在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)邊緣實(shí)現(xiàn)無線、免電池的應(yīng)用

　　隨著物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的快速發(fā)展，聯(lián)接的IoT設(shè)備數(shù)、傳感器數(shù)和執(zhí)行器數(shù)將不斷增長。在IoT網(wǎng)絡(luò)邊緣，有大量的終端節(jié)點(diǎn)，雖然這些單個(gè)節(jié)點(diǎn)可能都僅需極低的功率需求，且無需持續(xù)運(yùn)行(僅在需要時(shí)才啟動(dòng))，但激增的節(jié)點(diǎn)數(shù)會(huì)產(chǎn)生極高的總功耗。因此，全球面臨減少能源消耗的挑戰(zhàn)，需要尋求替代能源以實(shí)現(xiàn)免電池的新方案為這些邊緣節(jié)點(diǎn)供電和提升能效。同時(shí)，市場需要一系列的無線協(xié)議以實(shí)現(xiàn)無線互聯(lián)，從而靈活部署、方便維護(hù)和降低成本。

　　致力于推動(dòng)高能效創(chuàng)新的安森美半導(dǎo)體結(jié)合能量采集和低功耗無線互聯(lián)技術(shù)，提供全面的超低功耗無線方案，包括創(chuàng)新的采集能量自供電方案、智能無源無線傳感器、聯(lián)接節(jié)點(diǎn)到云的超低功耗嵌入式硬件平臺(tái)等，解決IoT 應(yīng)用的能源和線束挑戰(zhàn)，同時(shí)降低設(shè)計(jì)和維護(hù)成本，并符合可持續(xù)發(fā)展理念，使世界更環(huán)保。

　　低功耗技術(shù)是確保實(shí)施能量采集以實(shí)現(xiàn)免電池的關(guān)鍵

　　能量采集技術(shù)是指通過把如熱電、振動(dòng)、運(yùn)動(dòng)、太陽能等產(chǎn)生的但尚未利用的能量回收并轉(zhuǎn)化為電能，代替電池為應(yīng)用供電，在IoT的部署中將越來越重要。而通過能量采集實(shí)現(xiàn)免電池供電的關(guān)鍵是支持超低功耗無線協(xié)議的低功耗技術(shù)，如藍(lán)牙低功耗(BLE)， Zigbee、Sigfox、Mesh、近場通信(NFC)等標(biāo)準(zhǔn)，這些協(xié)議各有優(yōu)勢，滿足不同的應(yīng)用需求。結(jié)合能量采集和低功耗技術(shù)可省去電源、電池成本和更換成本，并具有環(huán)保意義。

　　藍(lán)牙低功耗開關(guān)參考設(shè)計(jì)

　　藍(lán)牙低功耗具備優(yōu)化的能效，且易于聯(lián)接到智能手機(jī)，是可穿戴、醫(yī)療設(shè)備、資產(chǎn)跟蹤等各種智能設(shè)備進(jìn)行短距離通信的首選協(xié)議。

　　安森美半導(dǎo)體創(chuàng)新的藍(lán)牙低功耗開關(guān)參考設(shè)計(jì)，基于行業(yè)最低功耗的藍(lán)牙5無線電，并結(jié)合采埃孚股份公司(ZF Friedrichshafen AG)的能量采集技術(shù)，獲取用戶按下按鈕時(shí)傳輸?shù)哪芰?，將此?dòng)能轉(zhuǎn)換為電磁能并最終轉(zhuǎn)化為電能，儲(chǔ)存起來供RSL10 SIP使用。

　　RSL10是藍(lán)牙5認(rèn)證的無線電系統(tǒng)單芯片(SoC)，具有全集成的天線和所有無源器件，領(lǐng)先于嵌入式微處理器測試基準(zhǔn)協(xié)會(huì)(EEMBC) ULPMark能效評(píng)測，取得該評(píng)測史首次超過1,000分的成績，其系統(tǒng)級(jí)封裝(SIP)模塊RSL10 SIP簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)并最小化物料單。

