低功耗無線傳感器：低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)方案設(shè)計
隨著集成電路、無線通信技術(shù)和嵌入式技術(shù)的發(fā)展，無線通信網(wǎng)絡(luò)也應(yīng)運而生，無線傳感網(wǎng)絡(luò)具有低功耗、低成本、分布式和自組織的特點。傳統(tǒng)的無線射頻通信模塊體積大，需要控制芯片來控制射頻模塊，這就增加了設(shè)計的成本，而且可移動性不好。
半導(dǎo)體技術(shù)的不斷進步使處理器芯片可以被集成為體積很小的一塊，而價格變得更便宜，專用的無線網(wǎng)絡(luò)芯片和技術(shù)也得到發(fā)展。文中采用了TI公司的CC430F5137設(shè)計并實現(xiàn)了一種應(yīng)用于無線網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點模塊。CC430F5137是一款內(nèi)部集成了射頻核的芯片，它內(nèi)置了CC1101射頻核，使用單顆芯片就可以完成數(shù)據(jù)的采集、處理、發(fā)送與接收，使電路板的體積可以變得更小、更便宜。為了實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的低功耗設(shè)計，本文采用了射頻模塊的無線喚醒（WOR）功能。同時，利用射頻核的空閑信道評估（CCA）功能改進了射頻發(fā)送的算法，提高了多節(jié)點向中繼器模塊發(fā)送數(shù)據(jù)時的準(zhǔn)確性。
總體設(shè)計方案
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的廉價微型傳感器節(jié)點組成的網(wǎng)絡(luò)。它是由大量的靜止或移動的傳感器以自組織和多跳的方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)，以協(xié)作的方式感知、采集、處理和傳輸網(wǎng)絡(luò)覆蓋地理區(qū)域內(nèi)被感知對象的信息，并終把這些信息發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)所有者。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主要實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、處理和傳輸三種功能。
傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點一般受到工作環(huán)境的影響，功耗問題是要首先考慮的。考慮到低功耗要求的設(shè)計，節(jié)點設(shè)備的主控MCU選擇 CC430F5137，利用它內(nèi)置的射頻通信模塊進行射頻通信。由于其低功耗的特點可采用電池供電。軟件部分利用CC1101的無線喚醒功能，能史好地降低系統(tǒng)功耗。
無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中可以掛接多個節(jié)點設(shè)備，而每個節(jié)點設(shè)備的地址必須。本文設(shè)計的節(jié)點設(shè)備采用撥碼開關(guān)來設(shè)置每個節(jié)點設(shè)備的地址，確保每個節(jié)點都有一個的地址。通過SPI接口或I2C總線接入傳感器器件，可以靈活地接入不同型號的傳感器器件，以達到測試不同物理量的要求。節(jié)點的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
節(jié)點電路總體設(shè)計
CC430F5137的供電電壓范圍為1.8～3.6 V，選程度用兩節(jié)7號電池來提供3 V的直流電壓。配合軟件的設(shè)置可以地降低功耗。系統(tǒng)的關(guān)鍵部分是射頻發(fā)送利用一個射頻的天線模塊，可以保證射頻通信的穩(wěn)定性，此無線模塊由芯片的 RF_N和RF_P兩個引腳接入。另外根據(jù)射頻發(fā)送的需要，接入一個26 MHz晶振。
CC430F5137的P1.5、P1.6、P1.7引腳可以用于串口通信和SPI通信，使用這三個引腳作為串口調(diào)試，另外P1.1、P1.2、P1.3引腳可以用于SPI和I2C總線通信，這三個接口用來預(yù)留連接傳感器的芯片。系統(tǒng)的主電路圖如圖2所示。
