标签: 物联网，IoT，无线通信

物联网（IoT）将会是未来增长很快的一个领域，然而这其中也充满了挑战——物联网当中包含有许多不同种类的有线和无线标准；许多应用都需要满足低功耗和安全性的要求；此外，物联网市场份额巨大、演进迅速，设备需要易于设计。 过去几十年，电子产品的演进从不具备通信功能，到设备间具有简单连接，再到设备与因特网实现互连，现如今，其发展阶段已走向设备与设备之间以及设备与因特网之间均能实现互联互通。通信设备从电脑到手机再到物联网，其市场份额将呈10倍以上的爆发性增长。 前不久，德州仪器（TI）嵌入式处理业务部无线连接解决方案副总裁兼总经理Haviv Ilan（图1）向笔者介绍说，现在的产品正越来越多地用到无线技术。除智能手机以外的很多产品都添加了智能功能，比如灯泡使用无线设备进行开关和亮度控制。 图1：德州仪器（TI）嵌入式处理业务部无线连接解决方案副总裁兼总经理Haviv Ilan。 很多产品都需要实现无线连接，这其中最重要的两个方面是实现控制和软件升级。当产品制造好销售到客户手中后，若是具有无线功能，则可以很方便的实现升级服务，为产品提供更多的新功能。又比方说，为了节省电力消耗，可以采用控制功能，在不同时间降低产品的用电量。 以前，无线通信的瓶颈是功耗较大，这极大地制约了电池寿命，然而，随着各种低功耗无线技术（比如低功耗蓝牙）的出现，越来越多的无线产品将会在市场上涌现。此外，物联网能使市场扩大的原因是，手机使用无线连接只是其中的一个产品，将来，不管是电灯、传感器还是篮球等，任何东西都可以连接到网络上（图2~5为TI现场展示的部分Demo）。 图2：TI现场演示：通过Wi-Fi控制电源插座。 图3：TI现场演示：Sub-1GHz共存——在存在干扰的情况下，开关控制灯的距离不受影响。 图4：TI现场演示：智能篮球——美国已有该产品销售，可提供速度和角度信息，用于业余篮球爱好者训练之用。 图5：TI现场演示：蓝牙低功耗游戏演示——用玩具小鸟砸玩具小猪（小鸟和小猪均带有BLE SoC芯片），在平板电脑上根据加速度计数据（对应飞行时间、加速度及冲撞力）评判玩家得分。 【 分页导航 】 第1页：物联网技术的潜在应用 第2页：物联网涵盖的方方面面 第3页：物联网的组成及所用器件 第4页：水泵应用案例分析 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载 物联网涵盖家庭、工厂、健康和汽车等许多应用（图6~9）。家庭安防系统通过无线方式实现烟感器或防盗器连接；LED灯、传感器等通过无线通信与云端建立互连。工业自动化对无线有很大需求——从灯光控制到温湿度控制等，通过无线调试和24小时不间断监控实现生产的最佳化。在医疗保健方面，通过物联网可以实现远程医疗、运动数据监测。在汽车方面，越来越多的汽车会具备Wi-Fi功能，从而实现将手机中的多媒体数据和云端数据下载到汽车上；除此以外，未来汽车的发展趋势是将其中重达40kg的有线网络替换成无线网络，从而节省材料和燃油开销。 图6：无线连接在家庭中的应用。 图7：无线连接在工厂中的应用。 图8：无线连接在医疗保健中的应用。 图9：无线连接在汽车中的应用。 【 分页导航 】 第1页：物联网技术的潜在应用 第2页：物联网涵盖的方方面面 第3页：物联网的组成及所用器件 第4页：水泵应用案例分析 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载 那么，物联网是如何工作的呢？每个联网设备都是物联网中的一个节点，它们通过网关、网桥或路由器连接到云端；然后再通过PC机、手机或者平板电脑与云端建立连接，实现人与机器的交互（图10）。 这其中，物联网节点、网关/网桥/路由器和云端以及各种不同应用所使用到的器件都不相同（图11）。