将LPC55S69和蜂窝通信相结合，实现工业物联网

NXP管管

将LPC55S69和蜂窝通信相结合，实现工业物联网

翻译自：Eli_H


多年来，“物联网”（IOT）一直是热门话题。 连接“事物”是每个人似乎都在做的事情。 早在2014年，我就处于使用恩智浦Kinetis K64 MCU在互联网上获得“物联网”的最前沿！


https://hackaday.com/2014/04/16/building-the-internet-of-thing-at-ftf2014/

图1.“物联网”

通过TCP连接，命令行界面提供了“ Thing”：

图2. Thing命令行界面

如果您想要一个很好的笑声，那么在hackaday网站上还有一些其他详细信息：


https://hackaday.io/project/778-internet-of-thing

蜂窝工业物联网的案例


使现代生活成为可能的所有“事物”都是由大型机器驱动的，大型机器代表着巨大的资本投资，并带来持续的维护成本。这些大型机器是允许业务功能的价值流的一部分。像人类制造的任何设备一样，这些机器也需要保养和维护。在许多情况下，组织会请技术人员定期检查和维修机器。技术人员的时间和开销会花费金钱。技术人员是组织内部的人员还是供您支付服务费的供应商维护团队的成员都没有关系。最好的情况是技术人员可以例行检查（例如每月一次）检查这些机器，并在出现问题时进行维修。毕竟，当制作Oreo Cookie的机器出现故障时，我们需要尽快解决方案！


在这种情况下，您可以在日常维护检查和维修的费用上加上一个数字。每月的“订阅”是业务费用。为什么不付钱给某人进行例行的维护检查，为什么不自动化数据收集并利用云计算的功能来推断发生了什么呢？您已经了解了运营和维护成本的底线，现在您可以看到物联网（IOT）和蜂窝物联网（IoT）物超所值。我观察到很多人对物联网“按月”收费的想法感到不满。在我介绍的场景中，这是最廉价的经商方式，并且可以提供连续的价值。您可以随时随地了解关键流程的状态。实际上，对我而言，有一家公司使用工业物联网模型每年为公司节省数亿美元。


为了使该概念生效，我们需要传感器和边缘设备才能连接到Internet。我认为*蜂窝*通信是为这些情况提供连接的廉价，安全和可靠的方式。有新的蜂窝协议，即CAT-M1和NB-IOT，它们启用了低功率（甚至是电池供电）的连接解决方​​案，并得到了数十亿美元投资的网络的支持。有人可能会说“为什么不使用WIFI上网，这不是免费的吗？”。


不！网络连接永远不会免费。您始终可以将其成本追溯到某个地方或某人。考虑网络工程师的时间，并考虑每小时150美元的全额负担。对于网络安全工程师来说，审计和配置设备的费用并不是一笔真正的费用，因为蜂窝电话可以使您获得每月数美元的数据计划。如果报告率很小，则每月可能不到一美元。问问自己这个问题：


如果您要解决的问题每月不能保证能够远程访问信息，您在监视资产或过程方面是否有价值呢？


如果我们谈论的是价值10或100千美元的机器，那么决定很简单。 “并行”联网的思想对于确保工业物联网非常重要。使用蜂窝网络，可以发送无需拆箱就可以接触客户内部网络的解决方案。


用于传感器的全球蜂窝网络已经投资了数十亿美元，投入了数十亿美元，可以使用人类已经建立的最先进的无线网络之一。


恩智浦驱动的蜂窝IOT应用程序


借助蜂窝网络，客户可以立即使用连接，而无需在每次部署中都花费网络工程师的钱。我们甚至可以隔离网络流量，因此公共Internet永远不会看到IOT解决方案。数据可用且安全。当您需要可靠性，易于安装和即时的客户价值时，蜂窝网络是一个不错的选择。我目前正在为精酿啤酒公司开发发酵监测平台。对于TZero Brew服务，经常会询问我们是否启用了Wi-Fi。最简洁的答案是不”。对于许多产品而言，Wi-Fi是一个糟糕的选择，最终会蚕食该产品的价值主张。这似乎与流行观点背道而驰，但是当您关注客户价值时，很容易理解为什么。目标是提供持续的价值，并在不中断啤酒商日常工作流程的情况下进入啤酒厂。如果该解决方案不易于安装和部署，则无法提供价值。

