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(lái)一直是熱門(mén)話(huà)題。連接和構建“事物”似乎是每個(gè)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(gè)好的笑聲，有一些額外的細節 哈卡迪遺址 .

“家”這個(gè)詞能讓人聯(lián)想起“家”這個(gè)詞云服務(wù)最終會(huì )被關(guān)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(shí)。我覺(jué)得對于許多工業(yè)場(chǎng)景來(lái)說(shuō)，物聯(lián)網(wǎng)，特別是蜂窩物聯(lián)網(wǎng)硬件，是一種提供持續價(jià)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據；我們現在可以利用云的力量將數據轉化為可操作的智能，使許多行業(yè)保持最高效率。

所有使現代生活成為可能的“東西”都是由大型機器驅動(dòng)的，這些機器代表著(zhù)巨大的資本投資，并承擔著(zhù)持續的維護成本。這些巨大的機器是允許企業(yè)運作的價(jià)值流的一部分。像人類(lèi)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(gè)組織付錢(qián)給技術(shù)人員定期檢查和修理機器。技術(shù)人員的時(shí)間和管理費用都是金錢(qián)，而且無(wú)論技術(shù)人員是組織內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(wù)費。最好的情況是技師可以定期（比如每月）檢查這些機器，并在出現問(wèn)題時(shí)出現維修。畢竟，當制作奧利奧餅干的機器出故障時(shí)，我們需要盡快解決問(wèn)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(qián)讓人定期進(jìn)行維護檢查，不如讓數據收集自動(dòng)化，并利用云計算的力量來(lái)推斷到底發(fā)生了什么？一旦您了解了運營(yíng)和維護成本的底線(xiàn)，您現在就可以看到物聯(lián)網(wǎng)和蜂窩物聯(lián)網(wǎng)具有不可思議的價(jià)值。我觀(guān)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(chǎng)景中，這是最便宜的做生意的方式，而且它提供了持續的價(jià)值。您可以隨時(shí)隨地了解關(guān)鍵流程的狀態(tài)。在我看來(lái)，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省數億美元。

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(shí)現了低功耗（甚至是電池供電）的連接解決方案，并由投資數十億美元的網(wǎng)絡(luò )作為后盾。

• 低成本有些人可能會(huì )說(shuō)“為什么不使用WIFI，這不是免費的嗎？”。不！網(wǎng)絡(luò )連接從來(lái)都不是免費的。你總是可以把它的成本追溯到某個(gè)地方或某個(gè)人身上?？紤]一下網(wǎng)絡(luò )工程師的時(shí)間，并考慮150美元/小時(shí)的完全負擔率，這是網(wǎng)絡(luò )安全工程師審核和提供設備的實(shí)際價(jià)格。有了手機，你可以得到每月幾美元的數據計劃。如果是月報，可以是月報。

• 即時(shí)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(gè)非常重要的組成部分。使用手機，你可以發(fā)送一個(gè)解決方案，在拆箱，這不需要接觸客戶(hù)的內部網(wǎng)絡(luò )。用于傳感器的全球蜂窩網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)有10億美元的投資，允許接入人類(lèi)有史以來(lái)最先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。

問(wèn)問(wèn)你自己這個(gè)問(wèn)題：如果你正在解決的問(wèn)題不能保證每個(gè)月花幾個(gè)錢(qián)就能遠程訪(fǎng)問(wèn)信息，那么監控資產(chǎn)或流程是否有價(jià)值？如果我們談?wù)摰氖莾r(jià)值數萬(wàn)或幾十萬(wàn)美元的機器，那么決定非常簡(jiǎn)單。

使用蜂窩網(wǎng)絡(luò )，客戶(hù)可以在不需要每次部署都花費網(wǎng)絡(luò )工程師的費用的情況下獲得開(kāi)箱即用的連接。我們甚至可以隔離網(wǎng)絡(luò )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。數據可用且安全。當您需要方便的安裝和即時(shí)的客戶(hù)價(jià)值，手機是一個(gè)很好的選擇。我目前正在一個(gè)發(fā)酵監測平臺為工藝釀酒。對于TZero Brew服務(wù)，我們經(jīng)常被問(wèn)到是否已啟用Wi-Fi。簡(jiǎn)短的回答是“不”。對于許多產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，Wi-Fi是一個(gè)糟糕的選擇，最終會(huì )侵蝕產(chǎn)品的價(jià)值主張。這似乎與流行觀(guān)點(diǎn)相反，但當你關(guān)注客戶(hù)價(jià)值時(shí)，很容易理解為什么。我們的目標是提供持續的價(jià)值，并在不中斷啤酒廠(chǎng)日常工作流程的情況下進(jìn)入啤酒廠(chǎng)。我們是來(lái)幫助人們專(zhuān)注于他們的手藝。如果解決方案不易于安裝和部署，則它無(wú)法提供價(jià)值。

