使用模塊化平臺實(shí)現(xiàn)高能效IoT設(shè)備

　　前言

　　物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的部署正在獲得實(shí)質(zhì)的動力，感測方面新的技術(shù)進(jìn)展和新興的通信協(xié)議將有助于推動IoT的發(fā)展。IoT的多學(xué)科特性需要一系列廣泛的能力，資源或經(jīng)驗有限的組織在將設(shè)備連接到云方面可能會遇到挑戰(zhàn)。當(dāng)涉及到確保在不同的垂直市場更快地采用IoT，電池使用壽命或設(shè)備獨(dú)立性是另一個挑戰(zhàn)。

　　在網(wǎng)絡(luò)邊緣進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和/或執(zhí)行活動的IoT節(jié)點(diǎn)通常是電池供電的。頻繁更換電池的不切實(shí)際和維護(hù)成本是開啟許多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的障礙。部署在遠(yuǎn)程位置的節(jié)點(diǎn)進(jìn)一步加劇了這一問題。

　　對于物聯(lián)網(wǎng)的潛在用戶和方案提供商，掌握提供高能效工作的互連技術(shù)如藍(lán)牙低功耗(BLE)或低功耗廣域網(wǎng)(LWAN)技術(shù)至關(guān)重要。此外，創(chuàng)新的免電池傳感器，如安森美半導(dǎo)體的智能無源傳感器(SPS)，通過采集超高頻(UHF)射頻(RF)能量來工作，消除了對電池使用壽命管理的任何顧慮。它們無需維護(hù)，還能對難以進(jìn)入的區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測.

　　藍(lán)牙低功耗生態(tài)系統(tǒng)

　　藍(lán)牙低功耗(BLE)技術(shù)是智能家居、樓宇自動化、智能零售、數(shù)字健康等IoT垂直領(lǐng)域最受歡迎的通信協(xié)議之一。幾乎每一部智能手機(jī)和平板電腦都可用藍(lán)牙，加之協(xié)議的功能增強(qiáng)，非常適合用在IoT網(wǎng)絡(luò)邊緣。

　　BLE引入了傳輸小數(shù)據(jù)包然后進(jìn)入睡眠模式的理念，大大降低了整體功耗。這種工作模式非常適于傳感器節(jié)點(diǎn)，因為在傳感器節(jié)點(diǎn)中不需要恒定的數(shù)據(jù)流。BLE采用無連接模式，更寬通道，更短數(shù)據(jù)包和更簡單的堆棧，優(yōu)化以提供高能效。為了進(jìn)一步支持IoT模式，在BLE規(guī)范中增加了新的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，如廣播、網(wǎng)格和更強(qiáng)大的安全功能，包括“中間人”保護(hù)和AES-128加密。

　　最近的更新 - 藍(lán)牙5 - 是在提供與IoT相關(guān)的功能和性能方面的又一重大進(jìn)步。藍(lán)牙5將峰值帶寬增加到2 Mbps，并擴(kuò)展了4倍的范圍，達(dá)到了300米的理論數(shù)字。對于IoT應(yīng)用而言，特別重要的是藍(lán)牙5能被配置為網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，而不需要中央集線器——這顯著地增加了潛在覆蓋范圍并使網(wǎng)絡(luò)更具靈活性。

　　安森美半導(dǎo)體的多協(xié)議藍(lán)牙5認(rèn)證的SoC RSL10具有業(yè)界最低的睡眠和接收功耗，非常適用于電池供電的應(yīng)用。RSL10還獲ULPMAX?驗證，獲得超過1000分的可觀成績(得分越高，功耗越低)。ULPMAX?是嵌入式系統(tǒng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)。RSL10的CortX-M3核與32位低功耗DSP核、寬輸入電壓范圍、嵌入式閃存和超微型尺寸提供了極大的設(shè)計靈活性。

　　智能無源傳感器-開辟IoT的機(jī)會

　　安森美半導(dǎo)體的SPS技術(shù)擴(kuò)展超低功耗工作的概念和便利性，是完全無線的-既可用于數(shù)據(jù)傳輸，也提供運(yùn)行所需的極小功率。

　　圖1：SPS技術(shù)是完全無需電池和無線的

　　Antenna：天線

　　Sensor：傳感器

　　SPS‘標(biāo)簽’可以監(jiān)測環(huán)境參數(shù)，如溫度、壓力和濕度，這是許多IoT應(yīng)用的關(guān)鍵。它們含一個超薄的集成電路(IC)，管理電源、RF互聯(lián)和感測，無需一個微控制器。這些器件從UHF RF傳輸中采集能量，因此只需將RF讀取器靠近就可以使它們正常工作。

　　由于小體積、低成本的SPS標(biāo)簽有革新IoT的潛力，能在以前難以進(jìn)入的區(qū)域感測。它們特別適用于難以更換電池的領(lǐng)域，如嵌入墻壁或地板。

　　圖2：SPS技術(shù)實(shí)現(xiàn)了一種全新的IoT感測方法

　　SPS標(biāo)簽用于病人接觸醫(yī)療應(yīng)用中是完全安全的，它們的低成本使其可用于大批的一次性應(yīng)用，如用于監(jiān)測運(yùn)輸中的食物。在一次性應(yīng)用中，SPS標(biāo)簽不需要電池這一事實(shí)既節(jié)省了成本，也避免了與電池處理有關(guān)的任何環(huán)境問題。

