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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

      移动健康监控,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zigbeeWi-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;?a href='http://www.hqpcb.com/quote/' target='_blank' >测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)

      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;板包括一个围绕德州仪器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 ++,JavaPython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;?#21560;引力的选择。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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      7月11日-13日,2019第五届中国(国际)物联网博览会在厦门国际会展中心隆重举行。同期,在围绕5....
      的头像 小快机器人 发表于 07-15 09:24 ? 208次 阅读
      2019第五届物联网博览隆重举行 肖龙源:《AI时代的企业机遇》

      2019物联网第五届在厦门举办 最新技术、应用及产品参展

      7月11日-13日,2019物联中国年度盛典暨第五届中国(国际)物联网博览会在厦门成功举办,包括华为....
      的头像 小快机器人 发表于 07-15 08:42 ? 193次 阅读
      2019物联网第五届在厦门举办 最新技术、应用及产品参展

      先进照明解决方案的创建

      作者:Greg Phillips,云端架构首席技术官,Inventek Systems 多年来,商业照明空间主要由荧光灯管照明。虽然它们比使用白...
      发表于 07-15 08:18 ? 146次 阅读
      先进照明解决方案的创建

      超宽带无线通信技术的特点和发展

      1、技术概述和特点分析 UWB技术最初是1960年美国作为军用?#29366;?#25216;术开发的,早期主要用于?#29366;?#25216;术领域。该技术的发展带动了脉冲...
      发表于 07-15 07:56 ? 20次 阅读
      超宽带无线通信技术的特点和发展

      离散式SerDes解决方案在4G通信的应用

      高端智能型手机与其供应生态?#20302;?#26174;现出一个事实?#21512;?#36153;者需要的移动宽带及应用必须能协助他们紧密地链接信息、家人与好友。因此,...
      发表于 07-15 07:18 ? 40次 阅读
      离散式SerDes解决方案在4G通信的应用

      应用新技术统一无线网络架构

          无线上网在各大企?#20302;?#32476;中正在逐渐扮演重要地位,随着高达300M原?#21363;?#36755;速?#26159;?倍于802.11g吞吐量的802.11n标准的...
      发表于 07-15 07:05 ? 24次 阅读
      应用新技术统一无线网络架构

      基于CC2640R2F的SDK支持阿里云Link物联网平台

      在创新技术的推动下,智能锁、可穿戴设备等物联网应用已经成为时下、甚至是引领未来?#25913;?#29289;联网快速发展的主流。 当您在进行这...
      发表于 07-15 06:51 ? 152次 阅读
      基于CC2640R2F的SDK支持阿里云Link物联网平台

      物联网时代下的MCU呈现出了新的应用生态

      在物联网应用发展中,MCU的应用生态也发生了一些改变,呈现出了新的应用生态。目前,物联网应用基本都是将传感终端连接到云端...
      发表于 07-15 06:43 ? 207次 阅读
      物联网时代下的MCU呈现出了新的应用生态

      LTE助力UMTS无线接入方?#38477;?#20248;化

      为了保证UMTS在随后的十年和更长时间内保持?#20013;?#30340;竞争力,3GPP目前正在?#33455;縐MTS的长期演进方案(LTE),目标是一个高...
      发表于 07-15 06:28 ? 3次 阅读
      LTE助力UMTS无线接入方?#38477;?#20248;化

      华为无线调度通信?#20302;矴SM-R

      GSM-R(GSM for Railways)?#20302;?#26159;目前广泛采用的铁路无线通信?#20302;常?#20854;以3GPP通信标准为基础,在众厂商之间?#20013;?#30340;技术开...
      发表于 07-15 06:18 ? 61次 阅读
      华为无线调度通信?#20302;矴SM-R

      未来30年的人工智能和物联网会怎样

      当这种超级智能嵌入机器人之中,就是智能机器人。
      发表于 07-14 10:52 ? 154次 阅读
      未来30年的人工智能和物联网会怎样

      物联网技术是如何改变或渗透?#24247;?#20135;市场的

      物联网(IoT)透过无线网络发展,让用户身边如照明?#20302;场⑷人?#22120;、电源插座、冰箱…等等之类的的物品,有....
      发表于 07-14 10:45 ? 105次 阅读
      物联网技术是如何改变或渗透?#24247;?#20135;市场的

      如何利用物联网技术帮助拯?#32570;?#21361;动物

      物联网,或者说IOT,正在成为我们日常生活的一部分——通常我们甚至都没有注意到。智能手机、电器和虚拟....
      发表于 07-14 10:40 ? 86次 阅读
      如何利用物联网技术帮助拯?#32570;?#21361;动物

      运营商Sprint也将启动无人机网络计划

      Sprint本周开始寻求美国联邦通信委员会的许可,来测试一个新的空中通信平台项目,这一举措可能进一步....
      发表于 07-14 10:23 ? 92次 阅读
      运营商Sprint也将启动无人机网络计划

