小“标签”做成大市场!一文了解智能标签如何做到精准定位追踪

科技仓 2023-07-18
2840 字丨阅读本文需 7 分钟

物流和供应链追踪是物联网的一个重要应用场景。在这些包裹中,相当一部分物品需要持续、实时的在线追踪,尤其是一些贵重物品、重要药品疫苗、关键资产和设备等,面对定位追踪应用的物联网厂商不断涌现,力争在快速发展的物流和供应链领域实现规模化部署。其中,智能标签作为便携、低成本的方式,受到越来越多的物流和供应链客户所青睐,也是大量物联网厂商关注的重点。

智能标签可以粘贴在货物包装上,相对于传统标签,智能标签集成了通信、感知的功能,能将货物实时位置、状态采集并传输至管理后台,实现持续追踪。同时,随着各方面技术的进步,智能标签可以通过打印形式生产出来,更便于在各类追踪场景使用。市场研究机构ABI Research数据显示,到2028年智能标签出货量将达到5.81亿。

蓝牙智能标签解决RFID天然不足

近年来,追踪定位的智能标签已形成多种形式,根据通信距离的不同,形成短距离智能标签和广域智能标签两种大类。其中,短距离的智能标签已有很多成熟的形态,而广域智能标签则是基于蜂窝物联网通信研发的标签,目前还在小范围应用中。蓝牙智能标签成为短距离智能标签的典型代表。

蓝牙技术诞生于1994年,是由爱立信公司发明的,它最初的目的是希望通过无线音频传输让无线耳机成为可能。再后来,蓝牙成为一种允许在设备之间传输数据的无线技术,这使得数据传输更简单、更独立,而不必在更换设备或将其发送给其他人时丢失任何重要信息。由于RFID天然的一些不足,业界不断探索新的智能标签技术,蓝牙标签成为一个重要方向。

提起蓝牙智能标签,很多从业者都会推荐Wiliot这家公司。Wiliot将其标签产品命名为Wiliot IoT Pixels,它是一款小型低成本、自供电的蓝牙传感器标签,该标签仅邮票大小,可以贴在任何产品或包装上,感知一系列物理和环境数据,并将信息传输至网关、手机或支持低功耗蓝牙(BLE)的设备上,再发送至Wiliot云平台,云平台的机器学习算法将数据转化为可操作的见解,供各行各业的企业使用。

Wiliot IoT Pixels标签一大亮点是不需要供电,该标签完成感知、存储和通信的能量来自于收集周围的无线射频能量来为其供电,并使用该能量发送标签唯一标识码的数据以及传感器读数。也正是采用这一设计,该标签不需要电池,因此其尺寸可以设计成邮票大小,并能便捷地粘贴在各种物品之上。

Wiliot IoT Pixels硬件的核心是一款低功耗蓝牙无线MCU,用于提供感知、计算和通信的能力,而且包含了一个自供电管理单元、几个传感器接口、一个安全引擎和用于编程和配置的存储器。其中,其CPU是一款32位的可编程ARM Cortex M0+处理器,工作频率位1MHz,存储器内存位1KB;传感器方面,包括一个精度在1℃以内的温度传感器以及一个传感器数字接口,Wiliot将环境和食品质量传感器集成作为研发方向。

与RFID相比,这一蓝牙标签可以在很大程度上减少专用手持读写器的束缚,而且具备传感、通信、计算集成化功能,实现对物品相关信息的主动感知。目前,海外已有多家厂商推出类似于Wiliot的蓝牙智能标签产品,例如一家名为Reelables的厂商推出蓝牙打印标签,在供应链多个场景应用,同时,蓝牙联盟也在大力推动蓝牙标签在零售、物流领域的应用。目前,基于低功耗蓝牙的智能标签已经在多个领域形成一定规模,随着成本的降低,其规模将进一步扩大。

微型蓝牙标签两大潜在市场

作为蓝牙这一低功耗无线传输协议中的特例,微型蓝牙标签在近年来开辟了不少市场,尤其是在可穿戴和无线音频领域。

与苹果借助AirTag中的UWB技术来实现智能标签应用不同,绝大多数厂家目前并没有打通UWB芯片供应链和终端市场的实力。所以像三星这样的厂商推出了Galaxy SmartTag,借助蓝牙信号强度来实现大概的定位标签功能,并接入其SmartThings生态。需要更精确的定位,才用到同时集成了蓝牙BLE和UWB技术的Galaxy SmartTag+。

而三星在Galaxy SmartTag中用到的正是Nordic Semiconductor的nRF52833 SoC,集成了64MHz Arm Cortex-M4、512kB闪存和128kB RAM的多协议蓝牙SoC。由于用于智能标签应用,对其射频覆盖范围来说是一个极大的考验,而nRF52833最高+8dBm的输出功率为智能标签应用提供了便利。

