物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 的普遍連接有望改善生活和工作的各個(gè)方面，從我們家的舒適和安全到工作的安全和生產(chǎn)力，以及環(huán)境管理。我們可以想象的任何“東西”都可能連接到互聯(lián)網(wǎng)，提交數(shù)據(jù)以在云端進(jìn)行處理，從網(wǎng)絡(luò)上的任何地方進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，允許通過(guò)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用更新，或者三者的組合。

　　巨大的變化即將到來(lái)。以前通過(guò)簡(jiǎn)單的有線接口連接到本地控制器的傳統(tǒng)傳感器將轉(zhuǎn)變?yōu)槲锫?lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，為工業(yè) 4.0 等“大數(shù)據(jù)”應(yīng)用程序提供支持，這將圍繞基于云的密集分析，以加強(qiáng)對(duì)機(jī)械和設(shè)備的控制和管理。過(guò)程。以經(jīng)濟(jì)高效的方式將大量傳感器（包括傳統(tǒng)傳感器）連接到云端將取決于使用工業(yè)領(lǐng)域中已經(jīng)普遍使用的協(xié)議（例如 CAN、現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議、ZigBee ?或其他協(xié)議）通過(guò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備將現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)橋接到互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議轉(zhuǎn)換器。

　　另一方面，今天圍繞物聯(lián)網(wǎng)的大部分炒作都與智能連接設(shè)備有關(guān)，這些設(shè)備能夠處理來(lái)自一個(gè)或多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)并獨(dú)立執(zhí)行各種功能，以及將處理后的信息傳遞到云端進(jìn)行分析或存儲(chǔ)。諸如傳感器融合之類的本地處理結(jié)合了來(lái)自運(yùn)動(dòng)傳感器的原始數(shù)據(jù)以創(chuàng)建有用的位置和航向信息，可以有效地減少主應(yīng)用處理器和網(wǎng)絡(luò)上的負(fù)載，從而節(jié)省整體功耗和成本。

　　傳感器融合以卸載主機(jī)

　　可穿戴電子設(shè)備和其他移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一個(gè)主要要求是從一組運(yùn)動(dòng)傳感器（例如加速度計(jì)、磁力計(jì)和陀螺儀）收集數(shù)據(jù)，這些傳感器可以與其他傳感器（例如氣壓傳感器和 GPS 傳感器）結(jié)合使用。一個(gè)典型的需求是監(jiān)控智能手表或健身手環(huán)等可穿戴設(shè)備的方向和運(yùn)動(dòng)，計(jì)算傾斜、搖晃、旋轉(zhuǎn)或擺動(dòng)等信息，并使用短距離無(wú)線技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)，例如藍(lán)牙?，到智能手機(jī)。智能手機(jī)通常使用數(shù)據(jù)來(lái)驅(qū)動(dòng)本地應(yīng)用程序，還會(huì)通過(guò) Wi-Fi 或 3G 或 LTE 等蜂窩連接將數(shù)據(jù)發(fā)送到云端。在運(yùn)動(dòng)或健身場(chǎng)景中，用戶可以選擇將個(gè)人表現(xiàn)數(shù)據(jù)同步到其他設(shè)備或與朋友或競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手分享。其他類型的可穿戴設(shè)備（例如健康監(jiān)視器或個(gè)人工業(yè)安全監(jiān)視器）可以在本地使用傳感器數(shù)據(jù)為佩戴者生成警告，而在云端運(yùn)行的應(yīng)用程序負(fù)責(zé)維護(hù)記錄并向護(hù)理協(xié)調(diào)員或主管生成警報(bào)。

　　傳感器融合，結(jié)合多個(gè)傳感器的輸出，產(chǎn)生一組連貫的數(shù)據(jù)，并可以通過(guò)利用不同傳感器類型的個(gè)體優(yōu)勢(shì)來(lái)提高應(yīng)用程序性能，以最大限度地提高準(zhǔn)確性和響應(yīng)能力。傳感器集線器通常用于處理來(lái)自傳感器的原始數(shù)據(jù)并生成應(yīng)用程序就緒信息，而不會(huì)增加主應(yīng)用程序處理器的負(fù)載。該集線器在一個(gè)小型低功耗微控制器中實(shí)現(xiàn)。傳感器可以是分立器件、多個(gè)共同封裝的 MEMS 傳感器或完全集成的傳感器融合器件，它們還包括一個(gè)充當(dāng)集線器的微控制器。

　　用于SAMD21J微控制器的 Atmel SAMD21 Xplained-Pro開(kāi)發(fā)板演示了如何從安裝在 Atmel ATBNO055-XPRO擴(kuò)展板上的 Bosch Sensortech BNO055 智能運(yùn)動(dòng)傳感器等傳感器融合設(shè)備讀取數(shù)據(jù)。該擴(kuò)展板插入主 Xplained-Pro 板的 EXT1 端口。板載傳感器將 MEMS 加速度計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì)元件與 ARM ? Cortex ? -M0 微控制器相結(jié)合，處理原始傳感器數(shù)據(jù)并使融合數(shù)據(jù)可用作四元數(shù)、歐拉角、旋轉(zhuǎn)矢量、線性加速度、重力或航向。