      索尼推出音频类新产品,再现音频领域黑科?#21152;?#21183;

      首先是HT-S350回音壁,回音壁系列产品作为索尼电视的最佳伴侣一直都是很多索尼电视用户的首选设备,....
      发表于 07-14 09:14 ? 46次 阅读
      索尼推出音频类新产品,再现音频领域黑科?#21152;?#21183;

      我国新经济发展和新旧动能转换的引擎 “独角兽”企业摇篮

      在我国,成立时间不超过10年、估值超过10亿美元的非上市企业,我们称之为独角兽企业。2018年,全国....
      的头像 高工机器人 发表于 07-13 11:47 ? 608次 阅读
      我国新经济发展和新旧动能转换的引擎 “独角兽”企业摇篮

      菜鸟总裁万霖:互联网进入下半场,物流是最典型会被升级的行业

      菜鸟总裁万霖表示,“互联网进入下半场,物流是最典型会被升级的行业。”万霖称,数智化是中国物流下半场的....
      的头像 高工机器人 发表于 07-13 11:28 ? 1172次 阅读
      菜鸟总裁万霖:互联网进入下半场,物流是最典型会被升级的行业

      无线充10W低成本方案

      无线充10W-15W超低成本方案! 还请大家下载! ...
      发表于 07-13 10:59 ? 147次 阅读
      无线充10W低成本方案

      跟随5G的步伐科技狂飙猛进 银行未来会是在怎么样的?

      中国建设银行5G+智能银行三大网店在?#26412;?#27491;式启用,融合5G、物联网、人工智能、远程?#25442;ァ?#29983;物识别等技....
      的头像 触景无限 发表于 07-13 10:27 ? 502次 阅读
      跟随5G的步伐科技狂飙猛进 银行未来会是在怎么样的?

      LoRa未来将如何影响国内物联网生态的发展前景

      LoRa作为一种线性调频扩频的调制技术,最早由法国几位年轻人创立的一家创业公司Cycleo推出,20....
      发表于 07-13 10:05 ? 419次 阅读
      LoRa未来将如何影响国内物联网生态的发展前景

      RS-232-C是美国电子工业协会EIA制定的一种串行物理接口

      在串行通讯时,要求通?#31471;?#26041;都采用一个标准接口,使不同的设备可以方便地连接起来进行通讯。RS-232-....
      的头像 电力之窗 发表于 07-13 08:47 ? 266次 阅读
      RS-232-C是美国电子工业协会EIA制定的一种串行物理接口

      美商应材宣布推出新存储器技术

      美商应材公司(Applied Materials)因应物联网(IoT)和云端运算所需的新存储器技术,....
      的头像 半导体动态 发表于 07-12 16:51 ? 1146次 阅读
      美商应材宣布推出新存储器技术

      边缘计算如何助力军事智能化

      未来,随着技术发展,边缘计算还将广泛应用于军事领域,与物联网、人工智能等技术一起,成为推动军事智能化....
      发表于 07-12 16:45 ? 140次 阅读
      边缘计算如何助力军事智能化

      大数据、物联网等新兴技术的兴起加快发展速度

      大数据、物联网等新兴技术的兴起使得小件物流领域的智慧化取得了快速发展。与手机、剃须刀、零?#36710;?#23567;件商品....
      的头像 高工机器人 发表于 07-12 16:41 ? 746次 阅读
      大数据、物联网等新兴技术的兴起加快发展速度

      为什么区块链和物联网是最佳搭档

      最高的安全性和卓越性能都是区块链和物联网应用所要求的,而一种称为面向互连架构(IOA)的互连优先IT....
      发表于 07-12 15:56 ? 152次 阅读
      为什么区块链和物联网是最佳搭档

      如何才能避免物联网技术部署的一些潜在陷阱

      物联网部署非常耗时,您必须记住永远不要过早启动网络部署。您花在计划和?#33455;可?#30340;时间越多,您将来会经历的....
      发表于 07-12 15:46 ? 114次 阅读
      如何才能避免物联网技术部署的一些潜在陷阱

      物联网对医疗保健行业产生巨大影响的十个重要数据统计

      1、2018年,全球医疗物联网市场规模为1471亿美元 去年,全球医疗物联网市场规模超过147....
      发表于 07-12 15:45 ? 98次 阅读
      物联网对医疗保健行业产生巨大影响的十个重要数据统计

      医疗物联网技术的兴起将有望解决偏乡医疗的问题

      随着偏乡人口老化,老年人就医需求越来越多,偏乡医疗人力总是处于缺乏状态,传统以人工为主的远程医?#21697;?#21153;....
      发表于 07-12 15:32 ? 92次 阅读
      医疗物联网技术的兴起将有望解决偏乡医疗的问题
      山西快乐十分预测
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