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探索工业物联网的蓝牙、Zigbee 和专有无线解决方案

时间：2020-03-26 16:28来源：21Dianyuan

摘要：本文主要介绍了，工业物联网的重要节点，无线传感网络的发展趋势以及无线通信的解决方案。

随着互联网、数据分析和云计算等系统的出现，使得工业4.0的推进和实施成为可能。工业物联网有可能通过采用工业无线传感器网络（WSN）来推动自动化技术的进一步发展。将控制系统中的数据与物联网节点所获取的数据进行交互，可以提供更全面的数据集，使公司能够优化其整个价值链。本文主要介绍了，工业物联网的重要节点，无线传感网络的发展趋势以及无线通信的解决方案。
 

 
据市场调研机构估计，到2023年全球每年将有34亿台无线传感器网络芯片组出货（高于2018年的10亿台）。短距离无线通讯方式（如802.15.4、蓝牙、Wi-Fi和专有协议）目前占所有发货量的90%以上，但低功耗长距离通讯方式（SigFox、Lora和NB-IoT）正在以更快的速度增长。预计未来五年，无线传感器网络设备的相关领域（工业、农业和建筑）的年收入将超过130亿美元。
 
工业物联网的神经网络
通常来说，控制系统通常更重视其安全和可靠性，而不是系统成本，这些系统有助于确保制造或加工场所的顺利和高效运行，因为任何错误、延迟或事故都将导致收入损失甚至人身伤亡。随着无线通信、能效、小型化和智能嵌入式计算技术的进步，以及更强健、低功耗的设计、长寿命的纽扣电池，这些均导致了可靠和安全的无线传感器节点的发展。这些节点能够满足严格的行业要求，并且能够在最极端的应用程序设置下工作。
   
由于无线传感器网络技术的成本较低，使得在整个系统中部署数百个甚至数千个传感器节点相对容易，也相当经济，从而形成了类人的物联网系统。这种可扩展性，再加上支持多种无线网络协议的能力，进一步提高了生态系统的可靠性，包括传感器节点、中继器和网关的广泛网络，所有这些都实现了工业4.0所必需的空间和通道冗余。

工业物联网的无线协议
除了恶劣或偏远的操作环境和工业设施的庞大规模外，工程师还应考虑到所有金属、混凝土和设备带来的干扰，以及来自内部和周围其他电子设备的电磁干扰。所有这些都决定了要实现的工业物联网节点类型，或者应该支持哪种组合无线协议，取决于具体应用。蓝牙低能耗（BLE）、ISA-100.11A、无线HART和Zigbee都是有效的选项。
 
智能无线传感器网络解决方案
基于上述的工业物联网传感网络及无线协议的需求框架，Silicon Labs推出一系列全新的安全、专有无线SoC产品。这些SoC专门针对电量和尺寸受限的电池或能量收集供电型IoT产品而设计，其目标应用包括电子货架标签（ESL）、建筑安全、工业自动化传感器和用于商业照明的定制模块等。
 
FG22专有无线SoC
新型EFR32FG22 (FG22) SoC基于Silicon Labs的Wireless Gecko Series 2平台，提供了安全特性、2.4 GHz无线性能、能效、软件工具和协议栈的最佳组合，支持新一代ESL和标价自动化产品。
 
FG22集成了带有TrustZone的38.4 MHz Arm®Cortex®-M33内核和具有-106.4 dBm接收灵敏度的高性能无线电。该SoC凭借超低发射和接收功率（+6 dBm时8.2 mA TX，3.6 mA RX）以及1.2 µA深度睡眠模式功耗，可提供出色的能量效率。其他低功耗片上特性（例如RFSense，可实现RF能量唤醒FG22）进一步扩展了电池或能量收集选项有限的IoT产品使用寿命。探索更多有关 FG22的产品信息和技术文档。
 
针对工业物联网中Zigbee和蓝牙协议设计的需求，Silicon Labs也提供了丰富的产品选项。
 
BG22安全可靠的蓝牙5.2 SoC
EFR32BG22（BG22）SoC扩展了Silicon Labs已有的安全、超低功耗Wireless Gecko Series 2平台，并为开发人员提供了优化的蓝牙连接解决方案，支持新的蓝牙5.2规范、蓝牙测向和蓝牙Mesh。
 
BG22系列结合了同类最佳的超低发射和接收电流（发射功率为0 dBm时3.6 mA；接收2.6 mA）和高性能、低功耗M33内核（工作电流27 µA / MHz；休眠电流1.2 µA），提供行业领先的能效，可将纽扣电池的寿命延长至十年。目标应用包括蓝牙Mesh低功耗节点、智能门锁、个人医疗保健和健身设备。SoC的蓝牙到达角（AoA）和离开角（AoD）功能以及1米以内定位精度也使得资产跟踪标签、信标和室内导航等应用将从中受益。
 
新产品组合提供了三种蓝牙SoC产品供选择，这些产品旨在满足智能家居、消费类、商业和工业物联网应用（包括那些需要多年电池使用寿命的应用）对价格/性能的各种要求。
 
MG22 Zigbee绿色能源SoC
EFR32MG22（MG22）系列产品是专为ZigbeeGreen Power（绿色能源）应用而优化的最小、最低功耗的SoC，扩展了Silicon Labs的Zigbee产品组合。MG22 SoC是使用纽扣电池或通过能量收集供电的Zigbee设备的理想选择，其目标应用包括智能家居传感器、照明控制以及楼宇和工业自动化等。
 
节能的Zigbee Green Power技术通过逐步减少住宅、商业和工业能耗来帮助解决环境问题。Zigbee Green Power采用和节能的Zigbee 3.0协议相同的802.15.4 PHY和MAC，通过减少无线传输的数据量来进一步降低能耗。从一开始，Zigbee Green Power就被设计为一种支持IoT设备的高效协议，无论是其采用电池供电，还是采用“无电池” 能量收集供电。SiliconLabs特别对新型MG22 SoC进行了设计优化，从而为这些具有挑战性、功耗敏感的无线应用带来领先的连接解决方案。
 
MG22 SoC集成了带有TrustZone的高性能、低功耗76.8 MHzArm® Cortex®-M33内核。该SoC凭借超低发射和接收功率（+6 dBm时8.2 mA TX，3.9 mA RX）、1.4 µA深度睡眠模式功耗和低功耗外设，可提供出色的能量效率。
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