隨著越來越多的人接受基于云的連接基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)控的概念，芯片和模塊制造商正在加緊努力，為分布式傳感器和遠(yuǎn)程訪問引入點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，聚合和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)連接。

這些更高級(jí)別的構(gòu)建模塊允許工程師和公司以比以往更快的速度創(chuàng)建和推出產(chǎn)品。不再需要研究和學(xué)習(xí)幾個(gè)100頁以上網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟?guī)范的復(fù)雜性。不再需要重復(fù)PCB布局和調(diào)整元件值，以找到最佳組合，最大限度地提高性能，同時(shí)最大限度地減少空間，功耗和成本。

此外，完成的OEM和評(píng)估模塊/工具包之間存在緊密的關(guān)系，可讓您參考預(yù)先開發(fā)的設(shè)計(jì)，修改它，進(jìn)行一些實(shí)驗(yàn)，并在受約束的系統(tǒng)中重現(xiàn)結(jié)果。在大多數(shù)情況下，通信和協(xié)議棧的源代碼是可用的（通常在NDA下），因此您可以修改OEM設(shè)備的本機(jī)功能，并且通常共享相同的處理器。

本文介紹了無線傳感器領(lǐng)域的幾個(gè)新條目以及支持它們的開發(fā)套件和演示單元。它討論了我們可以在連接架構(gòu)和協(xié)議方面做出的一些選擇，并研究了每個(gè)解決方案的優(yōu)缺點(diǎn)。

架構(gòu)選擇

每個(gè)新產(chǎn)品創(chuàng)意都帶有它自己的一套限制。現(xiàn)有的構(gòu)建模塊標(biāo)準(zhǔn)將規(guī)定協(xié)議，頻段，調(diào)制技術(shù)等。然而，迅速擴(kuò)大推動(dòng)將所有內(nèi)容放到網(wǎng)上的多樣化需求使得很難知道哪種具體解決方案最好;如果你足夠堅(jiān)硬，你可以在一個(gè)圓孔中放一個(gè)方形釘。但是，始終首選優(yōu)化的流線型優(yōu)雅解決方案。

簡單的傳感器和執(zhí)行器在附近起作用，并且獨(dú)立于任何網(wǎng)絡(luò)存在，可以利用低成本的窄帶傳輸方案。這可以包括非網(wǎng)絡(luò)啟用的警報(bào)系統(tǒng)，視頻鏈接，能源管理系統(tǒng)（如偏遠(yuǎn)地區(qū)的太陽能跟蹤）等。

這些體系結(jié)構(gòu)通?？梢允屈c(diǎn)對(duì)點(diǎn)，主從，對(duì)等或客戶端 - 服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，只要它們相對(duì)簡單即可。保持協(xié)議簡單允許通常不包含處理能力和內(nèi)存資源的低成本微控制器來管理更高級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)功能，如動(dòng)態(tài)重新路由和數(shù)據(jù)完整性驗(yàn)證。安全性也是一個(gè)問題，許多簡單的處理器不包括加密功能。點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的好處是您可以輕松創(chuàng)建自己的通信鏈接，因?yàn)樗鼈兎浅：唵尾⑶议_銷很小。

然而，更多的應(yīng)用程序，如環(huán)境感應(yīng)，動(dòng)物跟蹤，交通傳感器，威脅探測器（化學(xué)，輻射，生物）等等正在創(chuàng)造更大的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，需要更高水平的處理能力和資源。目標(biāo)是找到通往Web的方式，當(dāng)中間節(jié)點(diǎn)退出時(shí)，動(dòng)態(tài)網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)可以編織到接入點(diǎn)。這允許進(jìn)行云連接和遠(yuǎn)程處理。

的ZigBee

ZigBee的一些協(xié)議和部件本身就是一種開箱即用的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。 Atmel AT86RF233-ZUR等幾款低成本，低功耗的外設(shè)收發(fā)器芯片是需要低功耗2.4 GHz ZigBee（或RF4CE或6LoWPAN）連接的無線傳感器的理想選擇（圖1）。作為SPI訪問的螺栓固定外圍芯片，它支持高達(dá)2 Mbit/sec的數(shù)據(jù)速率，幾乎可以由任何外部處理器驅(qū)動(dòng)。它也可以放置在遠(yuǎn)離處理器的地方，可能提供更好的接收效果和更少的局部噪聲。

