资产追踪与智慧标签定位的一体化模组

本文叙述整合支援窄频物联网 （NB-IoT）、全球导航卫星系统 （GNSS） 和 Wi-Fi定位的一体化模组，使其成为智慧标签、资产追踪器等应用领域最灵活的设备。使得工程师能够将感测器直接连接到模组应用，从而扩展了其应用范围，并简化了整体设计。

ST87M01是首款支援窄频物联网（NB-IoT）、全球导航卫星系统（GNSS）和Wi-Fi定位（ST87M01-1301型号）的模组，使其成为智慧标签、资产追踪器等应用领域最灵活的设备。它还整合了一个额外的类比数位转换器（ADC），使工程师能够将两个感测器直接连接到模组，从而极大地扩展了其应用范围，并简化了整体设计。此外，ST87M01系列装置已获得RED和RED-DA认证，其中RED-DA 认证在欧盟已成为强制性要求。简而言之，这意味着即使解决方案的使用寿命很长，工程师也不必担心最新的网路安全要求。

NB-IoT资产追踪与智慧标签设备的设计挑战

图一 : 宠物身上的智慧标签

选择哪种无线协定？

在开发追踪应用程式或智慧标签时，无线协定的选择是最大的挑战之一。这项决定对整体设计至关重要，而且一旦选定就很难更改。

工程团队选择的标准将对电池续航时间、系统可传输的资料类型、资料传输频率、整体占用空间等许多方面产生影响。这也是为什麽这些系统通常支援多种无线平台的原因之一，例如使用蓝牙实现更即时的用户通信，以及使用GNSS获取位置资料。

然而，问题在於，这样的选择也存在着严重的限制。例如，在蓝牙-GNSS架构中，由於缺乏蜂窝网路连接，将资料传送到云端变得十分困难。

当然，设计人员也可以选择二维码或NFC标签，它们有助於追?，并且显然有其用武之地。然而，这两种方法都需要靠近资产，这并非总是可行。

当企业需要远端监控资产或透过云端与智慧标签通讯时，就必须依赖远距离无线协定。二维码的稳定性也可能不足。由於贴上位置不隹，二维码容易被刮花或难以辨认，这会严重影响操作效率，甚至造成混乱。

此外，二维码也无法动态更新，而动态更新功能在某些情况下可能至关重要，例如在追踪对温度要求严格的资产时。

多无线电复杂性：需要支援多少种无线协定？

另一个工程难题在於，支援的协议数量越多，物料清单和整体复杂性往往就越高，这也是工程师们不倾向於「一股脑儿全塞进去」的原因。例如，到目前为止，添加GNSS、蓝牙、NB-IoT和Wi-Fi定位意味着需要添加多个SoC、调整多个天线、处理大量的中间件，并面临各种开发和认证方面的挑战。

而且这还没考虑到功耗问题，功耗往往会迅速增加，这对於大多数体积小、电池供电且需要在有时恶劣的环境下持续运行数年的设备来说，无疑是个大问题。

资产追踪普及化的另一个障碍在於，每个应用场景都需要客制化系统。智慧标签的需求通常与人员追踪系统不同，而人员追踪系统本身又与其他动物或资产追踪产品有所区别。每个应用场景都有其独特的考虑因素和特殊情况，这意味着团队很难对单一设计进行跨多个应用场景的验证和认证。

因此，考虑到不同的应用场景，成本往往会??升，团队需要管理的设备数量也远远超出其营运所需。简而言之，当如此多的市场都只是「小众」应用时，很难实现规模经济。

智慧城市和工业的整合连接和定位

整合了NB-IoT功能的硬体，可选配GNSS和Wi-Fi功能

ST87M01的独特之处在於它是业界首款集NB-IoT、GNSS和Wi-Fi 定位功能於一体的晶片（ST87M01-1301）。此外，还提供仅支援NB-IoT的版本（ST87M01-1001），以满足那些仅需蜂窝协议并希??降低物料成本的用户的需求。

智慧计量和工业物联网应用通常不需要卫星或 Wi-Fi 定位功能。透过提供多个版本，我们确保设计人员可以选择最具成本效益和能源效率的装置。ST87M01的这些版本也意味着工程师可以重复使用现有设计，并为客户提供更多选择。

使用AT指令进行实际的连线切换

ST这款新装置透过AT指令公开无线标准。这是大多数开发人员都非常熟悉的常用方法，因为它不仅简化了编排，还提高了程式码的可读性和编写速度。

透过AT命令，开发人员可以使用条件循环启用或停用相应的无线标准，从而实现自动化。例如，应用程式可以在蜂窝网路连线中断时启用GNSS，或在卫星讯号不可用时使用Wi-Fi定位。这意味着设计人员可以避免复杂的射频切换，并优化程式码以满足严格的连接需求和功耗要求。