　　每次按下按鈕，能量采集方案產(chǎn)生300 μJ能量，這足以滿足RSL10 SIP的極低功耗要求：深度睡眠功耗僅62.5 nW，接收功耗低至7 mW。

　　該藍(lán)牙低功耗開關(guān)參考設(shè)計(jì)完全以采集的能量工作，實(shí)現(xiàn)真正自供電的IoT應(yīng)用，為IoT定義新的超低功耗水平，應(yīng)用示例包括墻面和照明控制、樓宇自動(dòng)化和資產(chǎn)跟蹤。

　　支持低功耗無線應(yīng)用的快速原型平臺(tái)B-IDK

　　安森美半導(dǎo)體的物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)套件(IDK) 曾獲雜志《IoT Evolution》和網(wǎng)站IoT Evolution World選為2017物聯(lián)網(wǎng)演進(jìn)年度產(chǎn)品獎(jiǎng)、獲《ECN》選為快速原型制作影響力獎(jiǎng)，是可配置的、聯(lián)接節(jié)點(diǎn)到云的快速原型平臺(tái)，涵蓋所有不同類型的能力，包括通過嵌入式軟件和固件的超低功耗互聯(lián)、傳感、驅(qū)動(dòng)、電源管理，乃至基于云的管理和分析，簡化和加速設(shè)計(jì)。

　　B-IDK則是基于RSL10藍(lán)牙5并結(jié)合IDK能力的低功耗快速原型平臺(tái)，提供行業(yè)最低功耗，現(xiàn)成的示例代碼，支持AWS、Azure、Bluemix或定制的云服務(wù)以實(shí)現(xiàn)可配置的云互聯(lián)，還易于連接到其它IDK子板以擴(kuò)展傳感和控制功能。

　　上述的能量采集藍(lán)牙低功耗開關(guān)與IDK和B-IDK都兼容。

　　RSL10系列支持藍(lán)牙Mesh網(wǎng)絡(luò)

　　傳統(tǒng)的藍(lán)牙互聯(lián)使兩個(gè)距離較近的設(shè)備/節(jié)點(diǎn)之間能點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。自藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟(SIG)發(fā)布藍(lán)牙Mesh，藍(lán)牙技術(shù)開始全面支持Mesh網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，提供多對(duì)多設(shè)備通信，支持達(dá)32,000臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和強(qiáng)制的網(wǎng)絡(luò)安全，使設(shè)備制造商可以部署大規(guī)模、低功耗的藍(lán)牙Mesh網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)用于智能家居、樓宇自動(dòng)化和資產(chǎn)跟蹤等廣泛應(yīng)用的遠(yuǎn)距離互聯(lián)。

　　安森美半導(dǎo)體擴(kuò)展了RSL10系列至支持藍(lán)牙Mesh標(biāo)準(zhǔn)，提供更多功能及行業(yè)最低功耗，通過RSL10 USB適配器更好地使IoT邊緣節(jié)點(diǎn)應(yīng)用可受益于無處不在的、易用的藍(lán)牙低功耗。

　　NCS36510 支持ZigBee 3.0

　　ZigBee基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，工作頻率為 2.4 GHz(全球通用頻率)，支持短距離、低功耗的無線通信，如今已發(fā)展到ZigBee 3.0，使用 ZigBee ProR21網(wǎng)絡(luò)，支持為最小、功耗最低的設(shè)備提供可靠的通信，還包括支持能量采集的Green Power。

　　如安森美半導(dǎo)體的NCS36510全集成、超低功耗SoC 射頻收發(fā)器，接收功耗和發(fā)送功耗分別低至6.7 mW和6.0 mW，能通過采集的能量運(yùn)行，提供1.0至3.6 V寬輸入電源電壓，集成ARM?Cortex?-M3內(nèi)核和640 kB閃存，并采用AES256/128、真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器(TRNG)進(jìn)行安全加密，典型應(yīng)用如家庭與住宅自動(dòng)化、樓宇及工業(yè)自動(dòng)化、智能電網(wǎng)。

　　即用的RF系統(tǒng)級(jí)封裝方案Sigfox SiP

　　Sigfox是一種超窄帶技術(shù)，工作在200kHz帶寬，使用免授權(quán)頻譜，能實(shí)現(xiàn)最簡單和最低成本的互聯(lián)，支持遠(yuǎn)程通信。

