在蜂窝工业物联网中使用Altium Designer

“物联网” (IoT) 多年来一直是热门话题。连接和构建“事物”似乎是每个人都在做的事情。早在 2014 年，我就在认真考虑使用 NXP Kinetis K64 MCU 从互联网上的亚当家族获取“东西”！

图1.物的互联网

图2.Thing命令行界面

如果你想要一个好的笑声，有一些额外的细节 哈卡迪遗址 .

“家”这个词能让人联想起“家”这个词云服务最终会被关闭。不幸的是，“互联网连接厕所”受到了很大的压力，当有应用程序是物联网的理想用例时。我觉得对于许多工业场景来说，物联网，特别是蜂窝物联网硬件，是一种提供持续价值的互联解决方案的经济高效的方式。工业物联网不仅仅是传输原始数据；我们现在可以利用云的力量将数据转化为可操作的智能，使许多行业保持最高效率。

所有使现代生活成为可能的“东西”都是由大型机器驱动的，这些机器代表着巨大的资本投资，并承担着持续的维护成本。这些巨大的机器是允许企业运作的价值流的一部分。像人类制造的任何设备一样，这些机器需要维护和维护。在许多情况下，一个组织付钱给技术人员定期检查和修理机器。技术人员的时间和管理费用都是金钱，而且无论技术人员是组织内部人员还是供应商维护团队的一员，您都需要为此支付服务费。最好的情况是技师可以定期（比如每月）检查这些机器，并在出现问题时出现维修。毕竟，当制作奥利奥饼干的机器出故障时，我们需要尽快解决问题！

在这种情况下，您可以将日常维护检查和维修的成本计算为美元。这种每月的“订阅”是做生意的成本。与其花钱让人定期进行维护检查，不如让数据收集自动化，并利用云计算的力量来推断到底发生了什么？一旦您了解了运营和维护成本的底线，您现在就可以看到物联网和蜂窝物联网具有不可思议的价值。我观察到很多人对物联网“月费”的想法很反感。在我介绍的场景中，这是最便宜的做生意的方式，而且它提供了持续的价值。您可以随时随地了解关键流程的状态。在我看来，有一家公司利用工业物联网模式每年为其他公司节省数亿美元。

为了使这一概念生效，我们需要我们的传感器和边缘设备连接到互联网。我认为这是一种安全可靠的通信方式。

• 新协议有新的蜂窝协议，即CAT-M1和NB物联网，实现了低功耗（甚至是电池供电）的连接解决方案，并由投资数十亿美元的网络作为后盾。

• 低成本有些人可能会说“为什么不使用WIFI，这不是免费的吗？”。不！网络连接从来都不是免费的。你总是可以把它的成本追溯到某个地方或某个人身上。考虑一下网络工程师的时间，并考虑150美元/小时的完全负担率，这是网络安全工程师审核和提供设备的实际价格。有了手机，你可以得到每月几美元的数据计划。如果是月报，可以是月报。

• 即时安全部署“并行”联网的思想一直是保障工业物联网的一个非常重要的组成部分。使用手机，你可以发送一个解决方案，在拆箱，这不需要接触客户的内部网络。用于传感器的全球蜂窝网络已经有10亿美元的投资，允许接入人类有史以来最先进的无线网络。

问问你自己这个问题：如果你正在解决的问题不能保证每个月花几个钱就能远程访问信息，那么监控资产或流程是否有价值？如果我们谈论的是价值数万或几十万美元的机器，那么决定非常简单。

使用蜂窝网络，客户可以在不需要每次部署都花费网络工程师的费用的情况下获得开箱即用的连接。我们甚至可以隔离网络流量，所以物联网解决方案在公共互联网上永远看不到。数据可用且安全。当您需要方便的安装和即时的客户价值，手机是一个很好的选择。我目前正在一个发酵监测平台为工艺酿酒。对于TZero Brew服务，我们经常被问到是否已启用Wi-Fi。简短的回答是“不”。对于许多产品来说，Wi-Fi是一个糟糕的选择，最终会侵蚀产品的价值主张。这似乎与流行观点相反，但当你关注客户价值时，很容易理解为什么。我们的目标是提供持续的价值，并在不中断啤酒厂日常工作流程的情况下进入啤酒厂。我们是来帮助人们专注于他们的手艺。如果解决方案不易于安装和部署，则它无法提供价值。

图3：细胞连接的超声波发酵传感器

TZero Brew产品从内部设计的超声波探头开始。在探测器“边缘”处理数据，并通过蜂窝网络将压缩集发送到“云”。我们利用云处理的能力来做更复杂的算法来估计液体的状态，这样酿酒者就可以随时随地了解发酵罐内的情况。有了这个模型，更新我们的算法很容易，因为所有的东西都部署在云中。

图4.随时随地访问您的流程

这种发酵监控应用程序不仅仅局限于酿造。我们可以远程访问关键流体，如15万美元冷水机组中的乙二醇，以保持关键流程的运行和机器的平稳运行。我们甚至可以为下一代生物农场提供电力合成生物学应用 !

