物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)肯定會(huì)數(shù)以百億計(jì)，很多情況下，相關(guān)應(yīng)用將對(duì)成本相對(duì)敏感，所以必須考慮每個(gè)節(jié)點(diǎn)相關(guān)的物料清單。此外，還需要考慮每個(gè)節(jié)點(diǎn)的功耗，因?yàn)榇罅康奈锫?lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)將被放置在沒有電力線的偏遠(yuǎn)地點(diǎn)，這時(shí)只能由電池供電，盡可能延長(zhǎng)電池的使用時(shí)間至關(guān)重要。
種種跡象表明，2017將是物聯(lián)網(wǎng)(IoT)取得重大發(fā)展的一年。產(chǎn)業(yè)研究公司IHS的報(bào)告預(yù)測(cè)，今年年底連接設(shè)備的數(shù)量將增長(zhǎng)15%，達(dá)到200億臺(tái)。這無疑會(huì)給經(jīng)濟(jì)、物流和環(huán)境帶來潛在的好處，可望在不同領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。依賴高度自動(dòng)化的工業(yè)流程將應(yīng)運(yùn)而生，從而提供更安全、更高效和更可靠的系統(tǒng)，更智能、更節(jié)能的居住場(chǎng)所，以及更少打擾和更便利的病人護(hù)理。
從一開始，半導(dǎo)體制造商就清楚物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)該怎樣實(shí)現(xiàn)才有效。物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)肯定會(huì)數(shù)以百億計(jì)，很多情況下，相關(guān)應(yīng)用將對(duì)成本相對(duì)敏感，所以必須考慮每個(gè)節(jié)點(diǎn)相關(guān)的物料清單。此外，還需要考慮每個(gè)節(jié)點(diǎn)的功耗，因?yàn)榇罅康奈锫?lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)將被放置在沒有電力線的偏遠(yuǎn)地點(diǎn)，這時(shí)只能由電池供電，盡可能延長(zhǎng)電池的使用時(shí)間至關(guān)重要(工程師到現(xiàn)場(chǎng)更換電池將花費(fèi)額外的時(shí)間和成本)。根據(jù)具體應(yīng)用，其他一些因素也會(huì)影響物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)運(yùn)作，如空間限制、惡劣的應(yīng)用環(huán)境等。
在部署物聯(lián)網(wǎng)時(shí)會(huì)采用不同的無線和有線通訊協(xié)議。一些協(xié)議已相當(dāng)成熟，而另一些正在興起。有線協(xié)議包括用于樓宇自動(dòng)化的KNX和工業(yè)用控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN)或以太網(wǎng)絡(luò)。大多數(shù)無線通信協(xié)議將專注于短距離、超低功耗工作，如Wi-Fi、ZigBee、Z-Wave和藍(lán)牙低功耗(BLE)。無線協(xié)議還有低功耗廣域網(wǎng)(LPWAN)協(xié)議，適于距離遠(yuǎn)、數(shù)據(jù)量低的應(yīng)用，其功耗極低(如Sigfox和LoRa)。能夠替代低功耗協(xié)議的，還有用于廣域網(wǎng)、基于蜂巢技術(shù)的協(xié)議，如LTE-M、窄頻物聯(lián)網(wǎng)(NarrowBand IoT，NB-IoT)和5G。
傳感器/致動(dòng)器(Actuator)是真正驅(qū)動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)工作的組件。所有的數(shù)據(jù)都可由傳感器捕獲并加以分析;相反，致動(dòng)器可用來驅(qū)動(dòng)電機(jī)、啟動(dòng)照明等。從一些應(yīng)用實(shí)例可以看出，傳感器和致動(dòng)器相結(jié)合，再加上連結(jié)技術(shù)，是核心所在。在住宅/樓宇自動(dòng)化應(yīng)用中，網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)被動(dòng)式紅外線(PIR)探測(cè)器可以確定人的移動(dòng)，LED驅(qū)動(dòng)器可以根據(jù)人的移動(dòng)啟動(dòng)對(duì)應(yīng)房間的照明。
在工業(yè)應(yīng)用中，如大型園藝場(chǎng)，許多不同的傳感器可以監(jiān)測(cè)環(huán)境光照、溫度、濕度、土壤水分等。當(dāng)某個(gè)參數(shù)超出預(yù)先設(shè)定的閾值范圍，就要采取相應(yīng)的行動(dòng)。例如，當(dāng)溫度太高時(shí)，可以啟動(dòng)馬達(dá)以打開溫室的窗戶。另外，如果光照沒有達(dá)到最佳，不能最大程度提高產(chǎn)量，便可透過鏈接的LED驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行調(diào)節(jié)。
空間、成本和功耗預(yù)算限制，意味著物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)需遵循精簡(jiǎn)設(shè)計(jì)理念，只提供可輕松支持的功能。在設(shè)定微處理器和內(nèi)存芯片的參數(shù)規(guī)范時(shí)，需主要考慮的因素是價(jià)格低、不耗電，且不會(huì)占用過多PCB面積。因此，一個(gè)強(qiáng)制性的要求是必須能夠連接基于云端的服務(wù)，在云端處理并分析數(shù)據(jù)，以彌補(bǔ)節(jié)點(diǎn)功能不足。在云端使用相關(guān)應(yīng)用程序的能力將使物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不受節(jié)點(diǎn)級(jí)的限制，同時(shí)被收集的、有價(jià)值的數(shù)據(jù)也能被充分利用，這樣可以實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)處理和儲(chǔ)存能力。