為了使每個節(jié)點的地址，采用8位的撥碼開關(guān)SW進行地址設(shè)定。如圖3所示，可以由撥碼開關(guān)來設(shè)定終端節(jié)點的地址，可以設(shè)定255個不同的地址，每一個終端節(jié)點作為從設(shè)備向中繼節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)，然后由中繼節(jié)點發(fā)送到用于網(wǎng)絡(luò)管理的主控MCU，完成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳送。
本文利用TI公司的CC430F5137芯片，采用射頻通信技術(shù)設(shè)計的無線數(shù)據(jù)采集節(jié)點，這種設(shè)計可以大大地減小系統(tǒng)的體積。本系統(tǒng)可以采集各種各樣的信號，能將采集到的數(shù)據(jù)安全穩(wěn)定地傳送到中間數(shù)據(jù)采集點。設(shè)計中載波監(jiān)聽功能和信道空閑評估功能改進的射頻發(fā)送函數(shù)，可以有效地提高多個節(jié)點同時發(fā)送數(shù)據(jù)時的抗干擾性。
來源：維庫電子市場網(wǎng)
低功耗無線傳感器：超低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺
超低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺（HBE-Ubi-MSP430)使用通用的MSP430 CPU，提供多種類別的通用傳感器。采用可擴展的連接器結(jié)構(gòu)，提供傳感器數(shù)據(jù)存儲裝置（SDRAM，F(xiàn)LASH，可構(gòu)建自控通信網(wǎng).提供通過豐富的開發(fā)經(jīng)驗得出的例題程序。提供通過豐富的開發(fā)經(jīng)驗得出的例題程序，支持Zigbee PHY，有效距離可到達100m的PCB模式天線。提供可擴展的天線端子（擴大接收距離），提供通過豐富的經(jīng)驗得出的用戶教育。
[1]
低功耗無線傳感器：超低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的三種功耗模式
大部分國家對“綠色”科技和能源使用效率的需求推動著新一代超低功耗無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。這種新一代網(wǎng)絡(luò)正在不斷發(fā)展以用于工業(yè)和控制應(yīng)用中基于傳感器的遠程系統(tǒng)；此外它也促使更多應(yīng)用更好地使用無需任何網(wǎng)絡(luò)電纜或電源線的真實無線解決方案。用于監(jiān)視和控制的基于傳感器網(wǎng)絡(luò)并非新概念，現(xiàn)有技術(shù)可實現(xiàn)有線和專有無線系統(tǒng)。由于有線方案廉價又簡便，因而得以廣泛使用；無線方案，與之相對，僅有用于一些特定的應(yīng)用。
如今，采用僅需極少功耗的設(shè)計，可使開發(fā)這些類型的無線系統(tǒng)成為可能。新一代無線網(wǎng)絡(luò)可依靠其電池工作更長時間，并且在應(yīng)用的生命周期中僅需很少或者根本無需維護。未來，能量收集甚至可以提供所需能源，而不再需要電池。本文將著重介紹新一代嵌入式單片機所具有的各種超低功耗控制功能，以及工程師如何利用這些功能延長無線傳感器節(jié)點中電池的預(yù)期壽命。
一、功耗管理功能
那么，什么是“低功耗”呢？在繼續(xù)之前，讓我們首先討論一些術(shù)語。“能量”與所做功的總量相關(guān)，而“功率”測量的是做功的速率（單位時間使用的能量）。在電子學(xué)中，能量=功率×?xí)r間，功率=電壓×電流。因而，我們所要關(guān)注的關(guān)鍵系統(tǒng)參數(shù)為電壓、電流和時間。具體來說，就是我的應(yīng)用在多大電壓下運行，要消耗多少電流，以及要運行多久？
從單片機的角度來研究這一問題，我們首先需要探討新型單片機的各種功耗模式。
二、功耗模式
根據(jù)處理需求，應(yīng)用具有一組顯著不同的預(yù)設(shè)工作模式。嵌入式單片機可利用其眾多外設(shè)中的一個來采樣來自周圍環(huán)境的信號。在外設(shè)收集到一定數(shù)量的采樣之前，單片機可能無其他事要做。那么單片機可能會在每次數(shù)據(jù)采樣之間“休眠”或進入超低功耗待機模式。一旦應(yīng)用程序讀到了足夠多的數(shù)據(jù)采樣，單片機即可輕松切換至“全速運行”模式，此時單片機被喚醒并以較大工作速度運行。
