IIoT應(yīng)用相對(duì)于消費(fèi)類(lèi)IoT的一些獨(dú)特要求

物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 目標(biāo)相同，都是將傳感器數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)化成有用的信息。但是，對(duì)于開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，最大的區(qū)別在于基本要求，包括電源、連接性及設(shè)計(jì)可靠性和穩(wěn)健性。

IoT 要求尺寸小、電池供電以及無(wú)線連接，這意味著要使用帶一體式射頻子系統(tǒng)的低功耗 MCU 進(jìn)行藍(lán)牙或 Wi-Fi 通信。與此相反，工作條件惡劣、大量本地傳感器和舊版系統(tǒng)這三方面的綜合作用，則推動(dòng)了對(duì)穩(wěn)健互連及使用能夠卸載傳統(tǒng) PLC 的邊緣設(shè)備的需求。

本文將討論 IIoT 應(yīng)用相對(duì)于消費(fèi)類(lèi) IoT的一些獨(dú)特要求。盡管有額外要求，開(kāi)發(fā)人員仍能找到各種各樣的解決方案來(lái)滿(mǎn)足針對(duì)任一領(lǐng)域之應(yīng)用的特定要求。

消費(fèi)類(lèi)和工業(yè)IoT之間的差別IoT 和 IIoT 的應(yīng)用目標(biāo)相似，都是力爭(zhēng)從由傳感器采集的數(shù)據(jù)流中獲取有用的信息。二者均依賴(lài)于外設(shè)設(shè)備直接或通過(guò)一些中間資源與高級(jí)應(yīng)用通信時(shí)所用的多層方法。但是，除了這些相似性之外，它們各自要求的性質(zhì)導(dǎo)致外設(shè)設(shè)備的設(shè)計(jì)和連接性存在本質(zhì)區(qū)別。

例如，針對(duì)保健和健身的 IoT 傳感器設(shè)計(jì)通常與在惡劣環(huán)境中準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)和可靠控制工業(yè)設(shè)備所需的 IIoT 外設(shè)傳感器和致動(dòng)器無(wú)相似之處。同樣地，IoT 和 IIoT 網(wǎng)絡(luò)的連接性可能會(huì)帶來(lái)完全不同的要求。

連接性通常代表 IoT 和 IIoT 系統(tǒng)實(shí)施之間的特征之一。如下所述，IIoT 在傳統(tǒng)上依賴(lài)于可編程邏輯控制器 (PLC) 和其他主機(jī)的硬連接，該方法的原理在今天依然很大程度上有效。

與此形成鮮明對(duì)比的是，面向個(gè)人和家居使用的 IoT 應(yīng)用通常繞著用戶(hù)智能手機(jī)或其他移動(dòng)設(shè)備上運(yùn)行的應(yīng)用轉(zhuǎn)，并通過(guò)藍(lán)牙或 Wi-Fi 局域網(wǎng)連接到 IoT 設(shè)備或可穿戴設(shè)備。

針對(duì)家庭或辦公應(yīng)用的 IoT 設(shè)備設(shè)計(jì)，通常在功率和尺寸方面存在重大限制。對(duì)于這些應(yīng)用，消費(fèi)者期待大多數(shù) IoT 設(shè)備和所有可穿戴設(shè)備電池在一次充電后可以長(zhǎng)時(shí)間供電。

針對(duì)可穿戴或擺放在家里或辦公室顯眼位置的產(chǎn)品的 IoT 設(shè)計(jì)，通常在易用性、防水和防塵、最低設(shè)計(jì)封裝及與其他主流消費(fèi)產(chǎn)品相關(guān)的其他特性方面存在額外的產(chǎn)品工程設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，設(shè)計(jì)成本和簡(jiǎn)捷性成為尋求更快交付有競(jìng)爭(zhēng)力產(chǎn)品的廠商十分關(guān)切的問(wèn)題。

低功耗無(wú)線 MCU 的出現(xiàn)提供了一種解決方案，可以解決這些經(jīng)常相互沖突的要求。無(wú)線 MCU 通過(guò)將射頻子系統(tǒng)與處理器核相集成，提供一種更簡(jiǎn)單的方法，不僅減少了零件計(jì)數(shù)，還消除了與射頻集成相關(guān)的設(shè)計(jì)難題，從而加快了整體開(kāi)發(fā)的速度。

