數(shù)字化轉型并不是一個在各行各業(yè)肆意橫行的可怕怪胎。相反，它是一個強大的工具，從農(nóng)業(yè)到制造業(yè)都在尋求通過它來提高生產(chǎn)率、產(chǎn)量和質量，同時降低能源、燃料、維護和其他運營成本。

這種變革能量很大程度上來自于數(shù)據(jù)以及控制信號在通信骨干網(wǎng)上的移動。麥肯錫公司稱，連接性非常重要，如果農(nóng)業(yè)成功實施連接性，到 2030 年，全球 GDP 將增加 5000 億美元。該公司進一步估計，到 2030 年，在石油行業(yè)的現(xiàn)場作業(yè)中使用先進的連通性可為該行業(yè)的上游作業(yè)增加高達 2500 億美元的收入。

IIoT 面臨的挑戰(zhàn)

盡管 IIoT 具有諸多優(yōu)勢，但企業(yè)往往對兩個關鍵挑戰(zhàn)心存顧慮。首先是增加、更換或修改傳感器所需的初始資本支出，這樣企業(yè)不僅能測量環(huán)境，還能移動信息進行分析和采取行動。企業(yè)在研究采用 IIoT 技術的可行性時，往往認為所有傳統(tǒng)設備都需要更換，因此認為投資過高。

第二個挑戰(zhàn)是實施，包括開發(fā)時間和精力，以及這種新連接所需的操作專業(yè)知識。例如，微軟對使用或打算使用 IIoT 的企業(yè)的 3000 名決策者進行了調查。調查顯示，38% 的企業(yè)認為復雜性和技術挑戰(zhàn)是障礙，近一半的企業(yè)擔心缺乏數(shù)字化轉型所需的員工和培訓。

快速部署之路

啟動數(shù)字化轉型的低成本高效益方法是盡可能將新的 IIoT 技術與舊設備無縫集成，從而釋放現(xiàn)有系統(tǒng)的價值。即使在部署新設備時，也要盡可能采用模塊化方法，以便根據(jù)需要靈活擴展，并提供更廣泛、更不易鎖定的設備供應商選擇。

不過，這種方法本身也并非沒有挑戰(zhàn)。為傳感器或支持 IIoT 的傳感器添加通信模塊可能會遇到尺寸和位置問題，因為傳統(tǒng)設備在設計之初并不適合安裝額外的硬件。此外，傳統(tǒng)設備在生產(chǎn)過程中的各個環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)往往是異構的、巨大的，將不同的通信技術結合起來并非易事。

部分原因是，處理不同系統(tǒng)、設備和機器之間交換的數(shù)據(jù)的跨行業(yè) IIoT 標準尚未出現(xiàn)。互操作性和持續(xù)實施安全措施的能力勢在必行，橙群微電子等 IIoT 推動者正在推動合作，以滿足這一迫切的行業(yè)需求。

另一個需要解決的問題是開發(fā)工作和時間。低代碼平臺已成為一種趨勢，允許非技術人員以最少的編碼經(jīng)驗開發(fā)應用程序。這使企業(yè)能夠相對輕松地改變流程、添加傳感器節(jié)點以及在不同參數(shù)下觸發(fā)執(zhí)行器控制，從而保持競爭力。在這方面，橙群微電子也在引領潮流，不僅減少了編碼，而且完全消除了編碼。

選擇通信技術

第一種廣泛的選擇--有線路由和無線路由--相對容易。企業(yè)越來越多地選擇無線網(wǎng)絡，因為它在增加或更換節(jié)點時具有靈活性。與有線網(wǎng)絡不同，重新布線不會增加工廠車間或建筑物的成本。此外，將電纜安裝在調度柜中也不會浪費太多空間。然而，無線技術提供了令人眼花繚亂的選擇：從傳統(tǒng)的 RFID 到 NFC、藍牙、Zigbee、LoRaWAN、LPWAN/NB-IoT、Sigfox、Z-Wave 和 5G。

功能、功耗（這在需要電池供電節(jié)點或使用多個節(jié)點時很重要）和成本的比較見表 1。藍牙低功耗 (BLE) 作為一種獨特的技術，不僅符合大多數(shù) IIoT 應用的范圍、功耗和成本標準，而且技術成熟，更易于安裝。

表 1：無線電技術在射程、功耗、速度和成本方面的比較。

芯片解決方案

一項改變游戲規(guī)則的技術是解決IIoT采用者的成本、時間和精力問題的關鍵。I橙群微電子公司基于藍牙5.3的NanoBeacon技術最初是為了解決有源RFID的缺點--高成本和高復雜性--而開發(fā)的，具有更低的芯片組、制造工藝和開發(fā)成本。因此，終端產(chǎn)品藍牙信標設備的成本不到1美元，而射程可達300米。

作為橙群微電子 NanoBeacon SoC系列的首款產(chǎn)品，IN100具有高效、可配置的狀態(tài)機、用于用戶預定義數(shù)據(jù)有效載荷的非易失性存儲器（NVM）、用于動態(tài)數(shù)據(jù)存儲的數(shù)據(jù)SRAM、11位模數(shù)轉換器（ADC）、安全引擎和電源管理（如圖1所示）。IN100 的工作溫度范圍極寬，為 -45 oC 至 +125 oC，睡眠模式下的功耗僅為 650 nA，工作電壓范圍為 1.1 V 至 3.6 V。該 SoC 使用 1.4/1.5 V 紐扣電池供電，既可用于一次性信標標簽，也可用于無線智能傳感器。

