數(shù)字化轉(zhuǎn)型并不是一個(gè)在各行各業(yè)肆意橫行的可怕怪胎。相反，它是一個(gè)強(qiáng)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(zhì)量，同時(shí)降低能源、燃料、維護(hù)和其他運(yùn)營(yíng)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(hào)在通信骨干網(wǎng)上的移動(dòng)。麥肯錫公司稱，連接性非常重要，如果農(nóng)業(yè)成功實(shí)施連接性，到 2030 年，全球 GDP 將增加 5000 億美元。該公司進(jìn)一步估計(jì)，到 2030 年，在石油行業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中使用先進(jìn)的連通性可為該行業(yè)的上游作業(yè)增加高達(dá) 2500 億美元的收入。

IIoT 面臨的挑戰(zhàn)

盡管 IIoT 具有諸多優(yōu)勢(shì)，但企業(yè)往往對(duì)兩個(gè)關(guān)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(cè)量環(huán)境，還能移動(dòng)信息進(jìn)行分析和采取行動(dòng)。企業(yè)在研究采用 IIoT 技術(shù)的可行性時(shí)，往往認(rèn)為所有傳統(tǒng)設(shè)備都需要更換，因此認(rèn)為投資過高。

第二個(gè)挑戰(zhàn)是實(shí)施，包括開發(fā)時(shí)間和精力，以及這種新連接所需的操作專業(yè)知識(shí)。例如，微軟對(duì)使用或打算使用 IIoT 的企業(yè)的 3000 名決策者進(jìn)行了調(diào)查。調(diào)查顯示，38% 的企業(yè)認(rèn)為復(fù)雜性和技術(shù)挑戰(zhàn)是障礙，近一半的企業(yè)擔(dān)心缺乏數(shù)字化轉(zhuǎn)型所需的員工和培訓(xùn)。

快速部署之路

啟動(dòng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的低成本高效益方法是盡可能將新的 IIoT 技術(shù)與舊設(shè)備無縫集成，從而釋放現(xiàn)有系統(tǒng)的價(jià)值。即使在部署新設(shè)備時(shí)，也要盡可能采用模塊化方法，以便根據(jù)需要靈活擴(kuò)展，并提供更廣泛、更不易鎖定的設(shè)備供應(yīng)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(huì)遇到尺寸和位置問題，因?yàn)閭鹘y(tǒng)設(shè)備在設(shè)計(jì)之初并不適合安裝額外的硬件。此外，傳統(tǒng)設(shè)備在生產(chǎn)過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)往往是異構(gòu)的、巨大的，將不同的通信技術(shù)結(jié)合起來并非易事。

部分原因是，處理不同系統(tǒng)、設(shè)備和機(jī)器之間交換的數(shù)據(jù)的跨行業(yè) IIoT 標(biāo)準(zhǔn)尚未出現(xiàn)。互操作性和持續(xù)實(shí)施安全措施的能力勢(shì)在必行，橙群微電子等 IIoT 推動(dòng)者正在推動(dòng)合作，以滿足這一迫切的行業(yè)需求。

另一個(gè)需要解決的問題是開發(fā)工作和時(shí)間。低代碼平臺(tái)已成為一種趨勢(shì)，允許非技術(shù)人員以最少的編碼經(jīng)驗(yàn)開發(fā)應(yīng)用程序。這使企業(yè)能夠相對(duì)輕松地改變流程、添加傳感器節(jié)點(diǎn)以及在不同參數(shù)下觸發(fā)執(zhí)行器控制，從而保持競(jìng)爭(zhēng)力。在這方面，橙群微電子也在引領(lǐng)潮流，不僅減少了編碼，而且完全消除了編碼。

選擇通信技術(shù)

第一種廣泛的選擇--有線路由和無線路由--相對(duì)容易。企業(yè)越來越多地選擇無線網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)樗谠黾踊蚋鼡Q節(jié)點(diǎn)時(shí)具有靈活性。與有線網(wǎng)絡(luò)不同，重新布線不會(huì)增加工廠車間或建筑物的成本。此外，將電纜安裝在調(diào)度柜中也不會(huì)浪費(fèi)太多空間。然而，無線技術(shù)提供了令人眼花繚亂的選擇：從傳統(tǒng)的 RFID 到 NFC、藍(lán)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(diǎn)或使用多個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)很重要）和成本的比較見表 1。藍(lán)牙低功耗 (BLE) 作為一種獨(dú)特的技術(shù)，不僅符合大多數(shù) IIoT 應(yīng)用的范圍、功耗和成本標(biāo)準(zhǔn)，而且技術(shù)成熟，更易于安裝。

