从所有角度同时解决物联网（IoT）硬件和软件的关键需求

所有迹象表明，在很长一段时间的谈论和猜测后，2017将是物联网（IOT）总算开始被带动重大发展的一年。行业研究公司 IHS 一月发布报告预测，今年年底前连接的设备数量将有15%的增长（导致总量达到200亿）。在经济、物流和环境利益的潜在影响下，将有一系列广泛的不同领域大大利用。这将导致工业流程高度依赖自动化，从而更安全，提供更高的能效和可靠性；更智能、节能的居住场所；和低烦扰的和更方便的病人护理。

从相当早的阶段，需要什么样高效的物联网实施对半导体制造商已显而易见。鉴于物联网节点数定以数百亿被测量，在许多情况下，涉及的应用将是成本相对敏感的，与每个节点相关的物料单显然是个基本的考虑因素。每个节点产生的功耗也必须考虑进来，因为大量的物联网节点将被放置在没有电力线的远程位置。因此，电池供电的运行将是唯一可行的选择，尽可能延长电池的使用时间将是至关重要的（避免派遣工程师到现场更换电池的时间和成本）。根据应用设定的标准，可能有些方面会进一步影响物联网节点，如空间限制、恶劣的应用环境，等等。

物联网部署定会采用不同的通信协议-无线和有线。一些已稳固确立，而一些仍在兴起。有线协议将包括用于楼宇自动化的 KNX 和工业用 CAN 或以太网。大多数无线通信协议将专注于短距离、超低功耗工作。例子包括 Wi-Fi  、ZigBee 、Z-Wave 和蓝牙低功耗（BLE）。其他无线选择包括低功耗广域网（LPWAN）协议，覆盖远距离、低数据量同时功耗极小（如 SIGFOX 和 LoRa ）。替代 “低功耗”协议的，将还有覆盖广域网（WAN）的基于蜂窝的协议如 LTE-M 、NarrowBand IoT（NB-IoT），和几年后的5G 。

传感器/执行器使物联网实际工作。所有的数据可以通过传感器被捕获并随后被分析。相反，执行器可用来驱动电机、启动照明等。这里有几个例子，其中结合传感器和执行器（并支持互联）将真正发挥价值。在家庭/楼宇自动化应用中，一系列无源红外（PIR）探测器可以确定人的运动，LED 驱动器可以据此激活相应房间的照明。在工业应用中，如大规模的园艺场地，许多不同的传感器，可用以监测环境光照、温度、湿度、土壤水分等。假如特定的参数不在接受的预设阈值范围，就要采取行动。例如，如果温度太高，需要调节，可以启动电机以打开温室的窗户。另外，如果光照水平不是最佳以最大限度地提高作物产量，可以通过连接的 LED 驱动器进行调节。

结合空间、成本和功耗预算限制意味着物联网节点将需要遵循相当精简的设计理念，不提供超过可轻松支持的功能。这将要求微处理器和内存芯片的规格在价格较低的等级，不耗太多的电或占用过多的板面积。因此，必须访问基于云的服务（数据被处理和随后分析）以弥补节点功能不足。通过云利用相关的应用程序的能力将使物联网系统设计不受节点级的限制，和令被捕获的有价值的数据被充分利用。这将促成更高的数据处理和存储能力。

到目前为止，电子硬件供应商和云服务提供商几乎完全彼此隔离的解决物联网的开发。他们都处于自己的核心竞争能力的界域。但这已对物联网的激增有显着的影响，因为不得不分别负责硬件和软件开发元素的想法显然令人不胜其烦。硬件工程师不想离开自己的舒适区，面对写大量的代码的困难，但是同样的软件开发人员不想太局限于一个不给他们足够回旋余地的开发平台。

物联网的实施将需要包括很多基础。在节点级别，主要关注的将是尽可能高效和可靠的运行，使传感器捕获到的数据可以在被分析/处理后返回，或执行器可以在需要的时候启动。为此，必须为眼前特定的任务优化所用的互联。然后当我们通过系统进一步向后，重点将是如何确保与云的交互充分有效。物联网领域一直真正需要的是同时解决所有这些不同元素的技术。从硬件方面，这意味着为工程师提供所需的互联、传感器和执行器功能以创建匹配特定应用要求的物联网节点。从软件方面，这意味着为开发人员提供一个他们可以创建支持这硬件的基于云的应用程序的基础。

尽管半导体公司无疑是热衷于参与物联网市场的，但他们能提供的开发平台尚不能实际处理已经在这里谈到的所有问题。在硬件方面，所提供的都是采用特定传感器和通信功能的单板方案。这些给工程师极小的发挥空间去匹配他们的系统与应用需求。平台可能不支持最佳的互联或感测选择，所以最终做出妥协。相反，需要有更高的灵活性可支持该功能。

 图1：安森美半导体的 IDK 的硬件和软件示意图

鉴于物联网部署的不断变化，安森美半导体的工程师给自己设定一个目标，创建一种新的物联网开发平台，对硬件工程师和软件开发人员都有利，熟知各自的能力。这努力的成果是公司的物联网开发套件（IDK）。IDK 不是采取限制性的“通用”的做法，有一个模块化的架构，这意味着有更多的传感器、执行器和互联选择。它为工程专业人士提供了一个高度通用的即用的开发资源，并包含硬件，还结合一个精密的软件框架，可基于其创建“设备到云”的物联网应用。

图2：配以几个子卡的 IDK 主板

IDK 基于高精密的 NCS36510系统单芯片（SoC），具有32位 ARM® Cortex®-M3 处理器核和2组各320KB 的闪存。提供宽广系列的子卡，可以直接连接到基板。针对互联，工程师可以挑选子卡用于各种无线和有线通信协议，如 Wi-Fi 、ZigBee 、Sigfox 、CAN 、以太网等。对于传感器，有采用温度、水分、运动、心率、环境光、压力及生物传感器的子卡。此外，可以通过步进电机或无刷电机驱动器以及 LED 驱动器应用执行功能。

通过提供广泛系列的通过子卡采集的不同的传感器、执行器和通信功能，工程师们能够“混搭”不同的选择，以为他们的系统设计找到最适合的组合。此外，它为通常不精通基于云的软件开发的硬件工程师提供了一个简单的途径，到他们物联网系统需要的基于云的服务。相反，软件开发人员不必遏制自己的创意，因为他们会有充分的机会来开发自己的专有服务。IDK 由一个基于 Eclipse 的集成开发环境（IDE）支持。这包括一个 C++ 编译器、调试器和代码编辑器，及一系列宽广的应用相关的库。访问一个通用的、可配置的平台，如 IDK，将使工程师能够实现他们的系统设计目标，而无需被迫作出取舍，或者转向他们特定的专长领域之外。对大量的物联网系统从被设想的概念阶段到实际部署，这将至关重要。