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      使用LTE Cat M1调制解调器降低物联网无线连接的成本

      电子设计 ? 2019-03-22 08:29 ? 次阅读

      移动健?#23548;?#25511;,遥感和智能城市等广域物联网应用的开发人员存在连接问题:蓝牙,zigbee和Wi-Fi缺乏所需的范围,而传统的蜂窝无线电太昂贵,耗电量大,

      为了解决这个问题,出现了另一种连接选项,LTE Cat M1蜂窝网络。随之而来的是?#23376;?#20351;用,经过?#29616;?#30340;解决方案,可大大降低蜂窝连接的复杂性和成本,同时加快面向广域,低功耗,低成本,远程物联网设计的上市时间。

      其中一个解决方案是NimbeLink的NL-SW-LTE-SVZM20 Skywire LTE Cat-M1调制解调器。本文将介绍NL-SW-LTE_SVZM20以及如何开始设计和编程。

      LTE Cat M1基础

      LTE类别M1是作为一种较便宜的替代品而创建的更传统的LTE服务,如Cat 4,旨在支持100 Mbits/s的吞吐量。对于低功耗,低成本物联网传感应用,具有低占空比和数据速?#24066;?#27714;的10或100千比特/秒,这显然是过度的。在LTE标准的版本13中,3GPP(第三代合作伙伴计划)定义了一类LTE技术,包括LTE Cat M1,数据速率低于300 Kbits/s。

      这种较低的数据速率及其结果降低复杂性,更好地匹配物联网设计要求,同时仍?#24066;?#35774;计人员利用蜂窝无处不在和相对无干扰的许可频段操作。现在,远程物联网设备可以在单个电池上运行多年而无需更换或充电。

      此外,LTE Cat M1提供足够高的性能,物联网设备可以快速传输数据突发并返回迅速向低功?#39318;?#24577;发展。此外,LTE Cat M1具有10 ms范围内的延迟,?#24066;?#20854;在具有时间要求的物联网应用中使用。

      最后,LTE Cat M1支?#31181;?#25345;预期增长所需的LTE语音(VoLTE)连接在物联网应用中对基于语音的接口的需求,如健康和健身,零售,交通,建筑服务等等。

      满足LTE设计和?#29616;?#25361;战

      虽然它有明显的优势,LTE连接确实存在多重挑?#20581;?#22312;设计层面,LTE芯片组仍然是相对复杂的设备,?#26434;?#21270;发射机和接收机信号路径有着严格的要求。

      制造商通过提供将芯片组与优化的RF电路设计相结合的LTE模块来解决这些问题,将?#20302;?#25509;口要求(例如信号电压转换和缓冲)留给?#20302;成?#35745;人员。 LTE调制解调器提供商满足这些要求,其中包含模块周围的电路板,以及加速?#20302;成?#35745;(如基于MCU的物联网设备)集成所需的最终元件。

      蜂窝解决方案的分层特性也可用于最终解决方案即使是精心设计的基于蜂窝的?#20302;?#20063;可能停止生产的要求。开发人员需要通过?#29616;?#27979;试来符合政府和运营商的要求,这些测试可能会为完成的设计增加数月和大量成本。缺乏?#23454;比现?#30340;产品根本不?#24066;?#36827;入运营商网络。

      在更高级别的蜂窝解决方案层次结构中,使用未经?#29616;?#30340;组件会增加这些成本。例如,使用缺乏运营商?#29616;?#30340;芯片组的模块制造商面临着显着更高的成本和延迟,因为?#29616;?#23454;验室填补了测试的空白。进一?#38477;?#22797;杂化是因为仅从政府机构或仅从?#24615;?#20154;?#25250;?#33719;得的?#29616;?#19981;能确保从另一个机?#22815;?#24471;?#29616;ぁ?#20363;如,在美国,运营商通常会征收超出美国联邦通信委员会(FCC)规定的额外测试要求。

      NimbeLink通过其NL-SW-LTE-SVZM20消除了这些设计和?#29616;?#38556;碍Skywire LTE Cat-M1调制解调器。

      使用随时可用的调制解调器子?#20302;?#36827;行快速开发

      该调制解调器专为物联网应用而设计,具有低功耗运行,同时支持LTE Cat M1 Verizon LTE频段B4和B13的服务。 B4和B13?#30452;?#22312;1700 MHz和750 MHz左右的中心频率下工作,可以为链路预算相对较低的物联网设备提供深度覆盖。对于开发人员来?#20302;?#26679;重要的是,调制解调器已经过终端设备的预?#29616;ぃ?#28040;除了与蜂窝?#29616;?#30456;关的成本和延迟。与此同时,NimbeLink的Skywire调制解调器支持固件升级,使开发人员能够在运营商网络中部署新功能。

