物联网设计的嵌入式解决方案

时间:2023-08-14
    物联网设计
    通常,步是为您的原型选择理想的开发套件。尝试从头开始构建云连接的物联网系统可能是一项艰巨的任务。它可能成本高昂且耗时,并且需要许多不同工程学科的知识。今天的开发人员在设计决策方面面临着比以往更多的挑战,包括更长的开发时间和更多的安全威胁。
    物联网传感器网络和智能设备将融入我们环境的几乎各个方面:我们的家庭、物理对象、交通和通信系统、服装和人体,使我们能够连接和交换数据。物联网中有潜在的机会,但除非工作流程得到简化并且组件更加模块化,否则很难充分利用它们。
    对于物联网应用程序,可能存在三种不同类型的项目:
    云连接项目:云是由服务器构建的,这些服务器使用专用软件来分析和处理系统收集的数据。
    连接到本地网络的项目:它们使用 Intranet 网络进行通信。
    网关项目:网关系统通常用于使现有系统适应互联网。
    事实证明,开发套件和其他原型平台对于平衡物联网供应链、加速创新以及激励任何有想法和雄心的人设计和创建成功的物联网解决方案至关重要。
    Microchip 解决方案
    “我们仍然发现物联网的采用速度相当缓慢,”Microchip Technology 营销总监 Oyvind Strom 说道。“有很多解决方案,但我们看到庞大的客户群,但不一定所有人都对物联网感到满意。我们一直在做的是推出边缘节点和网关,重点关注易用性。“
    安全硬件解决方案有助于防范安全威胁,从远程网络攻击到制造假冒产品。
    Microchip 提供一系列新型、智能、互联且安全的快速原型解决方案。通过PIC平台和AVR平台,有四个新的物联网Wi-Fi开发平台。PIC 和 AVR 产品线的两款新蓝牙原型板将扩大物联网原型设计的选择。此外,采用 Amazon GreenGrass 和 Azure 的新 IoT 网关解决方案将完善该产品组合。与 Sequans 的合作还将允许为 LTE-M 和 M/NB-IoT 基础设施连接实施新的套件解决方案。
    每个解决方案的设计重点都是智能工业、医疗、消费、农业和零售应用的易用性和快速开发,并考虑到安全性。连接技术的广泛选择,结合全系列的微控制器和微处理器性能及外设功能,使这些解决方案可在广泛的市场中扩展。
    “当客户想要开发物联网解决方案时,您可以在没有云的情况下实现物联网,也可以使用云实现物联网,”Strom 说。“云计算是世界上增长快的领域之一。目前有三大云公司:谷歌、亚马逊和微软。我们与他们所有人都有合作关系。”
    Microchip 广泛的产品组合包括以下旨在降低项目成本和开发复杂性的解决方案。PIC-IoT WA 和 AVR-IoT WA 板是两款新型 PIC 和 AVR MCU 开发板。他们与 Amazon Web Services (AWS) 合作开发,帮助设计人员通过 Wi-Fi 将 IoT 传感器节点本地连接到 AWS IoT Core 服务。
    “当你购买这块板时,你基本上可以用 USB 插头将其插入你的 PC,它会将你带到一个专用网页,你可以在其中输入你的 Wi-Fi 凭证,然后你将在 30 秒内将数据流式传输到亚马逊云次将该板插入您的计算机,”Strom 说。“从此之后,您可以继续利用我们围绕该开发板的综合生态系统开发您的应用程序。这是一款功能非常强大的主板,采用业界成本效益的微控制器完成,它表明您无需使用 32 位平台即可实现边缘节点物联网。”
    两块板均配有温度传感器和光传感器,仅供演示之用。微型总线扩展插座允许从 Click 板添加 300 多个不同的传感器,我们的生态系统也支持这些传感器(图 1)。

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    图 1:PIC/AVR-IoT WA 板(图片:Microchip)
    SAM-IoT WG 板将 Google Cloud IoT Core 与流行的 SAM-D21 Arm Cortex M0+ 32 位 Microchip 系列微控制器连接起来(图 2)。
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    图 2:SAM-IoT 工作组(图片)
    基于 Azure IoT SAM MCU 的物联网开发平台将 Azure IoT SDK 和 Azure IoT 服务与 Microchip 的 MPLAB X 开发工具生态系统集成在一起。该卡提供了更高的计算性能。除了传输数据之外,您还可以使用板上的人工智能进行分析。
    “例如,预测维护类型的应用程序可能就是其中之一,”斯特罗姆说。“该板还可以用于视觉。物联网节点的此类高端应用将是该平台的合适目标。”
    除了 Wi-Fi 板之外,工业领域也有许多实施蓝牙的要求。当今工业设备的所有类型的维护和修理都是通过集成蓝牙进行的。服务技术人员可以从平板电脑或手机上读取错误代码等信息,以避免在机器内部进行机械操作。
    PIC-BLE 和 AVR-BLE 板基于适用于传感器节点设备的 PIC 和 AVR 微控制器,这些传感器节点设备通过蓝牙低功耗 (BLE) 网关连接到工业、消费和安全应用的移动设备以及云。
    为了确保只有授权设备才能连接到嵌入式设备,板载安全元件 IC 完成了从嵌入式设备到云端的信任根。

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    图 3:PIC/AVR-BLE 板(图片:Microchip)

    可以从 Google Play 或 iPhone App Store 名为 LightBlue 的应用程序(图 4)。

    主要的板载传感器是温度、光线和三轴加速度计。可以实现其他外部点击板传感器并从 LightBlue 开始开发自定义应用程序。
    只要您可以利用 Wi-Fi 和 BLE,如果您始终拥有网关解决方案就会有所帮助。Wi-Fi 可以是您家里的路由器,但如果您想要一个封闭的网络,您还需要在应用程序中提供网关。
    采用 AWS IoT Greengrass 的网关解决方案基于的无线模块系统 (SOM) ATSAMA5D27-WLSOM1,它集成了 SAMA5D2 MPU、WILC3000 Wi-Fi 组合模块和蓝牙,完全由高性能MCP16502 电源管理集成电路 (PMIC)。
    “这些解决方案经过了 AWS Greengrass 解决方案的全面,”Strom 说。“Greengrass 是 Amazon 的解决方案,您可以在节点上本地进行云计算。这可以有很多优点,包括近乎实时的响应以及即使互联网连接中断也能运行的能力。”
    Microchip 与 Sequans 合作推出的另一个解决方案是 LTE-M/NB-IoT 开发套件。它包括基于 Sequans Monarch 芯片的模块,可实现物联网节点的覆盖并利用的低功耗 5G 蜂窝技术。
    这个想法是网关再次成为客户的障碍。如果您想将数据直接传输到云端,LTE-M/NB-IoT 解决方案是选择。目前,大型网络已开始推出 5G 网络,通过 5G,它们将使大量物联网节点直接连接到移动网络。
    世界上有两个标准。有一种称为 LTE-M,另一种称为 NB-IoT。它们很接近,但不同地区有不同的标准(图5)。
    Sequans 拥有可在美洲、所有欧洲国家、日本和中国使用的 5G 技术。借助该解决方案,Microchip可以通过所有主要网络通过LTE-M/NB-IoT技术和物联网技术为客户提供服务。
    Microchip 的全新物联网解决方案基于该公司广泛的开发工具生态系统,重点关注 MPLAB X 集成开发环境 (IDE)。MPLAB X 代码配置器 (MCC) 等代码生成器可自动执行并加速小型 PIC 和 AVR 微控制器的应用代码创建和定制。同时,Harmony 的软件库支持微控制器和微处理器的所有 32 位解决方案。
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