　　歐拉角是完整描述剛體在三維空間中的方向所需的三個(gè)角度。圖 1 顯示了描述如何通過(guò) I 2 C 連接從傳感器讀取歐拉數(shù)據(jù)的示例代碼。

　　/*************讀取原始?xì)W拉數(shù)據(jù)************/

　　147/* 用于讀取歐拉 h 數(shù)據(jù)的變量 */

　　148s16 euler_data_h = BNO055_ZERO_U8X;

　　149/* 用于讀取 euler r 數(shù)據(jù)的變量 */

　　150s16 euler_data_r = BNO055_ZERO_U8X;

　　151/* 用于讀取歐拉 p 數(shù)據(jù)的變量 */

　　152s16 euler_data_p = BNO055_ZERO_U8X；

　　153/* 用于讀取 euler hrp 數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu) */

　　154結(jié)構(gòu) bno055_euler_teuler_hrp ;

　　圖 1：通過(guò) I 2 C讀取傳感器歐拉數(shù)據(jù)（來(lái)源：github.com/BoschSensortec/BNO055_driver/）

　　從簡(jiǎn)單的有線傳感器到物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備

　　在工業(yè)中，物聯(lián)網(wǎng)提供了一種工具來(lái)彌合工廠車間事件之間的鴻溝，知識(shí)經(jīng)理需要實(shí)時(shí)做出日常決策并計(jì)劃長(zhǎng)期維護(hù)和投資以提高生產(chǎn)力和質(zhì)量。各種方法已將制造設(shè)備與后端系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)：物聯(lián)網(wǎng)是工業(yè) 4.0 的推動(dòng)者，現(xiàn)在可以訪問(wèn)云計(jì)算能力和互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模經(jīng)濟(jì)。利用云中可用的大量資源，更密集的數(shù)據(jù)處理可以識(shí)別以前不可見(jiàn)的趨勢(shì)或效率低下，并且可以擴(kuò)展應(yīng)用程序以支持額外的數(shù)據(jù)流，從整個(gè)企業(yè)的多個(gè)位置提供更豐富的信息源。

　　幾代人以來(lái)，制造機(jī)械、傳送帶和工廠環(huán)境的其他方面已經(jīng)采用越來(lái)越多的傳感器，這些傳感器已使用各種標(biāo)準(zhǔn)（例如簡(jiǎn)單的兩線接口、CAN、現(xiàn)場(chǎng)總線或無(wú)線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)）連接到本地控制器或 PLC例如 ZigBee ??，F(xiàn)在，需要網(wǎng)關(guān)將這些傳感器、機(jī)器和 PLC 轉(zhuǎn)變?yōu)槲锫?lián)網(wǎng)設(shè)備。通常，網(wǎng)關(guān)是物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的一個(gè)關(guān)鍵方面，對(duì)于向家庭和企業(yè)提供服務(wù)至關(guān)重要。

　　飛思卡爾基于其 QorIQ Layerscape 架構(gòu)通信處理器（例如雙核 LS1021 或LS1024）制作了物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)參考設(shè)計(jì)。該參考設(shè)計(jì)利用了豐富的連接資源，包括串行接口、GPIO 和千兆以太網(wǎng)端口，以及內(nèi)置的安全功能。如圖 2 所示，該設(shè)計(jì)還可以利用龐大的 Arduino 生態(tài)系統(tǒng)快速輕松地集成傳感器等設(shè)備。

　　圖 2：飛思卡爾基于 QorIQ 處理器的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)參考設(shè)計(jì)。（點(diǎn)擊這里查看全尺寸圖片）

　　網(wǎng)關(guān)的網(wǎng)關(guān)

　　網(wǎng)關(guān)支持廣泛的連接性，這將使物聯(lián)網(wǎng)變得無(wú)處不在。但是，如果需要連接大量傳感器或開(kāi)關(guān)檢測(cè)輸入，超出中央處理器的 GPIO 資源，飛思卡爾MC34798等多開(kāi)關(guān)檢測(cè)接口允許將多達(dá) 22 個(gè)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)連接到一個(gè)飛思卡爾 LS1024 雙核 QorIQ 處理器提供的兩個(gè)串行外設(shè)接口 （SPI） 端口中的一個(gè)。圖 3 顯示了開(kāi)關(guān)檢測(cè)器如何在開(kāi)關(guān)和主機(jī) SPI 端口之間連接。

　　圖 3：通過(guò)飛思卡爾的 MC34978 將多個(gè)開(kāi)關(guān)連接到主機(jī) SPI 端口。

　　結(jié)論

　　出于方便、成本或功率等原因，物聯(lián)網(wǎng)需要與使用非 IP 協(xié)議進(jìn)行通信的各種設(shè)備連接，包括已經(jīng)存在的舊設(shè)備。各種非 IP 連接可以形成物聯(lián)網(wǎng)的“手指”，將末端的傳感器連接到網(wǎng)關(guān)設(shè)備，這些設(shè)備為通向云的基于 IP 的基礎(chǔ)設(shè)施提供橋梁。可以使用多種技術(shù)創(chuàng)建這些連接，例如連接到 Internet 的集線器和網(wǎng)關(guān)設(shè)備中的傳感器融合或協(xié)議轉(zhuǎn)換。