图3：蜂窝连接的超声波发酵监测仪

TZero Brew产品以NXP驱动的超声波探头开始。原始数据是在MCU中“边缘”处理的数据，而精简数据集通过蜂窝网络传输到“云”。然后，我们利用云处理的能力执行更复杂的算法，以估计流体随时间的状态，以便酿酒商可以随时随地了解发酵容器内部的情况。

图4.随时随地访问您的Process。

这种特殊的应用范围不限于酿造。我们可以远程访问关键流体，例如价值15万美元的冷却器中的乙二醇，以保持关键过程的运行和机器的平稳运行，而无需某些人定期取样流体。我们甚至可以为合成生物学应用提供下一代生物农场的动力！


当然，对于提供Instagram和YouTube，Wi-Fi是有用的数据管道。对于工业级服务产品，Wi-Fi并不总是为客户提供最大的价值。在TZero中，将传感器数据放入云端时遇到了两种一般情况：


您走进客户所在的位置，后厅就有一台消费级路由器和交换机。大。系统会为您提供Wi-Fi密码和默认的SSID。如何保证安全？您是否愿意让壁橱中的消费级路由器控制服务质量？甚至最好的意图也会导致服务质量参差不齐和安全性差。
大型组织几乎可以肯定会拥有IT人员和某种形式的数字安全策略。在这种情况下，如果不进行某些级别的审核，您将无法连接到他们的网络（有线或无线）。这不会很简单。这可能需要数周的繁文tape节和批准。网络工程师在几个小时的时间内要花多少钱？客户和解决方案提供商均承担不小的部署成本。
我们的解决方案通过使用蜂窝电话完全绕开了连接难题。再加上一些设备可能在室外并且没有WIFI连接的事实。解决方案已准备就绪，并在第一天就已配置。的确，蜂窝覆盖范围并不处处可见，但我认为这是关键过程所在的大多数地方。它可以覆盖大量的应用程序。加上CAT-M1和NB-IOT之类的技术可以达到比手机蜂窝芯片组中使用的调制方案更大的事实。此功能已纳入3GPP标准，并且是为IOT设计的。

人们常常会混淆“边缘处理”和“云”解决方案是不同的产品。我认为，应该将它们结合起来以实现真正出色的产品。

这是LPC55S69可以进入图片的地方。


结合带有蜂窝通信的LPC55S69


在先前的文章中，我展示了LPC55S69具有大量的强大功能，可用于通过PowerQuad进行传感器数据处理，具有Cortex M33和CASPER的安全功能，同时提供了两个用于在边缘实现逻辑的内核。将其与蜂窝调制解调器配对，您将成为工业物联网应用的一个很好的起点。


在本系列文章中，我将展示使用Digi XBEE3 CAT-M1蜂窝模块将LPC55S69连接到蜂窝网络。 Digi模块是一个很好的起点，因为您会获得一个文档齐全，易于使用的预认证模块，可以加速您的开发。

图5. Digi CAT M1预认证的CAT M1 / NB-IOT蜂窝调制解调器

首先，我为LPC55S69-EVK设计了一个简单的“屏蔽”，可以连接到Digi调制解调器。多亏了JLCPCB及其低成本的2层服务，2美元以上的运费使我有了一个快速的分线板，可以将调制解调器连接到LPC55S69-EVK。

图6：海龟一直向下！ XBEE3手机适配器

在生命的这一点上，我很少手工整理东西。 PCB对于原型机而言是如此便宜，以至于我几乎总是从设计PCB入手，将其整合到一起，就为Digi XBee3蜂窝模块和LPC55S69提供了一个不错的开发平台：

图7.具有蜂窝屏蔽的LPC55S69-EVK

希望我已经给您一些有关蜂窝物联网的考虑因素。下次，我将向您展示LPC55S69和蜂窝调制解调器可以执行的一些基本操作。因为安全性始终是每个人的主意，所以我将向您展示wolfSSL堆栈以及如何使其在LPC55S69上运行。在我看来，wolfSSL是用于处理SSL / TLS连接的最佳嵌入式C库。它是目前标记中最严格的测试安全性堆栈。它可以移植到几乎任何平台上，具有广泛的文档，还包括额外的软件，例如wolfMQTT和wolfSSH，可让您下一个安全的工业物联网应用程序。我一直在使用wolfSSL“堆栈”连接到基于云的IOT服务，例如Azure IOT Hub。



同时，当我整理演示结帐时，Digi和WolfSSL：[url=https://www.wolfssl.com/  https://www.digi.com/products/em ... llular-lte-m-nb-iot]点击[/url]

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