作者：Microchip Technology Inc. 資深產品營銷經理Jason Tollefson 隨著物聯(lián)網(wǎng)（IoT）逐漸普及，推出的家用電器讓消費者得以控制其成本和時間，生產商也能獲得新的收益和服務模式。電器設計人員可在其產品中配備傳感器和顯示器以監(jiān)視其使用模式，并提供即時服務和專屬的購買商機。 當IoT的預期部署量遠多于智能手機時，將有數(shù)百億“事物”需要供電。電器設計人員希望降低或至少維持其目前的功耗水平，以便在增加IoT功能時也能符合政府法規(guī)。 為滿足這一需求，需要超低功耗單片機（MCU）和Bluetooth? Smart無線電。它們代表一種靈活且經濟高效的方式，可在IoT的邊緣連接物體。讓我們一起探索低功耗IoT系統(tǒng)的這些領域吧。 定義IoT IoT有許多種解讀，通常取決于您服務的市場，但維基百科中的一個定義（如圖1所示）恰當?shù)馗爬舜烁拍睢? 圖1——IoT定義 因此，將此定義應用到電器后，IoT電器將成為惟一可識別、提供Bluetooth Smart或Wi-Fi?等高級連接功能且連接到現(xiàn)有互???網(wǎng)基礎設施中的設備。 支持IoT功能的服務 針對消費者和生產商，將電器連接到全新領域中的互聯(lián)網(wǎng)據(jù)點。這能夠讓消費者更有效地控制成本和管理時間，同時還可讓生產商監(jiān)視電器的性能、主動解決維護問題并提供收益產生結構。 表1——最熱門的5個新電器服務示例 使能智能手機作為您的IoT網(wǎng)關 利用智能手機、??功耗MCU和Bluetooth Smart無線電，電器制造商能夠以最簡單的方式在其產品中添加IoT功能。智能手機現(xiàn)在都隨附集成Bluetooth Smart功能，可即時將網(wǎng)關提供給互聯(lián)網(wǎng)，并增加了簡化電器配對這一優(yōu)勢。智能手機應用程序可控制用戶體驗并管理與電器之間的數(shù)據(jù)傳輸。支持IoT功能的電器也可利用Wi-Fi提供恒定通道來傳送傳感器數(shù)據(jù)，但配對可能更具挑戰(zhàn)性。 Bluetooth Smart提供信標功能，可大幅簡化配對過程。當信標在智能手機附近時，前者可向后者通告其位置。另一方面，Wi-Fi配對則需要按下路由器（通常位于另一個房間）上的Wi-Fi Direct按鈕。 產生有價值的數(shù)據(jù) 電器IoT連接的價值源于低功耗MCU與Bluetooth Smart無線電配對。MCU收集功耗或運行小時數(shù)等傳感器數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在電器中產生并以可使用的格式存儲。當智能手機與電器連接時，將上傳并發(fā)送或顯示這些數(shù)據(jù)。低功耗MCU和無線電也可以提升連接能力而不增加可測量的功耗，從而一直符合政府法規(guī)。 Bluetooth入門 鑒于此系統(tǒng)非常簡單，我們來詳細探究一下元件。我們從Bluetooth開始。您很可能已經以某種形式使用Bluetooth多年。您的手機可能擁有Bluetooth耳機，許多汽車可能配備Bluetooth來實現(xiàn)音頻流傳輸。但對于IoT電器，我們關注的Bluetooth技術是Bluetooth Smart。這是最近開發(fā)的新標準，只有Bluetooth SIG提供。此新標準支持低功耗運行，非常適合IoT應用。請查看表22，您會發(fā)現(xiàn)Bluetooth Classic提供更長的范圍和2.1 Mbps的吞吐量。但IoT電器之類的低數(shù)據(jù)速率應用并不需要此速率。Bluetooth Smart的優(yōu)點是可快速連接、具有符合IoT需求的吞吐量，并可提供較低的功耗。 表2——Bluetooth比較 Bluetooth Smart專為IoT邊緣上的設備而設計。回顧IoT設備的維基百科定義，它必須是惟一且可識別的。