看待物联网 (IoT) 的一种方式是将它视为一个带连接节点的巨大信号链(无论有线还是无线),以将每个元素连接在一起。随着物联网的发展渐渐加速,对于至今为止一直独立工作的设备,添加互联网接入的需求日益增长。
这包括大量的设备:高德纳咨询公司 (Gartner) 最新的一项研究显示,2015 年,约 49 亿连接的“物”将投入使用,相对于 2014 年上涨了 30%;到 2020 年,计划增长到超过 250 亿。
在许多情况下,添加互联网连接需要为先前的“哑巴”设备增加电子智能化功能;完成这个过程需要两个阶段:首先,上网要求有基本的硬件和软件:微型控制器和其外围设备、实时操作系统 (RTOS)、中介软件等。其次,一旦基本功能到位,市场压力和不可避免的特征蔓延将导致其他基础产品附加高价值。
在与物联网相关的其他各种各样的领域中,如 MEMS 传感器和触觉反馈,物联网有望驱动对低成本开发工具的巨大需求;一个设计巧妙的开发工具可加快上市速度,因为它包括成品的大部分特征,以及一套适用的软件工具。
Arrow 提供低成本的开发工具套件,适合物联网信号链的每个阶段。以下是针对适合几个不同阶段的开发工具套件的例子:
微型控制器
微型控制器可用于物联网基础设施建设的每个阶段,且其型号选择似乎是无穷无尽的。对于每个受欢迎的核,如果没有数百种产品选择,也至少有数十种选择,且带有适合不同应用的不同外围配套设备。这些产品中,大多数都有自己的开发工具套件和相关软件。
根据各种性能要求,许多结构可以在物联网应用中找到归宿;CISC、RISC 和 DSP 机器均有它们的一席之位。尽管 ARM Cortex-M 32 位 RISC MCU 正迅速成为物联网的领导核心。在结合供应商特定外围配套设备时,可以通过多个供应商获得,如美国德州仪器公司 (Texas Instruments)、飞思卡尔半导体 (Freescale Semiconductor)、德国英飞凌 (Infineon)、恩智浦半导体 (NXP)、瑞萨科技 (Renesas)、意法半导体 (ST Micro) 等等。可用的低成本开发工具套件和评估板不存在劣势,且上市时的价格低至 13 美元。这样的板包括飞思卡尔的 Kinetis L 系列微型控制器——基于 Cortex-M0 + 核心,利用 IAR 嵌入式工作平台 (IAR Embedded Workbench) 编译器和调试器工具链,可轻松从 ARM 上下载。
美国微芯科技 (Microchip) 的 PIC 产品线是另一个受欢迎的物联网架构。PIC 微型控制器运行范围是 8~32 位;16 位数字信号 PIC 系列添加了单循环 16 x 16 MAC 和 40 位累加器,适合应用数学较频繁的应用程序。
无线连接
无线连接是物联网应用的一个关键,它通常混合本地网关,如蓝牙和带传统 Wi-Fi 的 ZigBee。对于低功耗的本地连接(例如家庭自动化),ZigBee (IEEE802.15.4) 是一个大众化标准,它提供 250 kbps 的速度以及高达 100 米的范围。
REB233SMAD-EK 是一个 ZigBee 开发工具,适合匹配 ATxmega256A3 微型控制器的 Atmel 2.4GHz 射频收发器 AT86RF233。该开发工具包括两组无线扩展器基板 (REB) 和一个控制器基板 (REB-CBB) 以及一根 USB 接口线。REB 装备有两根 SMA 天线,以加强无线连接在射频环境中的坚固性。连接到 REB-CBB 的 REB 形成一个功能齐全、靠电池供电的无线节点。
开发工具有 Atmel 软件提供支持,如 BitCloud 堆栈(一个 ZigBee 专业认证平台)、Atmel BitCloud Profile Suite 套件(适合 ZigBee Smart Energy 和 Home Automation 等公共应用规范的一个认证测试和开发解决方案)。
对于 Wi-Fi 连接,Microchip 公司的 MCHPIOT 802.11 无线局域网开发工具是一个很好的例子。其目的是使用户能够连接到一个云计算服务器,如亚马逊云服务 (AWS)。该开发工具包括 32 位的 PIC 微型控制器,以及带有 Wi-Fi 模块 MRF23WG0MA 的 WCM 演示板,后者有一个 TCP/IP 协议堆栈和一个集成 PCB 天线。
MEMS 传感器
在信号链的用户端,MEMS 是一个关键的促成科技,用于智能手表、安全气囊、移动手机、游戏设备、平板电脑和穿戴式医疗仪器等等。MEMS 设备的例子包括压力传感器、陀螺仪、加速计、麦克风、微反射镜、射频声表面谐振器和微执行器。
Arrow 提供各种低成本传感器开发工具,上市价低于 25 美元。例如,HDC1000EVM (EVM) 评估工具可评估德州仪器 (Texas Instruments) 的 HDC1000 湿度和温度传感器。
EVM 在三个部分突破了 PCB。第一部分是基于 MSP430F5528 16 位低功效 RISC 微型控制器的一个 USB 到 I2C 转换器;第二部分是一块带有 HDC1000 的转换板(至 SIL 100 密耳间距);第三部分是一个带 HDC1000 的 5mm x 5.5mm PCB(到 SIL 50 密耳间距),可降低系统的热质量(传感器+ PCB)。第二部分和第三部分都可用于远程测量。EVM 与软件可以配置 HDC1000 的寄存器,在两个图表上显示温度和相对温度,并以 CSV 格式导出数据。
对于更高级别的集成,有时,过多冲突传感器数据可能会产生解译问题。该解决方案被称为“传感器融合”,它结合或“融合”多源传感器数据,以计算任何单个传感器不能计算的数据。一个例子就是在三维空间计算设备的方向。该数据可能用于改变 3D GUI 或游戏显示的视角。各大生厂商提供文件库以帮助开发传感器融合应用。
结论
开发工具套件和工具能为应用开发员提供预制的“pieces of the puzzle”,以加快上市速度,这对于日新月异的物联网应用舞台尤其重要。许多供应商意识到,合适的评估板、展示工具或认证软件模块可能在产品选择的过程中有重要影响,因此,价格便宜且易于使用的开发工具是任何上市战略的一个关键部分。