Internet of Things (IoT) | What is IoT | How it Works | IoT Explained | Edureka
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來源：意法半导体
凡是有電視或電腦的人大概都知道，物聯網是一個不需要人為干預，就能使「物體」相互通信的網路。在物聯網出現之前，聯網設備需要人類產生或處理資訊。智慧手機、筆記型電腦，和桌上型電腦，都屬於個人聯網設備。
物聯網延伸得很深：有物聯網功能的設備，例如，智慧個人設備、智慧家庭設備、智慧汽車，甚至智慧城市設施，都能感知、處理、儲存數據，並採取相應操作。
智慧藥盒可以監視病人，是否按時吃藥、提醒吃藥，通知患者家屬照顧病人按時服藥，甚至提前購買快用完的藥。 智慧鎖可用手機開門和鎖門，監控所有活動，設置訪問時段，提醒業主注意非法進入。
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你可能已有或在用幾個物聯網設備，根據 Stastita 的研究報告，到 2025年物聯網設備的總量，預計超過 750 億台，遠遠超過聯合國預測的，那一年的 81億地球人口。
你會明白，為什麼物聯網可能是科技公司的最大成長點。物聯網設備將我們的生活，變得更安全、更舒適，有助於優化資源的利用率。
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你會明白，為什麼物聯網可能是科技公司的最大成長點。物聯網設備將我們的生活，變得更安全、更舒適，有助於優化資源的利用率。
物聯網體系結構，是這個更長的價值鏈，與外部世界交互的窗口。物聯網設備也是人機交互的主要接口，因此，外形尺寸和產品功能，是物聯網產品熱賣的要素。
典型的物聯網體系架構，包括設備、閘道器、雲端或邊緣端服務和應用軟體。在本文中，我們的重點討論，通信連接技術和物聯網設備，特別是個人可穿戴設備。
個人物聯網設備規格
活動檢測
身體活動辨識和計步器，是可穿戴設備最常見的功能，這些功能是由一個加速計完成的，加速度計是用途最廣泛的感測器之一，是幾乎所有個人設備的標配。經過多年的發展，從簡單的加速度檢測，到許多先進運動檢測，直接輸出感測數據，加速度計已經變得非常先進。
例如，意法半導體的 LIS2DW12加速度計，可以檢測 6D方向、喚醒、自由落體和點擊功能。該感測器的檢測噪聲模式可配置，在檢測精度和功耗之間選擇，甚至具有自動睡眠和喚醒功能。
為了提高可穿戴電子設備的檢測精確度和功能，需要將陀螺儀與加速度計配合使用。陀螺儀是角速度感測器，以前，陀螺儀耗電量很大，應用範圍有限，不適合用在小型電池供電的個人設備。
但是，將陀螺儀和加速度計，整合在一個晶片上的 IMU 慣性測量單元，不僅耗電量小，還有很多先進的功能。例如，有限狀態機、自定義手勢辨識、智慧 FIFO 儲存器，和外部感測器接口，數據處理在模組內部完成，不佔用微控制器計算資源。意法半導體的 LSM6DSO 就是一個這樣的 IMU 產品。
羅盤和方向檢測
羅盤為用戶提供方向檢測功能，幫助無人機導航。磁力計與加速度計和陀螺儀配合使用，可實現室內導航。磁力計還用於一些家庭自動化解決方案，例如，開門或關門檢測。
高度測量
測高儀可以增強計步器的功能，例如，幫助攀岩者測量離地高度，在室內導航中檢測樓層位置。可穿戴氣壓感測器，用於檢測大氣壓力，最終也用於測量高度。
氣壓感測器需要一個通氣孔，以便空氣進入薄膜，檢測氣壓，水和化學物質，很容易從氣孔進入感測器單元，污染內部結構。因此，需要一個既能用於游泳、戶外運動和海產業的氣壓感測器，又能預防氯、溴等化學製品污染的氣壓感測器。
LPS33HW 就是一個符合這些要求的感測器，具有 O 型密封圈和 10 帕防水（最深90米）能力，防止氯、溴、鹽等化學製品污染。
環境感知
環境感知技術，根據來自麥克風的音頻輸入數據，檢測辨識環境。透過測量聲音，設備可以辨識使用者是在商場、體育場還是會議室。透過辨識環境，可以直接配置所連手機的設置。
麥克風陣列可實現回波消除、光束形成和聲源定位，提升麥克風的檢測精度。麥克風的重要參數包括 SNR（信噪比）、AOP（聲過載點）和功耗。麥克風分為類比輸出和數位輸出兩大類，按照聲孔位置劃分，麥克風又分為上聲孔和下聲孔（手機麥克風）。
連接
需要注意的是，是連接技術將一個設備，變為物聯網設備。連接技術使設備可以透過手機，或 Gateway (閘道器)連接到物聯網雲端，或者直接連到基礎設施。物聯網設備的傳統聯網方法，是透過 WiFi、藍牙和蜂窩網路技術。但是，低功耗射頻技術的出現擴大了物聯網設備的範圍和功能。
