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互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展促生了物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)4.0，整個(gè)世界仿佛在頃刻之間變得互通互聯(lián)。數萬(wàn)億的感應器被裝配在數十億的控制器和數百萬(wàn)的網(wǎng)關(guān)之上，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)將數據傳送至地球的各個(gè)角落。這樣的趨勢凸顯了傳統工業(yè)系統的不便攜性和不靈活性，通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)連接網(wǎng)絡(luò )與高效率數據運算處理來(lái)提升工業(yè)系統作業(yè)效率以及增加工業(yè)生產(chǎn)的附加價(jià)值是勢在必行。而這種轉型依賴(lài)于一系列技術(shù)，從低功率無(wú)線(xiàn)協(xié)議到高性能微控制器，不一而足。 低功率的無(wú)線(xiàn)鏈路和微控制器 在這些技術(shù)中，低功率的無(wú)線(xiàn)鏈路和微控制器將作為整個(gè)鏈路的核心，起到至關(guān)重要的作用。舉例來(lái)說(shuō)，Silicon Labs最新推出了一款Gecko微控制器，采用的便是這種低功耗模式——在接收感應器發(fā)出的信號之后，控制器才會(huì )相應地啟動(dòng)，在發(fā)送數據后會(huì )自動(dòng)關(guān)閉。這些微控制器使用3.6V的電池可以作業(yè)10到20年，能夠應用到智能電網(wǎng)電力輸配以及感應器網(wǎng)絡(luò )。由于功耗極低，這些設備現在已經(jīng)可以通過(guò)太陽(yáng)能電池，甚至是周?chē)h(huán)境中的射頻或熱能來(lái)提供能源，無(wú)需再使用電池或者電源線(xiàn)。 與此同時(shí)，這些設備還需要依賴(lài)于物聯(lián)網(wǎng)所采用的各種協(xié)議。2.4GHz ZigBee 網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )現已被廣泛地應用于M2M（機器到機器）領(lǐng)域，使得增加網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)、鏈接至網(wǎng)管設備變得十分便捷，最新版本的ZigBee IP已經(jīng)升級到了IPv6標準，并支持從網(wǎng)絡(luò )上直接接入感應器節點(diǎn)，從而令使用者可以控制更多的設備。 軟件的力量 軟件是物聯(lián)網(wǎng)的另一個(gè)關(guān)鍵元素，Wind River已經(jīng)以因特爾架構處理器為基礎，開(kāi)發(fā)出了一個(gè)完整的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，為用戶(hù)提供即開(kāi)即用型元件，以確保物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的安全、互聯(lián)，并在統一平臺進(jìn)行管理。該軟件增加了網(wǎng)管安全以及Lua、Java和OSGi的應用場(chǎng)景，以支持資源受限設備及全功能設備的便攜性、擴展性和重復利用性應用的開(kāi)發(fā)，同時(shí)也對WiFi、藍牙、ZigBee以及其他進(jìn)程無(wú)線(xiàn)協(xié)議提供支持。 與此同時(shí)，其他半導體供應商已經(jīng)與軟件供應商攜手，為用戶(hù)提供完整的泛物聯(lián)網(wǎng)解決方案：飛思卡爾半導體公司已經(jīng)與ARM和甲骨文共同研發(fā)出了一個(gè)安全的“one box ”平臺，該平臺結合了端到端軟件以及分層智能網(wǎng)關(guān)，為安全的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供和管理，創(chuàng )造了一個(gè)公用的開(kāi)放的框架。 同時(shí)三家公司還合作，對ARM mbed項目節點(diǎn)的開(kāi)發(fā)進(jìn)行簡(jiǎn)化。