      对于物联网开发人员,NimbeLink调制解调器将LTE Cat M1模块与支持功能相结合,以提供完整的蜂窝子?#20302;常?#22270;1)。因此,开发人员使用简单的?#20302;?#38598;成接口,通过共享的UART硬件接口使用熟悉的“AT”命令将其基于MCU的?#20302;?#21151;能性地连接到调制解调器。

      使用LTE Cat M1调制解调器降低物联网无线连接的成本

      图1:NimbeLink NL-SW-LTE-SVZM20 Skywire LTE Cat-M1调制解调器结合了LTE Cat M1模块的特性和功能简化?#20302;成?#35745;中的集成。 (?#35745;?#26469;源:NimbeLink)

      物理设计集成同样简单。在调制解调器的29 x 33 x 10.5 mm占位面积内,其I/O引脚布局符合行业标准XBee外形尺寸,?#24066;?#35774;计人员将调制解调器与兼容板相结合。设计人员可以利用XBee兼容引脚排列,使用一对10针连接器(如Sullins Connector Solutions NPPN101BFCN-RC)将调制解调器连接到自己的主板上。 NimbeLink还提供了建议的占位面积,工程师可以使用它来将调制解调器焊接到其电路板上(图2)。开发人员使用兼容LTE的天线(如Taoglas FXP400.07.0100A)完成物理集成。

      使用LTE Cat M1调制解调器降低物联网无线连接的成本

      图2:NimbeLink NL-SW-LTE-SVZM20 Skywire LTE Cat M1调制解调器提供与XBee兼容的引脚接口,用于连接兼容板或使用此处显示的封装规格焊接到定制电路板。 (?#35745;?#26469;源:NimbeLink)

      LTE子?#20302;?/p>

      NimbeLink通过其NL-M1DK开发套件演示了调制解调器的接口设计和?#20302;?#38598;成的详?#24863;?#24687;。虽然开发板提供了完整的LTE Cat M1解决方案,但相关的原理图说明了将调制解调器集成到定制?#20302;成?#35745;中所需的简单接口(图3)。

      使用LTE Cat M1调制解调器降低物联网无线连接的成本

      图3:NimbeLink提供了详细的原理图,用于将其NL-SW-LTE-SVZM20 Skywire LTE Cat-M1调制解调器连接到物联网设计,包括MOSFET缓冲区和电流测量测试点。 (图像来源:NimbeLink)

      如示意图所示,该模块仅需要一些额外的组件即可将LTE Cat M1功能添加到基于MCU的设计中。除了少量电阻和电容外,NimbeLink还增加了一对ON Semiconductor FDV301N MOSFET缓冲器。 NimbeLink还在开发板上增加了一个SusumuRL1220S-R10-F表面贴装电流检测电阻,?#24066;?#24320;发人员测量整个电路板J13连接器的调制解调器电流。

      除了评估LTE Cat M1连接,开发人员还可以使用该电路板用于构建基本电池供电的物联网传感器?#20302;场?#35813;板包括一个围?#39057;?#24030;仪器BQ25060DQCR构建的电池管理电路。因此,开发人员可以简单地插入可充电电源,例如SparkFun Electronics PRT-13855 2 Ah @ 3.7伏(标称)锂电池,?#36828;?#31435;配置为电路板供电。板载LED和按钮支?#26088;?#21333;的用户界面,而电路板的Everlight Electronics PT15-21C/TR8封装了光电晶体管和透镜,可用作独立的位置传感器。

      电路板的Sensirion SHT30-DIS -B温度和湿度传感器为物联网设计评估提供了额外的数据源。 SHT30传感器通过I 2 C接口连接到?#20302;常?#35813;接口本身与调制解调器UART接口一起出现在单独的板引脚上。最后,该板包含一个FTDI FT2232D IC,它提供了一个USB接口,用于连接开发?#20302;场?/p>

      开发人员只需连接提供的天线,电源线,USB线,就可以开始使用开发套件。并将NimbeLink NL-SIM-VER-M1 SIM卡插入调制解调器板的下侧(图4)。与使用蜂窝的任何移动设备一样,开发人员还需要在运营商网络上激活设备。在这种情况下,开发人员联系NimbeLink支持,该支持通常在同一天执行快速程序以激活Verizon网络上的调制解调器。

      使用LTE Cat M1调制解调器降低物联网无线连接的成本

      图4:NimbeLink NL-M1DK开发套件与NimbeLink NL-SW-LTE-SVZM20调制解调器结合使用,可提供完整的LTE Cat-M1连接子?#20302;场?(图像来源:NimbeLink)

