基于STM32L4微控制器低功耗BLE模塊電路設(shè)計

物聯(lián)網(wǎng)正在改變世界。它的巨大潛力有賴于超低功耗的網(wǎng)絡(luò)邊緣智能設(shè)備與云計算的組合使用，以對海量數(shù)據(jù)進行模式識別，從而生成有用的信息。促使物聯(lián)網(wǎng)興起有兩大因素，一是高性能的處理器芯片出現(xiàn)，二是智能網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備的制造成本和功耗可以非常低。這兩個因素使得物聯(lián)網(wǎng)的普遍部署在技術(shù)和經(jīng)濟上均具備可行性。

網(wǎng)絡(luò)和大數(shù)據(jù)是物聯(lián)網(wǎng)區(qū)分于普通遠程監(jiān)測和控制的關(guān)鍵方面。通過改變單獨檢測并響應(yīng)一個或兩個變量的做法，轉(zhuǎn)而分析多個數(shù)據(jù)通道以檢測趨勢并確定合適的響應(yīng)，物聯(lián)網(wǎng)才得以發(fā)揮其在保護環(huán)境、提高業(yè)績和改變?nèi)粘Ｉ畹确矫娴木薮鬂摿Α?/p>

在汽車行業(yè)，隨著領(lǐng)先的制造商開始使用從大量汽車實地采集到的傳感器信息來改善客戶服務(wù)和新產(chǎn)品開發(fā)，這樣的例子已屢見不鮮。在家用電器等其他消費品市場，領(lǐng)先的制造商也開始運用物聯(lián)網(wǎng)的強大功能，通過收集客戶設(shè)備的數(shù)據(jù)獲取問題解決之道，以提高產(chǎn)品性能和自身業(yè)績。在樓宇服務(wù)領(lǐng)域，從遍布全球的電梯和自動扶梯客戶群收集而來并整合到云物聯(lián)網(wǎng)平臺的數(shù)據(jù)，預(yù)期能夠幫助改善產(chǎn)品維護和未來的產(chǎn)品設(shè)計。

還有其他很多情景可以組合使用檢測到的數(shù)據(jù)，包括：

• 環(huán)境檢測，例如旨在改善工作場所安全的礦區(qū)氣體檢測。
• 公路上的接近傳感器以及車載的加速和海拔傳感器（可支持自動駕駛和事故規(guī)避）。
• 酒店房間內(nèi)的人員檢測傳感器（不侵犯隱私），避免職員在提供客房服務(wù)時侵擾房客，并可提高運營效率。
• 記錄患者和環(huán)境數(shù)據(jù)以發(fā)送到醫(yī)療保健專業(yè)人士的醫(yī)療傳感器。
• 實現(xiàn)汽車數(shù)據(jù)記錄的車載通信，以便根據(jù)駕駛習(xí)慣確定保險費率，激勵更安全的駕駛行為。

多傳感器解決方案的需求和開發(fā)

在需要使用傳感器同步監(jiān)測多個變量的情況下，通過整合傳感器和輔助的電子設(shè)備可以節(jié)省成本并簡化安裝。高度集成的傳感器評估平臺有助于開發(fā)可隨時連接到物聯(lián)網(wǎng)的多傳感器智能產(chǎn)品。

Arduino 是旨在簡化多傳感器解決方案開發(fā)的環(huán)境之一。例如，Arduino Lucky Shield 就是一種可兼容所有 5 V 和 3.3 V 標準 Arduino 板的擴展板。它結(jié)合了用于檢測大氣壓、相對海拔、亮度、溫度、運動和存在的傳感器。這些傳感器封裝在一個緊湊的 68.6 mm x 53.4 mm 板子中。

從 Arduino Lucky Shield 著手開發(fā)會比較輕松，因為 Arduino.org 上提供了多個教程，包括一項展示如何讀取溫度、濕度和壓力傳感器輸出并將其發(fā)送至 OLED 顯示屏的氣象臺應(yīng)用。

ST 的 X-NUCLEO-IKS01A2 板和 SensorTile

STMicroelectronics 的 STM32 生態(tài)系統(tǒng)包含多款多傳感器評估板。X-NUCLEO-IKS01A2 是與 STM32 Nucleo 微控制器基板搭配使用的環(huán)境檢測擴展板。它包含一個 MEMS 加速計、一個陀螺儀、一個磁力儀、一個絕對氣壓傳感器和一個電容式相對濕度和溫度傳感器。

STM32Cube 生態(tài)系統(tǒng)提供了用于初始化和運行 STM32 微控制器的工具和軟件。此外，X-CUBE-MEMS1 環(huán)境傳感器軟件擴展庫還提供了基于 X-NUCLEO-IKS01A2 構(gòu)建應(yīng)用所需的驅(qū)動程序。在圖 3 所示的總體系統(tǒng)架構(gòu)示意圖中，X-CUBE-MEMS1 用于滿足驅(qū)動程序?qū)拥男枨蟆?/p>

