无线连接技术将重塑工业应用

作者/Øivind Loe Silicon Labs微控制器和传感器产品高级营销经理

工业物联网（IIoT）对于Silicon Labs来说是一个非常重要的市场，这是因为对于投资于工业物联网设计的终端客户，其所具有的潜在投资回报率（ROI）是非常显著的。SiliconLabs非常关注物联网无线连接，并且我们已看到连接技术的改进已经成为从工业流程中获得更多数据的主要推动因素，而无线连接的成本比以前通过有线连接还更低。过去，在物联网兴起之前，某些测量在经济上是无法可行的，原因在于需要布线至远程传感器的位置而带来了高昂成本，或者需要在低频率下对数据进行手动采样，因此就限制了流程的优化，而这原本可以通过基于及时的、高性价比的传感器测量而实现。然而，随着新的通信技术的出现，这些测量可以通过多种标准和专有协议及不同带宽来实现并进行无线通信，而不需要投资于昂贵的重新布线。在相同时间单位里获得更多有效信息，可使工业领域内的操作人员提高工艺流程的效率和质量，从而实现收益和投资回报率最大化。

无线连接技术正在重塑许多工业应用，例如在过去是非常难以实现或是实现成本很高的连续监测传感器；像zigbee这样的无线网状网络在这些工业物联网应用中做很多化繁为简的工作。一个很好的案例是绿色能源市场，目前许多国家正在将人工抄表电表升级为可持续读取计量值的自动电表。智能表计使得发电厂的操作员有能力去分析数据，并且在某些情况下还能控制整个电网的能耗，支持他们去优化电力生产以使其更加可靠和高效，同时为终端客户降低用电成本。

仅依靠无线连接还不足以从工艺流程或环境中提取有价值的数据。当然，传感器是必不可少的，Silicon Labs为工业应用提供一系列高精度的温度、湿度、光学和磁性传感器。终端节点上的无线微控制器也是一个关键组件。并不是所有的传感器部署位置都有可用的电源，且通常的无线终端节点都采用电池供电，也有可能利用能量采集来对电池进行充电。终端节点的功能现在是至关重要的，因为在许多情况下，传感器数据必须在终端节点上执行操作以提取有价值的信息，来尽可能减少无线传输数据的大小和频率。这种边缘计算方式对于节约能量至关重要，且在终端节点可根据传感器数据直接与其环境进行交互的这种情况中也很重要。该功能可以使响应时间大大缩短，而不是终端节点首先必须向中央服务器报告，然后接受一个命令后才在一个时间关键的工艺流程中执行该命令。

Silicon Labs无线解决方案

终端节点上的无线微控制器必须具备多种特性才能以最佳的方式工作。强劲的无线连接是一个重要的基石，因为它是无线传感器的主要保障者之一。Silicon Labs为其无线微控制器提供了zigbee、Thread、Bluetooth 5.0、Bluetooth mesh、Wi-Fi和一个强壮的专有无线协议平台，来支持任何无线通信场景，并提供各种有线连接选项，包括CAN、以太网和以太网供电（PoE）。

Silicon Labs也提供多协议无线解决方案，它们支持在单个无线微控制器上用同一套射频电路和天线去“讲”多种无线协议，以帮助去调试/重置终端节点，并支持终端节点同时成为多个无线网络的一部分。例如，在一家工厂的网状网络中的一款zigbee温度传感器也可能支持蓝牙，允许传感器节点安装工人使用智能手机的蓝牙连接来设置传感器节点，并把它授权加入一个zigbee网络。此外，工厂人员也可以在需要时使用蓝牙直接与在zigbee网络上运行的传感器进行通信。这种动态多协议连接方法也适用于许多其它无线组合，包括专有协议。

为了支持低功耗运行，Silicon Labs的无线微控制器有专门用于支持测量传感器的硬件，在片上控制器处于睡眠状态时仍支持传感器运行。该低功耗架构支持终端节点积极地对其传感器进行采样，却仅消耗极少量的功耗。低功耗运行也延伸至计算和RF传输，支持微控制器在有效地将信息传输给收集器之前在终端节点上完成必要的计算。

从终端节点到云端的安全性是必需具备的功能，以支持可靠且安全的工业物联网应用，并防止自动化工厂被入侵和数据泄露。所有的Silicon Labs无线和有线微控制器都集成了复杂的硬件加密，既有对称加密也有非对称加密。Silicon Labs的微控制器也带有软件来支持高效地使用先进的加密技术，从而实现安全通信、固件更新和许多其它益处。