      连接后,设备在NimbeLink数据计划上运行,使用Verizon网络内NimbeLink专用网络内的专用IP地址。结果,蜂窝连接设备无法从公共因特网上访问,因为它只能将数据发送到因特网。之后,开发人员可以在Verizon网络中的专用网络中为生产设备配置静态IP,以便通过Internet进行物联网应用的双向通信。无论是在NimbeLink专用网络上运行还是在自己的网络上运行,调制解调器都使用一组简单的命令来提供连接服务。

      网络连接

      开发人员使用一系列调制解调器与调制解调器进行?#25442;T命令,以?#25442;?#26041;式或以编程方式提供。在开发过程中,工程师可以通过USB将电路板连接到主机?#20302;常?#24182;使用PuTTY等主机终端程序发出AT命令,以便与调制解调器进行?#25442;ァ?/p>

      虽然创建?#23454;?#30340;AT命令序列的任务是很简单,NimbeLink消除了这个开发步骤。 NimbeLink的开源库为开发人员提供了一系列脚本,其中包括执行操作所需的特定AT命令,例如打开与蜂窝网络的点对点协议(PPP)连接。这里,基本脚本提供AT命令,用于定义(CGDCONT)分组数据协议(PDP)类型和用户访问点名称(APN),设置电话功能(FUN),附加到分组服务(CGATT)和执行(CGDATA) )PPP连接(清单1)。

      使用LTE Cat M1调制解调器降低物联网无线连接的成本

      在应用程序中,开发人员可以使用共享UART连接对IoT设备的MCU主机进行编程,以发送类似的AT命令流。建立PPP连接后,IoT设备将使用传统的http Web协议或轻量级消息传递协议(如ISO标准消息队列遥测传输(MQTT))与?#21697;?#21153;器进行?#25442;ァ?#21453;过来,IoT应用程序通常会在功能上使用此基本的PPP启用MQTT,以使用传输层安全性(TLS)相互身份验证与云建立安全连接。

      IoT云

      物联网云平台(如Amazon Web Services(AWS))支持此特定通信堆栈,同时提供额外的面向物联网的服务。对于AWS,开发人员可以通过实现AWS IoT应用程序编程接口(API)的库来访问这些服务。例如,AWS IoT Embedded C库包含演示用于构建?#36828;?#20041;IoT应用程序的基本设计模?#38477;?#31034;例程序。示例程序说明了与MQTT一起使用的基本发布/订阅模型的实现。这里,示例显示了开发人员如何使用该调用:

      使用LTE Cat M1调制解调器降低物联网无线连接的成本

      清单3:开发人员可以在Amazon Web Services(AWS)云上构建IoT应用程序,使用AWS IoT Embedded C库(例如此MQTT消息结构)提供的样本对其软件进行建模。 (代码来源:Amazon Web Services)

      使用LTE Cat M1调制解调器降低物联网无线连接的成本

      清单4:AWS IoT Embedded C库中的示例软件说明了关键设计模式,例如IoT设备可能用于的回调处理与订阅的MQTT主题相关的异步数据。 (代码来源:Amazon Web Services)

      开发人员可以将AWS嵌入式C库或类似的AWS IoT库用于C ++,Java和Python等,以将IoT设备连接到AWS IoT平台。在其物联网平台中,AWS提供诸如身份验证,设备阴影和基于规则的激活等服务。一旦连接到AWS IoT平台,应用程序就可以利用更全面的AWS?#21697;?#21153;集来实现实时流,分析,监控等。

      结论

      LTE Cat M1为越来越多的物联网应用中的低功耗,广域连接提供了越来?#25509;形?#24341;力的选择。与早期的蜂窝技术不同,LTE Cat M1连接可以降低?#20302;?#25104;本,功耗和复杂性,从而满足物联网吞吐量要求。使用NimbeLink调制解调器,开发人员可以快速实现LTE Cat M1连接,而无需额外的硬件设计或软件开发。

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      的头像 电子发烧友网工程师 发表于 04-20 10:32 ? 466次 阅读
      智能终端为什么发展前景这么好

      微软收购Express Logic 增加物联网生态链市场竞争力

      4月18日,微软(Microsoft)宣?#23478;?#25910;购开发实时操作?#20302;?RTOS)的物联网(IoT)公司E....
      发表于 04-20 09:24 ? 188次 阅读
      微软收购Express Logic 增加物联网生态链市场竞争力