　　助力IoT開發(fā)

　　含IoT概念的各垂直行業(yè)在實(shí)現(xiàn)提高能效、節(jié)約成本和增加收入。然而，許多看到IoT潛在好處的組織仍在觀望。這部分原因是由于陡峭的學(xué)習(xí)曲線，因為提供可行的IoT方案所涉及的技術(shù)范圍很大。

　　雖然特定的挑戰(zhàn)將取決于應(yīng)用，但它們可能涉及選擇正確的互聯(lián)、感測、驅(qū)動、電源管理和云服務(wù)及數(shù)據(jù)安全方案。能提供快速嘗試各種選項的平臺對于達(dá)到各種功能塊的最佳選擇以滿足應(yīng)用目標(biāo)是必不可少的。

　　從本質(zhì)上講，IoT是靈活的，任何成功的開發(fā)工具都必須與這種靈活性相匹配，使工程師能夠定制自己的設(shè)計和結(jié)合硬件和軟件，以在單個集成開發(fā)環(huán)境(IDE)中滿足應(yīng)用需求。

　　安森美半導(dǎo)體屢獲殊榮的模塊化的、節(jié)點(diǎn)到云的快速原型平臺IoT開發(fā)套件(IDK)是極其靈活的，支持一些IoT用例的更簡單的開發(fā)。IDK提供多種連接、感測和致動選項，為用戶提供根據(jù)行業(yè)垂直需求定制方案的靈活性。全面的套件支持“設(shè)備到云”的應(yīng)用開箱即用，包括一個IDE、多個云互聯(lián)選項以及客戶可利用的40多個用例。

　　圖3：安森美半導(dǎo)體的IDK采用通用的模塊化方法

　　Dual LED Driver：雙LED驅(qū)動器

　　Dual Motor Driver：雙電機(jī)驅(qū)動器

　　Touch Sensor：觸摸傳感器

　　Motion Sensor：運(yùn)動傳感器

　　Light Sensor：光傳感器

　　IDK的主要處理器件是安森美半導(dǎo)體的NCS 36510，這是一款低功耗、全集成的系統(tǒng)單芯片(SoC)，包括強(qiáng)大的32位ARM Cortex-M3處理器以及相關(guān)的存儲器和外設(shè)。

　　主基板連接到一系列廣泛的子卡(‘屏蔽板’)，以擴(kuò)展功能。互聯(lián)方面，工程師可針對BLE、Wi-Fi、802.15.4(ZigBee、Thread)、SigFox、CAN總線和以太網(wǎng)等各種無線和有線通信協(xié)議選擇子卡。傳感器方面，有含溫度、運(yùn)動、濕度、環(huán)境光、壓力和生物傳感器的子卡。此外，可通過步進(jìn)、無刷電機(jī)驅(qū)動器和LED驅(qū)動器屏蔽板添加執(zhí)行功能。

　　SPS 屏蔽板進(jìn)一步提高了IDK的價值，支持免電池的無線傳感器獲取數(shù)據(jù)，以能夠很方便地在網(wǎng)絡(luò)邊緣測量溫度、濕度和壓力。最近推出新的多傳感器屏蔽板和移動應(yīng)用程序使該套件得以擴(kuò)展。新的屏蔽板結(jié)合先前推出的IDK屏蔽板，可實(shí)現(xiàn)一些IoT應(yīng)用的快速原型制作，包括互聯(lián)的健康、工業(yè)可穿戴設(shè)備、智能家居設(shè)備、資產(chǎn)追蹤等。

　　安森美半導(dǎo)體現(xiàn)可提供完整的IDK屏蔽文件，包括設(shè)計圖、PCB布板和Gerber文件，以支持設(shè)計快速從概念轉(zhuǎn)向生產(chǎn)。

　　總結(jié)

　　IoT為組織提供了一個巨大的機(jī)會，以擴(kuò)大其產(chǎn)品的價值和能力。將有時不熟悉的技術(shù)納入IoT成功實(shí)施的廣度可能通常具有挑戰(zhàn)性，特別是對市場新進(jìn)入者來說。

　　開發(fā)套件和工具可提供無限可擴(kuò)展的、高度靈活的開發(fā)生態(tài)系統(tǒng)，使新的和有經(jīng)驗的設(shè)計師都受益。諸如IDK這樣的套件，通過將包括BLE和SPS在內(nèi)的許多先進(jìn)的低功耗技術(shù)集成到一個直觀的“封裝”中，可以提供一種無風(fēng)險的方式，以從節(jié)點(diǎn)到云快速開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)方案的硬件和軟件方面。

　　安森美半導(dǎo)體致力于提供寬廣的低功耗感測、電源管理、控制和互聯(lián)方案陣容。全面的端到端開發(fā)套件，結(jié)合低功耗組合，幫助客戶快速原型制作相關(guān)物聯(lián)網(wǎng)用例，減少上市時間和推出長的電池使用壽命的產(chǎn)品。