MCU+智能传感,无缝物联网全靠它俩了!
至今为止,尚未有一项无线技术能满足所有物联网应用,因此微控制器(MCU)开发商竞相推出可同时支援多种无线技术的新一代解决方案,简化智慧感测和联网功能设计,并降低物料清单(BOM)成本,进而打造无缝连结的物联网环境。
设计消费与工业智慧联网应用时,制造商常得选择该使用何种无线标准,此类装置在许多领域尚属新兴技术,例如在市面上智慧灯泡产品中,就使用多种无线联网标准。其他必须选择无线标准的应用市场包括遥控、家庭/建筑自动化、智慧量表、健康/医疗、穿戴式装置、安全警示等。
由于无线电是智慧感测应用的核心要素,开发人员过去在设计时,很早就得决定无线标准选项,做为产品规画与开发基准,许多设计项目也随无线标准而定,如收发器技术、印刷电路板(PCB)配置、软体堆叠、无线电存取的应用程式介面(API)。
假设制造商选用ZigBee技术后,在设计过程里,最新市场资料显示,若改用蓝牙智慧(Bluetooth Smart)技术,将大幅扩张目标客层规模。
例如Bluetooth Smart无线电元件可能得向不同厂商采购,且应用产品也得随新的软体堆叠与API调整,为更改无线标准,几乎得完全重新设计。即便Bluetooth Smart无线元件的供应商与原本ZigBee元件相同,两者技术也完全不同,这种差异将导致新设计大多无法沿用现有方案,严重拖累设计完成与产品上市时 间,可能也将增加工程成本。
SimpleLink平台满足无线设计弹性
近来全球主要无线晶片开发商,如德州仪器(TI)等深知在开拓新市场或推广新技术时,设计弹性至关重要,缺乏弹性可能导致产品在市场上乏人问津,故可配置能力高低攸关产品成败。
为扩大制造商选择无线技术的空间,德州仪器遂推出SimpleLink超低功率无线微控制器平台,采用安谋国际(ARM)Cortex-M3架构,快闪记忆体容量介于32 KB至128 KB,处理能力可独立满足多种智慧感测应用。
SimpleLink 独特之处在于无线技术的扩充性,支援多种无线电及接脚相容封装选项,如Bluetooth Smart、Sub-1GHz、ZigBee、6LoWPAN、IEEE 802.15.4、RF4CE及其他专利模式,运作速率最高达5Mbit/s。该平台可直接改变无线电硬体选项,所有2.4GHz及Sub-1GHz技术 均接脚相容,大部分周边元件也相同,制造商因此握有较大弹性。
这项平台的程式码也与上述各种标准相容,不过由于无线电堆叠各异,更换 无线标准时,势必会影响应用软体设计,故必须纳入考量标准,例如6LoWPAN堆叠使用IP讯息介接,而Bluetooth Smart应用则读取或修改各种属性,均须纳入无线微控制器平台的API支援中。
制造商能以模组思维设计无线电介面,相较于应用装置直接存取无线电,可改由应用装置传送资料至无线电功能,再依据所需使用适合的API处理收发资料,让无线API转为抽象,因此即便在设计后期转换无线标准,也只需要更换无线电功能即可。
多标准无线MCU平台减轻设计风险
透 过极具弹性的无线连结技术平台架构,制造商可待设计后期再选择无线联网协定,只要首部无线电装置完成,设计其他无线电装置就不须花费太多力气,故可同时开 发多项无线电产品。不仅如此,由于同一设计可轻松移植至不同无线电技术,制造商可使用相同基础设计支援多种无线标准,不仅能降低揣测市场喜好的风险,也能 以符合成本效益的方式提供多种选项。
此一超低功率无线MCU平台目前有两项方案,包括支援Bluetooth Smart,以及支援6LoWPAN与ZigBee的版本;今年厂商再推出支援ZigBee RF4CE,以及支援Sub-1GHz的两个新版本。每项装置的营运功率超低,只需钮扣型电池即可运作数年,或甚至完全仰赖能源采集 (Energy Harvesting),让制造商拥有更多弹性及创新机会,连接至许多感测器及物件。
由于该方案可更改支援的无线标准,装置内单一晶片即可支援多种无线电,只要在现场重新编程,系统即可与ZigBee或Bluetooth装置沟通。
智慧感测设计须全面考量
许多智慧感测应用只能仰赖单一钮扣型电池,就得以永久连接模式运作多年,有些设计甚而没有电池,故须倚赖能源采集技术的有限电量,尤其穿戴式应用对耗能变化更加敏感。
SimpleLink 平台创新之处在于整合多项处理器,依据智慧感测应用平台功能,提供不同程度的运算能力,只要搭配合适的处理器,SimpleLink无线微控制器即可以最 低功率运作。其以Cortex-M3为主要处理器,提供独立MCU所需的表现,可智慧管理感测系统,Cortex-M3的处理能力可满足应用及高阶堆叠处 理,能源效能极佳,仅需48MIPS。此外,该平台亦内建Cortex-M0,专门管理系统低阶无线电需求,为主要CPU
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