家电企业面临产品的竞争、利润的变薄、制造业人口红利的消失等挑战。作为一个家电企业,美的智慧家居也寻求向物联网的一个转型。

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站在美的的立场上来看,低功耗物联网在智能家居中的应用场景可分为三类:

第一类是共享家电,2G时代在实践中遇到的很多网络无法很好覆盖的地方,借助低功耗物联网能够解决信号死角的问题;

第二类是智能家庭,设备联网不稳定的情况,低功耗物联网能够带来服务的稳定性,监控、门锁等安全性要求高的地方,需要运营商网络的支持;

第三类是智慧小区,社区的智能化需求是从屋内到屋外的无缝连接,而通过低功耗物联网就能搞定一个小区。

另外,陈挺博士还提到,通过应用NB-IoT、eMTC等低功耗广域网络技术,必将产生不一样的智能家居产业,从而衍生出全新的商业模式,作为美的三大产品之一的租赁平台就是一个很好的例子。

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陈挺博士以校园洗衣机的共享作为例子,提到这些洗衣机连上网络后,通过线上能解决的事情便不再局限于对智能终端设备的控制这个范围。而在这个新兴的、巨大的市场中,需要这些共享设备实时在线,以采集数据,进行数据分析和远程管理设备等。因此,美的也将在未来在这些设备中嵌入NB-IoT模块以增加产品连接能力,拓展租赁美的市场。

在小米生态链中,每一家企业都有自己专注的领域,而受邀参加本次沙龙活动的绿米联创正式深耕于智能家居的一家创业企业。绿米联创总经理游延筠表示非常关注广域物联网的应用,NB-IoT让智能家居设备减少限制条件,同时也将大大促进其在消防、农业和公共建筑等领域的应用。

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机智云作为国内知名的云平台服务商,其平台上接入的智能家居方面的厂商自然也不在少数,在本次沙龙上机智云CEO黄灼也详细介绍了5个NB-IoT的应用场景:

为设备提供物联支付数据服务的奥付云;

能够全方位满足运营与生活需求的宅居管家;

对货物全仓储物流周期进行监控与管理的HIVE;

帮厂商低成本快速实现商用租赁运营的商用租赁解决方案;

可缩短研发时间、低成本、标准化、高稳定性的实现家电智能化的一站式智能家电解决方案。

无独有偶,关于低功耗物联网应用于智能家居所能带来的对商业模式的影响,黄灼也提出了和美的陈挺博士相同的观点,他以商用租赁解决方案为例子 ,提到基于NB-IoT技术完成的记录跟踪,可帮助厂商以更低的成本快速实现商用租赁运营,共享经济红利。

黄灼还提到这种商用租赁解决方案所适用行业主要分为两种,一种是面向消费者领域的交通出行、生活服务,另一种则是面向企业的资产管理。同时,借助低功耗物联网的协助,他认为对于千元以上的设备机会就非常大,就可以进入可运营的时代。

智慧医疗

NB-IoT业务应用早已有所突破,进入了智能医疗设备领域。结合NB-IoT低功耗、深度覆盖等技术优势,可以增强产品的省电优势,解决了传统医疗设备基于GPRS无线回传在部分偏僻角落信号覆盖不好、数据难以上传的问题。东软集团UASD业务拓展总监钱鹏表示,未来,不只是病区的物联网化和智能化,还要将医疗服务向基层家庭延伸,而很多实现有赖于智慧医疗与NB-IoT技术的结合。

可穿戴

关于可穿戴的刚需到底在哪里?创感科技联合创始人李志男表示,给可穿戴加上一个合适的场景,那么可穿戴的价值就会凸显出来。同时,从他的分享中,我们也认识到步态分析系统不仅可以用来进行身份识别,还可以用来疾病诊断、运动员的指导等。

可穿戴、步态分析两个看似无关的行业,创感科技将两者的结合了起来,通过可穿戴设备(智能鞋垫)采集数据,在云端搭建了算法平台进行数据分析,从而将高昂的费用降至百元级别,变人工介入为自动的分析解读。而在这个过程中,终端设备要想实现独立运行、保证联网的稳定性和较低的功耗便需要低功耗物联网的加持,未来NB-IoT或将在这一领域发挥极大的促进作用。

总结

目前,关于各种消费类设备发布的消息也此起彼伏,无论是海尔发布了智能空调、还是乐心医疗联合合作伙伴完成智能血压计的业务调试,或者是小天鹅发布智能洗衣机。我们总能从各大厂商联合发布各种消费类智能终端中找到一个共同点,即低功耗物联网在其中的应用。

随着NB-IoT、eMTC的商用,无论是智能家居市场,还是穿戴设备市场将形成多样化的连接方式,拓展了更多的应用场景,也给厂商带来从运营方式到商业模式的改变。在本次沙龙活动上,嘉宾也对此发表了自己的看法。相信在各类物联网能力提供者的帮助下,人们日常的生活会朝着更舒适、更智能的方向改变。

本文转载自物联网领域学霸君

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