利用物联网技术拯救世界

应对地球可持续性危机迫在眉睫

当前，人类正面临向可持续全球经济过渡的挑战，必须找到方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。目前，地球的平均气温正在上升。在气温升高2摄氏度的世界里，将会出现更多的热浪、降水量增加、农作物产量下降以及海平面上升，这些都会威胁到人类的生存。采取适当行动已迫在眉睫。

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重要贡献者，同时也是许多其他国家工业产出的主要组成部分，而这一增长丝毫没有放缓的迹象。这种增长归因于消费者对电子产品日益增长的需求。

然而，尽管电子产品的普及改善了许多人的生活，但它也可能相对地带来更多的电子废弃物。因此，必须在加工、制造、分销、零售、维修和回收等方面采取新的做法，以减少电子废弃物的产生，其中回收是关键。据联合国统计，目前仅有20%的电子废弃物得到了成功回收。该组织已宣布一项计划，旨在通过预防、减少、维修、回收和再利用，到2030年显著减少废物的产生。

物联网将成为可持续技术的基础平台

虽然消费者和企业正在改变他们的习惯，但为了保护地球及其资源以满足未来的需求，还需要广泛部署新技术。物联网（IoT）将成为可持续技术的基础平台。根据Transforma Insights和6GWorld发布的报告《2030年的新兴技术与可持续发展》（“Sustainability in New and Emerging Technologies In 2030”），构建物联网从现在到2030年将显著增加全球电力使用量。制造支持物联网的解决方案将消耗1.12亿立方米的水，而用于分发和部署物联网解决方案的碳氢化合物将增加成本。

然而，Transforma报告得出结论，物联网（IoT）应用带来的积极环境影响将使最初的牺牲完全值得。事实上，物联网技术很快就会产生足够的节约来弥补其制造和部署的能源成本，从那时起，它将节约约八倍的能源。报告指出，到2030年，物联网设备还将节约近2300亿立方米的水，其中35%将来自改进水网运营，其余的将来自物联网支持的农业应用，如智能灌溉。

大数据的优势也被认为将在展示物联网（IoT）的环境足迹方面发挥关键作用。当大数据与机器学习等应用程序有效结合时，物联网将生成大量信息，帮助个人和组织更好地了解其能源成本，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，这些解决方案通常表现为减少电力消耗、降低碳排放或减少燃料或水资源的使用，例如通过智能电网的运行。

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，其中许多将由电池供电。除了维护问题之外，这些电池还可能削弱物联网的可持续性。像锂这样的稀有材料需要被开采，电池需要被制造并在全球范围内分销，此外还有安全处理废旧电池这一重大问题。

未来的无线解决方案将更高效，大大拓展能够从环境中获取全部能量的应用范围。专为能量采集设备定制的下一代电源管理集成电路（PMICs）将稳定多变的能量收集，并在解除物联网产品对电池限制方面发挥关键作用。

满足物联网设备需求的芯片解决方案

为了为物联网设备提供完整的功能和电源管理，Nordic致力于推出相关解决方案，包括片上系统（SoC）、电源管理IC、射频前端模块（FEM）、软件开发套件以及原型开发平台，以协助客户开发物联网设备。

首先，nRF52832 是一款多功能的蓝牙 5.4 SoC，支持蓝牙低功耗（BLE）、蓝牙 Mesh 和 NFC。nRF52832 是一款通用的多协议 SoC，能够满足需要先进蓝牙®低功耗功能、协议并发以及丰富外设和特性支持的应用挑战。此外，它还提供充足的闪存和 RAM 存储容量。

nRF52832 使用多协议并具备完整的协议并发功能。它支持蓝牙低功耗（Bluetooth Low Energy），包括2 Mbps的高速传输。蓝牙Mesh可以与蓝牙低功耗同时运行，使智能手机能够对Mesh网络节点进行配置、初始化、管理和控制。它还支持NFC、ANT以及2.4 GHz的专有协议。

nRF52832 基于 Arm® Cortex™-M4 CPU 架构，配备浮点运算单元，运行频率为 64 MHz。它内置 NFC-A 标签，可用于简化配对和支付解决方案。设备包含众多数字外设和接口，例如支持数字麦克风和音频的 PDM 和 I2S。通过精密的片上自适应电源管理系统，它实现了极低的功耗。

nPM1300 是一款具有独特系统管理功能的电源管理集成电路 (PMIC)。nPM1300 PMIC 将嵌入式蓝牙低功耗设计所需的基本功能集成到一个小型封装中，简化了系统设计，同时实现更长的运行时间和高效的电池充电，且所需组件更少。

nPM1300 经过优化，具备最高效率和紧凑的尺寸，并可通过兼容 I2C 的双线接口（TWI）进行配置。该接口允许轻松访问和配置一系列高级系统管理功能，包括双按钮硬重置、电池电量监测、系统级看门狗、断电警告以及从启动失败的恢复。

