基于安森美半導(dǎo)體物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建模塊設(shè)計(jì)

物聯(lián)網(wǎng)（IoT）正以前所未有的態(tài)勢(shì)迅猛發(fā)展并不斷演進(jìn)。據(jù)預(yù)測(cè)，到2020年將有500億臺(tái)互聯(lián)的設(shè)備。這趨勢(shì)促進(jìn)電子產(chǎn)品向更智能和互聯(lián)的方向發(fā)展，進(jìn)而形成產(chǎn)品體系和成體系的系統(tǒng)，如智能樓宇、智慧城市、工業(yè)自動(dòng)化、掌上及移動(dòng)醫(yī)療等領(lǐng)域。這要求技術(shù)不斷地創(chuàng)新以提供更先進(jìn)和高能效的方案，來(lái)滿足這日益增加的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，尤其是半導(dǎo)體技術(shù)。

安森美半導(dǎo)體定位于針對(duì)市場(chǎng)趨勢(shì)推動(dòng)高能效創(chuàng)新，提供寬廣的方案支持所需特性，解決設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，并獨(dú)一無(wú)二地將各種不同技術(shù)集成到一起，以創(chuàng)建結(jié)合感測(cè)、通信、驅(qū)動(dòng)、電源管理和處理的更高能效、易于實(shí)施的方案。

針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)，安森美半導(dǎo)體提供傳感器、電機(jī)控制、有線和無(wú)線互聯(lián)、處理器/MCU、電源管理等不同的模塊，并提供先進(jìn)的封裝方式，從極小的微型封裝方案到系統(tǒng)單芯片（SoC）、多芯片和模塊方案以增強(qiáng)集成度，從而幫助設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)節(jié)省能源和成本。

圖1：安森美半導(dǎo)體物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建模塊

為了幫助工程師簡(jiǎn)化物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的開發(fā)進(jìn)程，安森美半導(dǎo)體充分利用其技術(shù)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)和產(chǎn)品專知，開發(fā)出了模塊化、可配置的物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)套件（IDK），集成硬件、軟件平臺(tái)和通用系統(tǒng)接口，可將不同的傳感器、驅(qū)動(dòng)器和互聯(lián)的構(gòu)建模塊原型應(yīng)用到單個(gè)平臺(tái)，并且可根據(jù)需要進(jìn)行擴(kuò)展。

IDK的集成開發(fā)環(huán)境（IDE）基于Eclipse，主機(jī)操作系統(tǒng)為Windows，采用ARM Cortex-M3的主板處理器，和Carriots的云平臺(tái)（未來(lái)會(huì)擴(kuò)展到其它云平臺(tái)），并支持具象狀態(tài)傳輸（REST）、消息隊(duì)列遙測(cè)傳輸（MQTT）物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議和SIGFOX、Thread、Enocean、Zigbee、W-MBUS、以太網(wǎng)、Wi-Fi、CAN、BLE等互聯(lián)協(xié)議。

全面的軟件環(huán)境使開發(fā)人員能夠內(nèi)快速開始和啟動(dòng)并運(yùn)行他們的第一個(gè)項(xiàng)目。該環(huán)境包含28個(gè)簡(jiǎn)單的示例代碼和12個(gè)復(fù)雜的示例代碼供開發(fā)人員選擇。

圖2：IDK集成硬件、軟件平臺(tái)和通用系統(tǒng)接口

安森美半導(dǎo)體提供不同的互聯(lián)（SIGFOX、Wi-Fi、EnOcean、Thread、PoE、BLE、CAN）、傳感器（無(wú)源紅外PIR、環(huán)境光、觸摸、距離、液位、智能無(wú)源、心率）、驅(qū)動(dòng)器（步進(jìn)電機(jī)、LED+鎮(zhèn)流器、無(wú)刷直流BLDC電機(jī)控制+功率級(jí)）模塊，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)應(yīng)用需要進(jìn)行混搭。還有大量的擴(kuò)展板系列如BLDC控制、心率監(jiān)測(cè)器、接口醫(yī)療傳感器的Struix、2.4 GHz Thread、實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)控制的照明應(yīng)用的PoE 、用于工業(yè)和汽車通信的CAN等擴(kuò)展板，且產(chǎn)品線還在不斷壯大，以滿足更多的設(shè)計(jì)所需。