圖1：螺栓固定的收發(fā)器芯片可以是非常全面和完整，但供應(yīng)商提供的代碼可能需要移植到您設(shè)計(jì)中使用的特定外部處理器。

另一方面，ZigBee解決方案是一種軟件密集型解決方案，需要比一些更簡單的協(xié)議更多的處理。內(nèi)置的仲裁和網(wǎng)格重新路由功能和表可能對(duì)部署在非常大的區(qū)域的非常大的網(wǎng)絡(luò)非常有益。

如果您不使用Atmel處理器，則可能需要移植堆棧軟件以使用您選擇的特定微控制器的資源和架構(gòu)。詳細(xì)信息在IEEE 802.15.4低功耗無線網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品培訓(xùn)模塊簡介中提供。

因此，帶有嵌入式微處理器的單芯片無線電通?？梢蕴峁┡c集成解決方案軟件的最佳質(zhì)量耦合。這有助于顯著加快設(shè)計(jì)和測試速度。例如，考慮帶有片上無線電的飛思卡爾Kinetis W系列MCU。該系列具有MKW01Z128CHN 1 GHz單芯片無線電和ARM Cortex-M0處理器等部件，可用于UHF和VHF 300 MHz至1 GHz頻段。其表兄飛思卡爾KW2x系列將其擴(kuò)展為功能更強(qiáng)大的ARM Cortex-M4處理器，同時(shí)具有更多閃存，RAM和USB。 MKW22D512VHA5等部件結(jié)合了高性能，低功耗處理器和良好的混合信號(hào)（12位A/D，16位D/A和片上模擬比較器）功能以及完全兼容的2.4 GHz 802.15。 4（管理ZigBee）標(biāo)準(zhǔn)（圖2）。

圖2：集成在單芯片無線電中的高性能低功耗處理器可以提供硬件和軟件之間最緊密的耦合，特別是與供應(yīng)商提供的協(xié)議棧軟件。高性能混合信號(hào)功能，加密和高級(jí)調(diào)試接口的優(yōu)勢是其他關(guān)鍵特性。

節(jié)省時(shí)間

全面，靈活和模塊化開發(fā)系統(tǒng)，如因?yàn)轱w思卡爾塔式系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)對(duì)于成功的設(shè)計(jì)非常重要。這些開發(fā)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)早期測試和加速設(shè)計(jì)。更重要的是，像這樣的綜合開發(fā)環(huán)境還允許集成供應(yīng)商可能提供的其他技術(shù)。然而，就收音機(jī)而言，沒有什么比全功能的OEM解決方案更快。

將設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)移到生產(chǎn)環(huán)境的最快方式是模塊化和OEM形式，以及靈活的開發(fā)環(huán)境。以Digi International的XKA2C-Z7T-U ZigBee到云開發(fā)系統(tǒng)為例。

該套件包括Xbee網(wǎng)關(guān)，Pro模塊和開發(fā)板。它可以測試低功耗，遠(yuǎn)程控制以及基本溫度傳感器和電位計(jì)的訪問。 LED，蜂鳴器和I/O線也可用于數(shù)字I/O. Cloud Kit視頻展示了如何使用公司的Xbee版ZigBee控制路燈。

直接連接到云

隨著Wi-Fi的公開和廣泛可用性成為全球趨勢，存在使設(shè)備直接連接到云的可能性。 Wi-Fi芯片和模塊是這些類型系統(tǒng)的最佳選擇。對(duì)于許多傳感器系統(tǒng)，尺寸通常很重要，而尺寸越小越好。 3.3 V通用Econais EC19W-R2 Wi-Fi物聯(lián)網(wǎng)模塊聲稱是世界上最小的獨(dú)立模塊，帶有嵌入式天線（時(shí)鐘頻率為16 mm x 14 mm x 2.8 mm）。

作為WiSmart系列收發(fā)器和開發(fā)系統(tǒng)的成員，它們具有獨(dú)立應(yīng)用的無主機(jī)模式，以及使用命令的非常有用的UART或SPI到Wi-Fi功能基于集的方法。低功耗集成32位處理器支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)客戶端和組所有者模式，具有高達(dá)20 Mbits/sec（UDP）或13 Mbits/sec（TCP-STP）的令人印象深刻的數(shù)據(jù)速率。

