让IIoT在工厂车间之外发挥更大作用

2020-08-10 15:19:29 德州仪器

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物联网（IoT）和工业物联网（IIoT）已成为互联工厂的代名词，它们使传统工厂更加智能化，以获得更高效率所带来的收益。如今，工厂监控设备配置越来越普遍，诸如化学品储罐、泵设备、检漏设备或火灾防控设备等。IIoT的下一阶段会涉及工厂连接，并扩展到工厂范围之外。

将传统工厂车间之外的资产经济有效地集成到工厂控制基础设施中，无线电池供电的感测和控制起着至关重要的作用。当超出工厂原有范围时，为何电池供电的感测和控制具有重要意义？答案很简单：工厂通常会随时间（有时甚至是几十年）的推移而发展，电池供电的感测和控制功能则可将节点不受限制地置于工厂最初设计中可能从未想到的位置。电池供电的感测和控制节点无需专用的电源和通信线路，而传统情况下，扩展到原有工厂车间基础设施之外，需要电源和通信线材，从而导致部署困难和成本高昂。

为使电池供电的感测和控制切实可行地集成到工厂环境中，感测和控制节点必须能够在更长的时间范围内可靠运行，且无需更换电池或为电池充电。电池供电的感测和控制实现通常在其内核处具有诸如传感器、低压处理器和无线通信模块之类的元素，而所有这些元素都需要以极节能的方式进行操作。

这些内核组件通常需要选择可能不易于互相操作的器件。例如，在低压器件及其不同的工作模式中，不同的输入/输出（I/O）电压电平普通存在。低功耗传感器I/O处于有源状态时可在1.8 V下工作，但是在深度睡眠模式下，I/O可降至1 V以下，以节省电池寿命。类似地，处理器和通信模块的I/O电压电平可在有源操作期间以2.5 V的电压运行，然后在低功耗模式下降至更低的电压。

如何才能将感测和控制设计的内核组件整合，并仍然实现其低功耗功能呢？答案很简单：使用TI的AXC电平转换器系列之类的低功耗电平转换器器件。该器件不仅支持低功耗操作，还支持将I/O电平降至0.65 V（从3.3 V降至0.65 V）。AXC电平转换器器件能够在接口的内核组件之间实现低功耗电平转换，如串行外设接口、通用异步接收器发送器、通用I/O及任何其他推挽接口，也可以在这些器件超低功耗模式相关的低电压I/O电平间实现转换。AXC系列支持低至0.65 V电压电平的能力使无线电池供电的感测和控制应用进入可将I/O电平限制在1 V以下的省电模式。

AXC器件的位计数范围从1到8位不等，低位计数的单通道(SN74AXC1T45) 和双通道 (SN74AXC2T45、SN74AXC2T245) 器件采用极小型微型四方扁平无铅封装，有利于电路板IIoT感测和控制中常见的有限空间设计。图1所示为处于有源模式和睡眠模式的微控制器和传感器链路的示例，以及每种操作模式的示例I/O电平。

图1：有源和睡眠模式下的微控制器到传感器链路

图1所示的链路类型在许多工业传感应用中已经实现，如工厂自动化中使用的通信模块系统。SN74AXC2T245之类的器件可使传感器和微控制器在有源模式下高效运行，同时优化睡眠或低功率模式下的电源效率。在有源模式和静态模式下，SN74AXC2T245自身功耗也非常低。
AXC电平转换器系列可实现低电压和低功耗IIoT感测和控制节点。这些节点可扩展到工厂车间原始面积之外。
有关TI的AXC电平转换器系列的更多信息，请参见TI电压电平转换器页面。

关键词： IIoT 德州仪器工业物联网