圖3：IDK主板和擴(kuò)展板示意圖

表1：IDK擴(kuò)展組合示例

圖4所示為IDK的基本配置，包括一個(gè)環(huán)境光傳感器、一個(gè)PIR運(yùn)動(dòng)檢測(cè)傳感器、電容式觸摸開關(guān)及驅(qū)動(dòng)器如雙步進(jìn)電機(jī)控制器，和兩個(gè)不同色溫的LED，還有一個(gè)包含ARM SoC和所有電源子系統(tǒng)的基板，并提供1GHz以下的Sigfox互聯(lián)和Wi-Fi互聯(lián)，以支持連接到云。

圖4：IDK的基本配置

圖5所示為智能驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用，包括一個(gè)環(huán)境光傳感器、智能雙步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、一個(gè)Carriot云平臺(tái)支持的Wi-Fi接口。我們監(jiān)測(cè)變化的光照條件，測(cè)量光并加以處理以確定光照水平。隨著光照條件改變，該應(yīng)用程序?qū)y(cè)量和顯示變化，然后由主板處理器處理以確定兩個(gè)同時(shí)進(jìn)行的操作：一個(gè)是改變步進(jìn)電機(jī)的位置以模擬一個(gè)百葉窗，另一個(gè)操作是通過(guò)Wi-Fi向Carriot云平臺(tái)發(fā)送百葉窗的位置或打開的程度，以存儲(chǔ)和進(jìn)行后續(xù)處理、分析和操作。

圖5：智能驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用

以智能百葉窗為例：我們用傳感器測(cè)量光，并通過(guò)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器將光照水平傳輸?shù)讲竭M(jìn)電機(jī)，當(dāng)光照水平超過(guò)一定強(qiáng)度，步進(jìn)電機(jī)將快速移動(dòng)到另一個(gè)位置模擬百葉窗關(guān)閉。這些信息包括光照水平、步進(jìn)電機(jī)位置和百葉窗位置將通過(guò)REST API和MQTT協(xié)議被發(fā)送到Carriot云平臺(tái)，然后，信息通過(guò)JavaScript HTML進(jìn)行處理和管理，在電腦上顯示出來(lái)，此外，設(shè)備的地理位置、光照水平、電機(jī)角度位置和百葉窗情況也將被顯示出來(lái)。

前面講到，設(shè)計(jì)人員可將IDK主板與不同的擴(kuò)展板進(jìn)行配置，滿足不同的應(yīng)用需求。示例配置如智能電機(jī)驅(qū)動(dòng)套件，配以互聯(lián)、觸摸傳感、步進(jìn)電機(jī)和BLDC，智能照明應(yīng)用配以互聯(lián)、觸摸傳感和LED驅(qū)動(dòng)器，智能醫(yī)用方案配以互聯(lián)、生物傳感器和數(shù)據(jù)采集，智能感應(yīng)方案配以智能無(wú)源傳感器SPS、讀寫器、所有傳感器及互聯(lián)，等等。

表2所示為IDK目前采用的每一單個(gè)器件，每一器件都可用于特定的擴(kuò)展板，需注意對(duì)于每一器件指定的適用于工業(yè)、工業(yè)擴(kuò)展或醫(yī)療等各種應(yīng)用領(lǐng)域的溫度范圍。

表2：IDK目前采用的每一單個(gè)器件

安森美半導(dǎo)體以變革性的IDK引領(lǐng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)展，幫助工程師克服物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。IDK是模塊化的可擴(kuò)展平臺(tái)，獨(dú)一無(wú)二地將各種不同技術(shù)集成到一起，以創(chuàng)建結(jié)合感測(cè)、通信、驅(qū)動(dòng)、電源管理和處理的可即用的方案，降低了多家供應(yīng)商的管理和策略變更帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，綜合支持硬件、軟件和各種不同的協(xié)議，提供可用于多種用例的示例代碼。安森美半導(dǎo)體還提供一系列擴(kuò)展板，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)應(yīng)用需求進(jìn)行擴(kuò)展配置，以在盡可能短的時(shí)間內(nèi)評(píng)估、開發(fā)和推出高度差異化的IoT系統(tǒng)，應(yīng)用于廣泛的行業(yè)領(lǐng)域，包括環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療保健、家居/樓宇自動(dòng)化、工業(yè)控制和可穿戴式電子產(chǎn)品。