利用智能IoT技术实现资产监控和管理

作者：Mike Picheca

安森美半导体信号处理、无线和医疗分部市场运营和应用工程经理

关于资产有多种定义，也许Merriam-Webster®的定义最简单：“有价值的物品”。虽然概念很简单，但资产涵盖很多方面，从非常简单明了的有形资产如金钱、食品和医疗设备，到更抽象的资产如资本投资、知识产权（IP）和工人安全条件。 在公司层面，它包括库存、房产和运输中的货物。 从更个人的角度来看，甚至可将家犬视为一种资产； 自从带回家以来每个人都喜欢的东西，也可视为资产。最重要的是，资产是我们在意的。

由于我们在意这些东西，因此我们自然想确保对其进行监控。 如果条件不变，那对资产查看一次就可放心，在以后返回查看时，资产仍在那里处于相同的状态。 多么简单的事？但资产是如此多样化，可能会老化、褪色、移动或被移动。 它们的环境可能有意或无意地发生变化。 它们可能放错了位置，例如晚上您将钥匙放在鞋中，第二天准备好出门时，却忘记了钥匙放在哪里，然后把房子翻个底朝天来寻找，或是将做手术时使用的设备忘在了手术室。

然后是“假设”的情况，例如度假归来发现地下室被水淹没了，或者想知道早上离家去上班后是否忘关车库门。 同样重要的是，我们想知道需要定期护理的亲人是否安全。不那么严重但也许同样重要的是，知道刚从超市的冷冻区域中拿的冰淇淋在运输过程中不会融化和再冻结，这将令人放心。 仔细想想，有太多与资产相关的问题可能需要我们注意。

物联网（IoT）提供了一个平台，可通过使用“智能”技术进行资产监控来帮助解决这些问题。这不仅省去了常规的外表检查，还增加了情报的新维度。例如，使用基于加速度计设计的资产跟踪器，可记录运输箱是否掉落、振动或只是被重重地扔进卡车的后部。其他传感器可提供不同类型的数据，如精致的温室植物已缺水多长时间。位置是个用于监控的主要参数，在对象移入或移出预定义地理区域时可生成警报。温度感测是另一种流行的服务，例如，它可用于检测对温度敏感的药物在存储或运输过程中是否暴露于极端温度下。以这种方式进行的资产监控通常需要一周7天、一天24小时不间断地进行。

无线技术赋能智能IoT传感器

资产定位是该应用领域的重要组成部分。 Markets and Markets预测，到2025年，实时定位系统将以24.8％的增长率达到103亿个。 从本质上讲，这些智能传感器必须很小，并与资产本身位于同一位置。这就必然需要使用低功耗集成电路来提供智能和无线技术，以提供必要的网络通信。 如今还辅以一些技术用于资产监控中，包括GPS用于位置检测，射频识别(RFID)用于资产识别。 但是，这些技术在资产监控应用中面临着技术挑战，因为GPS耗电大，而RFID的传输距离极短并需要昂贵的读取器，且这两种技术都不太支持动态传输或充分跟踪资产所需的环境信息。

关于阅读器，我们可使用各种标准的局域网技术来实现无线回程，这些技术包括Wi-Fi®技术、蓝牙低功耗和专有的RF协议。 超宽带是种相对较新的技术，超宽带技术可能会日趋流行，而蜂窝联接提供广域网。

这些技术中的每一种都有其自身的优势，但要找到在数据速率、无线传输距离和电池使用寿命之间合适的组合可能是一项艰巨的任务。 平衡所有这些需求的一项技术是蓝牙低功耗。这在很大程度上要归功于其无处不在的普及率，导致了包括智能手机和平板电脑在内的广泛的客户端选择。 这许多客户端甚至支持多个无线电接口，这意味着它们可用作云网关。我们已实现了这样一些好处：如功能“找到我的配置文件(FMP)”是蓝牙低功耗通用属性配置文件(GATT)的一部分，它具有实实在在的好处，例如启动警报，如由资产发出声音，便可定位到资产。

推动资产管理的主要趋势

蓝牙低功耗在资产监控方面更具吸引力的原因在于，它支持固有的便携式设备，并且不用连接到线性电源。得益于超低功耗方案，纽扣电池和甚至能量采集现已成为流行电源，用于基于蓝牙低功耗的智能资产跟踪传感器。 这些边缘节点的设计者面临的关键挑战是这些设备需要可靠、连续且长时间运行，以收集和传输数据。确切的事实是这些设备不能关闭！

新冠肺炎(COVID-19)大流行期间的两个主要趋势是感染测试和接触者追踪。 通常通过核酸扩增测试（鼻拭子）或血清学（血液样本）进行测试。 然后需要将样本（在这种情况下为资产）发送到实验室进行处理。 如果在将样品运送到实验室的过程中，资产跟踪传感器中的电池出现故障，则可能会使样品不可靠。同样，如果在公共场合佩戴接触追踪器，则该设备需要连续监控佩戴者与他人的互动及接近度。

 
通常，资产监控方案需要最大程度地延长电池使用寿命，支持监控资产的传感器接口，启用友好的开发环境，以尽可能缩短产品上市时间并且价格合理。

图1: 对基于蓝牙低功耗的资产跟踪方案的重点要求

安森美半导体的RSL10蓝牙低功耗系统单芯片(SoC)完全符合资产跟踪方案的所有四个重点要求。 RSL10最为耀眼的一方面是持久的电池使用寿命，因为它是业界功耗最低的蓝牙低功耗无线电，在深度睡眠模式下功耗仅为62.5 nW。 这种低功耗工作意味着它非常适合低占空比资产跟踪应用，在这类应用中，设备大部分时间都处于深度睡眠模式。