到目前為止，在物聯(lián)網(wǎng)的開發(fā)中，電子硬件供貨商和云端服務(wù)供貨商幾乎完全隔離。他們都停留在自己擅長(zhǎng)的領(lǐng)域，這已經(jīng)影響物聯(lián)網(wǎng)無法快速增長(zhǎng)，因?yàn)椴坏貌粏为?dú)考慮硬件和軟件開發(fā)令人厭煩。硬件工程師不想離開自己的舒適區(qū)而去面對(duì)寫大量程序代碼的困難;同樣，軟件開發(fā)人員也不想局限于一個(gè)不給他們足夠靈活度的開發(fā)平臺(tái)。
物聯(lián)網(wǎng)的布建建立在各種基礎(chǔ)之上。節(jié)點(diǎn)級(jí)關(guān)注的是高效和可靠的運(yùn)行，使傳感器擷取到的數(shù)據(jù)經(jīng)過分析/處理能夠被返回，或者致動(dòng)器能夠在需要的時(shí)候啟動(dòng)。為此，必須針對(duì)眼前的特定任務(wù)對(duì)采用的鏈接技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化。再進(jìn)一步，就是如何確保與云端的互動(dòng)是有效的。
物聯(lián)網(wǎng)一直以來真正需要的是能同時(shí)解決所有這些問題的技術(shù)。從硬件的角度，要為工程師提供必要的鏈接技術(shù)、傳感器和致動(dòng)器，以創(chuàng)建滿足特定應(yīng)用需求的物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)。從軟件的角度，則要為開發(fā)人員提供一塊基石，在此基礎(chǔ)上他們能夠創(chuàng)建支持這種硬件的云端應(yīng)用。
半導(dǎo)體公司無疑熱衷于投身物聯(lián)網(wǎng)，但他們提供的開發(fā)平臺(tái)尚不能處理上述談到的所有問題。提供的硬件都是采用特定傳感器和通訊功能的單PCB方案，為了讓自己的系統(tǒng)滿足應(yīng)用需求，工程師幾乎沒什么發(fā)揮的空間。當(dāng)平臺(tái)不支持最佳的連結(jié)技術(shù)或感測(cè)方案時(shí)，便只能進(jìn)行折衷。
圖1 安森美半導(dǎo)體IDK硬件和軟件示意圖。
有鑒于物聯(lián)網(wǎng)部署的不斷變化，安森美半導(dǎo)體(ON Semiconductor)的工程師研發(fā)一種新的物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)平臺(tái)——物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)工具包(IDK)，該平臺(tái)充分考慮硬件工程師和軟件開發(fā)人員各自的優(yōu)勢(shì)，為他們提供設(shè)計(jì)上的便利。
IDK不是采用受限的通用方法，它有一個(gè)模塊化的架構(gòu)，因此有更多的傳感器、致動(dòng)器和連結(jié)技術(shù)的選擇。它為工程專業(yè)人士提供了高度通用、現(xiàn)成的開發(fā)資源，包含硬件，還有一個(gè)精細(xì)的軟件框架，可用于建立「設(shè)備到云端」的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。
圖2 包含幾個(gè)子卡的IDK主板。
IDK基于高精密的NCS36510系統(tǒng)單芯片(SoC)，具有32位ARM Cortex-M3處理器核心和2組各320KB的閃存。有大量的子卡可用，可以直接連接到基板。在連接方面，工程師可以針對(duì)各種無線和有線通訊協(xié)議，如Wi-Fi、ZigBee、Sigfox、CAN、以太網(wǎng)絡(luò)等，挑選合適的子卡。
對(duì)于傳感器，有整合溫度、水分、運(yùn)動(dòng)、心率、環(huán)境光、壓力及生物傳感器的子卡。此外，透過步進(jìn)馬達(dá)或無刷馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器，以及LED驅(qū)動(dòng)器，可以實(shí)現(xiàn)致動(dòng)器功能。
多種子卡可提供不同的傳感器、致動(dòng)器和通訊功能，工程師可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，為系統(tǒng)設(shè)計(jì)找到最適合的組合方案。此外，對(duì)于不擅長(zhǎng)云端軟件開發(fā)的硬件工程師，需要在自己的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中使用基于云端的服務(wù)，該工具提供一種獲取云端服務(wù)的簡(jiǎn)單途徑。
相反，軟件開發(fā)人員不必遏制自己的創(chuàng)意，他們有機(jī)會(huì)開發(fā)自己的專有服務(wù)。IDK由一個(gè)基于Eclipse的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)支持，包括一個(gè)C++編譯程序、調(diào)變器和程序代碼編輯器，以及一系列應(yīng)用相關(guān)的函式庫(kù)。利用一個(gè)可配置的通用平臺(tái)，如IDK，工程師能夠?qū)Ｗ⒂谧约荷瞄L(zhǎng)的領(lǐng)域，無需被迫作出取舍，從而實(shí)現(xiàn)自己的系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)。
（轉(zhuǎn)載）