Dialog Semiconductor 的 DA1458x 系列器件等無(wú)線 MCU 集成了一個(gè)處理器核、藍(lán)牙射頻子系統(tǒng)、堅(jiān)固的單片存儲(chǔ)器和大量模擬和數(shù)字外設(shè)。MCU 圍繞低功耗 32 位 ARM? Cortex?-M0 處理器核構(gòu)建，有助于最大限度降低電池供電產(chǎn)品的功耗。MCU 的一體式低功耗藍(lán)牙核與射頻子系統(tǒng)僅使用 3.4 毫安 (mA) 進(jìn)行發(fā)射 (Tx) 和 3.7 mA 進(jìn)行接收 (Rx)，MCU 的整體典型功耗分別為 4.88 mA 和 5.28 mA。

存儲(chǔ)器擴(kuò)展Dialog 提供針對(duì)特定工作要求進(jìn)行了優(yōu)化的各種版本的 DA1458x MCU。例如，DA14581 針對(duì)無(wú)線充電應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，而 DA14585 和 DA14586 適用于需要小尺寸、低功耗和大量存儲(chǔ)空間的可穿戴設(shè)備和智能家居應(yīng)用。

Dialog 公司的 DA14585 包括 96 千字節(jié)的 SRAM 工作存儲(chǔ)器；128 千字節(jié)的 ROM 用于引導(dǎo)代碼和藍(lán)牙棧；以及 64 千字節(jié)的一次可編程 (OTP) 存儲(chǔ)器用于應(yīng)用代碼、藍(lán)牙配置文件和配置數(shù)據(jù)。DA14586 提供與 DA14585 相同的特性，但增加了 2 兆比特片載閃存塊，正常操作期間，對(duì)總功耗幾乎不產(chǎn)生影響。

如果設(shè)備要求更大的程序內(nèi)存，開(kāi)發(fā)人員可以使用 MCU 的 SPI 或 I2C 接口輕松添加一個(gè)外置閃存設(shè)備，如 Winbond Electronics W25X20 2 兆比特閃存或 W25X40 4 兆比特閃存（圖 1）。閃存設(shè)備采用 2 x 3 mm 小型無(wú)引腳器件 (USON) 包裝，只會(huì)讓設(shè)計(jì)封裝適度增大。

另一方面，使用外置閃存會(huì)使功率消耗相比使用 MCU 的 OTP 或 DA14586 的內(nèi)置閃存時(shí)遞增。功耗增加的原因包括：外置閃存較長(zhǎng)的 SRAM 加載時(shí)間、較高的外置閃存編程電流水平及外置閃存待機(jī)時(shí)較高的電流水平甚至斷電模式。

圖 1： 對(duì)于需要內(nèi)存多于 Dialog DA14585 等無(wú)線 MCU 中所集成內(nèi)存的 IoT 設(shè)備，開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò) SPI 或 I2C 接口連接外置閃存設(shè)備。

傳感器數(shù)據(jù)對(duì)于傳感器數(shù)據(jù)采集，工程師可以利用集成在 Dialog 藍(lán)牙 MCU 等無(wú)線 MCU 中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)。某些情況下，工程師或許能夠?qū)鞲衅鬏敵鲋苯羽佀偷?MCU 的 ADC 端口，且可能會(huì)通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的運(yùn)算放大器來(lái)緩沖。

然而，對(duì)于大多數(shù) IoT 應(yīng)用，有關(guān)傳感器負(fù)載、線性度、溫度補(bǔ)償、信號(hào)擺動(dòng)、噪聲的問(wèn)題及其他注意事項(xiàng)需要更多的模擬信號(hào)鏈。即使使用可用的模擬前端 (AFE) 設(shè)備構(gòu)建，獨(dú)立的傳感器設(shè)計(jì)也會(huì)增加復(fù)雜性，經(jīng)常延誤項(xiàng)目完成。不過(guò)，通過(guò)利用更多的智能傳感器，開(kāi)發(fā)人員可以快速創(chuàng)建 IoT 設(shè)計(jì)，其中除了單個(gè)無(wú)線 MCU 和智能傳感器外，只包括較少的幾個(gè)元器件。