配合圖 3 所示的中間件層，還提供了其他軟件示例，將傳感器用于活動和/或手勢識別等特定功能。其中包括：

• osxMotionAW：用于 STM32Cube 的實時手腕活動識別軟件擴展
• osxMotionID：用于 STM32Cube 的實時運動強度檢測軟件擴展
• osxMotionFX：用于 STM32Cube 的實時傳感器融合軟件擴展
• osxMotionGC：用于 STM32Cube 的實時陀螺儀校準軟件
• osxMotionPE：用于 STM32Cube 的實時姿態(tài)估計軟件擴展

圖 4 中的偽代碼顯示了 MotionFX 如何實現(xiàn)實時運動傳感器數(shù)據(jù)融合。

偽代碼序列初始化（將執(zhí)行一次）

初始化傳感器（6 倍融合的加速計和陀螺儀，以及 9 倍融合的磁力儀）；通電后等待瞬變完成，以獲取良好的數(shù)據(jù)樣本

初始化 MotionFX 融合：osx_MotionFX_initialize（）

初始化磁力儀校準：osx_MotionFX_compass_Init（）

osx_MotionFX_getKnobs（）; modify settings; _setKnobs（）

通過禁用融合進行復(fù)位：osx_MotionFX_enable_6X（0） / _9X（0）

開始融合

如果可能，初始化陀螺儀校準：osx_MotionFX_setGbias（）

如果可能，初始化磁力儀校準：osx_MotionFX_compass_setCalibrationData（）

啟用數(shù)據(jù)融合：osx_MotionFX_enable_6X（1） / _9X（1）

然后可以讀取傳感器數(shù)據(jù)，并且可使用 osx_MotionFX_propagate（） 和 osx_MotionFX_update（） 等指令來控制事務(wù)

外形小巧的物聯(lián)網(wǎng)實驗室

ST 最近發(fā)布了一款更小的多傳感器模塊，可用作嵌入式系統(tǒng)中的檢測和連接中樞，或用作獨立器件，通過智能手機應(yīng)用來采集傳感器數(shù)據(jù)。此 SensorTile 在一塊與郵票尺寸相仿，可焊接或插入主機板的板上集成了一個 MEMS 加速計、陀螺儀、磁力儀、絕對壓力傳感器和麥克風(fēng)，以及一個 STM32L4 微控制器和低功耗藍牙 （BLE） 無線電。

要在獨立模式下使用，ST 提供了一塊鞍形板，其中包含了額外的溫度和濕度傳感器，而且在需要時還可輕松修改以添加替代傳感器。在此模式下使用時，可通過 BLE 配置 SensorTile，以便在智能手機上快速開始獲取傳感器數(shù)據(jù)。

用于嵌入式開發(fā)時，可通過一塊不同的擴展鞍形板將 SensorTile 插入到 STM32 Nucleo 評估板。

具有企業(yè)級安全性的 Samsung ARTIK 平臺

Samsung 的 ARTIK? 平臺提供了一系列模塊，這些模塊可從具備 ARM? Cortex?-M4 微控制器和藍牙 4.2 支持的小型單元擴展為具有雙 Cortex-A7 處理且支持藍牙、Wi-Fi、ZigBee? 和 Thread 的 ARTIK 5 系列，以及采用 Cortex-A35 應(yīng)用處理器的 ARTIK 7 系列。ARTIK 5 和 ARTIK 7 系列功能非常強大，完全可用于網(wǎng)關(guān)或控制器。它們具有企業(yè)級安全性，包括一個硬件安全元件，可用于加密算法和安全 OS的密鑰存儲和安全執(zhí)行，有助于建立受信任的執(zhí)行環(huán)境。眾多優(yōu)質(zhì)品牌紛紛采用 ARTIK 生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)解決方案，同時為嵌入式開發(fā)提供套件，例如 ARTIK 020 藍牙 4.2 物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備套件、ARTIK 520 藍牙/Wi-Fi/ZigBee/Thread 套件，以及高端 ARTIK 710 套件?？焖俣?a target="_blank">傳感器開發(fā)可以采用與 ARTIK 5 和 ARTIK 7 套件兼容的 ARTIK 傳感器擴展板。該板包含一個加速計、陀螺儀、濕度傳感器、磁力儀、壓力和溫度傳感器，并且以配套模塊的方式，通過邊緣連接器連接到主評估板

總結(jié)

當前進入市場的傳感器開發(fā)板都是緊湊的多傳感器模塊，可直接或經(jīng)過極少的定制后，在面向物聯(lián)網(wǎng)邊緣應(yīng)用的最終產(chǎn)品中使用。隨著用戶需求的劇增以及基于云的分析應(yīng)用變得越來越成熟和經(jīng)濟，市場中將會不斷涌現(xiàn)出富有創(chuàng)意的服務(wù)，各種傳感器數(shù)據(jù)的運用也將持續(xù)增加。