‧ 從無線鏈路到微控制器，透析物聯網和工業 4.0 的關鍵技術

來源：中國電子網

網際網路的不斷發展，促生了物聯網和工業4.0，整個世界仿佛在頃刻之間，變得互通互聯。數萬億的感應器，被裝配在數十億的控制器和數百萬的閘道之上，通過網路將資料傳送至地球的各個角落。

這樣的趨勢凸顯了傳統工業系統的不便攜性和不靈活性，通過物聯網連接網路，與高效率資料運算處理，來提升工業系統作業效率，以及增加工業生產的附加價值是勢在必行。而這種轉型依賴於一系列技術，從低功率無線協議到高性能微控制器，不一而足。

低功率的無線鏈路和微控制器

在這些技術中，低功率的無線鏈路和微控制器，將作為整個鏈路的核心，起到至關重要的作用。舉例來說，Silicon Labs最新推出了一款Gecko微控制器，採用的便是這種低功耗模式——在接收感應器發出的信號之後，控制器才會相應地啟動，在發送資料後會自動關閉。

這些微控制器使用3.6V的電池可以作業10到20年，能夠應用到智慧電網電力輸配，以及感應器網路。由於功耗極低，這些設備現在已經可以通過太陽能電池，甚至是周圍環境中的射頻或熱能，來提供能源，無需再使用電池或者電源線。

與此同時，這些設備還需要依賴於物聯網所採用的各種協議。2.4GHz ZigBee 網狀網路，現已被廣泛地應用於M2M(機器到機器)領域，使得增加網路節點、連結至網管設備，變得十分便捷，最新版本的ZigBee IP已經升級到了IPv6標準，並支援從網路上直接接入感應器節點，從而令使用者可以控制更多的設備。

軟體的力量

軟體是物聯網的另一個關鍵元素，Wind River已經以因特爾架構處理器為基礎，開發出了一個完整的軟體發展環境，為用戶提供即開即用型元件，以確保物聯網閘道的安全、互聯，並在統一平臺進行管理。

該軟體增加了網管安全以及Lua、Java和OSGi的應用場景，以支援資源受限設備，及全功能設備的便攜性、擴展性，和重複利用性應用的開發，同時也對WiFi、藍牙、ZigBee，以及其他進程無線協定提供支援。

與此同時，其他半導體供應商，已經與軟體供應商攜手，為用戶提供完整的泛物聯網解決方案：飛思卡爾半導體公司，已經與ARM和甲骨文共同研發出了，一個安全的“one box ”平臺，該平臺結合了端到端軟體，以及分層智慧閘道，為安全的物聯網服務提供和管理，創造了一個公用的開放的框架。

同時三家公司還合作，對ARM mbed專案節點的開發進行簡化。這將使得ARM mbed中的本機硬體抽象層(HAL)，能夠在以ARM為基礎的飛思卡爾Kinetis微控制器上，運行甲骨文Java ME Embedded軟體。

雲端運算，也可以用於對此類感應器節點進行支持。遠端存取軟體公司Log Me In 的子公司Xively，已經為商用物聯網，研發出了首款公有雲端平臺，該公司目前正與Linear Technology合作，加速推出超低功耗雲聯網產品。

通過將Linear推出的Dust Networks無線感應器，與 Xively旗下的雲服務進行整合，該公司可以為開發人員，以及原始設備製造商，提供一個高性價比的，端到端物聯網解決方案，通過大規模的商業部署及管理，可以用於早期的原型設計及確認。

ARM Cortex-M3無線感應器，是為IP相容性而開發的，採用的是6LoWPAN，以及802.15.4e標準協議，可以提供99.999%以上的資料可靠性，以及10年以上的電池壽命，使得在最極端的環境下，部署無線感應器網路成為可能。

一個入門工具包包括應用代碼示例，Xively註冊用戶可以使用這一代碼，將DC9000設備與聯網的電腦進行連接，説明IP感應器網路自動註冊為Xively“產品”;而節點及感應器，可以作為“設備” ，將資料安全地發送至使用者的Xively雲端。

新技術的興起

還有一些領域的發展正在“風生水起”：低功率的WiFi目前已經開始使用低資料率和資料快速發送技術，從而大大延長電池壽命，同時通過大規模出貨的方式，降低了成本。與此同時，藍牙4.0最新標準版中的Bluetooth Low Energy (LE) 應用，同樣支援超低功耗網路連接，其已經在增加消費電子銷量、降低成本等方面顯現成果，而在物聯網的應用方面，人們的興趣也是日益濃厚。

這種濃厚的興趣，還推動了許多新技術的誕生，例如針對物聯網應用專門研發的Weightless協定。所有感應器和控制器都需要連接至閘道，而大型晶片公司都準備迎戰這一市場。

德州儀器將MAC及乙太網物理介面，整合到了以ARM為基礎的微控制器上，從而大大簡化了設計。德州儀器最新的設備是首款搭載乙太 MAC+PHY，以及芯載資料保護，及LCD控制器的ARM Cortex-M4控制器，可以顯著節省主機板空間並為聯網應用——例如家用/建築自動閘道、聯網人機交互介面(HMI)、網路感應器閘道、安全接入系統及可程式設計邏輯控制器等——提供支援。