智能物联网设计从开发套件开始

传感器和智能设备的智能物联网网络将能够连接到我们环境的各个方面——家庭、物理对象、交通、通信系统、服装，甚至人体。然而，设计师在物联网项目中面临着从软件设计到硬件实施的真正技术挑战。

物联网应用程序有三种基本类型的项目。在云连接项目中，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使用 Intranet 网络进行通信；在基于网关的项目中，网关系统用于使现有系统适应互联网。

开始任何项目的最佳方法之一是为您的原型选择最佳开发工具包。从头开始构建连接云的物联网系统可能是一个昂贵且耗时的过程，需要许多工程学科的专业知识。

今天的开发人员在做出设计决策时面临比以往更多的挑战，包括更长的开发时间和更高的安全威胁。开发套件和其他原型平台对于加速创新和赋予任何有想法和雄心的人设计和创建成功的物联网平台至关重要。

以下是一些开发工具包和平台示例，可以帮助开发人员开始他们的项目。

Microchip 的平台和电路板借助 Microchip Technology 的嵌入式开发解决方案，开发人员可以使用 Wi-Fi、蓝牙和 5G 窄带技术快速、轻松、安全地连接到任何云，同时通过 CryptoAuthentication 系列保持强大的安全基础。公司。Microchip 的重点关注领域之一是帮助开发人员推出易于使用的边缘节点和网关。

久经考验的安全硬件解决方案与前所未有的合作程度相结合，有助于抵御从远程网络攻击到制造假冒产品的各种安全威胁。这些威胁广泛存在，遍及所有行业，并可能导致部署和恢复成本、服务收入以及最重要的品牌资产方面的重大损失。

Microchip 增加了一系列智能、互联和安全的快速原型设计解决方案。其中包括四个基于 Wi-Fi 的物联网开发平台和两个用于 PIC 和 AVR 产品线的新蓝牙原型板。具有 Amazon Web Services (AWS) IoT Greengrass 和 Azure 的 IoT 网关解决方案扩展了产品组合。Microchip 与 Sequans 的合作为 LTE-M 和 NB-IoT 基础设施连接提供了新的开发套件解决方案。

每个开发套件解决方案的设计重点是为智能工业、医疗、消费、农业和零售应用提供易用性和快速开发，并考虑到安全性。连接技术的选择，结合全系列的微控制器 (MCU) 和微处理器 (MPU) 性能和外围功能，使这些解决方案在一系列市场中具有可扩展性。

PIC-IoT WA 和 AVR-IoT WA 板是与 AWS 合作开发的，可帮助设计人员通过 Wi-Fi 将 IoT 传感器节点本地连接到 AWS IoT Core 服务。两块板都配有温度传感器和光传感器，仅用于演示目的。微型总线扩展插座允许从 Microchip 生态系统支持的 Click 板上添加 300 多种不同的传感器（图 1）。

图1：PIC/AVR-IoT WA板（来源：Microchip Technology）

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）。

图 2：SAM-IoT WG 板（来源：Microchip Technology）

基于 Azure IoT SAM MCU 的平台将Azure IoT SDK 和 Azure IoT 服务与 Microchip 的 MPLAB X 开发工具生态系统相集成。该卡提供比阵容中的其他平台更高的计算性能。除了传输您的数据外，您还可以使用板上的人工智能进行分析。

除了对 Wi-Fi 板卡的要求外，工业领域对蓝牙实施的需求也很高。当今工业设备的所有类型的维护和维修都是通过集成蓝牙执行的。服务技术人员可以从平板电脑或手机读取错误代码或其他数据，以避免机械干预。

PIC-BLE和AVR-BLE板基于 PIC 和 AVR MCU，用于传感器节点设备，通过蓝牙低功耗 (BLE) 网关连接到移动设备，用于工业、消费和安全应用以及云（图3）。

图 3：PIC/AVR-BLE 板（来源：Microchip Technology）

为确保只有授权设备可以连接到嵌入式设备，板载安全元件 IC 完成了从嵌入式设备到云端的信任根。主要的板载传感器是温度、光和三轴加速度计。可以使用 LightBlue 实现其他外部点击板传感器并开发自定义应用程序，该应用程序可以从 Google Play 或 App Store 下载。

只要您可以利用 Wi-Fi 和 BLE，拥有网关连接解决方案总是有帮助的。Wi-Fi 对于家庭路由器来说就足够了，但是如果你想要一个封闭的网络，你还需要在你的应用程序中提供一个网关。

采用 AWS IoT Greengrass 的网关解决方案基于最新的无线系统级模块 (SoM) ATSAMA5D27-WLSOM1，它集成了 SAMA5D2 MPU、WILC3000 Wi-Fi 组合模块和蓝牙，由高性能驱动MCP16502电源管理集成电路。

