有關物聯網你需要知道的幾件事

Vishal Gayal

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”相互通信的網絡。在物聯網出現之前，聯網設備需要人類產生或處理信息。智能手機、筆記本電腦和臺式機都屬于個人聯網設備。

現在，物聯網已經延伸得很深。以物聯網功能設備為例就有：智能個人設備、智能家居設備、智能汽車，甚至智能城市設施，它們可以感知、處理、存儲數據，并采取相應操作。比如智能藥盒能監視病人是否按時吃藥，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。智能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。

生活中的你可能已有或在用幾個物聯網設備，根據Stastita的研究報告，MJ2025年物聯網設備的總量預計超過750億臺，將遠遠超過聯合國預測的81億地球人口。物聯網設備讓我們的生活變得更安全、更舒適，有助于優化資源的利用率。這也是為什么說物聯網可能是科技公司未來的最大增長點。

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、網關、云服務和應用軟件。在本文中，我們將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

1、活動檢測

身體活動識別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度計完成的。加速度計是用途最廣泛的傳感器之一，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先進的運動檢測，然后直接輸出傳感數據，現在的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。該傳感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。陀螺儀是角速度傳感器，以前，陀螺儀耗電量很大，應用范圍有限，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芯片上的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、自定義手勢識別、智能FIFO存儲器和外部傳感器接口，數據處理在模塊內部完成，不占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。

2、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。磁力計還用于一些家庭自動化解決方案，例如，開門或關門檢測。

3、高度測量

測高儀可以增強計步器的功能，例如，幫助攀巖者測量離地高度，在室內導航中檢測樓層位置。可穿戴氣壓傳感器用于檢測大氣壓力，最終也用于測量高度。

氣壓傳感器需要一個通氣孔，以便空氣進人薄膜，檢測氣壓。水和化學物質很容易從氣孔進入傳感器單元，污染內部結構。因此，需要一個既能用于游泳、戶外運動和海產業的氣壓傳感器，又能預防氯、溴等化學制品污染的氣壓傳感器。LPS33HW是一個符合這些要求的傳感器，具有O型密封圈和10帕防水（最深90米）能力，防止氯、溴、鹽等化學制品污染。

4、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識別環境。通過測量聲音，設備可以識別用戶是在商場、體育場還是會議室。通過識別環境，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、光束成形和聲源定位，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。麥克風分為模擬輸出和數字輸出兩大類，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）。

5、連接

需要注意的是，連接技術可將一個設備變為物聯網設備。連接技術能使設備通過手機或網關連接到物聯網云端，或者直接連到基礎設施。物聯網設備的傳統聯網方法是通過Wi-Fi、藍牙和蜂窩網絡技術。但是，低功耗射頻技術的出現擴大了物聯網設備的范圍和功能。

低功耗藍牙（BLE）是一種無線個人區域網絡（WLAN）技術，旨在推進醫療、健康、健身、安保和家庭自動化應用創新。與傳統藍牙和Wi-Fi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2.4GHz，屬于全球免費的ISM頻段。BLE Mesh是一個在Mesh網絡內連接多個BLE設備的軟件解決方案。BLE Mesh解決方案的出現使得即使設備不在網絡的直連范圍內也可以照常接入網絡。

意法半導體的B1ueNRG-2是一款超低功耗的BLE 5.0認證系統芯片，能夠與傳感器無縫連接，支持藍牙Privacy 1.2fIISecure Connection4.2，8dbm輸出功率，支持與物聯網設備的可靠BLE鏈路。此外，還支持標準的完全兼容的SIGBLE網格。

低功耗廣域網（LP WAN）技術是網絡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LP WAN技術，提供全球云服務和遠距離連接，功耗極低。Sigfox設備在世界各地免費接入網絡，無需與網絡運營商簽訂任何單獨的協議或支付漫游費。LPWAN技術工作在1GHz以下的頻段，在全球沒有統一的頻段標準（藍牙是2.4GHz），因此，LPWAT設備在不同國家/地區采用不同的頻段。為了解決這個問題，Sigfox推出了一項叫做Monarch的新功能，用于識別無線電服務并根據當地法規管理無線電頻率變化。

意法半導體有一個市場上獨一無二的解決方案，將BLE和Sigfox射頻S2-LP合并為一。該雙射頻解決方案通過Sigfox和智能手機BLE建立遠程連接。智能手機連接到Sigfox設備，具有用戶界面（UI）、空中固件更新（OTA）、直接配置和控制功能。

邊緣智能

人工智能和機器學習已經演變為物聯網的骨干計算技術。人工智能利用模擬自然界特點的自然計算方法解決復雜問題;機器學習是指使機器能夠識別底層模式，通過分析數據進行預測和提出建議的技術。物聯網云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增長，從傳感器送到云端的原始數據量大量增加，導致對云連接的數據帶寬和云計算能力的需求大幅上升。當某些分析過程下移到傳感器節點附近或邊緣端點時，可以利用人工智能有效地分析處理傳感器數據。邊緣計算可以保護數據隱私安全，降低網絡帶寬和云計算需求。邊緣計算意味著在節點執行智能感測和處理過程，因此選擇這些設備非常重要。智能節點分析數據，運行傳感器算法，推算識別環境，并將數據上傳到云端，進行后續處理。

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、網關、云服務和物聯網應用程序組成的。

性能強大的物聯網解決方案不僅包括創新設備，還包括開源軟硬件參考設計、垂直應用解決方案，以及與云服務商的合作關系。成功的物聯網解決方案還需要平臺上所有利益相關者協同開發。

例如，意法半導體的STM32 ODE開放式開發平臺提供可堆疊安裝的硬件和模塊化軟件平臺，超過131個軟件包、3個云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，初創公司在物聯網發展中發揮的作用不可小覷。開源平臺和強大的生態系統有助于降低解決方案的開發、原型設計和商業化的難度。

結論

低功耗智能傳感器、創新的連接技術和令人驚艷的用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遇也是挑戰，成功的物聯網解決方案要求合作伙伴同時提供創新的傳感器和連接技術。