【技术干货】运用物联网科技拯救世界

当人类面临向可持续全球经济转型的挑战时，必须想办法在不耗尽地球自然资源的情况下，维持生存、繁荣和发展的能力。当前地球的平均温度正在提高，在地球变暖2度的世界，将会导致热浪增多、降雨增多、农作物产量下降、海平面上升，这都将会威胁到人类的生存，采取相应的行动已经刻不容缓。

另一方面，自20世纪80年代以来，电子行业的发展速度几乎超过了其他任何行业。它已经成为一些国家经济的主要贡献者，也是许多其他国家工业总产值的主要投入，而且增长率没有放缓的迹象，这种增长归因于人们对消费电子产品的需求不断增长。

不过，虽然电子产品的普及改善了许多人的生活，但也可能相对地制造更多的电子垃圾，因此必须通过加工、制造、分销、零售、维修和回收的新做法来减少电子垃圾的产出，其中的关键是回收。据联合国称，目前有20%的电子垃圾得到成功回收，该组织已宣布一项计划，到2030年，将通过预防、减少、修复、回收和再利用，大幅减少垃圾产生。

虽然消费者和企业正在改变他们的习惯，但保护地球及其资源以备将来之需，也需要广泛部署新技术，物联网将成为可持续技术的基础平台。依据Transforma Insights和6GWorld的一份报告《2030年新兴技术的可持续性》强调，从现在到2030年，物联网的建设将显着增加全球电力使用量，在制造支持物联网的解决方案时将消耗1.12亿立方米的水，用于分发和部署物联网解决方案时产生的碳氢化合物将会增加成本。

然而，Transforma报告的结论是，物联网应用对环境的积极影响将使成本完全值得最初的牺牲。事实上，物联网技术很快就会产生足够的节省来偿还其制造和部署的能源成本，从那时起，将节省大约八倍的能源。据报告称，到2030年，物联网设备还将节约近2300亿立方米的水，其中35%来自改善的水网运营，其余部分则来自物联网支持的农业应用，如智能灌溉。

大数据的好处也有望成为证明物联网环境足迹的关键。当与机器学习应用等有效结合时，物联网将生成大量信息，帮助人们和组织更好地了解他们的能源成本并做出明智的环境决策。此外，物联网的主要绿色效益主要来自企业解决方案，这些解决方案通常以减少电力消耗的形式出现，从而降低碳排放，或减少燃料或水消耗，例如通过智能电网运营。

展望未来，无线和蜂窝物联网传感器的数量可能会超过500亿个，其中许多将由电池供电。除了维护问题之外，这些电池还可能破坏物联网的可持续性。必须开采锂等稀有材料，必须制造电池，然后将其分发到世界各地，然后是耗尽后安全处理的重要问题。

未来的无线解决方案则将更加高效，大大扩展能够从环境中收获所有能量的应用范围。新一代电源管理IC（PMIC）专为能量收集设备而定制，将稳定收集能源的变化，并在物联网产品摆脱电池束缚方面发挥重要作用。

为了提供物联网设备完整的功能与功耗管理，Nordic致力于推出相关的解决方案，包括系统级芯片（SoC）、电源管理IC、射频前端模块（FEM）、软件开发工具包、原型构建平台等产品，来协助客户进行物联网设备的开发。

首先，nRF52832是一款支持低功耗蓝牙（Bluetooth LE）、蓝牙网状网络（Mesh）和NFC的多功能蓝牙5.4 SoC，nRF52832是一款通用的多协议SoC，它满足了需要高级低功耗蓝牙®功能、协议并发性和丰富外围设备和功能集的应用挑战。此外，它的闪存和RAM满足了大量内存的需求。

nRF52832采用具有完全协议并发能力的多协议。它支持低功耗蓝牙，包括2 Mbps高传输速度。蓝牙网状网络可以与低功耗蓝牙同时运行，使智能手机能够配网、入网、配置和控制网状网络节点，它还支持NFC、ANT和2.4 GHz专有协议。

nRF52832基于带有浮点单元的Arm® Cortex™-M4 CPU，主频为64 MHz。内置NFC-A标签用于简化的配对和支付解决方案。它有许多数字外设和接口，如用于数字麦克风和音频的PDM和I2S，并通过精密的片上自适应电源管理系统，实现了极低的功耗。

nPM1300则是具有独特系统管理功能的电源管理集成电路（PMIC），nPM1300 PMIC将嵌入式低功耗蓝牙设计所需的基本功能集成到小型封装中，从而简化了系统设计，可以用较少的元器件实现更长的运行时间和高效的电池充电。

nPM1300经优化具有最高效率和紧凑尺寸，并可通过I2C兼容双线接口（TWI）进行配置。该接口可以方便地接入和配置一系列先进的系统管理功能，包括双按钮硬复位、电池燃料计量、系统级看门狗、断电警告和启动故障恢复。