低功耗藍牙 ［BLE］是一種無線個人區域網路 ［WLAN］ 技術，旨在推進醫療、健康、健身、保全和家庭自動化應用創新。與傳統藍牙和 WiFi 技術相比，BLE 的功耗非常低，同時增加了設備和手機相連功能。
BLE 的載波頻率是 2.4 Ghz，屬於全球免費的 ISM 頻段。 BLE Mesh 是一個在 Mesh 網路內，連接多個 BLE 設備的軟體解決方案。BLE Mesh 解決方案的出現，使得即使設備不在網路的直連範圍內，也可以照常接入網路。
意法半導體的 BlueNRG－2，是一款超低功耗的 BLE 5.0 認證系統晶片，能夠與感測器無縫連接，支持藍牙 Privacy 1.2 和 Secure Connection 4.2，8dbm 輸出功率，支持與物聯網設備的可靠 BLE 鏈路。此外，還支持標準的完全相容的 SIG BLE 網格。
低功耗廣域網（LPWAN）技術，是網路連接領域，另一個顛覆性技術，通信連接距離長達數公里，功耗非常低，電源是一枚非充電型硬幣電池。
Sigfox是一種LPWAN技術，提供全球雲服務和遠距離連接，功耗極低。Sigfox 設備在世界各地免費接入網路，無需與網路營運商簽訂任何單獨的協議，或支付漫遊費。
LPWAN 技術工作，在1 Ghz 以下的頻段，在全球沒有統一的頻段標準（藍牙是 2.4Ghz），因此，LPWAN設備在不同國家/地區，採用不同的頻段。為瞭解決這個問題，Sigfox 推出了一項叫做 Monarch 的新功能，用於辨識無線電服務，並根據當地法規管理無線電頻率變化。
Sigfox是一種LPWAN技術，提供全球雲服務和遠距離連接，功耗極低。Sigfox 設備在世界各地免費接入網路，無需與網路營運商簽訂任何單獨的協議，或支付漫遊費。
LPWAN 技術工作，在1 Ghz 以下的頻段，在全球沒有統一的頻段標準（藍牙是 2.4Ghz），因此，LPWAN設備在不同國家/地區，採用不同的頻段。為瞭解決這個問題，Sigfox 推出了一項叫做 Monarch 的新功能，用於辨識無線電服務，並根據當地法規管理無線電頻率變化。
意法半導體推出了一個市場上獨一無二的解決方案，將 BLE 和 Sigfox 射頻 S2－LP 合併為一。該雙射頻解決方案，透過 Sigfox 和智慧手機 BLE 建立遠端連接。智慧手機連接到 Sigfox 設備，具有使用者介面［UI］、空中固件更新［OTA］、直接配置和控制功能。
邊緣智慧
人工智慧和機器學習，已經演變為物聯網的骨幹計算技術。人工智慧利用模擬自然界特點的自然計算方法，解決複雜問題；機器學習是指使機器能夠辨識底層模式，透過分析數據，進行預測和提出建議的技術。物聯網雲計算能夠實現，這些算法和技術。
隨著物聯網設備的數量，呈指數級成長，從感測器送到雲端的原始數據量，大量增加，導致對雲連接的數據頻寬，和雲計算能力的需求大幅上升。
當某些分析過程下移，到感測器節點附近或邊緣端點時，可以利用人工智慧，有效地分析處理感測器數據。邊緣計算可以保護數據隱私安全，降低網路頻寬和雲端運算需求。
邊緣運算意味著，在節點執行智慧感測和處理過程，因此選擇這些設備非常重要。智慧節點分析數據，運行感測器算法，推算辨識環境，並將數據上傳到雲端，進行後續處理。
當某些分析過程下移，到感測器節點附近或邊緣端點時，可以利用人工智慧，有效地分析處理感測器數據。邊緣計算可以保護數據隱私安全，降低網路頻寬和雲端運算需求。
邊緣運算意味著，在節點執行智慧感測和處理過程，因此選擇這些設備非常重要。智慧節點分析數據，運行感測器算法，推算辨識環境，並將數據上傳到雲端，進行後續處理。
開發物聯網解決方案
如前所述，典型的物聯網體系結構，是由設備、Gateway、雲端\邊緣服務，和物聯網應用程式組成的。
性能強大的物聯網解決方案，不僅包括創新設備，還包括開源軟硬體參考設計、垂直應用解決方案，以及與雲端服務商的合作關係。成功的物聯網解決方案，還需要平台上所有利益相關者協同開發。
例如，意法半導體的 STM32 ODE 開放式開發平台，提供可堆疊安裝的硬體，和模組化軟體平台，超過 131 個軟體包、3個雲 SDK 工具，和幾個第三方電路板。物聯網用例數量龐大，種類繁多，新創公司在物聯網發展中，發揮的作用不可小覷。開源平台和強大的生態系統，有助於降低解決方案的開發、原型設計和商業化的難度。
結論
低功耗智慧感測器、創新的連接技術，和令人驚艷的應用案例的出現，讓物聯網火爆起來。未來每個人都有多個可穿戴設備。所以，市場體量很大，機會很多。物聯網設備數量暴漲既是機會也是挑戰，成功的物聯網解決方案，要求合作夥伴同時提供創新的感測器和連接技術。
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