手機和網絡已經無處不在、無時不用?，F在人們去到一個地方，最先詢問的就是：“這里有WiFi嗎?密碼是多少?”人們用手機上網不再僅僅是看郵件、看視頻和聊天，近兩年人們會用手機聯網查看自己的運動量和心跳等健康狀況，還會遠程控制家里的燈光和電視等。由此可見，互聯網已經從人與人互聯向人與物互聯，甚至是物與物互聯的拓展。由此引發(fā)一場新的技術變革就是物聯網和智能硬件，物聯網的支撐架構要實現以上的應用，需要處理外圍的傳感器和處理中間的無線通信技術，到核心的云平臺，再到智能手機的一個互動過程。本文主要介紹NXP低功耗無線產品ZigBee、BLE和Cortex M系列MCU在物聯網中的應用，以及品佳集團基于NXP產品智能家居解決方案介紹。
物聯網的定義與架構
物聯網的發(fā)展離不開互聯網，正是因為互聯網的快速發(fā)展，帶動了物聯網的產生與發(fā)展。自2013年物聯網一出現就獲得快速發(fā)展，有媒體宣言2015年是物聯網的元年，更有專家說物聯網將引領下一次的產業(yè)革命。物聯網是按照約定的協議把任何物品和互聯網相連接，進行信息交換和通訊，以實現對物品進行智能化的識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網絡。顧名思義，物聯網就是物物相連的互聯網，是人與物、物與物之間的信息傳遞和控制。物聯網行業(yè)分類主要包括智能家居、智能醫(yī)療、智能工業(yè)、智能交通和智能電網等。如圖1所示，列出了物聯網架構的要素和相互關系。
物聯網的架構
圖1 物聯網的架構
NXP低功耗無線產品ZigBee、BLE在物聯網中的應用
ZigBee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗局域網協議。根據國際標準規(guī)定，ZigBee技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。ZigBee是我們日常使用的設備連接另外一個設備的無線語言。主要特點是可靠連接、可互操作、低功耗和安全便捷等。應用場所包括智能家居、零售店、智能停車場和智能交通。
ZigBee規(guī)范是Zigbee聯盟開發(fā)并管理的，主要特點是功能多樣和可互操作性。采用NXP ZigBee PRO可提供以下功能：
使用JN5168的應用完全兼容ZigBee平臺;
支持Light Link profiles協議，可應用于獨立照明系統(tǒng);
支持Home Automation profiles協議，可應用于照明行業(yè);
支持Smart Energy profiles協議，可應用于家庭顯示器 (IPD)等行業(yè);
支持Smart Energy協議，可應用于負載控制和設備響應;
支持Remote Control profile協議，針對用戶定制設備。
NXP ZigBee產品功能框圖和選型表
NXP公司的ZigBee產品主要特點是內部集成2.4GHz模擬收發(fā)前端和32位處理器內核，用戶可根據應用程序的大小選擇不同Flash版本。
圖2 NXP ZigBee產品功能框圖
圖3 NXP ZigBee產品
表1 NXP ZigBee產品選型表
型號
Flash
RAM
E2PROM
SPI
I2C
UART
PWM
ADC
封裝
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特點
RF部分：
兼容2.4GHz IEEE802.15.4標準;
2.0V~3.6V的電池供電;
128位AES安全加密處理;
集成超低功耗睡眠振蕩器：0.6mA;
深度睡眠時電流僅為0.12μA(IO喚醒);
接收電流：17mA，發(fā)送電流：15mA;
接收靈敏度：-95dBm;
發(fā)射功率2.5dBm。
MCU部分：
32位RISC CPU，1MHz~32MHz時鐘頻率;
Flash：最高達256kB，RAM：最高達32kB，E2PROM：4kB;
E2PROM至少可擦寫10萬次;