nPM1300 PMIC旨在为Nordic的nRF52和nRF53系列SoC提供高效的电源调节，支持低功耗蓝牙、LE Audio、蓝牙网状网络、Thread和Zigbee等无线协议。这款产品是先进的紧凑型物联网产品，如先进可穿戴设备和便携式医疗应用等产品的理想选择。

nPM1100则是另一款用于电池充电和供电的超小型电源管理IC，具有高效的双模式可配置降压稳压器和集成电池充电器。它是Nordic nRF52®系列和nRF53®系列SoC的互补元器件，可以确保供电可靠和运行稳定，同时通过高效和低静态电流让电池寿命最大化。它极其紧凑的外形尺寸使其成为可穿戴设备、联网医疗设备和其他尺寸受限应用的理想选择，其PCB占用面积低至23 mm²。

这款集成电池充电器专为锂离子电池和锂聚合物电池设计，端接电压可选择4.1或4.2 V，支持标称电压分别为3.6和3.7 V的化学电池。内置电池过热保护和三种充电模式自动选择功能，三种充电模式分别为：自动涓流充电、恒流充电、恒压充电。

nPM1100内置的高效降压稳压器可以在1.8、2.1、2.7或3.0 V的可选输出电压下提供高达150 mA的电流。它具有软启动以及在迟滞和PWM模式之间自动转换的功能。它还允许强制PWM模式，以确保低电源噪声运行，转换效率高达92%，而占用面积只有27 mm²，包括无源器件。

Nordic的nRF21540是一款用于低功耗蓝牙®，蓝牙®网状网络、Thread和Zigbee和2.4 GHz私有协议范围扩展的射频前端模块（FEM），nRF21540是一款“即插即用型”的无线传输范围扩展器。它通过集成功率放大器（PA）和低噪声放大器（LNA）提供了更强的连接稳固性，非常适于低功率短距离无线解决方案。

nRF21540是一款补充性产品，可用于提高nRF52和nRF53系列先进多协议无线SoC的链路预算。当与nRF52或nRF53系列SoC配合使用时，nRF21540 RF FEM的+20 dBm TX输出功率和13 dB RX增益，确保了16-20 dB的卓越链路预算改善，这相当于提高了6.3到10倍的理论传输距离。

nRF21540采用4x4 QFN16封装，并作为nRF21540 RF FEM的补充。Nordic提供开发板，可以使用实验室设备评估射频前端模块的性能，以及与nRF52或nRF53系列SoC结合使用的实际应用性能。为nRF21540量身定制的主要应用包括智能家居、资产跟踪、音频以及工业应用。

为了加快客户的产品开发，Nordic还推出nRF Connect SDK（软件开发套件），是一套可用于构建低功耗蓝牙、Wi-Fi、蜂窝物联网、蓝牙网状网络、Thread、Zigbee和Matter产品的软件开发套件。

nRF Connect SDK是一款可扩展且统一的软件开发套件，用于基于Nordic所有的nRF52、nRF53、nRF70和nRF91系列无线器件构建产品。它为开发人员提供了一个可扩展的框架，用于为内存受限的设备构建尺寸优化的软件，以及为更先进的设备和应用构建强大而复杂的软件。它集成了Zephyr RTOS和各种示例、应用协议、协议栈、库和硬件驱动程序。

此外，Nordic还推出Thingy:53物联网原型构建平台，它让无需搭建定制化的硬件就可以构建原型和概念验证成为可能。Thingy:53围绕Nordic的旗舰双核无线SoC nRF5340搭建而成。其双Arm Cortex-M33处理器的处理能力和内存容量，使其能够直接在设备上运行嵌入式机器学习（ML）模型。

Thingy:53还配置许多不同的集成传感器，如环境传感器、颜色和光线传感器、加速度计和磁力计，所有这些都可以在不需要额外硬件的情况下使用。它采用一块容量为1350 mAh的可充电锂电池供电，可以通过USB-C接口充电。此外，还有一个外接的4脚JST连接器，支持兼容Stemma/Qwiic/Groove标准的硬件配件。

物联网科技正以前所未有的速度和广度改变着我们的世界，从智能城市的建设到环境监测的应用，再到医疗健康的革命，物联网正在为人类社会带来无限可能。它不仅提高了我们的生活质量，还在应对全球性挑战中扮演着关键角色。通过智慧农业技术，我们能够更高效地利用资源，减少浪费和环境污染；通过智能交通系统，我们能够减少拥堵，降低碳排放；通过远程医疗和健康监测设备，我们能够提供更优质的医疗服务，提升公共健康水平。Nordic推出的物联网应用相关解决方案，将能够加快客户开发物联网产品的速度，值得您进一步了解与采用。