物聯(lián)網(wǎng)的要求有哪些

在“剖析物聯(lián)網(wǎng)的要求—第一部分”中介紹了先進(jìn)的工藝技術(shù)、低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)、多核系統(tǒng)的功耗問(wèn)題、內(nèi)核間的通訊、串行存儲(chǔ)器接口以及系統(tǒng)安全。第二部分， 我們將介紹 BLE 無(wú)線鏈路、模擬前端、智能觸摸界面以及其他重要的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)技術(shù)。

無(wú)線連接技術(shù)的發(fā)展：

基于物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備連接仍處于起步階段。這意味著，隨著新應(yīng)用程式的涌現(xiàn)，顯著提高了微控制器（MCU）系統(tǒng)在速度、功耗、范圍和容量方面的需求。該領(lǐng)域的潛在商機(jī)打破了在設(shè)計(jì)方面的局限性。藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟最新（特殊利益集團(tuán)）宣布，藍(lán)牙5.0標(biāo)準(zhǔn)定位于電子產(chǎn)業(yè)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)需求的典型布局。內(nèi)容指出，全新的 BLE 標(biāo)準(zhǔn)可提供兩倍的傳輸速度、四倍的傳輸范圍以及廣播包的數(shù)據(jù)承載量是上一個(gè)版本的8倍。這些新的技術(shù)特性將極大地促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與我們?nèi)粘Ｉ铋g的各種連接。MCU作為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的核心，必須與時(shí)俱進(jìn)，緊跟協(xié)議的發(fā)展進(jìn)程，支持新標(biāo)準(zhǔn)提供的各種特性。以下是即將推出的最新BLE標(biāo)準(zhǔn)的主要特性。

· 速度（傳輸更快）：藍(lán)牙5.0傳輸速度上限為2Mbps，是之前4.2版本的兩倍。

· 傳輸距離（通信距離更遠(yuǎn)）：有效工作距離可達(dá)300米，是舊版本的4倍之多。

· 低功耗（延長(zhǎng)電池/設(shè)備工作時(shí)間）：協(xié)議優(yōu)化大大降低了能源消耗，提升了其性能。

· 廣播能力（更大的承載量）：協(xié)議優(yōu)化將提升800%增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)廣播包的承載量。

· 安全功能：高安全加密及認(rèn)證，確保只允許經(jīng)受權(quán)用戶(hù)跟蹤設(shè)備位置和安全配對(duì)。

擴(kuò)充處理器容量、內(nèi)存及功耗方面的性能不會(huì)憑空而來(lái)。對(duì)于許多應(yīng)用程序而言，底層硬件（例如MCU）需要做出相應(yīng)調(diào)整以適應(yīng)這些特性。因此，生產(chǎn)商在設(shè)計(jì)下一代MCU時(shí)必須時(shí)刻緊記這些要求。例如，賽普拉斯 PSoC 6 BLE MCU（見(jiàn)圖1）為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)人員提供BLE 5.0所具備的這些功能。

盡管這些特點(diǎn)會(huì)增加MCU的負(fù)載，但也能為終端用戶(hù)帶來(lái)諸多好處：

· 性能（范圍優(yōu)勢(shì)）：相比于基于物聯(lián)網(wǎng)的其他協(xié)議，如Wi-Fi及ZigBee，BLE已經(jīng)成為無(wú)線通信協(xié)議的首選。改進(jìn)過(guò)的覆蓋范圍將確保藍(lán)牙設(shè)備（如揚(yáng)聲器、智能門(mén)鎖、燈泡等）可以在家里任意位置實(shí)現(xiàn)完全連接。這是真正實(shí)現(xiàn)智能家居的關(guān)鍵一步。BLE 5.0也有可能取代高功耗的Wi-Fi，控制智能家居設(shè)備。改進(jìn)后的覆蓋范圍還能讓智能手表等設(shè)備更方便地接收來(lái)自智能手機(jī)的即時(shí)通知。