nPM1300 PMIC 旨在为 Nordic 的 nRF52 和 nRF53 系列 SoC 提供高效的电源调节，支持无线协议，如蓝牙低功耗 (Bluetooth Low Energy)、LE Audio、蓝牙网格 (Bluetooth mesh)、Thread 和 Zigbee。该产品是适用于高级紧凑型物联网设备（如高级可穿戴设备和便携式医疗应用）的理想选择。

nPM1100 是一款超小型电源管理IC，用于电池充电和电源传输，具有高效的双模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 的补充元件，能够在高效率和低静态电流的支持下，确保可靠的电源传输和稳定运行，同时最大化电池寿命。其极小的外形尺寸使其非常适合可穿戴设备、联网医疗设备以及其他受尺寸限制的应用场景，PCB 面积仅需 23 平方毫米。

此集成电池充电器专为锂离子和锂聚合物电池设计，支持具有 4.1 V 或 4.2 V 可选截止电压的电池，分别对应标称电压为 3.6 V 和 3.7 V。它具有内置的电池热保护功能，并可自动选择三种充电模式：涓流充电、恒流充电和恒压充电。

nPM1100 内置的高效降压转换器可提供高达 150 mA 的电流，并支持可选输出电压：1.8V、2.1V、2.7V 或 3.0V。其特点包括软启动和在迟滞模式与 PWM 模式之间的自动切换。此外，它还支持强制 PWM 模式以确保电源的稳定运行。转换效率高达 92%，包含无源元件的占板面积仅为 27 平方毫米。

Nordic 的 nRF21540 是一款射频前端模块 (FEM)，用于扩展蓝牙®低能耗 (Bluetooth® Low Energy)、蓝牙® Mesh、Thread、Zigbee 和 2.4 GHz 专有协议的覆盖范围。nRF21540 是一款“即插即用”的无线信号范围扩展器。通过集成功率放大器 (PA) 和低噪声放大器 (LNA)，它提供了更稳定的连接可靠性，非常适合低功耗短距离无线解决方案。

nRF21540 是一款互补产品，可用于提升 nRF52 和 nRF53 系列高级多协议无线 SoC 的链路预算。与 nRF52 或 nRF53 系列 SoC 搭配使用时，nRF21540 RF FEM 的 +20 dBm 发射功率（TX 输出）和 13 dB 接收增益（RX 增益）可确保链路预算提升 16-20 dB。这相当于理论上传输距离增加 6.3 到 10 倍。

nRF21540采用4x4 QFN16封装，并作为nRF21540 RF FEM的补充。Nordic提供了一块开发板，可以利用实验室设备评估该RF前端模块的性能，并在结合nRF52或nRF53系列SoC时，评估其在实际应用中的表现。nRF21540的主要应用领域包括智能家居、资产追踪、音频以及工业应用。

可扩展且统一的物联网软件开发工具包和原型设计平台

为了加速客户的产品开发，Nordic还推出了nRF Connect SDK（软件开发工具包），这是一套用于构建低功耗蓝牙、Wi-Fi、蜂窝物联网、蓝牙Mesh、Thread、Zigbee和Matter产品的工具。

nRF Connect SDK 是一个可扩展且统一的软件开发套件，专为基于所有 Nordic nRF52、nRF53、nRF70 和 nRF91 系列无线设备的产品开发而设计。它为开发者提供了一个可扩展的框架，用于为内存受限设备构建尺寸优化的软件，同时也可用于为更高级的设备和应用构建强大且复杂的软件。该套件集成了 Zephyr RTOS，同时包含各种示例、应用协议、协议栈、库以及硬件驱动程序。

此外，Nordic 推出了 Thingy:53 物联网原型开发平台，使得在无需定制硬件的情况下构建原型和概念验证成为可能。Thingy:53 基于 Nordic 的旗舰双核无线 SoC nRF5340 构建。其双核 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 配备了多种集成传感器，例如环境传感器、颜色和光传感器、加速度计以及磁力计等，所有这些都可以无需额外的硬件直接使用。它由一块 1350 mAh 的可充电锂聚合物电池供电，该电池可以通过 USB-C 接口进行充电。此外，它还配备了一个外部 4 针 JST 连接器，与 Stemma/Qwiic/Groove 标准的硬件配件兼容。

结论

物联网(IoT)技术正以前所未有的速度和规模改变着我们的世界。从智慧城市的建设到环境监测的应用，再到医疗领域的变革，物联网为人类社会带来了无限的可能性。它不仅提升了我们的生活质量，还在解决全球挑战中发挥着关键作用。通过智慧农业技术，我们可以更高效地利用资源，减少浪费，降低环境污染。通过智能交通系统，我们可以缓解拥堵，减少碳排放。通过远程医疗和健康监测设备，我们能够提供更高质量的医疗服务，提升公共健康水平。Nordic推出的物联网应用解决方案可以加速客户开发物联网产品的进程，非常值得您进一步了解和采用。