家电业|下一代嵌入式命令、控制和数据接口是工业物联网设备成功的关键柳暗花明

自1770年代创建第一个现代工业工厂系统以来，工业制造流程一直在不断创新，迅速采用最新技术以确保更高的效率、生产力和产品质量。这一趋势在今天仍在继续，随着互联工业物联网解决方案在下一代工业流程中的应用，推动了汽车、化工、电子、食品等所有大规模、重复性、流程驱动的制造行业的生产力发生阶跃变化和饮料，和制药，仅举几例。
行业分析师预测，受半导体和电子设备技术进步、云计算平台使用增加、5G 连接发展、技术进步等因素的推动，工业物联网市场将从2021年的767亿美元增长到2026年的1061亿美元以上。在机器人技术、人工智能、机器学习的采用和政府财政刺激方面。
嵌入式命令和控制接口是所有工业物联网设备的核心
在本文中，我们着眼于工业物联网设备设计的主要趋势——尤其是对更高数据带宽和更低功耗的需求，以及对小型化的推动——我们会考虑当前的嵌入式命令、控制和数据接口是否能够应对这些挑战，或者是否需要转换到较新的接口。

所有工业物联网设备，包括生产线上的先进机器人、装配工人使用的智能工具、仓库中的自动导引车或跟踪供应链中材料状况的简单监控设备，都是使用微控制器、传感器、执行器、相机、显示器和其他基本电子元件。与这些基本构建块同等重要的是嵌入式命令、控制和数据接口，它们将这些组件链接在一起，提供外围设备及其相关主机微控制器之间的基本内部连接。
嵌入式命令和控制接口挑战
当今许多工业物联网设备使用I2C（内部集成电路）、SPI（串行外设接口）和UART（通用异步接收器-发送器）等接口，在过去 30 年中，这些接口已成为“首选”嵌入式硬件工程师工具包中的接口。
自1970年代末和80年代初推出以来，这些接口一直很好地服务于嵌入式电子行业。但从那时起，不仅在工业物联网而且在更广泛的电子行业中普遍存在的几项行业进步对这些传统接口施加了越来越大的压力：
增加数据带宽——命令和控制接口的总数据带宽需求是由两个主要因素共同推动的。首先，内置于工业物联网设备中的传感器、执行器和其他外围组件的数量不断增加。今天的设备不仅包含为设备核心功能服务的基本组件，而且还越来越多地包含辅助组件，以监控设备本身的性能和环境，以确保其正常运行并执行设备的远程管理。其次，内置于工业物联网设备中的传感器和其他外围组件正变得越来越先进，由于灵敏度、准确性和采样率的提高，生成的数据量显着增加。
小型化的需求——紧凑的设备设计对于许多工业物联网设备来说是必不可少的，尤其是那些必须在预先存在的工业过程中不显眼地适应的设备。随着工业物联网设备包含越来越多的外围组件，连接这些组件的命令和控制接口所需的电线和引脚数量必须保持在绝对最低限度。
更低的功耗——许多工业物联网设备的一个关键要求是超低功耗，以实现从电池或其他类型的受限电源不受束缚的操作。至关重要的是，命令和控制接口不仅本身是节能的，而且是“智能的”——也就是说，它们可以使设备中的子系统以最有效的方式上下电，以实现最低整个系统可能的功耗。
使用行业标准化接口解决这些挑战
为了解决这些挑战，开发人员将需要实施新的嵌入式命令、控制和数据接口，以提供更高的带宽，使用最少的电线和引脚，消耗最少的功率，并使整个系统的功耗最小化。