NXP产品在物联网行业的应用

手机和网络已经无处不在、无时不用。现在人们去到一个地方，最先询问的就是：“这里有WiFi吗?密码是多少?”人们用手机上网不再仅仅是看邮件、看视频和聊天，近两年人们会用手机联网查看自己的运动量和心跳等健康状况，还会远程控制家里的灯光和电视等。由此可见，互联网已经从人与人互联向人与物互联，甚至是物与物互联的拓展。由此引发一场新的技术变革就是物联网和智能硬件，物联网的支撑架构要实现以上的应用，需要处理外围的传感器和处理中间的无线通信技术，到核心的云平台，再到智能手机的一个互动过程。本文主要介绍NXP低功耗无线产品ZigBee、BLE和Cortex M系列MCU在物联网中的应用，以及品佳集团基于NXP产品智能家居解决方案介绍。

物联网的定义与架构

物联网的发展离不开互联网，正是因为互联网的快速发展，带动了物联网的产生与发展。自2013年物联网一出现就获得快速发展，有媒体宣言2015年是物联网的元年，更有专家说物联网将引领下一次的产业革命。物联网是按照约定的协议把任何物品和互联网相连接，进行信息交换和通讯，以实现对物品进行智能化的识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。顾名思义，物联网就是物物相连的互联网，是人与物、物与物之间的信息传递和控制。物联网行业分类主要包括智能家居、智能医疗、智能工业、智能交通和智能电网等。如图1所示，列出了物联网架构的要素和相互关系。

物联网的架构

图1  物联网的架构

NXP低功耗无线产品ZigBee、BLE在物联网中的应用

ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定，ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。ZigBee是我们日常使用的设备连接另外一个设备的无线语言。主要特点是可靠连接、可互操作、低功耗和安全便捷等。应用场所包括智能家居、零售店、智能停车场和智能交通。

ZigBee规范是Zigbee联盟开发并管理的，主要特点是功能多样和可互操作性。采用NXP ZigBee PRO可提供以下功能：

使用JN5168的应用完全兼容ZigBee平台;

支持Light Link profiles协议，可应用于独立照明系统;

支持Home Automation profiles协议，可应用于照明行业;

支持Smart Energy profiles协议，可应用于家庭显示器 (IPD)等行业;

支持Smart Energy协议，可应用于负载控制和设备响应;

支持Remote Control profile协议，针对用户定制设备。

NXP ZigBee产品功能框图和选型表

NXP公司的ZigBee产品主要特点是内部集成2.4GHz模拟收发前端和32位处理器内核，用户可根据应用程序的大小选择不同Flash版本。

图2  NXP ZigBee产品功能框图

图3  NXP ZigBee产品

表1  NXP ZigBee产品选型表

型号

Flash

RAM

E2PROM

SPI

I2C

UART

PWM

ADC

封装

JN5168

256KB

32KB

4KB

1

1

2

5

4ch/10bit

QFN

JN5164

160KB

32KB

4KB

1

1

2

5

4ch/10bit

QFN

JN5161

64KB

8KB

4KB

1

1

2

5

4ch/10bit

QFN

NXP JN5168特点

RF部分：

兼容2.4GHz IEEE802.15.4标准;

2.0V~3.6V的电池供电;

128位AES安全加密处理;

集成超低功耗睡眠振荡器：0.6mA;

深度睡眠时电流仅为0.12μA(IO唤醒);

接收电流：17mA，发送电流：15mA;

接收灵敏度：-95dBm;

发射功率2.5dBm。

MCU部分：

32位RISC CPU，1MHz~32MHz时钟频率;

Flash：最高达256kB，RAM：最高达32kB，E2PROM：4kB;

E2PROM至少可擦写10万次;

1×I2C、2×UART、1×SPI、5×PWM(4个定时器和1个定时器/计数器);

支持RF4CE、JenNet-IP、ZigBee Se和ZigBee光链路协议栈;