1×I2C、2×UART、1×SPI、5×PWM(4個定時器和1個定時器/計數器);
支持RF4CE、JenNet-IP、ZigBee Se和ZigBee光鏈路協議棧;
看門狗和掉電復位;
2個低功耗睡眠計數器;
4通道10位ADC，比較器;
多達20個數字IO引腳(DIO);
電池和溫度傳感器;
紅外遙控發(fā)射器。
JN516X支持NXP擁有自己專利的協議棧JenNet-IP，支持增強型6LoWPAN和ZigBee PRO等協議棧。JenNet-IP協議棧包括JenNet-IP、LAN/WAN和WPAN軟件協議棧(JenNet，6LowPAN，IPv6，UDP);JenNet-IP(JIP) API的開發(fā)平臺和OS平臺包括C、Java和Linux系統(tǒng);EVK HW、JenNet-IP的WiFi Router、USB Dongle、開發(fā)板和遙控器;有支持WPAN節(jié)點、路由和and IP主設備的應用筆記。
NXP的物聯網網關方案的特點包括提供JN5168 ZigBee/JenNet-IP無線接口;支持ZigBee Light Link、ZigBee HA、ZigBee Light Link;支持JenNet-IP;提供USB、以太網、WIFI和Bluetooth等?？蓱糜赯igBee網絡、JenNet-IP網絡和智能網關/協調器。
圖4 NXP IoT Gateway方案
2014年11月25日，NXP收購昆天科(Quintic)旗下可穿戴式設備和BLE芯片業(yè)務，豐富NXP在IoT行業(yè)的產品，即Wearable Device、MPOS、NFC、智能家居和汽車等，將研發(fā)出更多安全和連接的解決方案。
NXP Cortex M系列MCU在物聯網中的應用
在物聯網的框架之下，鏈接、智能與處理，是最重要的三大要素。只有一個合適的微處理器，才能更好的適應“鏈接世界、賦予智能、快速處理”的物聯新時代?；贏RM內核的NXP MCU平臺，可以提供更優(yōu)異的運算效能，及更好的低功耗性能，可以滿足物聯網串連全世界的愿景。
圖5 物聯網的應用
NXP MCU涵蓋Cortex-M0(+)、Cortex-M3、Cortex-M4、ARM7和ARM9所有嵌入式平臺。NXP的所有MCU器件都以優(yōu)化的ARM內核為基礎，提供更高的性能、更低的功耗和更多外設。如圖6所示，從性能上劃分的NXP MCU產品，包含從低端到高端三個產品系列。由于大多數物聯網產品都需要電池供電，因此功耗顯得尤其重要。如圖7所示，NXP MCU系列低功耗特性。
圖6 NXP MCU系列產品
圖7 NXP MCU系列低功耗特性。
品佳集團基于NXP產品智能家居解決方案介紹
智能家居是物聯網給人們帶來便捷的最直觀體現，和每個人息息相關。試想當你下班回到家，空調溫度已經調節(jié)好，米飯也已蒸好，不需要你再額外等待。這些看似高大上的應用，在不久的將來都會走入尋常百姓家。下文將介紹基于NXP產品的智能家居解決方案。
智能機頂盒
智能機頂盒是指像智能手機一樣，搭載主流操作系統(tǒng)Android，可以由用戶自行安裝和卸載軟件、游戲等應用程序，實現“無限的內容、無限的應用”。這樣可以讓傳統(tǒng)電視瞬間變成智能電視，無須花費更多錢就可接入互聯網，隨消費者自己的喜好支配電視節(jié)目，瀏覽網頁、看電影、看電視、聽音樂，聊QQ、玩游戲，或加載更多的內容和應用。
圖8 智能機頂盒方案應用框圖
網絡攝像機
采用NXP ASC884x/5x的網絡攝像機方案，可以讓消費者遠程監(jiān)控家里的一舉一動。性能參數包括采用CMOS圖像傳感器采集光學圖像信號并轉換成電信號;支持無線WIFI;支持紅外夜視;支持P2P即插即用;支持JPEG和TF卡錄像;內置喇叭，麥克風，支持手機電腦對講等性能。
圖9 網絡攝像機方案應用框圖
智能照明
該方案結合NXP的超低功耗的高性能無線微控制器JN5168、SSL驅動器SSL21xx/SSL8001T，使得每一顆燈都有其獨立的IP地址，可以通過智能手機、移動互聯終端、智能家居控制面板、電腦等產品來對燈光進行開關、調光、變色和分組等功能的控制。