      物联网在体育运动中的应用

      物联网传感器可以通过监测潜在伤害来提高运动员的安全性。智能鞋垫可以发现运动员脚部损伤情况,而智能头盔....
      发表于 04-19 16:08 ? 237次 阅读
      物联网在体育运动中的应用

      如何?#21019;?#29289;联网时代的入口之争

      5G网络意味着更高的数据传输数量,更低的网络延时、更低的成本能耗以?#26696;?#21487;靠的网络质量,可以满足更复杂....
      发表于 04-19 16:03 ? 240次 阅读
      如何?#21019;?#29289;联网时代的入口之争

      物联网将推动未来智慧医院事业的?#27604;?#21457;展

      随着手机和3G、4G网络的普及,我国经济的发展正式进入了移动互联网时代。互联网时代到来,给人们的生产....
      发表于 04-19 15:51 ? 198次 阅读
      物联网将推动未来智慧医院事业的?#27604;?#21457;展

      芯片行业竞争对手排排站 乐鑫科?#21152;?#25910;能力远逊澜起科技

      招股书中,乐鑫科技指出,公司存在?#31361;?#36739;为集中的风险。公司?#31361;?#20027;要为小?#20303;?#28034;鸦智能等行?#30340;?#30693;名企业,2....
      的头像 WShare市场投?#24066;?#29255;传感IoT硬件 发表于 04-19 15:18 ? 1716次 阅读
      芯片行业竞争对手排排站 乐鑫科?#21152;?#25910;能力远逊澜起科技

      高通回来了,英特尔却?#20197;狻?#25243;弃”

      目前,高通与苹果和解,也将继续成为苹果的供应商,尤其5G产品,这必然提升高通?#23548;ā6源耍?#39640;通方面似乎....
      的头像 WShare市场投?#24066;?#29255;传感IoT硬件 发表于 04-19 15:13 ? 1061次 阅读
      高通回来了,英特尔却?#20197;狻?#25243;弃”

      【整理IT资料】IT所有视频合集 打包好分享给大家

      发表于 04-19 14:54 ? 283次 阅读
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      物联网助力智能家居发展 给我们带来很多惊喜

      近年来,随着科技的迅速发展,人们的生产生活已经发生了许多变化。人脸识别自助登机、扫描二维码进行电子支....
      发表于 04-19 13:45 ? 121次 阅读
      物联网助力智能家居发展 给我们带来很多惊喜

      英特尔宣布退出 5G智能手机调制解调器业务

      英特尔预计将在即将于4月25日发布的2019年第一财?#38745;?#25253;及电话会议上披露更多信息。
      的头像 物联网技术 发表于 04-19 11:15 ? 322次 阅读
      英特尔宣布退出 5G智能手机调制解调器业务

      台湾正在实现成为区块链中心的梦想

      台湾的创业产业规模很小,而?#39029;?#20197;住宅为单位,这导致其发展空间非常有限。随后,新公司需具备高效的特点,....
      发表于 04-19 10:49 ? 53次 阅读
      台湾正在实现成为区块链中心的梦想

      5G助力物联网驶入快车道

      5G凭借高带宽、低延迟、海量物联的三大优势,能够进一步推进人和物、物与物的连接,为物联网新的业务和应....
      发表于 04-19 10:20 ? 172次 阅读
      5G助力物联网驶入快车道

      NI在工业物联网中的角色

      物联网主要有工业和消费两个领域。消费物联网方面,NI的方案主要是测量。而工业物联网是NI监测擅长的领域,例如风力发电要在...
      发表于 04-19 09:40 ? 45次 阅读
      NI在工业物联网中的角色

      SLWSTK6223A,EZR32 490MHz无线入门套件

      SLWSTK6223A,EZR32 490MHz无线入门套件是熟悉EZR32 Wonder Gecko无线微控制器的绝佳起点。无线入...
      发表于 04-19 09:30 ? 323次 阅读
      SLWSTK6223A,EZR32 490MHz无线入门套件

      SLWSTK6221A,EZR32 434MHz无线入门套件

      SLWSTK6221A,EZR32 434MHz无线入门套件是熟悉EZR32 Wonder Gecko无线微控制器的绝佳起点。无线入...
      发表于 04-19 09:29 ? 501次 阅读
      SLWSTK6221A,EZR32 434MHz无线入门套件

      如何促进物联网健康有序的发展

      物联网应用涉及国民经济和人类社会生活的方方面面,然而近年来多领域发生安全事件:在智慧城市领域,201....
      发表于 04-19 09:26 ? 205次 阅读
      如何促进物联网健康有序的发展