表 1：無線電技術(shù)在射程、功耗、速度和成本方面的比較。

芯片解決方案

一項(xiàng)改變游戲規(guī)則的技術(shù)是解決IIoT采用者的成本、時(shí)間和精力問題的關(guān)鍵。I橙群微電子公司基于藍(lán)牙5.3的NanoBeacon技術(shù)最初是為了解決有源RFID的缺點(diǎn)--高成本和高復(fù)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(lán)牙信標(biāo)設(shè)備的成本不到1美元，而射程可達(dá)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(jī)、用于用戶預(yù)定義數(shù)據(jù)有效載荷的非易失性存儲(chǔ)器（NVM）、用于動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)SRAM、11位模數(shù)轉(zhuǎn)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(biāo)標(biāo)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(biāo)和 2.4 GHz 頻段或 MedRadio 頻段的專有信標(biāo)模式。除了獨(dú)立信標(biāo)模式外，該 SoC 還能與配套的 MCU 配對(duì)，以便通過 UART 實(shí)時(shí)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(yùn)動(dòng)傳感器等多種傳感器集成。其嵌入式安全引擎可對(duì)數(shù)據(jù)有效載荷進(jìn)行驗(yàn)證和加密，從而有效防止未經(jīng)授權(quán)的訪問。

此外，無代碼功能意味著企業(yè)無需經(jīng)驗(yàn)豐富的藍(lán)牙應(yīng)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(duì)其運(yùn)營(yíng)情況有新的了解。

IN100 平臺(tái)包括 NanoBeacon Config Tool 桌面應(yīng)用程序和 NanoBeacon BLE Scanner 移動(dòng)應(yīng)用程序，便于定制和配置。

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

配置 NanoBeacon 非常簡(jiǎn)單，只需將編程板插入電腦 USB 端口，啟動(dòng)配置工具，然后根據(jù)應(yīng)用要求加載配置即可。配置工具允許在 RAM 中運(yùn)行設(shè)置，這樣就可以在將設(shè)置燒入 OTP 存儲(chǔ)器之前在掃描儀應(yīng)用程序上進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)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(shè)置 UART 端口和波特率。

2.主窗口允許更改選定的設(shè)置組。

3.應(yīng)用設(shè)置面板提供所有可配置選項(xiàng)卡，包括廣告設(shè)置、ADC、加計(jì)數(shù)控制器、I2C、GPIO 和 GPIO 邊沿計(jì)數(shù)。高級(jí)模式設(shè)置選項(xiàng)可處理特殊的設(shè)備行為，而射頻測(cè)試可輕松運(yùn)行各種射頻測(cè)試。

4.全局設(shè)置面板將設(shè)置應(yīng)用于所有廣告。

5.當(dāng)前設(shè)置面板顯示當(dāng)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(gè)文件加載配置，以及測(cè)試（在 RAM 中運(yùn)行）或?qū)⑵溆谰每啼浀?OTP 內(nèi)存中。

7.高級(jí)調(diào)試設(shè)置提供了讀/寫設(shè)備寄存器/內(nèi)存/eFuse 的方法。

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

該移動(dòng)應(yīng)用程序（圖 3）具有以下獨(dú)特功能：

· 發(fā)現(xiàn)廣告 BLE 設(shè)備

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

· 支持多個(gè)設(shè)備過濾器（設(shè)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(xiàng)

· 通過簡(jiǎn)單的二維碼掃描從配置工具導(dǎo)入配置

· 自動(dòng)檢測(cè)與導(dǎo)入配置相匹配的 IN100 設(shè)備

· 自動(dòng)解析與導(dǎo)入配置相匹配的 IN100 設(shè)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(duì)檢測(cè)到的與導(dǎo)入配置相匹配的 IN100 設(shè)備進(jìn)行后臺(tái)通知

· 支持導(dǎo)出捕獲的匹配 IN100 設(shè)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(yīng)用中的采用門檻：制造業(yè)中的機(jī)器人和電機(jī)控制；倉(cāng)儲(chǔ)中的資產(chǎn)跟蹤和庫(kù)存控制；智慧城市中的交通和停車管理；病人監(jiān)控和遠(yuǎn)程手術(shù)；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(jí)芯片尺寸封裝 (WLCSP)，使設(shè)計(jì)人員面臨空間和厚度嚴(yán)格要求的新應(yīng)用成為可能，例如智能藥丸、可打印智能標(biāo)簽、智能紡織品和智能珠寶。

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

清晰的愿景，共同的使命

NanoBeacon 的無代碼技術(shù)使企業(yè)能夠控制開發(fā)，同時(shí)降低對(duì)內(nèi)部 IT 人員的要求，釋放資源，專注于其核心競(jìng)爭(zhēng)力。InPlay通過快速發(fā)展的傳感器合作伙伴計(jì)劃，在GitHub上提供互聯(lián)傳感器參考設(shè)計(jì)庫(kù)，在輕松實(shí)現(xiàn)IIoT概念的基礎(chǔ)上繼續(xù)發(fā)展。

橙群微電子有一個(gè)清晰的愿景，即解決IIoT在通信延遲、維護(hù)成本和安全性方面的痛點(diǎn)。我們的團(tuán)隊(duì)由半導(dǎo)體行業(yè)的資深專家組成，在無線通信系統(tǒng)、射頻技術(shù)、模擬混合信號(hào)電路和低功耗電路設(shè)計(jì)方面擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)。