無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)將重塑工業(yè)應用

作者/?ivind Loe Silicon Labs微控制器和傳感器產(chǎn)品高級營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）對于Silicon Labs來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常重要的市場(chǎng)，這是因為對于投資于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設計的終端客戶(hù)，其所具有的潛在投資回報率（ROI）是非常顯著(zhù)的。SiliconLabs非常關(guān)注物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)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)流程中獲得更多數據的主要推動(dòng)因素，而無(wú)線(xiàn)連接的成本比以前通過(guò)有線(xiàn)連接還更低。過(guò)去，在物聯(lián)網(wǎng)興起之前，某些測量在經(jīng)濟上是無(wú)法可行的，原因在于需要布線(xiàn)至遠程傳感器的位置而帶來(lái)了高昂成本，或者需要在低頻率下對數據進(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(guò)基于及時(shí)的、高性?xún)r(jià)比的傳感器測量而實(shí)現。然而，隨著(zhù)新的通信技術(shù)的出現，這些測量可以通過(guò)多種標準和專(zhuān)有協(xié)議及不同帶寬來(lái)實(shí)現并進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信，而不需要投資于昂貴的重新布線(xiàn)。在相同時(shí)間單位里獲得更多有效信息，可使工業(yè)領(lǐng)域內的操作人員提高工藝流程的效率和質(zhì)量，從而實(shí)現收益和投資回報率最大化。

無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)正在重塑許多工業(yè)應用，例如在過(guò)去是非常難以實(shí)現或是實(shí)現成本很高的連續監測傳感器；像zigbee這樣的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )在這些工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應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)，目前許多國家正在將人工抄表電表升級為可持續讀取計量值的自動(dòng)電表。智能表計使得發(fā)電廠(chǎng)的操作員有能力去分析數據，并且在某些情況下還能控制整個(gè)電網(wǎng)的能耗，支持他們去優(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(hù)降低用電成本。

僅依靠無(wú)線(xiàn)連接還不足以從工藝流程或環(huán)境中提取有價(jià)值的數據。當然，傳感器是必不可少的，Silicon Labs為工業(yè)應用提供一系列高精度的溫度、濕度、光學(xué)和磁性傳感器。終端節點(diǎn)上的無(wú)線(xiàn)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(wú)線(xiàn)終端節點(diǎn)都采用電池供電，也有可能利用能量采集來(lái)對電池進(jìn)行充電。終端節點(diǎn)的功能現在是至關(guān)重要的，因為在許多情況下，傳感器數據必須在終端節點(diǎn)上執行操作以提取有價(jià)值的信息，來(lái)盡可能減少無(wú)線(xiàn)傳輸數據的大小和頻率。這種邊緣計算方式對于節約能量至關(guān)重要，且在終端節點(diǎn)可根據傳感器數據直接與其環(huán)境進(jìn)行交互的這種情況中也很重要。該功能可以使響應時(shí)間大大縮短，而不是終端節點(diǎn)首先必須向中央服務(wù)器報告，然后接受一個(gè)命令后才在一個(gè)時(shí)間關(guān)鍵的工藝流程中執行該命令。

Silicon Labs無(wú)線(xiàn)解決方案

終端節點(diǎn)上的無(wú)線(xiàn)微控制器必須具備多種特性才能以最佳的方式工作。強勁的無(wú)線(xiàn)連接是一個(gè)重要的基石，因為它是無(wú)線(xiàn)傳感器的主要保障者之一。Silicon Labs為其無(wú)線(xiàn)微控制器提供了zigbee、Thread、Bluetooth 5.0、Bluetooth mesh、Wi-Fi和一個(gè)強壯的專(zhuān)有無(wú)線(xiàn)協(xié)議平臺，來(lái)支持任何無(wú)線(xiàn)通信場(chǎng)景，并提供各種有線(xiàn)連接選項，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(wú)線(xiàn)解決方案，它們支持在單個(gè)無(wú)線(xiàn)微控制器上用同一套射頻電路和天線(xiàn)去“講”多種無(wú)線(xiàn)協(xié)議，以幫助去調試/重置終端節點(diǎn)，并支持終端節點(diǎn)同時(shí)成為多個(gè)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的一部分。例如，在一家工廠(chǎng)的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )中的一款zigbee溫度傳感器也可能支持藍牙，允許傳感器節點(diǎn)安裝工人使用智能手機的藍牙連接來(lái)設置傳感器節點(diǎn)，并把它授權加入一個(gè)zigbee網(wǎng)絡(luò )。此外，工廠(chǎng)人員也可以在需要時(shí)使用藍牙直接與在zigbee網(wǎng)絡(luò )上運行的傳感器進(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(wú)線(xiàn)組合，包括專(zhuān)有協(xié)議。

為了支持低功耗運行，Silicon Labs的無(wú)線(xiàn)微控制器有專(zhuān)門(mén)用于支持測量傳感器的硬件，在片上控制器處于睡眠狀態(tài)時(shí)仍支持傳感器運行。該低功耗架構支持終端節點(diǎn)積極地對其傳感器進(jìn)行采樣，卻僅消耗極少量的功耗。低功耗運行也延伸至計算和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點(diǎn)上完成必要的計算。

從終端節點(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)應用，并防止自動(dòng)化工廠(chǎng)被入侵和數據泄露。所有的Silicon Labs無(wú)線(xiàn)和有線(xiàn)微控制器都集成了復雜的硬件加密，既有對稱(chēng)加密也有非對稱(chēng)加密。Silicon Labs的微控制器也帶有軟件來(lái)支持高效地使用先進(jìn)的加密技術(shù)，從而實(shí)現安全通信、固件更新和許多其它益處。