Haviv Ilan表示，在物联网节点方面，比较简单的节点会用到MCU，比较复杂的节点会用到ARM处理器。除此之外，更重要的是需要无线连接射频产品，以传送传感器所采集的数据。然后，信号处理还需要用到模数转换器（ADC），电池供电需要用到电源管理芯片，不同信号（比如温度、湿度）的采集需要采用不同的传感器等等。 图10：物联网组成示意图。 图11：德州仪器能提供从物联网节点、网关/网桥/路由器到云端最全面的器件支持。 网关/网桥/路由器都具有简单的MCU或处理器、有线/无线的连接和电源管理器件。如果是ZigBee的应用，则会采用ZigBee网关，用到ZigBee器件，其连接到云端则会采用以太网IC或Wi-Fi IC。云端部分则是处理器的天下，其中具有很高端的处理器，比如多内核处理器。同样，云端服务器也会用到许多的模拟和电源IC。 Haviv Ilan强调，不管是在IoT节点、网关/网桥/路由器，还是在云端部分，TI都有丰富的产品和解决方案，这也是为什么TI这么看重物联网的一个原因。 【 分页导航 】 第1页：物联网技术的潜在应用 第2页：物联网涵盖的方方面面 第3页：物联网的组成及所用器件 第4页：水泵应用案例分析 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载 拿水泵案例来看，水泵内部具有一个主控MCU；控制水泵阀门需要用到无线射频产品或以太网MCU；水泵还需要安装传感器检测水的流速（图12）。另外，水泵还有一些模拟和电源产品，这些TI都能提供支持。 在网关部分，水泵采用的是Sub-1GHz射频技术，网关也要有Sub-1GHz IC做接收；接收之后再通过有线或无线方式和IP建立连接。TI做了一个网关的参考设计，在网关的参考设计里，无论是Sub-1GHz射频技术还是Wi-Fi、蓝牙，该公司都有网关解决方案。 图12：水泵应用案例。 在服务器部分，TI也有丰富的产品和案例。比如，惠普的Moonshot服务器就采用了该公司的多内核高端处理器，通过其DSP运算可以提供很好的数据分析功能。 德州仪器嵌入式处理业务部无线连接解决方案无线连接中国区总经理Eran Sandhaus（图13）补充说：“TI在物联网方面有许多不同产品可以满足不同需求，不管是在Zigbee还是Sub-1GHz技术，还是低功耗蓝牙，还是PLC载波通信方面。最新的EtherCat是工业用Ethernet的方向，另外，NFC、6LowPAN或者其他不同的技术，我们TI都有不同的产品，可以满足到所有这些需求。 图13：德州仪器嵌入式处理业务部无线连接解决方案无线连接中国区总经理Eran Sandhaus。 “在IoT技术里，低功耗也非常重要。TI在中国对低功耗技术做了很多不同的无线产品、MCU产品以及模拟产品，用户可以设计很多低功耗的产品使用在物联网部分。除了电池用电以外，现在也可以看到有很多不同的应用开始考虑没有电池的方向，比如通过光伏板取电、手机无线充电或者无线能量采集，做无电池的应用，TI通过低功耗的技术做到了更多更低功耗的产品。” 最后，保密技术也是很重要的部分，TI的产品采用了加密技术，使得这些产品可以在物联网里更安全地传送。此外，IoT设备需要尽可能降低开发的复杂度，否则很难让用户接受。在这方面，IoT物联网中的一些简单应用的设计，TI通过SimpleLink产品，让工程师和用户可以很简单地把设备直接连到物联网上，从而让工程师更容易接受物联网产品。 【 分页导航 】 第1页：物联网技术的潜在应用 第2页：物联网涵盖的方方面面 第3页：物联网的组成及所用器件 第4页：水泵应用案例分析 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载