單片機通常會接收到某種類型的喚醒事件，才會從各種低功耗模式退出。喚醒事件可由諸如I/O引腳電平翻轉(zhuǎn)等外部激勵信號或諸如定時器外設(shè)產(chǎn)生的中斷事件等內(nèi)部處理器活動觸發(fā)。單片機所支持的具體功耗模式有所不同，但通常各種功耗模式總有一些共同點。典型的功耗模式如下：
（1）“始終運行”模式
（2）“休眠”或“待機”模式，此時保持對存儲器供電
（3）“深睡”或“高層度休眠”模式，此時存儲器斷電，以較大程度節(jié)省功耗。
1、“始終運行”模式
“始終運行”模式嵌入式系統(tǒng)由持續(xù)供電且處于運行狀態(tài)的器件構(gòu)成。這些系統(tǒng)的平均功耗需求極有可能在亞毫安范圍內(nèi)，從而直接限制了單片機所能達到的處理性能。幸運的是，新一代嵌入式單片機具有動態(tài)控制其時鐘切換頻率的功能，因為在無需較高計算能力的情況下，有助于減少工作電流消耗。
2、待機模式
在“待機”模式下，系統(tǒng)工作或處于低功耗非活動模式。在這些系統(tǒng)中，工作和待機電流消耗都非常重要。在大多數(shù)待機模式系統(tǒng)中，由于保持對單片機存儲器通電，雖然電流消耗顯著減少，但仍可保持所有的內(nèi)部狀態(tài)及存儲器內(nèi)容。此外，可在數(shù)秒內(nèi)喚醒單片機。通常，此類系統(tǒng)在大多數(shù)時間處于低功耗模式，但仍需具備快速啟動能力來捕捉外部或?qū)r間要求非常高的事件。保持對存儲器的供電有助于保持軟件參數(shù)完整性以及應(yīng)用程序軟件的當(dāng)前狀態(tài)。從功耗模式退出的典型啟動時間通常在5-10μs范圍內(nèi)。
3、高層度休眠模式
在高層度休眠或“深睡”模式系統(tǒng)中，系統(tǒng)全速運行或處于可大幅節(jié)省功耗的“高層度休眠”模式。由于該模式通過完全關(guān)斷嵌入式單片機內(nèi)核（包括片上存儲器）來較大程度節(jié)省能耗，因而尤為引人注目。由于在該模式下存儲器斷電，因此必須在進入高層度休眠模式前將關(guān)鍵信息寫入非易失性存儲器。該模式使單片機的功耗降至較小值，有時低至20nA。
此外，喚醒單片機后需重新初始化所有存儲器參數(shù)，這樣會延長喚醒反應(yīng)總時間。從該模式退出的典型啟動時間通常在200-300μs范圍內(nèi)。在這些超低功耗模式系統(tǒng)中，電池的壽命通常由電路中其他元件消耗的電流決定。因此，應(yīng)注意不僅要關(guān)注單片機消耗的電流，而且要關(guān)注PCB（印刷電路板）上其他元件消耗的電流。例如，可能的話，設(shè)計人員可使用陶瓷電容來替代鉭電容，因為后者的漏電流通常較高。設(shè)計人員還可以決定在應(yīng)用處于低功耗狀態(tài)下給哪些其他電路供電。
低功耗無線傳感器：高可靠性低功耗無線傳感器更易于訪問
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在中國，隨著2017年國務(wù)院和工信部發(fā)文，引導(dǎo)物聯(lián)市場健康有序發(fā)展，NB-IoT產(chǎn)業(yè)生態(tài)在中國蓬勃發(fā)...
發(fā)表于 2019-01-23 10:38
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菜鳥網(wǎng)絡(luò)宣布 全國首個物聯(lián)網(wǎng)機器人分撥中心在南京...
菜鳥表示，通過IoT技術(shù)，正在加速實現(xiàn)南京快遞物流業(yè)的數(shù)字化、智能化，南京正成為一座物流IoT新城，...
發(fā)表于 2019-01-23 10:35
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研判5G產(chǎn)業(yè)投資機遇 探索伴隨5G發(fā)展而閃現(xiàn)的投...
日前，為了更好地以資本助推5G產(chǎn)業(yè)發(fā)展，中國移動投資公司與中國移動研究院聯(lián)合發(fā)布了《洞見5G，投資未...
發(fā)表于 2019-01-23 09:20
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2018年全年，41家上市上柜PCB企業(yè)總營收6...