看门狗和掉电复位;

2个低功耗睡眠计数器;

4通道10位ADC，比较器;

多达20个数字IO引脚(DIO);

电池和温度传感器;

红外遥控发射器。

JN516X支持NXP拥有自己专利的协议栈JenNet-IP，支持增强型6LoWPAN和ZigBee PRO等协议栈。JenNet-IP协议栈包括JenNet-IP、LAN/WAN和WPAN软件协议栈(JenNet，6LowPAN，IPv6，UDP);JenNet-IP(JIP) API的开发平台和OS平台包括C、Java和Linux系统;EVK HW、JenNet-IP的WiFi Router、USB Dongle、开发板和遥控器;有支持WPAN节点、路由和and IP主设备的应用笔记。

NXP的物联网网关方案的特点包括提供JN5168 ZigBee/JenNet-IP无线接口;支持ZigBee Light Link、ZigBee HA、ZigBee Light Link;支持JenNet-IP;提供USB、以太网、WIFI和Bluetooth等。可应用于ZigBee网络、JenNet-IP网络和智能网关/协调器。

图4  NXP IoT Gateway方案

2014年11月25日，NXP收购昆天科(Quintic)旗下可穿戴式设备和BLE芯片业务，丰富NXP在IoT行业的产品，即Wearable Device、MPOS、NFC、智能家居和汽车等，将研发出更多安全和连接的解决方案。

NXP Cortex M系列MCU在物联网中的应用

在物联网的框架之下，链接、智能与处理，是最重要的三大要素。只有一个合适的微处理器，才能更好的适应“链接世界、赋予智能、快速处理”的物联新时代。基于ARM内核的NXP MCU平台，可以提供更优异的运算效能，及更好的低功耗性能，可以满足物联网串连全世界的愿景。

图5  物联网的应用

NXP MCU涵盖Cortex-M0(+)、Cortex-M3、Cortex-M4、ARM7和ARM9所有嵌入式平台。NXP的所有MCU器件都以优化的ARM内核为基础，提供更高的性能、更低的功耗和更多外设。如图6所示，从性能上划分的NXP MCU产品，包含从低端到高端三个产品系列。由于大多数物联网产品都需要电池供电，因此功耗显得尤其重要。如图7所示，NXP MCU系列低功耗特性。

图6  NXP MCU系列产品

图7  NXP MCU系列低功耗特性。

品佳集团基于NXP产品智能家居解决方案介绍

智能家居是物联网给人们带来便捷的最直观体现，和每个人息息相关。试想当你下班回到家，空调温度已经调节好，米饭也已蒸好，不需要你再额外等待。这些看似高大上的应用，在不久的将来都会走入寻常百姓家。下文将介绍基于NXP产品的智能家居解决方案。

智能机顶盒

智能机顶盒是指像智能手机一样，搭载主流操作系统Android，可以由用户自行安装和卸载软件、游戏等应用程序，实现“无限的内容、无限的应用”。这样可以让传统电视瞬间变成智能电视，无须花费更多钱就可接入互联网，随消费者自己的喜好支配电视节目，浏览网页、看电影、看电视、听音乐，聊QQ、玩游戏，或加载更多的内容和应用。

图8  智能机顶盒方案应用框图

网络摄像机

采用NXP ASC884x/5x的网络摄像机方案，可以让消费者远程监控家里的一举一动。性能参数包括采用CMOS图像传感器采集光学图像信号并转换成电信号;支持无线WIFI;支持红外夜视;支持P2P即插即用;支持JPEG和TF卡录像;内置喇叭，麦克风，支持手机电脑对讲等性能。

图9  网络摄像机方案应用框图

智能照明

该方案结合NXP的超低功耗的高性能无线微控制器JN5168、SSL驱动器SSL21xx/SSL8001T，使得每一颗灯都有其独立的IP地址，可以通过智能手机、移动互联终端、智能家居控制面板、电脑等产品来对灯光进行开关、调光、变色和分组等功能的控制。

