开辟长寿命电池供电物联网的新机遇

日期:2018-11-06
 

物联网(IoT)将彻底改变我们与一切事物互动的方式
作者:Ken Bednasz, 应用工程副总裁, Telit
 
蜂窝窄带技术已经发展出新的创新,通过扩大移动网络的覆盖范围、降低成本、增加ROI和减少能量消耗来扩展潜在的物联网应用,从而使电池操作在多年内成为现实。
窄带IoT (NB-IoT) 是一种低功率广域网(LPWAN)技术,可以部署在现有的LTE/4G和即将到来的5G移动网络中的未使用的频谱块中。该技术被开发用于提供10年或更长的电池寿命,是3GPP全球公认和采用的蜂窝通信标准13版的一部分。
NB-IoT模块正在走向市场,与早期的蜂窝技术相比,提供了更高的成本效率。这些都是开放的方式对物联网的应用,以前没有获得牵引力,因为性能不足和/或成本过高。
NB-IoT的潜在应用包括:
·燃气、水等公用事业智能计量
·可穿戴健康与健身技术
·远程访问和环境控制
·家畜和宠物追踪
·智能废物管理系统
·工业连接(工业物联网)
添加新的远程控制或状态监视特性可以为各种产品增加实际价值,并显著降低最终用户的所有权生命周期成本。在许多情况下,通过将产品连接到物联网来区分产品的边际成本将很低。
 
观察电力预算
将某物转换为IoT设备的第一阶段是识别可以生成和捕获哪些数据,以及假设可以远程分析这些数据,则如何处理这些数据以增加值。
设备希望通信的频率——传输数据或接收指令或更新——以及在每次传输期间需要传输的数据量——将决定IoT连接的功率需求,毫不夸张地说,电池供电的物联网连接解决方案的预期寿命。
为了实现其出色的低功耗性能,NB-IoT利用了两个关键的3GPP功能:节能模式(PSM)和扩展不连续接收(eDRX)。
在PSM中,该设备告诉网络它将处于休眠状态。响应于某个事件触发器或在预定的时间,根据用例的特定特性,设备唤醒并向网络发送。然后,它可以保持在接收模式下的一个定义的周期,以便它可以达到,如果需要的话。
扩展不连续接收(EDRX)基于3GPP的早期不连续接收(DRX)LTE特征。在LTE网络中,网络页面设备通常每1.28秒一次。虽然DRX允许设备休眠10.24秒——8个正常的寻呼周期——eDRX允许设备在再次可用之前向网络通知它打算休眠10.24秒的多少“超帧”。
 
结合NB-IoT模块
作为小型和高度集成的计算设备,NB-IoT模块已经被设计成能够容易地将连接性添加到任何复杂性的产品中。
2G、3G部署的变种和4G网络,电气和编程接口允许开发者实现“一次设计,使用任何地方”策略:对现有的2G和3G设备提供一个迁移路径,延长产品的生命周期进入当今日益增长的4G/LTE蜂窝环境。
NE910C1是xE910系列的LTE NB-IoT演进,提供最大上行链路至20kbps(单音)和下行链路至250kbps。它支持节电模式(PSM)和扩展不连续接收(EDRX)。它被设计为能够实现快速的IOT/M2M实现,其中低成本和低功率比高速更相关。
 

图1:Telit NE910C1 - LTE Cat NB1模块系列,设计用于向连接到物联网(IoT)的低功率设备提供窄带蜂窝接入(NB-IoT)
 
在物联网设备中,电源电路和板布局是整个产品设计中非常重要的部分,对整体性能有重要影响。电源设计需要考虑三个不同的设计领域:电源的电气设计;热设计和PCB布局。
为了提供标称需要的3.8V的输出,对于电池供电设备,单个3.7V锂离子电池非常适合为xE910模块供电。电池必须额定为LTE/4G提供高达0.6安培的峰值电流。
 

图2:Telit LE910紧凑型蜂窝IoT模块系列,尺寸28.2×28.2×2.2mm,具有能够提供高达150Mbps下载速度
 
旁路电容器应尽可能靠近模块的功率输入,并且从电容器到模块的PCB迹线应足够宽,以确保即使在电流峰值期间的恒定电压水平。
当连接电池时,需要设计电池连接器以避免极性反转。或者,应该靠近电源输入插入二极管,以保护模块不被反转。
电源、输入电缆和轨应该以这样的方式放置在板上,以确保接地平面中的大电流返回路径不与任何噪声敏感电路重叠。
天线连接也是整个产品设计的一个重要方面,因为它会对整体性能产生重大影响。在天线靠近电池或供电线的地方,应该在VBATT引脚上插入EMI滤波器,例如铁氧体珠。
NB-IoT连接也适用于外部供电的产品和系统,如智能路灯或停车仪表。在这种用例中,电池电源可由各种众所周知的降压技术代替,以确保标称的3.8V电源和电流需求可被提供,同时保护模块免受过高峰值的影响。
 
结论
通过NB-IoT模块的可用性,以前难以想象的资产跟踪和远程状态监控应用现在可以实现,以向个人、企业和整个社会提供真正的附加值。
 
www.telit.com/m2m-iot-products/mobile-iot/
 
 
 

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