臺灣PCB產(chǎn)業(yè)全球市占率高達3成，整體產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)值超過8000億元新臺幣，有“電子產(chǎn)品之母”之稱。工研...
發(fā)表于 2019-01-22 17:34
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如何用藍牙物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)套件開發(fā)節(jié)點到云的應(yīng)用
通過提供硬件到云功能和多種感知和執(zhí)行器選項，易于使用的藍牙物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)套件（B-IDK）是開發(fā)和快速原...
發(fā)表于 2019-01-22 16:57
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如何保障萬物互聯(lián)的安全性
物聯(lián)網(wǎng)是整個人類最龐大的系統(tǒng)工程，這個龐大的系統(tǒng)工程建立在諸多先進科技之上，諸如數(shù)據(jù)計算、無線連接、...
發(fā)表于 2019-01-22 16:10
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物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)
發(fā)表于 2019-01-22 15:30
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【MAX試用申請】基于物聯(lián)網(wǎng)的火災(zāi)束管監(jiān)測系統(tǒng)
發(fā)表于 2019-01-22 15:24
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康佳獲阿里戰(zhàn)略投資，建立OTT生態(tài)共同體
與此同時，作為享譽全球的互聯(lián)網(wǎng)巨頭，阿里巴巴則正在加速搶占物聯(lián)網(wǎng)和智慧家庭的新入口。這意味著和正在依...
發(fā)表于 2019-01-22 13:50
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Zigbee聯(lián)盟和Thread集團就共同為物聯(lián)網(wǎng)...
當(dāng)下的智能設(shè)備講著不同的語言（或者用更技術(shù)術(shù)語表示：使用著不同的“應(yīng)用層”），很難提供無縫體驗。Zi...
發(fā)表于 2019-01-22 13:39
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智能家居市場群雄逐鹿 百度語音生態(tài)規(guī)模日益擴大
物聯(lián)網(wǎng)概念于1999年提出，到如今得益于無線通信技術(shù)發(fā)展，移動互聯(lián)開始向萬物互聯(lián)延伸，并在人工智能技...
發(fā)表于 2019-01-22 13:37
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聊聊有關(guān)LoRa背后的那些廠商
幾年之后，LoRa在全球跑馬圈地已成為事實，國外不少主流運營商選擇LoRa作為其物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施。同時...
發(fā)表于 2019-01-22 10:42
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物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)都還在復(fù)蘇期整體技術(shù)體系還尚未形成
2018年7月，Gartner發(fā)布了《2018物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)成熟度曲線》（如圖1所示）。從整體來看，曲線...
發(fā)表于 2019-01-22 08:25
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中國物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)區(qū)域結(jié)構(gòu)預(yù)測及工業(yè)領(lǐng)域分析
物聯(lián)網(wǎng)正在逐漸的進入到大眾的生活當(dāng)中，在生活中也隨處可見，智能藍牙手環(huán)、家里的智能門鎖、智能窗簾等這...
發(fā)表于 2019-01-21 16:29
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物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在創(chuàng)建智慧校園中的具體應(yīng)用
物聯(lián)網(wǎng)是指物物都相連的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)， 是信息技術(shù)的重要構(gòu)成部分。物聯(lián)網(wǎng)主要用于網(wǎng)絡(luò)的融合中，通過智能感...
發(fā)表于 2019-01-21 16:21
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如何成功的創(chuàng)建物聯(lián)網(wǎng)戰(zhàn)略
在完全不關(guān)注市場炒作的情況下，您需要做的第一件事就是找出您的關(guān)鍵目標(biāo)。了解您的最終目標(biāo)是什么，以及如...
發(fā)表于 2019-01-21 16:21
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探求適合工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)前現(xiàn)狀的協(xié)作模式和商業(yè)模式
在物聯(lián)網(wǎng)逐步由起飛階段進入平流層，物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的從業(yè)者都在新一輪的競爭中尋找自身的核心價值，以及如何基...
發(fā)表于 2019-01-21 16:12
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車聯(lián)網(wǎng)將成為未來智能交通系統(tǒng)的重要組成部分
根據(jù)上面的描述，給出如下車聯(lián)網(wǎng)定義：車聯(lián)網(wǎng)即汽車移動物聯(lián)網(wǎng)，是指利用車載電子傳感裝置，通過移動通信技...
