从无线链路到微控制器，透析物联网和工业4.0的关键技术

互联网的不断发展促生了物联网和工业4.0，整个世界仿佛在顷刻之间变得互通互联。数万亿的感应器被装配在数十亿的控制器和数百万的网关之上，通过互联网将数据传送至地球的各个角落。这样的趋势凸显了传统工业系统的不便携性和不灵活性，通过物联网连接网络与高效率数据运算处理来提升工业系统作业效率以及增加工业生产的附加价值是势在必行。而这种转型依赖于一系列技术，从低功率无线协议到高性能微控制器，不一而足。

低功率的无线链路和微控制器

在这些技术中，低功率的无线链路和微控制器将作为整个链路的核心，起到至关重要的作用。举例来说，Silicon Labs最新推出了一款Gecko微控制器，采用的便是这种低功耗模式——在接收感应器发出的信号之后，控制器才会相应地启动，在发送数据后会自动关闭。这些微控制器使用3.6V的电池可以作业10到20年，能够应用到智能电网电力输配以及感应器网络。由于功耗极低，这些设备现在已经可以通过太阳能电池，甚至是周围环境中的射频或热能来提供能源，无需再使用电池或者电源线。

与此同时，这些设备还需要依赖于物联网所采用的各种协议。2.4GHz ZigBee 网状网络现已被广泛地应用于M2M(机器到机器)领域，使得增加网络节点、链接至网管设备变得十分便捷，最新版本的ZigBee IP已经升级到了IPv6标准，并支持从网络上直接接入感应器节点，从而令使用者可以控制更多的设备。

软件的力量

软件是物联网的另一个关键元素，Wind River已经以因特尔架构处理器为基础，开发出了一个完整的软件开发环境，为用户提供即开即用型元件，以确保物联网网关的安全、互联，并在统一平台进行管理。该软件增加了网管安全以及Lua、Java和OSGi的应用场景，以支持资源受限设备及全功能设备的便携性、扩展性和重复利用性应用的开发，同时也对WiFi、蓝牙、ZigBee以及其他进程无线协议提供支持。

与此同时，其他半导体供应商已经与软件供应商携手，为用户提供完整的泛物联网解决方案：飞思卡尔半导体公司已经与ARM和甲骨文共同研发出了一个安全的“one box ”平台，该平台结合了端到端软件以及分层智能网关，为安全的物联网服务提供和管理，创造了一个公用的开放的框架。 同时三家公司还合作，对ARM mbed项目节点的开发进行简化。这将使得ARM mbed中的本机硬件抽象层(HAL)，能够在以ARM为基础的飞思卡尔Kinetis微控制器上运行甲骨文Java ME Embedded软件。

云计算也可以用于对此类感应器节点进行支持。远程访问软件公司LogMeIn 的子公司Xively已经为商用物联网研发出了首款公有云平台，该公司目前正与Linear Technology合作，加速推出超低功耗云联网产品。通过将Linear推出的Dust Networks无线感应器与 Xively旗下的云服务进行集成，该公司可以为开发人员以及原始设备制造商提供一个高性价比的端到端物联网解决方案，通过大规模的商业部署及管理可以用于早期的原型设计及确认。

ARM Cortex-M3无线感应器是为IP兼容性而开发的，采用的是6LoWPAN以及802.15.4e标准协议，可以提供99.999%以上的数据可靠性以及10年以上的电池寿命，使得在最极端的环境下部署无线感应器网络成为可能。一个入门工具包包括应用代码示例，Xively注册用户可以使用这一代码将DC9000设备与联网的计算机进行连接，帮助IP感应器网络自动注册为Xively“产品”;而节点及感应器，可以作为“设备”将数据安全地发送至用户的Xively云端。

新技术的兴起

还有一些领域的发展正在“风生水起”：低功率的WiFi目前已经开始使用低数据率和数据快速发送技术，从而大大延长电池寿命，同时通过大规模出货的方式降低了成本。与此同时，蓝牙4.0最新标准版中的Bluetooth Low Energy (LE) 应用同样支持超低功耗网络连接，其已经在增加消费电子销量、降低成本等方面显现成果，而在物联网的应用方面，人们的兴趣也是日益浓厚。

这种浓厚的兴趣还推动了许多新技术的诞生，例如针对物联网应用专门研发的Weightless协议。所有感应器和控制器都需要连接至网关，而大型芯片公司都准备迎战这一市场。德州仪器将MAC及以太网物理接口集成到了以ARM为基础的微控制器上，从而大大简化了设计。德州仪器最新的设备是首款搭载以太 MAC+PHY以及芯载数据保护及LCD控制器的ARM Cortex-M4控制器，可以显著节省主板空间并为联网应用——例如家用/建筑自动网关、联网人机交互界面(HMI)、网络感应器网关、安全接入系统及可编程逻辑控制器等——提供支持。集成式CAN及USB提供了高速联网性能，使得无缝网关解决方案的创建成为可能， 同时通过10个I2C端口、2个快速而准确的12-bit 模拟数字转换器(ADC)、两个正交编码器借口、三个芯载比较器、外部接口以及先进的脉冲宽度调节(PWM)输出接口，推动了照明、感应、动作、现实及切换用传感器的聚合。

在工业4.0时代，电子元件商不仅仅要抓住机遇，更要预知机遇。以上提及方面凸显了一些物联网背后的发展趋势：越来越具兼容性和支持多种协议的感应器及设备正在被大量需求，同时，软件环境、端到端部署及应用开发也正显现自己的一席之地。这种趋势将会进一步刺激其研发及出货量的增长，同时降低成本。想要追赶工业4.0“洪流”的企业应当多加留意。