就拿Galaxy SmartTag来说,即便设备丢失,只要仍处于其蓝牙信号的覆盖范围内,就能借助nRF52833的蓝牙测向功能和三星的SmartThings Find网络来定位并找回。在封装的选择上,nRF52833最小可以选择WLCSP95,仅有3.2x3x2mm的空间占用。nRF52833凭借极小的体积,也方便SmartTag嵌入其他设备中,实现资产追踪。

在无线通信领域,Silicon Labs已经有了包含蓝牙在内的一系列芯片产品,为IoT的多协议组网提供了便利。为了进一步拓宽微型无线通信芯片的应用,Silicon Labs近期也推出了全新的xG27系列SoC,包括多协议支持的MG27和BLE SoC BG27,其中BG27最小可选WLCSP封装,大小仅仅只有2.6x2.3mm。

BG27集成了高性能的32位76.8MHz Arm Cortex-33,最大768kB的闪存和64kB的RAM,足以用于各类小型可穿戴设备中。除了可穿戴设备,Silicon Labs同样考虑到了这类微型蓝牙SoC在医疗场景下的应用。对于远程医护、降低医护成本、防止疾病传播等,无线互联的医疗设备至关重要,尤其是小体积的设备。

然而为了更精确地追踪人体生理数据,大部分可穿戴或便携医疗设备都需要有限保证其传感器性能,比如贴片式心电监护仪、连续血糖监测仪等等。这样在有限的体积之下,留给无线连接和供电的空间就不多了,这时微型蓝牙SoC才能发挥其用途。

以Silicon Labs的BG27为例,由于内部集成了直流升压,所以工作电压可以低至0.8V,只要一个1.55V的纽扣电池就能运作下去。更重要的是,BG27的唤醒引脚使其待机电流低至20nA,即便是在仓储和运输中花费了大量时间,也能保证这类小型医疗设备的正常使用。如果是重要级更高的医疗应用,BG27集成的库仑计也能允许设备更好地掌控电池容量。

广域网智能标签重塑工业智能化新趋势

过去十年,新一轮科技革命和产业革命正在重塑全球经济结构:科学技术加速应用到社会经济领域,以物联网技术、人工智能、大数据为代表的新一轮科技发展来到了一个新周期的起点,从人与人的连接到物与物的连接、从物质生产要素到数据要素、从现实世界到数字孪生,数字世界已全面到来,物联网革命蓄势待发。

目前,人工智能(AI)、云计算、大数据、区块链、边缘计算等一系列新的技术不断地注入物联网领域,技术融合使得物联网在工业、能源、交通、医疗、新零售等领域不断普及,广域网和短距离通信技术的不断应用,也推动着更多的传感器设备将数百亿物体接入到数字世界中。

当今,工业、商业、物流业务开展过程中,经常会遇到货物盘点、信息采集困难等物流资产管理问题。尤其是在提倡绿色物流,循环经济的当下,工业、商业、物流载具的循环周转率、复购等问题都直接影响着企业运营成本和工作效率。

物流自动化、数字化、信息化、智能化已经成为物流业的技术发展趋势。广域网LPWAN标签标签物流资产管理方案,可以针对物流载具在仓储流转环节中,资产盘点、周转率、闲置率等数据指标进行可视化展示。不仅能提高物流资产的利用效率,还可以减少不必要的资产采购,帮助企业降本增效。

最新一代工业物联网广域网LPWAN标签的特点就是大规模自动化,这得益于互连和数据分析方面的进步。为实现工业设备的精准数据采集,工业物联网需要更加高效的物联网技术。针对工厂复杂环境,相比Wi-Fi、LoRa、NB-IoT等,LPWAN网关的穿透性更强、功耗,成本更低、具有高接收灵敏度和抗干扰性。

另外,广域网LPWAN在低功耗的基础之上可满足工业大型设备较大数据的回传需求, 比如小视频监控的回传,对传统的LPWAN功能进行了补缺。除了在物流、工业行业中的出色表现,LPWAN网关还可应用于建筑楼宇设备智慧化运营管理、智慧农业、智慧城市、智慧电网等多个领域,推动“LPWAN2.0泛在物联”加速落地。

随着数字化时代的来临,相信会有越来越多的企业开始采纳免电池的供电方案实施LPWAN标签各项功能,这一举措不仅减少了污染物的产生,其节约的成本也非常可观。特别是在工业、农业等领域,物联网设备的快速增加势必会大量提高成本,而这种具备可持续性且拥有更高性价比的无源供电方案无疑更有优势,能帮助各行各业低成本完成数字化转型,进一步提高企业核心竞争力。

文章来源: 物联网智库,mouser ,核芯产业观察

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