　　安森美半導(dǎo)體經(jīng)Sigfox認(rèn)證的方案支持全球所有Sigfox區(qū)域(RCZ1-RCZ 4，RCZ 7)，并符合嚴(yán)格的地方RF法規(guī)。如系統(tǒng)級(jí)封裝方案AX-SIP-SFEU，超低功耗設(shè)計(jì)，待機(jī)電流、睡眠電流和深度睡眠模式電流分別僅為0.55 mA、1.2 μA和180 nA，把Sigfox無線電、分立的射頻(RF)匹配、所需的所有無源器件和固件集成在單個(gè)微型方案中，提供現(xiàn)成的Sigfox互聯(lián)(上行和下行鏈路)，用于樓宇和家庭自動(dòng)化以及傳感器和資產(chǎn)跟蹤，具有AT和應(yīng)用編程接口(API)版本，支持RCZ1區(qū)域網(wǎng)絡(luò)，獲CE認(rèn)證，無需額外器件和認(rèn)證。

　　Sub GHz專有RF產(chǎn)品

　　Sub GHz支持遠(yuǎn)距離、超低功耗通信。安森美半導(dǎo)體專有的Sub GHz RF產(chǎn)品包括獨(dú)立的RF核，如窄帶版本AX5043/AX5243、寬帶版本AX5051/AX5031等，和SoC(結(jié)合獨(dú)立的RF收發(fā)器核與一個(gè)MCU核)如AX8052F1xx、AXM0F243，并配備軟件開發(fā)工具支援設(shè)計(jì)。

　　采用這些專有的RF產(chǎn)品可實(shí)現(xiàn)適用于應(yīng)用的最低功耗方案，由于不遵循標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，所以省去昂貴的認(rèn)證費(fèi)，無強(qiáng)制更新。

　　智能無源無線傳感器：免電池、免維護(hù)

　　安森美半導(dǎo)體的智能無源無線傳感器(SPS)是一款屢次獲得IoT領(lǐng)域創(chuàng)新獎(jiǎng)的產(chǎn)品，它基于RFID標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，因而無需線纜;從接收的電磁場信號(hào)中采集能量，所以無需電池，能在難以布線或更換電池的網(wǎng)絡(luò)邊緣采集、測量并分析各種參數(shù)，如溫度、濕度、距離等。SPS突破了傳統(tǒng)的傳感器技術(shù)，具有設(shè)計(jì)低功耗IoT平臺(tái)的顯著優(yōu)勢，也克服了NFC技術(shù)中通信距離短的限制。該方案的其它優(yōu)勢包括：超薄、擴(kuò)展成本低，從而解決空間受限的挑戰(zhàn)，并且配以開發(fā)套件成為一個(gè)完整的一站式解決方案，可實(shí)現(xiàn)多傳感器IoT應(yīng)用的快速配置和修改，性價(jià)比極高，加速設(shè)計(jì)。SPS適合各種需要數(shù)據(jù)監(jiān)測的場合，尤其是預(yù)測性維護(hù)、工廠自動(dòng)化和數(shù)據(jù)中心等應(yīng)用。

　　總結(jié)

　　IoT應(yīng)用規(guī)模在不斷擴(kuò)大，涉及大量的能源消耗，電池供電的設(shè)備還牽涉電池使用壽命和維護(hù)的問題。能量采集技術(shù)日益重要，低功耗無線技術(shù)是實(shí)現(xiàn)其意義的關(guān)鍵，這兩大技術(shù)的結(jié)合將有助于實(shí)現(xiàn)免電池、免維護(hù)的無線互聯(lián)應(yīng)用，符合世界高能效和環(huán)保倡議。安森美半導(dǎo)體憑借領(lǐng)先的、全面的超低功耗無線技術(shù)，及豐富的技術(shù)應(yīng)用知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，持續(xù)開發(fā)一系列完整的低功耗無線互聯(lián)方案，幫助在IoT網(wǎng)絡(luò)邊緣實(shí)現(xiàn)免電池/低功耗的無線IoT應(yīng)用，解決能源挑戰(zhàn)，并降低成本和加快設(shè)計(jì)。