物联网开发人员需要了解的有关连接的知识

本文可作为初步指南，帮助那些几乎没有射频或蓝牙专业知识的人开始物联网 （IoT） 设计并快速进入市场。

物联网领域继续快速增长。在健身和活动追踪器、智能手表、联网汽车等之间，消费者驱动的利用设备和小工具中的各种传感器来检索可测量数据的愿望空前高涨。物联网面临的挑战将是大众市场的支持，并通过易于使用、易于部署的无线技术和可以将计算资源驱动到设备的复杂传感器来创造物联网的可访问性。这种方法可以减少原本委托给云的繁重工作，从而可以创建更节能的解决方案，提供世界一流的性能和环境/用例准确性。

希望进入物联网的原始设备制造商 （OEM） 需要考虑几个因素，包括他们的设计理念。进入消费物联网市场通常会推动设计实现简单、直观的设置和操作与延长电池寿命的平衡，同时降低功耗、成本和外形尺寸。为了满足这些需求，应该从一开始就选择正确的通信技术。

低功耗蓝牙（BLE 或蓝牙智能对许多人来说）可以轻松使用。当蓝牙 SIG 宣布正式采用蓝牙核心规范 4.0 版时，它包含了蓝牙智能（低能耗）功能，为开发人员提供了一种简单有效的方法，可以通过手机和平板电脑等支持 BLE 的平台为嵌入式设备实现互联网连接。一系列加速度计；磁力计；红外温度、霍尔效应、位置、雷达和光传感器；现在可以快速启用数百个其他设备并将其部署为连接互联网的“事物”。

尽管如此，开发人员应该意识到，在创建支持物联网 （IoT） 的产品时，存在几个项目级别的挑战。在开始项目之前了解挑战可以节省时间、精力和金钱，并且精通设备和模块提供商部署的新兴应用程序开发解决方案和生态系统也可以使开发人员受益。最重要的是，请记住“易用性”是与以前“绑定”解决方案集成的主要驱动因素，这对于成功的设备至关重要。

选择正确的无线技术

如前所述，选择一种技术来实现物联网设备的连接是关键。随着消费者物联网产品在便携性、移动性和更长的电池寿命方面变得越来越小、越来越方便，直接互联网连接的电路被牺牲了。但是，智能手机和平板电脑允许外部设备通过自己的连接方式充当网关，将数据连接到互联网并将数据发送到互联网。这使得手机和平板电脑成为寻求将基于传感器的嵌入式设备连接到 Internet 的开发人员的理想选择。外部设备与智能手机和平板电脑的可用无线连接选项列表可以缩小到 Wi-Fi、蓝牙和近场通信 （NFC），每个选项的特性都在图 2 中列出。

【图2 | Wi-Fi、蓝牙和近场通信 （NFC） 是设计工程师最常用的无线连接选项。这里列出了它们的一些基本特征。］

众所周知，经典蓝牙和 Wi-Fi 在基于应用程序和用例运行时会不断消耗电池寿命，因此此类协议可能更适合流式传输和高数据速率应用程序，而不是发送少量数据包突发。相比之下，BLE 的功耗非常低，这要归功于其数据交换的性质。确定您的产品应使用哪种无线连接方法取决于应用需求。在大多数情况下，物联网设备都符合相同的设计原则：在保持良好电池寿命的同时实现连接、体积小、重量轻、成本低。因此，BLE 发现自己在物联网设备中占据了一席之地，因为有几个不同的因素可以满足这些需求：

• 许多物联网设备是由短距离通信驱动的。BLE 在低范围内以尽可能低的功耗运行，这是此类通信的理想选择。

• IoT 设备通常充当边缘设备角色，有助于降低其功耗。处于中心角色的设备——通常是智能手机或平板电脑本身——由于其连续扫描性质和连接到它们的设备数量而受到稍高的功耗。

• BLE 的低功耗直接归因于设备的尺寸。支持 BLE 的设备通常只能在纽扣电池上运行。这有助于减小这种装置的总体尺寸、重量和成本。

• BLE 保持低数据速率并在较长的时间间隔内交换小信息包。这对于不经常发送短数据位的设备非常有用，因为它可以最大限度地延长处于低功耗模式时的空闲时间。

• BLE 经过优化，可将连接和数据交换之间的时间缩短到几毫秒内，典型的连接和断开周期仅持续约 6 毫秒。然后协议断开连接并返回空闲模式。这是发送数据的设备的关键。

• 许多支持BLE 的设备与移动操作系统本机兼容。这使得它们非常适合与大多数智能手机和平板电脑一起使用

但是，每个连接选项都有其优点，因此选择一个而不是另一个是特定于应用程序的。虽然蓝牙不提供 Wi-Fi 的数据速率和速度，但它提供了更好的电池寿命比。NFC 设备的功耗最低，但范围有限。此外，支持蓝牙的设备可以轻松地与智能手机和平板电脑配对，以创建可访问 Internet 的 ad hoc 网络。

鉴于上述方法，BLE 似乎脱颖而出，成为通过使用移动设备作为网关为嵌入式设备实现物联网连接的最可行标准。

开始开发

有了对 BLE 的基本了解后，让我们考虑一下应用程序开发。开始该过程时有很多选择，因为有许多开发工具可用于帮助创建应用程序和定制设计。App Inventor、Appcelerator、Atmosphere、MoSync、Phonegap 等平台允许轻松开发移动应用程序，这些应用程序可以针对嵌入式解决方案进行定制并在多个平台上进行测试。几乎没有 RF 或 BLE 专业知识的用户会发现 Atmosphere 开发平台特别有趣。有了它，开发人员可以使用基于 Web 的拖放工具同时创建嵌入式设备固件和移动应用程序。此外，Atmosphere 提供了一个传感器库，无需编码即可集成到设计中。

Atmosphere 使用各种“元素”来帮助轻松创建项目。元素是执行各种功能的预制代码块，当添加到项目中时还可以表示传感器，使用户无需了解编程语言或编码即可轻松创建项目。每当将元素放置在用户界面中时，它都会自动为移动应用程序（可以随意设计和修改）和嵌入式系统创建代码。元素可以以无数种方式连接，以利用各种传感器并扩展项目的功能。

入门工具和技术

在所有无线标准中，面向小工具的蓝牙已成为个人设备互连的中流砥柱，借助 BLE，我们将看到新兴物联网领域的指数级增长。开发人员可以通过选择正确的无线技术、工具和软件将其基于传感器的嵌入式设备连接到 Internet，从而大大加快产品上市时间。

审核编辑：郭婷