允許快速測試和開發(fā)的關(guān)鍵因素是Econais EC19W01DK，它利用了模塊的完整TCP/IP堆棧和軟AP功能。內(nèi)置云集成服務(wù)，因此這些部件非常適合直接連接到后端服務(wù)器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器或遠(yuǎn)程控制機(jī)器。

另一個(gè)功能齊全的Wi-Fi表面貼裝模塊來自村田與電力IMP合作。帶有軟件的Murata LBWA1ZV1CD-716 Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)控制器包含STMicroelectronics STM32F405 32位ARM Cortex-M4處理器，可使用LBWA1ZV1CD-TEMP-A進(jìn)行編程和開發(fā)，用于評(píng)估和測試（圖3）。數(shù)字I/O以及模擬功能都包含在內(nèi)，包括加速度計(jì)，音頻輸入和輸出，色彩感應(yīng)，溫度感應(yīng)等。

圖3：模塊化測試平臺(tái)有助于快速開發(fā)新的電路板以及OEM版本，以加快產(chǎn)品上市速度。

通過分布式處理降低吞吐量需求

當(dāng)傳感器陣列部署在特定區(qū)域上時(shí)，使用位于中心的集線器聚合它們會(huì)更有效。這允許更好的范圍，因?yàn)槎说蕉司嚯x加倍，并允許集線器進(jìn)行一些基本處理，這可以減少發(fā)送到云的數(shù)據(jù)量。在這種情況下，在任何地方使用Wi-Fi只會(huì)在聚合器通常使用的相同頻段和協(xié)議上造成不必要的擁擠。這意味著藍(lán)牙低功耗等協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)在分布式無線傳感器領(lǐng)域占有一席之地。

Anaren的智能藍(lán)牙模塊包括A20737AGR等集成無線（AIR）模塊。這些是直接針對(duì)無線傳感器的低成本表面貼裝無線電模塊。關(guān)鍵是該公司的多傳感器開發(fā)套件（MSDK）。包括加速度計(jì)，磁性體，溫度傳感器等混合信號(hào)傳感器，名為Atmosphere的在線開發(fā)工具可讓設(shè)計(jì)人員創(chuàng)建代碼，以便將藍(lán)牙連接到智能移動(dòng)設(shè)備

基于藍(lán)牙網(wǎng)格的開發(fā)套件像CSR這樣的CSR-CSR1010-10185-1A也可以使用PC，智能手機(jī)或平板電腦作為單獨(dú)或同時(shí)聚合或控制潛在數(shù)百種藍(lán)牙“智能物品”的手段。 CSR Mesh網(wǎng)絡(luò)套件使用簡單的直接連接方案，不需要集線器，路由器或其他接入點(diǎn)引導(dǎo)設(shè)備。這可以允許藍(lán)牙LE分布式傳感器使用基于蜂窩的聚合器而不是基于Wi-Fi的聚合器來直接連接到基于云的后端服務(wù)。每個(gè)模塊都可以在較低級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)管理任務(wù)之上運(yùn)行自己的應(yīng)用程序（圖4）。

圖4：用戶應(yīng)用程序?qū)游挥谟蓪Ｓ闷瞎碳刂频?a href="http://m.sdkjxy.cn/soft/data/43-45/" target="_blank">無線通信管理之上。

其他協(xié)議和部分針對(duì)分布式無線傳感器陣列，包括網(wǎng)絡(luò)和隔離。不要忽視新協(xié)議和樂隊(duì)開放的可能性。如今，支持良好的設(shè)備和模塊已經(jīng)可以使用，并且可以利用資源來加速設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，原型設(shè)計(jì)，認(rèn)證和調(diào)試。

底線是分布式封閉和云連接物聯(lián)網(wǎng)傳感器陣列將在未來變得更加普遍。正如我們已經(jīng)討論過的，存在一些很好的選擇和選項(xiàng)，可以讓您快速測試和部署這些系統(tǒng)。數(shù)據(jù)在那里等待收集。