圖3：細胞連接的超聲波發(fā)酵傳感器

TZero Brew產(chǎn)品從內部設計的超聲波探頭開(kāi)始。在探測器“邊緣”處理數據，并通過(guò)蜂窩網(wǎng)絡(luò )將壓縮集發(fā)送到“云”。我們利用云處理的能力來(lái)做更復雜的算法來(lái)估計液體的狀態(tài)，這樣釀酒者就可以隨時(shí)隨地了解發(fā)酵罐內的情況。有了這個(gè)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(shí)隨地訪(fǎng)問(wèn)您的流程

這種發(fā)酵監控應用程序不僅僅局限于釀造。我們可以遠程訪(fǎng)問(wèn)關(guān)鍵流體，如15萬(wàn)美元冷水機組中的乙二醇，以保持關(guān)鍵流程的運行和機器的平穩運行。我們甚至可以為下一代生物農場(chǎng)提供電力合成生物學(xué)應用 !

當然，對于Instagram和YouTube來(lái)說(shuō)，Wi-Fi是一個(gè)有用的數據管道。對于工業(yè)級服務(wù)，Wi-Fi并不總是為客戶(hù)提供最大價(jià)值。在TZero，當傳感器數據進(jìn)入云中時(shí)，我們遇到了兩種一般情況：

1. 你走進(jìn)一個(gè)客戶(hù)所在地，后屋里有一個(gè)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(lái)控制你的服務(wù)質(zhì)量嗎？即使是最好的意圖也會(huì )產(chǎn)生不穩定的服務(wù)。

2. 一個(gè)更大的組織幾乎肯定會(huì )有IT員工和某種形式的數字安全策略。在這種情況下，如果沒(méi)有某種程度的審核，您將無(wú)法連接到他們的網(wǎng)絡(luò )（有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)）。這并不簡(jiǎn)單，可能需要數周的繁文縟節和審批。一個(gè)網(wǎng)絡(luò )工程師花費多少時(shí)間？客戶(hù)和解決方案提供商都會(huì )產(chǎn)生不小的部署成本。

我們的解決方案通過(guò)使用蜂窩網(wǎng)絡(luò )完全繞過(guò)了連接難題。再加上一些設備可能在外面，沒(méi)有WIFI連接。解決方案在第一天就準備好并配置好了。事實(shí)上，手機覆蓋并不是無(wú)處不在，但我認為它是在大多數關(guān)鍵過(guò)程所在的地方。它可以覆蓋廣泛的應用領(lǐng)域。再加上CAT-M1和NB-IoT等技術(shù)可以比手機蜂窩芯片組中使用的調制方案更進(jìn)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(lái)，手機解決方案的價(jià)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(gè)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(gè)處理器。有一個(gè)Cortex M33內核，帶有1MB閃存和256KB RAM，與專(zhuān)用于蜂窩通信的網(wǎng)絡(luò )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(lái)處理任何本地傳感器/邊緣處理，并處理TLS安全堆棧，同時(shí)能夠參與蜂窩網(wǎng)絡(luò )。所有這些價(jià)格都在16美元，數量為1k。有沒(méi)有GPS的選擇更便宜。這是一個(gè)非常好的交易，也是移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)模塊的游戲規則改變者。nRF9160針對低/功率電池應用進(jìn)行了調整，這些應用可以使網(wǎng)絡(luò )上的數據閃爍數年。

我最喜歡的nRF9160是北歐給你他們的開(kāi)發(fā)工具包設計完整的Altium文件。這意味著(zhù)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(xiàn)匹配網(wǎng)絡(luò )以及GPS低噪聲放大器。例如，下面是一個(gè)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(lái)說(shuō)是一個(gè)巨大的價(jià)值。目前，我們正在為T(mén)Zero Brew產(chǎn)品進(jìn)行其他設計，以支持合成生物學(xué)和乙二醇監測方面的應用。使用北歐參考，我能夠在短時(shí)間內準備好我的設計。甚至還有“刺”的空間。

圖6.使用nRF9160 DK參考文件的快速轉彎設計原型

這里要強調的一點(diǎn)是，我能夠快速完成一個(gè)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(guò)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(gè)基于Zephyr實(shí)時(shí)操作系統的SDK來(lái)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(guān)于蜂窩物聯(lián)網(wǎng)模塊設計的要點(diǎn)，包括工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)。在您的產(chǎn)品中開(kāi)始使用蜂窩通信是前所未有的簡(jiǎn)單。