主要特點
超低功耗待機SSL電源控制器，空載功耗為10mW;
支持Zigbee/JenNet-IP協議;
無須布線，安裝時間與標準照明系統(tǒng)幾乎相同;;
系統(tǒng)BOM中元器件數量少、成本低;
JN5168可運行協議棧和應用程序的單芯片無線微控制，內部相當于集成2.4GHz RF+32bit CPU;
32位RISC CPU實現高性能和低功耗，4MHz~32MHz主頻可調，低功耗工作模式(深度休眠：0.1uA);
2.4GHz的IEEE802.15.4標準的集成式RF收發(fā)器，18mA RX電流，15mA TX電流，-95dB接收器靈敏度，2.5dB發(fā)射功率，MAC加速、CRCs、地址校驗、自動應答、定時器。
圖10 智能家居方案應用框圖
總結
NXP公司在物聯網行業(yè)已經有很多國內廠家成功應用的案例，比如互聯網防偽采用NXP最新的Ntag等物聯產品，還有在一些食品產品等物流過程中的安全監(jiān)控等應用案例。市場研究公司IDC日前表示，預計到2020年全球物聯網市場的規(guī)模將從2014年的6558億美元增至1.7萬億美元。預計到2020年“物聯網端點”(IoT endpoint)的數量將從2014年的1030萬個增至2950萬個以上。設備、連接和IT服務預計將構成全球物聯網市場的絕大部分，僅設備就將占到整個市場總量的31.8%。在中國，移動設備用戶的日漸增多以及政府為提高制造業(yè)效率而進行的努力可能刺激大量新設備和物聯網標準出現。
精彩問答
問：M4和M0內核共存的話，編程的時候是二者單獨做還是在一起的?
答：是的，要分別建工程進行燒錄。LPCXpresso IDE可以支持LPC54100雙核燒錄，而且還可以在燒錄時配置選擇M0或M4內核。
問：有GUI人機界面的方案嗎?
答：有GUI產品方案，NXP的LPC178x、LPC1800等系列MCU均內置可編程LCD控制器，支持高達1024H×768V分辨率的LCD，支持單色及彩色STN面板和TNT彩色面板，支持1/2/4/8bpp的顏色查找表和16/24位直接像素映射，支持DMA傳輸。
問：NXP的MCU產品內核是cortex -M幾呢?
答：NXP 提供Cortex M0+、M0、M3、M4等內核MCU產品，Zigbee內置MCU屬于M0內核。
問：請問恩智浦在物聯網方面都有哪些成功案例?
答：已經有很多國內廠家成功應用案例，比如國內知名酒廠的高端白酒的互聯網防偽就采用了NXP最新的Ntag等物聯產品。還有在一些食品產品等物流過程中的安全監(jiān)控等應用案例。
問：紅外距離是多遠?
答：紅外就10米以內，如果需要較遠距離，不受方向限制可以使用NXP JN516x系列的RF4CE方案。
問：在物聯網應用中，哪種通信方式會是主流?
答：無線方式會成為主流，如wifi、藍牙等，無線能真正做到無縫連接互聯。
問：密碼的安全性怎么樣
答：NXP是全球領先的密碼安全方案解決供應商，在銀行級別的安全芯片大部分使用NXP產品，請放心使用。
問：LPC8XX ROM和RAM分別有多大?
答：LPC800系列MCU是采用ARM Cortex M0+內核的32位低功耗微處理器，運行頻率高達30MHz。LPC800采用低引腳封裝，最高支持32KB片內Flash存儲器和8KB片內SRAM存儲器。
問：智能網關才用ARM9處理器，處理主頻最高能達到多少?
答：NXP ARM9產品為ARM926EJ-S內核，其ARM9產品如下：LPC3200：266MHz;LPC3100：270MHz。
問：NXP無線網絡在智能電網中應用情況，除了照明，還有其他的嗎?
答：目前在智能路燈上有成功的應用，路燈之間可以進行路由通信，另外在無線消防行業(yè)也有嘗試應用，還有客戶在嘗試將該技術應用到電網的故障提示器上。
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