Bluetooth Smart具備該功能。例如，圖2描述了Bluetooth Smart醫(yī)療應用的組織結構。 圖2——Bluetooth配置文件層級 圖2中的層級顯示Bluetooth血壓配置文件。此配置文件配有相關服務，例如設備服務和血壓服務。您會看到配置文件包含UUID、惟一可識別信息（此示例中為制造商），這對IoT必不可少。這只是Bluetooth Smart GATT或一般屬性設定檔的其中一個示例。Bluetooth設備通常直接支持配置文件，如圖3所示。此外，還有適用于其他許多應用的配置文件，包括自定義配置文件。自定義配置文件也適用于電器。 圖3——Bluetooth Smart模塊框圖 Bluetooth Smart節(jié)能 除了惟一可識別屬性，Bluetooth Smart無線電的功耗需求也使其特別適合IoT電器。無線電能夠維持與智能手機配對而無需持續(xù)連接；而且，由于連接需要功耗，這樣可實現(xiàn)節(jié)能。Bluetooth無線電的“連接間隔”和“從設備延時”功能可達到此目的。在圖4中，連接間隔是進入低功耗狀態(tài)之前，從設備或“外設”傳輸?shù)街悄苁謾C或“中央設備”之間的時間段。這段時間在數(shù)毫秒到數(shù)秒之間變化，連接的規(guī)律由從設備延時決定。結合這些參數(shù)時，可以每7.5毫秒一次的頻率傳輸數(shù)據(jù)，或每33分鐘一次的頻率傳輸數(shù)據(jù)以最大程度節(jié)能。 圖4——Bluetooth Smart通信周期 由于Vin等于Vref且S3促成了單位增益反饋，因此Vo等于Vref。C1在放電或在復位之后首次放電。在任何情況下，這一階段確保了C1被充分放電之后再進入到下一階段。在t1結束時，S1保持在打開狀態(tài)，S2保持關閉，S3被關閉，S4被打開，而RA0被配置成輸入引腳。這樣就得到了圖4中的等效電路。 低功耗MCU功能 當然，功耗公式的另一半來自MCU。功耗主要由功耗模式狀態(tài)和時鐘速度決定。 功耗模式 許多新的低功耗MCU都包含功耗模式。這是在軟件控制下更改MCU配置的能力。典型示例有運行、打盹、空閑、低電壓休眠和深度休眠。其中的每種模式都有影響功耗的重要特性。例如，PIC? MCU具有打盹和低電壓休眠模式。在打盹模式下，MCU可以比其片上外設更低的頻率運行代碼。這可降低電流消耗，但仍可使UART等關鍵外設以適當?shù)牟ㄌ芈释ㄐ拧５碗妷盒菝呖申P閉高性能片上穩(wěn)壓器以達到低電流穩(wěn)壓功能，僅使用幾百納安的電流來保留完整的MCU狀態(tài)。從運行模式切換到低電壓休眠模式可減少99.9%的電流消耗。 時鐘切換 低功耗MCU還提供實時時鐘切換功能。這是根據(jù)任務來改變時鐘頻率的能力。如果您正在基于傳感器數(shù)據(jù)運行數(shù)學密集型濾波算法，請以全速時鐘速度運行。如果處于簡單循環(huán)并且正在等待中斷，請降低時鐘速度以節(jié)省電流。使用這些方法可將電流消耗從5毫安減少到26微安——節(jié)能達99%。結論：低功耗MCU可輕松節(jié)能。 向邊緣邁進 針對各種電器設計加入IoT的邊緣相當容易。借助低功耗MCU和Bluetooth無線電的內置功能，現(xiàn)在可從符合能源法規(guī)的電器與IoT建立連接。此連接可收集和處理數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街悄苁謾C，這在幾年前是無法實現(xiàn)的。隨著智能手機日益普及，它們能夠讓您建立高價值應用。消費者十分重視這種連接能力，因為這能讓他們使用隨身攜帶的智能手機來管理忙碌的生活。制造商也能從洞悉產品性能和使用情況中受益，可利用現(xiàn)代化的市場營銷和服務技術來減少生命周期成本和增加收入，并深入了解新一代電器的開發(fā)。 IoT就在這里，它代表著新的商機，請大膽邁出第一步吧。 (mbbeetchina)