当然，对于Instagram和YouTube来说，Wi-Fi是一个有用的数据管道。对于工业级服务，Wi-Fi并不总是为客户提供最大价值。在TZero，当传感器数据进入云中时，我们遇到了两种一般情况：

1. 你走进一个客户所在地，后屋里有一个消费级路由器和交换机。伟大的。您将获得Wi-Fi密码和默认SSID。这是为了安全吗？你愿意让衣柜里的消费者级路由器来控制你的服务质量吗？即使是最好的意图也会产生不稳定的服务。

2. 一个更大的组织几乎肯定会有IT员工和某种形式的数字安全策略。在这种情况下，如果没有某种程度的审核，您将无法连接到他们的网络（有线或无线）。这并不简单，可能需要数周的繁文缛节和审批。一个网络工程师花费多少时间？客户和解决方案提供商都会产生不小的部署成本。

我们的解决方案通过使用蜂窝网络完全绕过了连接难题。再加上一些设备可能在外面，没有WIFI连接。解决方案在第一天就准备好并配置好了。事实上，手机覆盖并不是无处不在，但我认为它是在大多数关键过程所在的地方。它可以覆盖广泛的应用领域。再加上CAT-M1和NB-IoT等技术可以比手机蜂窝芯片组中使用的调制方案更进一步。这一能力被纳入3GPP标准，它们是为物联网而设计的。

这些年来，手机解决方案的价格大幅下降。曾经，获得解决方案的唯一方法是在PCB模块上使用打包的解决方案。现在有一些PCB级的解决方案，它们成本低，易于集成到您的设计中，并且具有各种功能，包括在单个解决方案中运行应用程序代码。北欧半导体就是其中之一9160尼泊尔卢比 :

图5.nRF9160蜂窝SIP

nRF9160包含两个处理器。有一个Cortex M33内核，带有1MB闪存和256KB RAM，与专用于蜂窝通信的网络处理器相连。除了能够在CAT-M1和NB物联网上工作外，它还支持GPS。该模块有足够的功率来处理任何本地传感器/边缘处理，并处理TLS安全堆栈，同时能够参与蜂窝网络。所有这些价格都在16美元，数量为1k。有没有GPS的选择更便宜。这是一个非常好的交易，也是移动物联网模块的游戏规则改变者。nRF9160针对低/功率电池应用进行了调整，这些应用可以使网络上的数据闪烁数年。

我最喜欢的nRF9160是北欧给你他们的开发工具包设计完整的Altium文件。这意味着您对原理图符号、示意图和RF布局都有准确的参考。你可以看到天线匹配网络以及GPS低噪声放大器。例如，下面是一个示例鈥 事情91“原型工具

图 5. Nordic Thingy:91 Altium 参考设计文件

图 5. Nordic Thingy:91 Altium 参考设计文件

图 5. Nordic Thingy:91 Altium 参考设计文件

执行你的蜂窝物联网硬件设计所需的一切都在那里。Nordic还为 挪威卢比9160丹麦克朗，这对我来说是一个巨大的价值。目前，我们正在为TZero Brew产品进行其他设计，以支持合成生物学和乙二醇监测方面的应用。使用北欧参考，我能够在短时间内准备好我的设计。甚至还有“刺”的空间。

图6.使用nRF9160 DK参考文件的快速转弯设计原型

这里要强调的一点是，我能够快速完成一个蜂窝物联网模块设计，这样我们就可以很快得到预算估计，从而做出决策。我提倡快速犯错，而北欧人使硬件设计过程变得非常容易。参考资料不停留在硬件上；Nordic还提供优秀的软件支持，以最大限度地利用该模块。提供了一个基于Zephyr实时操作系统的SDK来引导固件工作。北欧设定了提供文件和参考设计的标准！

我希望我已经给了你一些关于蜂窝物联网模块设计的要点，包括工业物联网。在您的产品中开始使用蜂窝通信是前所未有的简单。