主要特点

超低功耗待机SSL电源控制器，空载功耗为10mW;

支持Zigbee/JenNet-IP协议;

无须布线，安装时间与标准照明系统几乎相同;;

系统BOM中元器件数量少、成本低;

JN5168可运行协议栈和应用程序的单芯片无线微控制，内部相当于集成2.4GHz RF+32bit CPU;

32位RISC CPU实现高性能和低功耗，4MHz~32MHz主频可调，低功耗工作模式(深度休眠：0.1uA);

2.4GHz的IEEE802.15.4标准的集成式RF收发器，18mA RX电流，15mA TX电流，-95dB接收器灵敏度，2.5dB发射功率，MAC加速、CRCs、地址校验、自动应答、定时器。

图10  智能家居方案应用框图

总结

NXP公司在物联网行业已经有很多国内厂家成功应用的案例，比如互联网防伪采用NXP最新的Ntag等物联产品，还有在一些食品产品等物流过程中的安全监控等应用案例。市场研究公司IDC日前表示，预计到2020年全球物联网市场的规模将从2014年的6558亿美元增至1.7万亿美元。预计到2020年“物联网端点”(IoT endpoint)的数量将从2014年的1030万个增至2950万个以上。设备、连接和IT服务预计将构成全球物联网市场的绝大部分，仅设备就将占到整个市场总量的31.8%。在中国，移动设备用户的日渐增多以及政府为提高制造业效率而进行的努力可能刺激大量新设备和物联网标准出现。

精彩问答

问：M4和M0内核共存的话，编程的时候是二者单独做还是在一起的?

答：是的，要分别建工程进行烧录。LPCXpresso IDE可以支持LPC54100双核烧录，而且还可以在烧录时配置选择M0或M4内核。

问：有GUI人机界面的方案吗?

答：有GUI产品方案，NXP的LPC178x、LPC1800等系列MCU均内置可编程LCD控制器，支持高达1024H×768V分辨率的LCD，支持单色及彩色STN面板和TNT彩色面板，支持1/2/4/8bpp的颜色查找表和16/24位直接像素映射，支持DMA传输。

问：NXP的MCU产品内核是cortex -M几呢?

答：NXP 提供Cortex M0+、M0、M3、M4等内核MCU产品，Zigbee内置MCU属于M0内核。

问：请问恩智浦在物联网方面都有哪些成功案例?

答：已经有很多国内厂家成功应用案例，比如国内知名酒厂的高端白酒的互联网防伪就采用了NXP最新的Ntag等物联产品。还有在一些食品产品等物流过程中的安全监控等应用案例。

问：红外距离是多远?

答：红外就10米以内，如果需要较远距离，不受方向限制可以使用NXP JN516x系列的RF4CE方案。

问：在物联网应用中，哪种通信方式会是主流?

答：无线方式会成为主流，如wifi、蓝牙等，无线能真正做到无缝连接互联。

问：密码的安全性怎么样

答：NXP是全球领先的密码安全方案解决供应商，在银行级别的安全芯片大部分使用NXP产品，请放心使用。

问：LPC8XX ROM和RAM分别有多大?

答：LPC800系列MCU是采用ARM Cortex M0+内核的32位低功耗微处理器，运行频率高达30MHz。LPC800采用低引脚封装，最高支持32KB片内Flash存储器和8KB片内SRAM存储器。

问：智能网关才用ARM9处理器，处理主频最高能达到多少?

答：NXP ARM9产品为ARM926EJ-S内核，其ARM9产品如下：LPC3200：266MHz;LPC3100：270MHz。

问：NXP无线网络在智能电网中应用情况，除了照明，还有其他的吗?

答：目前在智能路灯上有成功的应用，路灯之间可以进行路由通信，另外在无线消防行业也有尝试应用，还有客户在尝试将该技术应用到电网的故障提示器上。

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