無線連接技術將重塑工業應用

作者/?ivind Loe Silicon Labs微控制器和傳感器產品高級營銷經理

工業物聯網（IIoT）對于Silicon Labs來說是一個非常重要的市場，這是因為對于投資于工業物聯網設計的終端客戶，其所具有的潛在投資回報率（ROI）是非常顯著的。SiliconLabs非常關注物聯網無線連接，并且我們已看到連接技術的改進已經成為從工業流程中獲得更多數據的主要推動因素，而無線連接的成本比以前通過有線連接還更低。過去，在物聯網興起之前，某些測量在經濟上是無法可行的，原因在于需要布線至遠程傳感器的位置而帶來了高昂成本，或者需要在低頻率下對數據進行手動采樣，因此就限制了流程的優化，而這原本可以通過基于及時的、高性價比的傳感器測量而實現。然而，隨著新的通信技術的出現，這些測量可以通過多種標準和專有協議及不同帶寬來實現并進行無線通信，而不需要投資于昂貴的重新布線。在相同時間單位里獲得更多有效信息，可使工業領域內的操作人員提高工藝流程的效率和質量，從而實現收益和投資回報率最大化。

無線連接技術正在重塑許多工業應用，例如在過去是非常難以實現或是實現成本很高的連續監測傳感器；像zigbee這樣的無線網狀網絡在這些工業物聯網應用中做很多化繁為簡的工作。一個很好的案例是綠色能源市場，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電表。智能表計使得發電廠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電網的能耗，支持他們去優化電力生產以使其更加可靠和高效，同時為終端客戶降低用電成本。

僅依靠無線連接還不足以從工藝流程或環境中提取有價值的數據。當然，傳感器是必不可少的，Silicon Labs為工業應用提供一系列高精度的溫度、濕度、光學和磁性傳感器。終端節點上的無線微控制器也是一個關鍵組件。并不是所有的傳感器部署位置都有可用的電源，且通常的無線終端節點都采用電池供電，也有可能利用能量采集來對電池進行充電。終端節點的功能現在是至關重要的，因為在許多情況下，傳感器數據必須在終端節點上執行操作以提取有價值的信息，來盡可能減少無線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重要，且在終端節點可根據傳感器數據直接與其環境進行交互的這種情況中也很重要。該功能可以使響應時間大大縮短，而不是終端節點首先必須向中央服務器報告，然后接受一個命令后才在一個時間關鍵的工藝流程中執行該命令。

Silicon Labs無線解決方案

終端節點上的無線微控制器必須具備多種特性才能以最佳的方式工作。強勁的無線連接是一個重要的基石，因為它是無線傳感器的主要保障者之一。Silicon Labs為其無線微控制器提供了zigbee、Thread、Bluetooth 5.0、Bluetooth mesh、Wi-Fi和一個強壯的專有無線協議平臺，來支持任何無線通信場景，并提供各種有線連接選項，包括CAN、以太網和以太網供電（PoE）。

Silicon Labs也提供多協議無線解決方案，它們支持在單個無線微控制器上用同一套射頻電路和天線去“講”多種無線協議，以幫助去調試/重置終端節點，并支持終端節點同時成為多個無線網絡的一部分。例如，在一家工廠的網狀網絡中的一款zigbee溫度傳感器也可能支持藍牙，允許傳感器節點安裝工人使用智能手機的藍牙連接來設置傳感器節點，并把它授權加入一個zigbee網絡。此外，工廠人員也可以在需要時使用藍牙直接與在zigbee網絡上運行的傳感器進行通信。這種動態多協議連接方法也適用于許多其它無線組合，包括專有協議。

為了支持低功耗運行，Silicon Labs的無線微控制器有專門用于支持測量傳感器的硬件，在片上控制器處于睡眠狀態時仍支持傳感器運行。該低功耗架構支持終端節點積極地對其傳感器進行采樣，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上完成必要的計算。

從終端節點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物聯網應用，并防止自動化工廠被入侵和數據泄露。所有的Silicon Labs無線和有線微控制器都集成了復雜的硬件加密，既有對稱加密也有非對稱加密。Silicon Labs的微控制器也帶有軟件來支持高效地使用先進的加密技術，從而實現安全通信、固件更新和許多其它益處。