RSL10是可配置的，因此可针对不同的应用需求优化其功能。 这可能涉及优化发射功率、内存保持(RAM retention)或支持不同的联接模式。 在典型的应用中，RSL10基于单颗CR2032电池可运行长达10年，用于任何资产跟踪方案都绰绰有余。
 
超低功耗只是RSL10的最大优点。 它还集成了一系列全面的模拟和数字接口(ADC，GPIO，I2C，SPI和PCM)。 这使其可与用于信标和资产方案的最精确的传感器联接并对其进行控制。虽然无线电对数据传输很重要，但传感器需要读取资产跟踪器周围的环境条件。 RSL10的多功能性适应使用标准的蓝牙低功耗协议栈的个性化资产跟踪器，以及通过蓝牙网状网络互连的节点，适用于解决任何资产跟踪挑战。

高度集成的蓝牙低功耗传感器方案
 
RSL10还含两个可编程内核，可用于做决策和配置选择。 我们可将Arm®Cortex®-M3处理器配置为监控传感器数据，控制联接并管理电源模式，以确保系统始终尽可能高效地工作。这涉及在功耗和传感器响应率之间找到适当的平衡。 Arm Cortex-M3处理器使用计时器和中断器或电平检测来管理数字接口，以连续或定期读取数据。第二个内核-LPDSP32处理器-可以运行算法来处理传感器数据，可能使用轻量级的人工智能来做出实时信号处理决策，而无需将数据发送到云。集成AES-128加密引擎和软件分层也确保系统安全性。

图2：RSL10框图

资产管理开发生态系统

资产管理可实现如此多的可能性，安森美半导体提供完整的开发生态系统，为基于RSL10设计超低功耗资产跟踪或监控应用提供灵活性。

图3：RSL10资产管理生态系统

RSL10由一系列全面的工具和平台支持，简化开发过程，使开发人员可迅速把方案投放市场。 这些开发工具支持通过CMSIS-Pack范例快速开发软件，示例项目使开发人员快速入门。 这包括对空中固件升级(FOTA)更新、移动(安卓和IOS®)应用程序的支持，以及对各种开发环境包括Eclipse®IDE、IAR Embedded Workbench®IDE和Arm Keil®嵌入式开发工具的支持。

图4：RSL10 CMSIS-Pack架构

基于RSL10的平台和开发硬件充当启动板用于各种应用场景，包括：

• 使用Arduino®板（QFN和SIP封装）的通用评估
• 网状网络系统（RSL10 Mesh平台）
• 传感器开发（RSL10传感器开发套件，蓝牙低功耗IoT开发套件和温度传感器信标）
• 能量采集（RSL10太阳能电池多传感器平台，能量采集蓝牙低功耗开关）。

在交钥匙方案方面，安森美半导体的技术合作伙伴已以我们的RSL10传感器开发套件为模型开发出了高度可定制的、低功耗信标和标签的完整产品组合。这些方案提供丰富和创新的功能，包括各种环境传感器、安全性增强和定位。 这些受支持的功能可在硬件平台中一起实现，也可以单独实现。

图5：Tatwah的基于RSL10的标签和信标

有了所有这些工具，就可选用最合适的工具以加速资产跟踪或监控应用程序的开发。

更高的集成度可降低物料单(BoM)成本

在确定任何产品的商业可行性时，通常关注BoM中各组件的总成本，以及构建/测试/运输的直接成本。 结论通常是一样的： BoM和装配成本越低，潜在的获利能力就越高。这种方法当然有优点，但也有缺陷。

更具整体性的方法还考虑了更抽象的因素。 在资产跟踪方案中，延长电池使用寿命有利于提高经济底线，因其将更换、系统停机、服务和维护的成本降至最低。 更长的使用寿命还增加了资产在规定时间内的使用寿命，这对投资回报率产生积极影响。

如今同样重要的是，较长的电池使用寿命，不用像一次性电池那样需频繁更换，从而最小化对环境的影响，支持对社会负责。 能量采集将这提升到一个新的水平，因为没有浪费电池。 RSL10的功能使其成为这些优势的关键推动力，这意味着它不仅限于蓝牙低功耗无线电。它的双核、多协议架构具有高度可配置的数字接口，可支持各种传感器和换能器，这意味着单个器件可替代制造资产跟踪器所需的许多元器件。 使用单个器件可合并生产成本，同时提供的广泛开发支持可将资产管理方案投放市场所需的设计成本降至最低。
获利能力还取决于产品质量，更广义地讲，取决于所选元器件。 汽车和医疗市场在这方面的要求可能是最严格的。安森美半导体在服务这些市场方面拥有悠久的历史，创建卓越的方案，满足最严格的质量要求。随着市场开始吸引新进入者，具有高品质的资产跟踪方案自然会脱颖而出。 对于医疗IoT应用尤其如此，需要在临床和家庭环境中对患者生物特征进行安全可靠的监控，以确保患者获得积极正面的治疗效果。

每个人或企业都不可避免的放错、丢失或被窃取有价值的东西。 即使是那些幸运的没有这种经历的人或企业也将大大受益于资产跟踪技术。 知道我们的物品安全并且可正常工作，或者在它们不安全或不能正常工作时我们能收到状态通知，从而采取必要的措施。最终，使我们对所在意的资产放心。