這將使得ARM mbed中的本機硬件抽象層（HAL），能夠在以ARM為基礎的飛思卡爾Kinetis微控制器上運行甲骨文Java ME Embedded軟件。 云計算也可以用于對此類(lèi)感應器節點(diǎn)進(jìn)行支持。遠程訪(fǎng)問(wèn)軟件公司LogMeIn 的子公司Xively已經(jīng)為商用物聯(lián)網(wǎng)研發(fā)出了首款公有云平臺，該公司目前正與Linear Technology合作，加速推出超低功耗云聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品。通過(guò)將Linear推出的Dust Networks無(wú)線(xiàn)感應器與 Xively旗下的云服務(wù)進(jìn)行集成，該公司可以為開(kāi)發(fā)人員以及原始設備制造商提供一個(gè)高性?xún)r(jià)比的端到端物聯(lián)網(wǎng)解決方案，通過(guò)大規模的商業(yè)部署及管理可以用于早期的原型設計及確認。 ARM Cortex-M3無(wú)線(xiàn)感應器是為IP兼容性而開(kāi)發(fā)的，采用的是6LoWPAN以及802.15.4e標準協(xié)議，可以提供99.999%以上的數據可靠性以及10年以上的電池壽命，使得在最極端的環(huán)境下部署無(wú)線(xiàn)感應器網(wǎng)絡(luò )成為可能。一個(gè)入門(mén)工具包包括應用代碼示例，Xively注冊用戶(hù)可以使用這一代碼將DC9000設備與聯(lián)網(wǎng)的計算機進(jìn)行連接，幫助IP感應器網(wǎng)絡(luò )自動(dòng)注冊為Xively“產(chǎn)品”；而節點(diǎn)及感應器，可以作為“設備”將數據安全地發(fā)送至用戶(hù)的Xively云端。 新技術(shù)的興起 還有一些領(lǐng)域的發(fā)展正在“風(fēng)生水起”：低功率的WiFi目前已經(jīng)開(kāi)始使用低數據率和數據快速發(fā)送技術(shù)，從而大大延長(cháng)電池壽命，同時(shí)通過(guò)大規模出貨的方式降低了成本。與此同時(shí)，藍牙4.0最新標準版中的Bluetooth Low Energy (LE) 應用同樣支持超低功耗網(wǎng)絡(luò )連接，其已經(jīng)在增加消費電子銷(xiāo)量、降低成本等方面顯現成果，而在物聯(lián)網(wǎng)的應用方面，人們的興趣也是日益濃厚。 這種濃厚的興趣還推動(dòng)了許多新技術(shù)的誕生，例如針對物聯(lián)網(wǎng)應用專(zhuān)門(mén)研發(fā)的Weightless協(xié)議。所有感應器和控制器都需要連接至網(wǎng)關(guān)，而大型芯片公司都準備迎戰這一市場(chǎng)。德州儀器將MAC及以太網(wǎng)物理接口集成到了以ARM為基礎的微控制器上，從而大大簡(jiǎn)化了設計。德州儀器最新的設備是首款搭載以太 MAC+PHY以及芯載數據保護及LCD控制器的ARM Cortex-M4控制器，可以顯著(zhù)節省主板空間并為聯(lián)網(wǎng)應用——例如家用/建筑自動(dòng)網(wǎng)關(guān)、聯(lián)網(wǎng)人機交互界面（HMI）、網(wǎng)絡(luò )感應器網(wǎng)關(guān)、安全接入系統及可編程邏輯控制器等——提供支持。集成式CAN及USB提供了高速聯(lián)網(wǎng)性能，使得無(wú)縫網(wǎng)關(guān)解決方案的創(chuàng )建成為可能， 同時(shí)通過(guò)10個(gè)I2C端口、2個(gè)快速而準確的12-bit 模擬數字轉換器（ADC）、兩個(gè)正交編碼器借口、三個(gè)芯載比較器、外部接口以及先進(jìn)的脈沖寬度調節（PWM）輸出接口，推動(dòng)了照明、感應、動(dòng)作、現實(shí)及切換用傳感器的聚合。 在工業(yè)4.0時(shí)代，電子元件商不僅僅要抓住機遇，更要預知機遇。以上提及方面凸顯了一些物聯(lián)網(wǎng)背后的發(fā)展趨勢：越來(lái)越具兼容性和支持多種協(xié)議的感應器及設備正在被大量需求，同時(shí)，軟件環(huán)境、端到端部署及應用開(kāi)發(fā)也正顯現自己的一席之地。這種趨勢將會(huì )進(jìn)一步刺激其研發(fā)及出貨量的增長(cháng)，同時(shí)降低成本。想要追趕工業(yè)4.0“洪流”的企業(yè)應當多加留意。 |