圖 1：IN100 NanoBeacon SoC 的系統(tǒng)框圖。

該芯片支持 ISM 2.4 GHz 頻段的 BLE 信標和 2.4 GHz 頻段或 MedRadio 頻段的專有信標模式。除了獨立信標模式外，該 SoC 還能與配套的 MCU 配對，以便通過 UART 實時更改廣告數(shù)據(jù)有效載荷和控制模式。

IN100 不僅能與數(shù)字輸出傳感器連接，還能通過板載 ADC 與模擬傳感器連接，從而與溫度、濕度和運動傳感器等多種傳感器集成。其嵌入式安全引擎可對數(shù)據(jù)有效載荷進行驗證和加密，從而有效防止未經(jīng)授權的訪問。

此外，無代碼功能意味著企業(yè)無需經(jīng)驗豐富的藍牙應用開發(fā)人員即可采用 IIoT。他們可以快速將生成的數(shù)據(jù)集成到現(xiàn)成的分析工具中，以便對其運營情況有新的了解。

IN100 平臺包括 NanoBeacon Config Tool 桌面應用程序和 NanoBeacon BLE Scanner 移動應用程序，便于定制和配置。

圖 2：配置工具提供了一個易于使用的儀表板，用于創(chuàng)建、編輯、測試和保存 IN100 配置。

配置 NanoBeacon 非常簡單，只需將編程板插入電腦 USB 端口，啟動配置工具，然后根據(jù)應用要求加載配置即可。配置工具允許在 RAM 中運行設置，這樣就可以在將設置燒入 OTP 存儲器之前在掃描儀應用程序上進行測試和驗證。

配置工具圖形用戶界面（圖 2）提供以下控件：

1.UART 面板用于設置 UART 端口和波特率。

2.主窗口允許更改選定的設置組。

3.應用設置面板提供所有可配置選項卡，包括廣告設置、ADC、加計數(shù)控制器、I2C、GPIO 和 GPIO 邊沿計數(shù)。高級模式設置選項可處理特殊的設備行為，而射頻測試可輕松運行各種射頻測試。

4.全局設置面板將設置應用于所有廣告。

5.當前設置面板顯示當前配置的概覽。

6.配置面板允許將配置保存到文件或從另一個文件加載配置，以及測試（在 RAM 中運行）或將其永久刻錄到 OTP 內存中。

7.高級調試設置提供了讀/寫設備寄存器/內存/eFuse 的方法。

圖 3：NanoBeacon BLE 掃描儀與配置工具配合使用，以測試和管理 IN100 配置。

該移動應用程序（圖 3）具有以下獨特功能：

· 發(fā)現(xiàn)廣告 BLE 設備

· 自動解析 iBeacon 和 Eddystone 廣告數(shù)據(jù)包

· 支持多個設備過濾器（設備名稱、最小 RSSI、制造商特定數(shù)據(jù)、公司 ID 等）

· 按 RSSI 排序的選項

· 通過簡單的二維碼掃描從配置工具導入配置

· 自動檢測與導入配置相匹配的 IN100 設備

· 自動解析與導入配置相匹配的 IN100 設備廣播的廣告數(shù)據(jù)，并以人類可讀格式顯示數(shù)據(jù)值

· 支持對檢測到的與導入配置相匹配的 IN100 設備進行后臺通知

· 支持導出捕獲的匹配 IN100 設備的日志

該低成本硬件首次采用 2.5 x 2.5 x 0.55 mm DFN8 小型封裝，降低了 IIoT 在以下終端應用中的采用門檻：制造業(yè)中的機器人和電機控制；倉儲中的資產(chǎn)跟蹤和庫存控制；智慧城市中的交通和停車管理；病人監(jiān)控和遠程手術；以及不受空間和位置限制的農(nóng)業(yè)。

圖 4：采用 2.5 x 2.5 x 0.55 mm DFN8（左）和 1.1 x 2.0 x 0.35 mm WLCSP（右）封裝的 IN100 SoC。

IN100 還采用 1.1 x 2.0 x 0.35 mm 的微小晶圓級芯片尺寸封裝 (WLCSP)，使設計人員面臨空間和厚度嚴格要求的新應用成為可能，例如智能藥丸、可打印智能標簽、智能紡織品和智能珠寶。

難怪 NanoBeacon 被RFID Journal’s評為 2021 年和 2023 年最佳新產(chǎn)品，并入圍 2023 年 “Sensors Converge”活動的 "最佳傳感器獎 "決賽。

清晰的愿景，共同的使命

NanoBeacon 的無代碼技術使企業(yè)能夠控制開發(fā)，同時降低對內部 IT 人員的要求，釋放資源，專注于其核心競爭力。InPlay通過快速發(fā)展的傳感器合作伙伴計劃，在GitHub上提供互聯(lián)傳感器參考設計庫，在輕松實現(xiàn)IIoT概念的基礎上繼續(xù)發(fā)展。

橙群微電子有一個清晰的愿景，即解決IIoT在通信延遲、維護成本和安全性方面的痛點。我們的團隊由半導體行業(yè)的資深專家組成，在無線通信系統(tǒng)、射頻技術、模擬混合信號電路和低功耗電路設計方面擁有豐富的經(jīng)驗。