部署物聯網應用,需要專為IoT設計的無線通信技術,滿足物聯網的基本要求——低功耗和超長電池壽命;可靠的長距離覆蓋;低運營成本等——即通常所說的低功耗廣域網(LPWA)。
LPWA無線技術與人們常用的WiFi、藍牙、智能手機使用的蜂窩移動網絡有什么關鍵區別呢?
問題看似簡單,難道不就是上面提到的“LPWA無線技術用在需要用低功率發送少量的數據的應用領域”嗎?
實際上,對于應用端而言,一個更不容忽視的不同點在于,LPWA無線網絡通常都沒有指向特定的技術和運營商服務。
室內搭建個WiFi,或者智能手機上網,人們已經習慣了運營商負責提供服務或者特定的技術(產品)支持——路由器按照說明書設置,設備就能自動識別連接;移動通訊運營商更是將簡單到只需要”打勾“的服務擺在小區門口。
然而,LPWA無線技術使用領域相比要廣泛的多。比如基礎設施、智能房屋、農業、環境檢測、保健醫療、工業、物流運輸、公用事業(水,煤氣計量)、能源、智能建筑、智能城市、智能停車、定位跟蹤、消費產品的分銷零售和庫存管理等等。 各行各業、各種場合對IoT設備的要求都不一樣。 不同應用領域部署物聯網(IoT),定制設備需要考慮的因素繁多。比如,設計、電子材料采購以及制造環節,如何保證穩定的供應并把握到恰當的市場窗口;射頻標準合規認證的時間和成本。 另外,LPWA技術一般采用Sub-GHz頻段來實現遠距離數據傳輸,市場上目前有LoRa、Sigfox、LTE-NB1等技術選項。使用者需要考慮國家地區、應用需求的不同做出選擇。
針對上述問題,村田制作所及其合作伙伴給出了模塊化的解決方案。模塊化的低功耗廣域網物聯網解決方案的優勢很多:
IoT設備小型化
簡化BOM和采購
更快推向市場,把握推場窗口
簡化RF設計和認證
優化使用設計資源
降低復雜度,縮短測試周期
與市場領先IC制造商合作
穩定的供應
質量保證
生產良率
射頻標準
節省產品認證的時間和成本
合規
低風險
做為電子零件制造商,Murata的名字通常使人首先想到采用陶瓷材料的電子組件,例如多層陶瓷電容器、表面聲波濾波器和陶瓷諧振器。
實際上,村田制作所還經營藍牙和Wi-Fi無線通信組件,在全球額智能手機的這些組件市場中占有很大份額,被稱為近場通信組件專家。村田制作所同樣專注開發LPWA的市場潛力。
村田制作所目前在全球范圍內參與LPWA,并生產LPWA標準“ LoRa”模塊,而且積極與產業上下游的標準、產品技術、以及各地區的運營服務供應商合作,推廣利用LPWA的物聯網服務,參與利用LPWA的服務的創建,向考慮用LPWA的企業提供模塊化的應用支持。
LoRa(遠距離無線電,Long Range Radio),是近年來隨著物聯網概念而熱門的遠距離低功耗無線通信技術,適合應用在距離遠、低速率的物聯網領域。例如水表、氣表、溫度濕度儀表、報警器、跟蹤定位標簽、安放檢測傳感等終端節點。
這些節點通過LoRa無線通信首先與LoRa網關連接,再通過3G網絡或者以太網絡,連接到網絡服務器中,網關與網絡服務器之間通過TCP/IP協議通信。
基于低功耗局域網無線標準(LoRaWAN),在同樣的功耗條件下LoRa比其它無線射頻通信方式傳播的距離擴大了3-5倍,實現了優化的功耗、遠距離、以及穩定的信號的統一,特別適合物聯網應用。
LoRaWAN可以說是全球IoT應用領域的de-factor標準,是全球LoRa Alliance聯盟的基礎。村田制作所也是聯盟的會員之一,與STMicro等企業合作,設計生產超小尺寸、價格優惠的LoRaWAN標準模組。
村田制作所的LoRa模塊 村田制作所的LoRa兼容模塊ABZ型,是一種新型,緊湊,低成本,低功耗的廣域網(LPWAN)無線模塊,支持LoRaWAN遠程無線協議。 這款新的獨立模塊尺寸僅為12.5 x 11.6 x 1.76毫米,采用金屬屏蔽封裝,包括Semtech SX1276超遠程擴頻無線收發器和STMicro STM32L0系列ARM Cortex-M0 + 32位微控制器(MCU)。模塊主要接口有UART,SPI和I2C。并且該模塊支持2.2~3.6V直流供電。 Murata CMWX1ZZABZ模塊已獲得無線電監管部門的預先認證。可在世界大多數地域的工業,科學和醫學(ISM)頻譜中運行868和915 MHz。 村田ABZ型LoRa模塊正常輸出功率為+14 dBm,但可以選擇PA增強功能,以將RF輸出增加至+ 20dBm,以用于長距離應用或終端設備位于室內信號不佳的地方。該MCU包括192 kB閃存和20 kB RAM,并具有足夠的內存來嵌入客戶應用程序并托管其他調制堆棧。 此外,CMWX1ZZABZ-078嵌入(作為選項) 可信對象TO-Protect。通用MCU的安全軟件庫,可在LoRaWAN上提供增強的安全性。物聯網應用開發人員可以使用配備有此小型模塊的評估套件B-L072Z-LRWAN1輕松評估解決方案。 模塊框圖