      医疗产业与新技术逐渐融合 物联网助力智慧医院蓬勃发展

      近日,达实智能发布了《基于物联网应用的达实智慧医院白皮书》,从智慧医院的发展现状入手,总结智慧医院发....
      发表于 04-19 08:51 ? 182次 阅读
      医疗产业与新技术逐渐融合 物联网助力智慧医院蓬勃发展

      ESP8266测试接收字节数不对

      ESP8266 AP模式连接电脑无线网后,链接成功。屏上面显示:0,connect  而统计字节数据为11字节,这没有11字节啊...
      发表于 04-19 03:25 ? 14次 阅读
      ESP8266测试接收字节数不对

      如何使用空间合作关系进行基站流量预测模型的资料说明

      针?#28304;?#32479;的自回归积分移动平均(ARIMA)模型和长短时?#19988;洌↙STM)单元在基站流量预测中没有利用基....
      发表于 04-18 17:29 ? 55次 阅读
      如何使用空间合作关系进行基站流量预测模型的资料说明

      骁龙855之后升级版,高通已经开始准备

      除此之外,高通公司还在开发代号为“Huracan”的新芯片。该芯片组的型号为SDM55,使用的是与S....
      的头像 科技美学 发表于 04-18 17:11 ? 959次 阅读
      骁龙855之后升级版,高通已经开始准备

      物联网将改变未来物流产业的发展

      智能物流,是基于互联网、物联网技术的深化应用,是利用先进的信息采集、处理、管理、流通,智能分析等技术....
      发表于 04-18 16:15 ? 217次 阅读
      物联网将改变未来物流产业的发展

      物联网技术可以实现智慧医院的智能化

      近日,达实智能发布了《基于物联网应用的达实智慧医院白皮书》,从智慧医院的发展现状入手,总结智慧医院发....
      发表于 04-18 16:05 ? 184次 阅读
      物联网技术可以实现智慧医院的智能化

      物联网将如何改变交通运输行业

      每年有近120万人死于车祸,平均每天?#21152;?,287人死亡。专家认为,当?#36828;?#39550;驶汽车开始取代人类驾驶汽....
      发表于 04-18 15:52 ? 142次 阅读
      物联网将如何改变交通运输行业

      物联网能在对抗地震这样的天?#31181;?#21457;挥作用吗?

      预防分为几个阶段,在社会和个人防范意识与常识方面的提升、在灾害提前预警方面、在地震监测方面……随着智....
      的头像 司南物联 发表于 04-18 13:45 ? 479次 阅读
      物联网能在对抗地震这样的天?#31181;?#21457;挥作用吗?

      物联网的诞生、重要性、技术关系、对人类走向未来的帮助

      同样一项技术,因为物联网的发展速度,效果已经大不一样了。互联网在连接技术方面日新月异,所以才有了高解....
      的头像 司南物联 发表于 04-18 12:43 ? 353次 阅读
      物联网的诞生、重要性、技术关系、对人类走向未来的帮助

      物联网发展的三大编程语言

      虽然Java是物联网开发中使用最多的语言,但是Java和Python在物联网开发的不同子域中紧随其后。物联网发展的未来可能仍然是多...
      发表于 04-18 10:49 ? 134次 阅读
      物联网发展的三大编程语言

      SLWSTK6220A,EZR32 868MHz无线入门套件

      SLWSTK6220A,EZR32 868MHz无线入门套件是熟悉EZR32 Wonder Gecko无线微控制器的绝佳起点。无线入...
      发表于 04-18 08:39 ? 356次 阅读
      SLWSTK6220A,EZR32 868MHz无线入门套件

      请问基于LabVIEW无线控制?#20302;?#24590;么做

      LabVIEW的无限控制?#20302;?#24590;么做
      发表于 04-18 08:07 ? 111次 阅读
      请问基于LabVIEW无线控制?#20302;?#24590;么做

      如何使用CC2530单片机进行多点温度采集?#20302;?#30340;设计实验说明

      多点温度采集有利于分析整个设备或?#20302;?#30340;温度,改善被控温度的技术指 标,提高产品的质量和数量,因而,....
      发表于 04-18 08:00 ? 68次 阅读
      如何使用CC2530单片机进行多点温度采集?#20302;?#30340;设计实验说明

      请问ESP8266 WIFI模块的IP是是无线网的IP吗?

      我通过电脑开热点让开发板连接,那个服务器的IP是是无线网的IP还是电脑本身的IP,还?#33455;?#26159;端口又是什么端口, 求大神指导...
      发表于 04-18 06:35 ? 34次 阅读
      请问ESP8266 WIFI模块的IP是是无线网的IP吗?
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