發(fā)表于 2019-01-21 16:11
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AIoT+5G將為智慧城市的建設(shè)打下堅實的基礎(chǔ)
智慧城市的建設(shè)發(fā)展離不開對信息技術(shù)的應(yīng)用，總體遵循著采集信息-傳遞信息-分析信息的路徑，涵蓋了物聯(lián)化...
發(fā)表于 2019-01-21 16:07
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國產(chǎn)MCU廠商正在崛起打破國外壟斷占領(lǐng)自己的一席...
隨著物聯(lián)網(wǎng)和新能源汽車的高速發(fā)展，未來MCU的市場需求將有爆炸性的增長，前景看好。在競爭激烈的全球市...
發(fā)表于 2019-01-21 15:45
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5G不等于Wi-Fi 如何保障萬物互聯(lián)的安全性
物聯(lián)網(wǎng)是整個人類最龐大的系統(tǒng)工程，這個龐大的系統(tǒng)工程建立在諸多先進科技之上，諸如數(shù)據(jù)計算、無線連接、...
發(fā)表于 2019-01-21 14:39
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區(qū)塊鏈正在應(yīng)用于正在興起的網(wǎng)絡(luò)安全運動中
Schmidt說：“整個行業(yè)一直在努力更好地定義、描述和傳播關(guān)于已知威脅的信息，甚至使其成為一個獨立...
發(fā)表于 2019-01-21 11:15
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區(qū)塊鏈正在嘗試塑造你的數(shù)字身份
在與經(jīng)合組織（經(jīng)濟合作與發(fā)展組織，Organisation for Economic Co-oper...
發(fā)表于 2019-01-21 10:42
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深刻分析6類物聯(lián)網(wǎng)無線技術(shù)的優(yōu)缺點
物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用已經(jīng)深入我們生活，方方面面都能出現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)項目應(yīng)用。那么，物聯(lián)網(wǎng)無線連接技術(shù)有哪些呢？本文以...
發(fā)表于 2019-01-21 10:00
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淺談物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的區(qū)別
從互聯(lián)網(wǎng)概念衍生到物聯(lián)網(wǎng)再到如今的工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，物聯(lián)網(wǎng)不再是概念上的存在，更是實實在在的應(yīng)用案例，并且...
發(fā)表于 2019-01-21 09:58
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低功耗FPGA芯片用于人工智能領(lǐng)域的測試
Efinix提供了一種名為“Quantum”的解決方案，它將FPGA和電路可重新編程的芯片結(jié)合在一起...
發(fā)表于 2019-01-21 09:04
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未來中國5G技術(shù)爭奪戰(zhàn)中該如何占有一席之地
華為一向被外界認為是中國5G技術(shù)的領(lǐng)頭羊，也正因為華為在5G領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，才遭到來自包括美國在內(nèi)的...
發(fā)表于 2019-01-21 08:32
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羅德與施瓦茨NGL200電源系列 只針對移動通信...
羅德與施瓦茨發(fā)布NGL200電源系列，專門針對移動通信和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的用戶。單通道R&S?NGL201...
發(fā)表于 2019-01-20 11:32
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當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)用來養(yǎng)老會有哪些好處
三井富士（Mitsufuji）公司還將物聯(lián)網(wǎng)傳感器集成到了面料當(dāng)中，創(chuàng)造了可穿戴的智能服裝品牌Ham...
發(fā)表于 2019-01-20 09:28
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AFIO時鐘何時開啟【自己的理解】
發(fā)表于 2019-01-17 10:23
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十大物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)介紹
發(fā)表于 2019-01-16 22:50
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請問物聯(lián)網(wǎng)BC95模塊如何遠程更新固件？
發(fā)表于 2019-01-14 06:35
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物聯(lián)網(wǎng)卡是如何服務(wù)于三農(nóng)的？
發(fā)表于 2019-01-12 16:25
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基于物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)
發(fā)表于 2019-01-11 11:53
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遠程低功耗無線網(wǎng)絡(luò)有可能創(chuàng)造農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)
發(fā)表于 2019-01-11 09:17
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