物聯(lián)網(wǎng)的微控制器需求趨勢及應用技巧

By Mary K. Pratt

微控制器是物聯(lián)網(wǎng)部署中最常用的組件之一，但如何為每個物聯(lián)網(wǎng)項目選擇合適的微控制器，則需要一些正確知識和思考。

這種小型集成電路通常包括處理器、存儲器、輸入和輸出外圍設備——所有這些都包含在一個芯片上。它致力于控制有限數(shù)量的功能——通常只是一個單一的操作，比如調(diào)節(jié)設備中機電系統(tǒng)的運行。微控制器的設計執(zhí)行一個特定的任務，然后它被嵌入到一個系統(tǒng)中，在那里永遠運行這個功能。

微控制器單元（MCU）及其包含的RAM、ROM和外圍設備可以獨立運行。獨立運行，尤其是體積小巧時，使其自然而然地適合物聯(lián)網(wǎng)部署。它還具有節(jié)能性，這意味著它的運營成本較低，可以支持擴展的移動性和遠程部署。它的軟件控制架構使它變得敏捷。

“當你想到物聯(lián)網(wǎng)中的所有智能事物、小工具和設備時，你實際上是在談論微控制器的世界。在許多情況下，MCU是這些小型設備的大腦，它們通常對處理響應、電池壽命或傳感器數(shù)據(jù)收集有非常具體的要求，”VDCResearch公司物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)技術執(zhí)行副總裁克里斯托弗·隆美爾說。

物聯(lián)網(wǎng)微控制器需求增長

根據(jù)GrandViewResearch于2020年2月發(fā)布的一份報告，2019年微控制器出貨量超過300億臺。這家研究公司表示，對多功能設備（如車輛、機器人、醫(yī)療設備、移動收音機和家用電器）中嵌入式控制系統(tǒng)的需求增加推動了市場。

GrandViewResearch預測，2019年全球微控制器市場規(guī)模為208.2億美元，并預測到2027年將達到477.4億美元，預計未來7年復合年增長率為10.8%。該公司將增長歸因于汽車和工業(yè)領域自動化和人工智能應用的增加。

物聯(lián)網(wǎng)處理器是市場上應用最廣泛的微處理器類型之一。事實上，物聯(lián)網(wǎng)/嵌入式應用中使用的MCU數(shù)量是CPU的85倍以上，”隆美爾說。

物聯(lián)網(wǎng)微控制器的功能

物聯(lián)網(wǎng)連接產(chǎn)品和服務提供商DigiInternational無線設計服務部高級首席解決方案架構師KevinEichhorst表示，微控制器為物聯(lián)網(wǎng)帶來了智能。

考慮使用傳感器來確定油箱是空的、滿的還是介于兩者之間。傳感器可以進行測量，但無線電集成微控制器必須了解測量結果，并指示該信息回到中心點，如監(jiān)控站。

專家MiroslawRyba表示：“微控制器通過實現(xiàn)解決方案過程的自主執(zhí)行，將自動化帶到物聯(lián)網(wǎng)解決方案網(wǎng)絡的分布式部分，從而在邊緣做出協(xié)調(diào)決策?！?/p>

然而，并非所有物聯(lián)網(wǎng)部署都使用MCU。有些使用cpu、現(xiàn)場可編程門陣列、專用集成電路或gpu。更大的物聯(lián)網(wǎng)技術，如網(wǎng)關和邊緣服務器，需要較少的專門計算，并且通常使用CPU來提供更高的性能和對更通用軟件和操作系統(tǒng)堆棧的支持。

隆美爾說：“然而，即使物聯(lián)網(wǎng)設備可能使用另一種處理器作為系統(tǒng)的主要計算單元，MCU仍然可以用于更復雜設計的子系統(tǒng)和外圍計算?！彼鼈冊跐M足實時、基于傳感器和冗余需求方面的實用性使其成為許多項目的明確選擇?！?/p>

選擇微控制器的技巧

有許多物聯(lián)網(wǎng)微控制器制造商、產(chǎn)品類型（包括8位、16位和32位）以及進一步細分市場的用例，這使得選擇標準成為物聯(lián)網(wǎng)設計的重要部分。

Ryba說：“定義物聯(lián)網(wǎng)微控制器組件規(guī)范的核心因素是用例本身，它定義了一組必需的功能性、非功能性特征?！?/p>

公司的技術政策，以及市場和政府的法規(guī)，也應該影響選擇的決定。專家表示，選擇標準包括：

█ 功能和非功能使用的適用性；
█ 支持和發(fā)展因素；
█ 運營成本；
█ 環(huán)境、健康和安全風險，以及相關的緩解成本；
█ 網(wǎng)絡安全面臨風險。

IoT工程師還應該考慮微控制器的接口，以及MCU有多少內(nèi)存、速度和功耗，Eichhorst舉例表示，工程師可能需要知道微控制器是否與藍牙集成。

工程師們應該考慮外部因素，比如微控制器是否會成為在極端溫度或條件下使用的物聯(lián)網(wǎng)部署的一部分，艾希霍斯特說。例如，在太空系統(tǒng)中使用的微控制器必須是抗輻射的。

專家們還強調(diào)，在為物聯(lián)網(wǎng)項目選擇合適的微控制器時，需要有廣泛的思考。

來源：千家智能家居網(wǎng)

審核編輯 黃昊宇