· 低功耗（速度優(yōu)勢(shì)）：更快的轉(zhuǎn)輸速度提高了響應(yīng)能力。對(duì)于那些非數(shù)據(jù)密集型物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備來(lái)說(shuō)，更快的速度意味著會(huì)帶來(lái)更低的消耗及更長(zhǎng)的使用壽命。例如，將傳輸速度增加兩倍，發(fā)送/接收時(shí)間減少近一半。這樣就可以減少功耗，因?yàn)樵O(shè)備可以迅速進(jìn)入低功耗模式。此外，更高的傳輸速度支持周期性的設(shè)備軟件更新，這將是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一個(gè)重要功能。

· 無(wú)線連接服務(wù)（廣播容量?jī)?yōu)勢(shì)）：廣播容量的顯著增加將使信息傳輸更加豐富和智能化，Beacon等無(wú)線連接服務(wù)將能夠傳輸更多的信息。舉例來(lái)說(shuō)，Beacon可以傳輸實(shí)際內(nèi)容，而不是通過(guò)URL指向內(nèi)容。這可能將重新定義藍(lán)牙設(shè)備傳播信息的方式，因?yàn)樗ㄟ^(guò)無(wú)需連接的物聯(lián)網(wǎng)傳輸信息，而非藍(lán)牙配對(duì)設(shè)備模式。這有可能讓資產(chǎn)跟蹤和智能垃圾管理等先進(jìn)的應(yīng)用更加智能地使用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。

智能觸摸界面：

正如第一部分中所講到的，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備跨越消費(fèi)類(lèi)、工業(yè)、汽車(chē)和商業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。這些應(yīng)用都能受惠于美觀的的用戶(hù)界面，且具備產(chǎn)品差異化，如觸摸顯示屏、按鈕/滑塊以及近距離感應(yīng)。為了讓用戶(hù)享受最佳體驗(yàn)，觸摸顯示器還需支持手勢(shì)識(shí)別、防水、手腕感應(yīng)及戴手套觸摸。這些特征都可以通過(guò)低功耗的電容感應(yīng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)，除此以外，觸摸感應(yīng)還可以幫助優(yōu)化功耗，例如使用近距離感應(yīng)來(lái)檢測(cè)用戶(hù)何時(shí)使用設(shè)備。將電容感應(yīng)集成在 MCU 中則無(wú)需單獨(dú)的專(zhuān)用傳感設(shè)備，此外，此項(xiàng)集成還可以提升功效、性能并且降低成本（參見(jiàn)圖2）。

電容感應(yīng)是實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新應(yīng)用和提高產(chǎn)品特色的關(guān)鍵技術(shù)：

智能家居開(kāi)關(guān)─個(gè)人遠(yuǎn)程控制家用設(shè)備可以為生活帶來(lái)帶來(lái)許多好處，智能家電也是如此。支持智能家電需要兩個(gè)關(guān)鍵的構(gòu)建模塊：一、無(wú)線連接，用于將設(shè)備連接到云端;二、可以由多個(gè)源頭控制的智能開(kāi)關(guān)，如云端、遙控、智能手機(jī)及/或用戶(hù)自身輸入指令。

帶有電容感應(yīng)的智能開(kāi)關(guān)可以實(shí)現(xiàn)許多高級(jí)功能：

1. 智能調(diào)光─電容感應(yīng)滑塊為調(diào)光功能提供了一個(gè)直觀的物理接口。BLE使調(diào)光器具備無(wú)線連接功能，方便其放置在房屋內(nèi)的任意位置。

2. 存儲(chǔ)功能─MCU可以保存其內(nèi)部存儲(chǔ)中選擇的亮度設(shè)置，并在電源中斷或后續(xù)使用時(shí)恢復(fù)設(shè)置。

3. 安全性─智能開(kāi)關(guān)的高壓交流部分與繼電器是隔離的，用戶(hù)實(shí)體操作界面部分只用于處理低功率DC，從而保證用戶(hù)安全。

4. 照明功能─MCU可以在開(kāi)關(guān)上提供LED照明，以便用戶(hù)在黑暗中找到開(kāi)關(guān)。這一特性可以使用基于電容的近距離感應(yīng)來(lái)啟動(dòng)。

5. 手勢(shì)功能─智能開(kāi)關(guān)具有檢測(cè)近距離和觸摸手勢(shì)的能力，可輕松快速實(shí)現(xiàn)配置以運(yùn)行特定任務(wù)。