據技術行業研究公司Gartner表示，物聯網中每天增加的"事物"多達550萬件。截止2020年，預計總數將達208億。鑒于這種爆炸式增長，檢查連接所有事物并在它們之間實現通信的互聯網勢在必行。然而，在這些設備之間建立可靠的無線連接是物聯網的最大挑戰之一。

通信系統的可靠性可以用兩個關鍵元件的性能來定義：射頻收發器和通信微控制器。本文以ADI公司打造的智能農業實踐項目——番茄物聯網為例，討論基于ADI公司關鍵的射頻收發器和通信微控制器，以及相關的軟件解決方案，如何能夠最大程度地提高系統級可靠性，以支持對數據質量和完整性以及洞察有極高要求的高影響力應用。

打造智能農業愿景的創新樣本——番茄物聯網

本文要談論的主題是從ADI公司與新英格蘭的番茄農場主合作開發相關技術開始，ADI公司利用其在檢測、測量、轉換方面的專業技術，以及對物聯網生態系統的深入研究，構建了完整的從傳感器到云端的解決方案，將讓農場主能夠在整個種植周期內做出更好的決策，最終改善番茄的品質，提高經濟效益和環境成效。該系統是面向美國和歐洲農業市場的無線環境監控解決方案，它能有效提供及時可行的信息，讓種植者能夠更好地利用自然資源，并更好地預測作物生長周期。該項目也代表了ADI公司對智能農業的愿景。

該系統包括一組無線傳感器節點，一臺網關設備以及ADI Connect云平臺，每個無線傳感器節點都帶有微控制器，即ADuCM3029超低功耗Cortex M3，以及ADF7030-1低功耗sub-GHz無線電，還有一套傳感器，用于測量溫度、濕度、環境光照和方向。系統每15分鐘喚醒一次，收集傳感器數據，將數據存儲在本地，每天喚醒一次，將完整數據集傳輸到網關設備，通過這種方式，充分利用了ADuCM3029的超低休眠電流（750nA）以及無線電的超低休眠電流（10nA）。

該系統可以輕松部署在農場中，現場部署可采用電池供電，一次可工作10年以上，50個節點連接到單個網關，相互間距半英里，今天我帶來了原型，這是在馬薩諸塞農場上部署的早期原型，專用于西紅柿種植，該系統的設計適用于任何作物，我們可以看到它顯著改進了西紅柿種植。

工程師在農田現場進行番茄物聯網的監測測試

這個原型使用低功耗藍牙技術連接到一部充當網關設備的iPad，收集一套傳感器數據每隔30秒就將這些數據傳送至iPad，這部iPad連接到互聯網，并將數據傳輸到ADI Connect云平臺。在屏幕上我們可以看到結果，屏幕左側顯示原始數據，屏幕右側顯示計算的合成結果，特別是蒸氣壓差，它代表非常潮濕、完全飽和的空氣，與作物周邊實際空氣之間的區別

隨著蒸氣壓差減小，空氣變得更加潮濕，如果蒸氣壓差太低，植物的葉子可能腐爛，這會對植物健康構成威脅，生長度日是代表植物成熟程度的合成值，幫助種植者了解何時可以收割作物

硬件平臺剖析：射頻收發器和通信處理器

50多年來，ADI公司一直致力于設計魯棒的解決方案來應對這些挑戰。工業物聯網的超穩健系統要求并不算新的挑戰。超低功耗、sub-GHz ISM頻段無線電器件ADF7030-1旨在提供可實現最穩定通信鏈路的性能級別和功能特性。

ADF7030-1是ADI公司兩年前推出的一款低功耗、高性能的無線電收發器，適合電池供電應用。就接收器非常關鍵的靈敏度性能而言，ADF7030-1在業界具有非常突出的性能表現，在很多情況下，ADF7030-1能夠接收低于其他無線電器件可接收功率3 dB的無線電信號。這意味著，即使信號的強度低于其競爭產品可接收功率的一半，該器件仍可接收到該信號。

基于ADuCM3029和ADF7030-1的低功耗sub-GHz無線電的無線傳感器節點

對于像智慧農業等很多基于電池供電的物聯網節點應用，更低的功耗能延長電池使用壽命從而大大節省維護成本。ADF7030-1提供了低功耗模式，智能喚醒功能可以實現很低的整體功耗。在進入低功耗休眠模式，在保留存儲器數據的情況下，功耗僅為10 nA。此外，由于能夠實現更加可靠的無線連接，減少重試次數和數據包丟失，ADF7030-1的高性能還能進一步延長電池壽命。

新型ADF7030-1 sub-GHz集成式無線電收發器支持窄帶和寬帶通信，在sub-GHz ISM頻段內工作，數據速率在0.1 kbps至300 kbps之間，使用2GFSK調制。該無線電收發器還支持無線M-Bus (WMBUS)協議和基于IEEE 802.15.4g的協議。新型收發器提供出色的接收機靈敏度，最大程度地增加鏈路預算，支持更大范圍小區，具有很高的抗干擾能力，還能提高系統可靠性。在整個工作溫度范圍內，采用ADF7030-1的設備的輸出功率變化不超過0.2 dB（同類競爭產品相應的變化高達2 dB）。

ADF7030-1無線電收發器非常注重靈活性和易用性，采用片上ARM® Cortex®-M0無線電處理器，用于執行無線電控制和校準，其時序控制可以減少工程設計開發時間。高度可編程的數據包處理程序可以簡化主機微處理器上的編程接口和代碼開發，從而節省寶貴的時間。

ADuCM3029微控制器單元是一款集成電源管理的超低功耗微控制器系統，可用于處理、控制和連接。該MCU系統基于ARM Cortex-M3處理器，由數字外設、嵌入式SRAM和閃存、模擬子系統（提供時鐘、復位和電源管理 功能）以及ADC子系統組成。此外，ADuCM3029具有閃存和ECC奇偶校驗檢查功能，可確保識別存儲器損壞造成的錯誤并盡可能地糾正錯誤。另外，ADuCM3029還在休眠模式下配備電池監控功能。這確保可檢測到電壓的意外下降并提醒處理器可能存在惡意威脅或電源故障。然后，終端設備可采取相應的措施，提醒管理員或進入安全模式，以確保更廣泛的系統不會被入侵。

本文總結

憑借ADuCM3029超低功耗處理器性能以及ADF7030-1低功耗sub-GHz無線電功能，ADI打造的這套系統在每15分鐘喚醒一次收集傳感器數據并存儲在本地，每天喚醒一次將完整數據集傳輸到網關設備。通過這種方式充分利用了ADuCM3029的超低休眠電流（750nA）以及無線電的超低休眠電流（10nA），使得對于電池供電的類似傳感器無線網絡在確保無線信號采集性能的同時，有效大大降低系統功耗從而降低系統維護成本。

ADI公司開發的技術遍及物聯網信號鏈的每個階段，從檢測和測量到解析和連接數據，無處不在。確保這個信號鏈中所產生信息的質量和完整性是這個“樣版工程”以及任何類似無線傳感器網絡的核心設計原則，也是實現物聯網真正潛力的基本要求。