該模塊的典型應用包括智能計量表、可穿戴設備、跟蹤、M2M和物聯網(IoT)邊緣節點。該模塊可在-40至+85°C的溫度范圍內工作,可適應各種溫度。
模塊規格
產品類別 | MCU模塊 |
產品狀態 | 量產 |
等級 | 消費級 |
頻率1 | 860-930MHz |
頻率MHz(最小) | 860MHz |
頻率MHz(最大) | 930MHz |
工作溫度范圍 | -40至+85 |
芯片組 | Semtech(SX1276)+ STM(STM32L) |
調制 | FSK,OOK和LoRa調制 |
天線 | 外部 |
睡眠時鐘 | / |
系統時鐘 | 集成32MHz(TCXO,頻率誤差=±2ppm);32.768KHz(頻率誤差=±20ppm) |
發射功率 | 最高+ 18.5dBm |
工作溫度°C(最低) | -40 |
工作溫度°C(最高) | 85 |
安裝類型 | LGA |
包 | 金屬屏蔽 |
尺寸 | 12.5 x 11.6 x 1.76mm |
電源電壓(Vdc) | 3.3V DC |
電源電壓最小值 | VDD_MCU,VDD_RF,VDD_TCXO為2.2V |
最大電源電壓 | VDD_MCU,VDD_RF,VDD_TCXO為3.6V |
接收靈敏度 | -135.5dBm @ 1%PER,125kHz BW,SF = 12 |
發射模式電流 | 128mA @ 20dBm |
接收模式電流 | 21.5mA @ 125kHz帶寬 |
技術 | LPWA |
主機接口 | I2C / UART / USB / SPI |
FCC / IC認證 | FCC / IC認證 |
符合RoHs | 是 |
資質認證 | 符合RoHS指令;LoRaWAN認證 |
注1:頻率范圍869-930MHz的村田LoRa模組TypeABZ,僅適用于歐美市場。中國市場適用頻率范圍為(430-510MHz),產品型號為Type1NM-130。
村田LoRa模塊的開發板
開發板詳細規格如下:
嵌入式超低功耗MCU STM32L072CZ,基于ARM的Cortex-M0 +核心,擁有192KB閃存,內存20千字節EEPROM的20個字節
頻率范圍:860 MHz-930 MHz
USB 2.0 FS
6位定時器,LP-UART,I2C和SPI
嵌入式SX1276收發器
LORA,FSK,GFSK,MSK,GMSK和OOK調制(+Sigfox兼容性)
+14 dBm或+20 dBm可選輸出功率
157 dB最大鏈路預算
可編程比特率高達300 kbit / s
高靈敏度:低至-137 dBm
89 dB的抗干擾能力
Rx電流低至10 mA,寄存器保持200 nA
完全集成的合成器,分辨率為61 Hz
內置位同步器,用于時鐘恢復
同步單詞識別
前導檢測
127 dB +動態范圍RSSI
LoRaWANA級認證
SMA和U.FL射頻接口連接器
包括50歐姆SMARF天線
7個LED:
4個通用LED
5 V電源LED
ST-LINK-通訊LED
故障電源LED
1個用戶和1個重置按鈕
具有USB重新枚舉功能的板載ST-LINK / V2-1調試器/編程器:大容量存儲,虛擬COM端口和調試端口
Arduino Uno V3連接器
通過USB總線或外部VIN/ 3.3 V電源電壓或電池為電路板供電
3×AAA型電池座,可獨立運行
多種可供選擇的集成開發環境,包括IAR,Keil,GCC-basedIDEs,ArmMbed
原文標題:【干貨】LPWA物聯網應用為什么需要模塊化解決方案?村田有答案~
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