最隹化架构，低功耗，配备两个ADC

提供一体化解决方案意味着降低功耗和缩小尺寸。 ST87M01提供低功耗模式，功耗低至 1.2 μA，关机模式功耗仅 0.5 μA。尽管支援多种无线协议，ST87M01 的尺寸仅为 10.6 mm x 12.8 mm。该封装甚至还包含一个额外的 ADC，因此工程师可以添加温度计、压力感测器或陀螺仪，从而获取更多关於被测对象及其环境的资讯。此外，由於自主生产ST87M01，因此能够掌控供应链，产品让客户更信赖。

越来越多应用依赖远距离连接

图二 : 室内智慧资产追踪

资产追踪

目前，我们看到市场对资产追踪应用最为关注。ST87M01模组功耗极低，却能同时支援GNSS和蜂窝网络，可将资料传输至云端，使其具有极高的灵活性。

此外，Wi-Fi定位功能意味着即使在GNSS讯号不可用时（例如资产位於建筑物内或GNSS无讯号区域），也能提供位置资料。所有这些协议都易於访问，这意味着单一设计即可满足多种不同资产的需求，从而极大地提升了整个系统的可扩展性。

智慧标签和智慧城市

我们也看到一些新兴应用，例如用於商品或动物追踪的智慧标签。事实上，智慧标签的应用方式多种多样，例如可以将其贴在动物身上或体内，以便更好地进行牲畜管理或进行保护工作。

同样的，智慧城市也受益於NB-IoT的超远距离和低数据速率，它们部署感测器和警报系统来监测公共基础设施的压力或其他重大事件。此外，GNSS和Wi-Fi定位有助於监测难以触及的资产，这使得ST87M01成为专为安全、长期连接而设计的物联网追踪和状态监测的理想选择。

用於NB-IoT追踪和智慧城市感测器的评估平台

具有环境监测功能的NB-IoT感测器节点

STEVAL-NBIOTV1是一款专为资产追踪、智慧城市应用和计量而设计的评估平台和叁考设计。它采用STM32U5微控制器、低功耗高精度LPS22DF气压计、超低功耗三轴LIS2DUXS12加速度计以及 Sensirion公司的SHT40-AD1B湿度计。

CLDO和STBC02电池充电器。STEVAL-NBIOTV1配备了针对NB-IoT频段3、8和20优化的客制化PCB天线以及专用GNSS晶片天线。因此，开发人员可以创建资产追踪信标、环境监控模式、智慧停车或智慧照明控制器以及智慧计量终端。STEVAL-NBIOTV1能够高度模拟实际应用的功耗和射频效能。

EVKITST87M01-2：即??即用的NB-IoT模组，支援GNSS/Wi-Fi定位

EVKITST87M01-2是Nucleo开发板的子卡。它包含一个ST87M01-1301模组、一个SIM卡槽以及用於NB-IoT、GNSS和Wi-Fi定位的天线。

由於配备了Arduino连接器，工程师只需将EVKITST87M01-2??入STM32 Nucleo开发板即可运行演示应用程序，例如NB-IoT连接测试、覆盖范围检查、省电模式 （PSM/eDRX）评估以及GNSS/Wi-Fi定位试验。

此外，由於该子卡可以连接到多种Nucleo开发板，因此团队可以快速地对多种STM32系列进行试验并开发概念验证，从而确定哪种开发板最适合特定应用。

软体工具和韧体

要充分利用ST87M01，首先需要使用STSW-ST87MGUI，这是一款图形化设定和测试工具。它透过图形使用者介面（GUI）展示模组的大部分功能，并提供了一个用於输入AT命令的控制台。

此外，它还配备一个频谱检视器，以帮助评估射频性能。工程师们在更熟练之後，可以探索评估工具STSW-ST87ECLIB。该工具提供原始程式码范例和API，用於在STM32或其他MCU上实现数据机配置、管理省电模式以及建立连接逻辑（NB-IoT连接、资料发送/接收、GNSS/Wi-Fi控制）。

最後，当工程师接近量产阶段时，STSW-ST87M01韧体包将为他们优化客制化解决方案提供所需的基础。

这其中包括对安全韧体更新和差分韧体空中升级（FOTA）的支援。这些软体功能可确保从实验室原型到可现场使用产品的平稳过渡。此外，该装置已获得RED和RED-DA认证，这意味着它将极大地帮助最终产品获得认证。