物聯網（IoT）的快速增長元素是無線傳感器。這些設備是物聯網的眼睛和耳朵，提供分析和大數據應用程序做出明智決策所需的大量數據。在工業應用中，傳感器可以提供準確的數據，以優化化學處理和材料轉移，支持更高水平的自動化，提高能源電網效率，并使許多其他應用程序無法交付。

MCU將在無線傳感器應用的核心。簡化無線傳感器連接實施的新設備使得即使是價格最低的系統也能夠比以往更輕松地添加這些功能。本文將介紹這些新設備提供的一些實現選項，以說明將數據從MCU移動到云是多么容易。

無線MCU上線

最近推出的MCU正在增加集成的無線通信功能，可以連接到各種無線標準。這些新設備采用兩種常用方法之一來實現無線通信。一些設備使用可以實現各種標準的靈活無線子系統。其他設備專注于一個或兩個通用和類似標準，以針對特定應用優化其解決方案。

靈活的實施通常提供可編程無線電“前端”，管理所有通用無線“構建模塊”，如作為調制選項，包括高斯頻移鍵控（GFSK），頻移鍵控（FSK），四級GFSK（4GFSK），四級FSK（4FSK）和開關鍵控（OOK）。其他常見的硬件模塊包括低噪聲放大器，混頻器，可編程增益放大器，模數轉換器，數字信號處理器和數據包處理邏輯以及FIFO存儲器。這些無線構建模塊可以通過MCU軟件用于實現各種基于無線電的標準。通常，MCU制造商提供高級應用程序編程接口（API），實現通用標準以簡化開發。

靈活方法的一個例子是Silicon Labs EZR32LG 32位無線MCU，其框圖如下：如下圖1所示。靈活的無線收發器被視為外設，并使用SPI接口與MCU通信。 EZR32LG采用多種先進的節能模式，這些模式在低功耗無線傳感應用中特別有用，每個模塊可用的模式在程序框圖中采用顏色編碼，深藍色表示可在其中運行的模塊最低能量模式，以及最輕的綠色指示在較高能量模式下的操作。當不需要節能時，高能量模塊可以關閉，而低能量模塊繼續運行。

圖1：Silicon Labs EZR32LG無線MCU框圖。 （由Silicon Labs提供）

實現具有無線連接的MCU的另一種方法是關注一些通用標準，并以更專用的方式實施它們。這通常可以降低成本和總體功耗，但不包括更靈活實施的各種標準。

更靈活的實現可能會在需要無線橋接元素的應用程序中找到家庭。在橋接應用中，各種傳統，定制和新傳感器共存，因此靈活的實施可以與每個傳感器通信并在不同標準之間進行轉換，從而延長系統壽命并降低更換成本。低成本傳感器可以實現固定的無線標準，然后依靠更靈活的橋接設備將它們連接到系統的其余部分。

作為具有更多目標標準的無線MCU的示例，讓我們考慮一下支持藍牙低功耗（LE）的德州儀器CC2640無線MCU。 CC2640使用靈活的片上無線子系統，在無線模塊內的Cortex-M0控制MCU上實現藍牙LE（BLE）協議。如下圖2所示，BLE無線電固件在ROM中為無線電控制MCU提供，大大簡化了開發過程。 Cortex-M3用于運行更高級別的功能，例如BLE堆棧，RTOS，BLE配置文件和服務，最后是用戶應用程序。 MCU外設可用于實現用戶應用所需的任何其他時序和通信功能。

圖2：德州儀器CC2640 BLE無線MCU框圖。 （德州儀器公司提供）

無線MCU通常包括其他專用功能，以簡化設計，尤其是管理電源。例如，CC2640具有自主傳感器接口，可以獨立于MCU喚醒，執行傳感器讀數，收集數據，并確定主CPU是否必須退出低功耗模式。此外，CC2640可以斷電，低功耗RTC用于周期性地使器件退出低功耗模式，而特殊的SRAM模塊可用于在低功耗狀態下保持數據。寬電壓工作范圍還簡化了基于電池的應用設計。

套件和參考設計加速了開發

MCU制造商通過提供以創紀錄的時間開發無線傳感器變得容易完整的開發環境。例如，德州儀器（TI）提供其傳感器標簽參考設計（CC2650STK），其中包括10多個傳感器和接口;并且可以開箱即用，在iPad或智能手機與云存儲之間傳輸數據和命令。您可以使用Web瀏覽器訪問基于云的傳感器讀數，并通過Web界面向傳感器標簽發出簡單命令。這種功能使您可以輕松實現自己的無線傳感器。

Silicon Labs還為氣象站（指定部件號SLSTK3201A）提供了傳感器參考設計，可用作各種物品的起點。無線傳感器設計。該參考設計包括用于濕度，溫度，紫外線，紅外線和接近度的傳感器。接近檢測器支持常用手勢，如懸停和滑動，以說明如何通過手部移動捕獲簡單的命令。

示例無線傳感器解決方案

我們現在可以看一個低功耗無線傳感器的示例實現，它說明了為簡單傳感器添加無線功能是多么容易。一種非常常見的傳感器應用程序可捕獲通過卡車或鐵路運輸的產品的溫度和濕度讀數。這些讀數在裝運后進行審查，以確保產品保持新鮮。下面的圖3顯示了一個極低功耗實現的框圖，該實現使用CR2032紐扣電池為傳感器供電長達10年。納米功率系統定時器通過激活超低泄漏開關周期性地將系統從完全關閉狀態喚醒，以向系統供電。 MCU（在本例中為TI CC2650）喚醒并從濕度和溫度傳感器捕獲一組讀數。當捕獲到足夠的數據時，MCU會記錄數據并識別溫度或濕度水平超過任何最大或最小警報級別的情況。可以根據交付的產品類型和相關的最佳條件定制警報級別。例如，西紅柿具有與萵苣不同的最佳溫度和濕度分布。事實上，西紅柿具有隨時間變化的特征，因為最初需要一些成熟，然后一旦成熟就必須保持新鮮度。在通過無線鏈路創建和發送報告時，MCU可以考慮所有這些因素。

圖3：無線傳感器實現框圖。 （德州儀器公司提供）

一旦實施藍牙LE等標準，就可以輕松將其連接到支持藍牙LE的智能手機或平板電腦。在上面的示例設計中，基于平板電腦的界面可以監控卡車或有軌車內的傳感器，并將數據周期性地從傳感器移動到云存儲（可能使用德州儀器傳感器標簽參考設計作為起點）。遠程流量管理員可以使用這些數據以及來自其他所有產品傳輸系統的類似數據，根據實時新鮮度和成熟度參數動態地將貨物發送到最佳位置。

結論

隨著對無線傳感器作為物聯網元素的需求不斷增長，MCU（物聯網傳感器的主要控制器）需要連接到云端。正如我們已經證明的那樣，片上無線MCU外設，獨立無線模塊，軟件工具和硬件套件的最新創新使得將MCU連接到云變得容易。