Microchip 还宣布与 Sequans 合作推出 LTE-M/NB-IoT 开发套件。该开发套件包括基于 Sequans 的 Monarch 芯片的模块，可覆盖物联网节点并利用最新的低功耗 5G 蜂窝技术。根据设计，网关添加了一个阻碍直接连接的层，因此，如果您想将数据直接传输到云端，LTE-M/NB-IoT 解决方案是不二之选。

服务提供商开始推出他们的 5G 网络，这将使移动网络上的大量物联网节点流量成为可能。用于物联网连接的两种主要协议——LTE-M 和 NB-IoT——在全球范围内因地区而异，标准也不相同。

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 可以为全球客户提供 LTE-M/NB-IoT 技术和物联网技术，支持全球所有主要网络。

Microchip 的新物联网解决方案基于公司广泛的开发工具生态系统，专注于 MPLAB X 集成开发环境。MPLAB X 代码配置器 (MCC) 等代码生成器可自动为更小的 PIC 和 AVR MCU 创建和定制应用程序代码并加快其速度。同时，Harmony 的软件库支持 MCU 和 MPU 的所有 32 位解决方案。

STMicroelectronics STM32 生态系统STMicroelectronics 的STM32 开放式开发环境(STM32 ODE) 是一个开放式系统，允许开发基于 STM32 32 位 MCU 系列的设备和应用程序，并结合通过扩展板连接的其他 ST 组件。STM32 ODE 由五个支柱组成，可在将其转化为最终产品设计之前进行快速原型设计和功能测试：

STM32 开发板 (Nucleo)：这些板代表 STM32 MCU 产品组合，附带开发程序和调试器。

扩展板 (X-Nucleo)：这些板连接到 Nucleo 板并添加功能，例如通过加速度、温度和方向感测环境参数，以及实现无线和有线连接、电机控制、电源、音频等。多个 X-Nucleo 可以与 Nucleo 板连接以扩展演示器的功能。

STM32Cube 软件：这套软件工具用于配置和管理开发板的功能以及对板载 STM32 MCU 进行编程。通过该软件管理板卡的硬件抽象层功能，导出与板卡接口的程序使用的命令。

STM32Cube 扩展软件：Nucleo 和 X-Nucleo 板之间的通信需要该软件。

STM32 ODE 功能包：这是一组应用示例，适用于 Nucleo 开发板和一个或多个连接在一起的 X-Nucleo 扩展板的最常见用例。

STM32Cube 生态系统还提供广泛的嵌入式软件库。用户可以从 STMicroelectronics 和合作伙伴的 100 多个软件包组合中进行挑选，现在这些软件包都添加了 Azure RTOS，以进一步加快最终应用程序的开发。

意法半导体与微软的合作让客户可以利用 Azure RTOS 的丰富服务，满足微型、智能、连接设备的需求。这包括 Azure RTOS ThreadX 实时操作系统，它具有适合深度嵌入式应用程序的紧凑内存占用。还包括 FileX FAT 文件系统、NetX 和 NetX Duo TCP/IP 网络堆栈以及 USBX USB 堆栈。

图 4：STM32Cube 生态系统（来源：意法半导体）

Renesas SoM SMARC 平台Renesas Electronics SoM 智能移动架构 ( SMARC ) 板解决方案由 10 个 Renesas IC 组成，包括 MPU、电源和模拟部件。该硬件解决方案加速了物联网应用程序的开发，用于通过人工智能进行对象识别、图像处理和 4K 分辨率的视频播放。应用包括用于家庭自动化和工业的监控摄像头、控制仪器、图形界面和嵌入式视觉系统。

图 5：SoM SMARC 框图（来源：瑞萨电子）

瑞萨电子的可扩展 SoM 组合解决方案基于 SMARC 2.0 行业标准，尺寸为 82 × 80 mm。SMARC SoM 板为开发人员提供了三种可扩展版本的瑞萨电子 RZ/G2 64 位 MPU 选择 — RZ/G2N MPU 具有 1.5 GHz 的双 Arm Cortex-A57 内核，用于中等性能；具有双 Arm Cortex-A57 内核和四个 Arm Cortex-A53 内核 (1.2 GHz) 的 RZ/G2M MPU，可实现高性能；以及具有四个 Arm Cortex-A57 内核和四个 Arm Cortex-A53 内核的 RZ/G2H MPU，可实现更高的性能。三款 MPU（从两核到八核）集成了 PowerVR 的 600-MHz 3D 图形以及具有 4K 超高清分辨率的 H.265 和 H.264 编解码器，以满足不同程度的计算处理需求。

审核编辑 黄昊宇