物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的普遍連接有望改善生活和工作的各個方面，從家庭的舒適性和安全性到工作中的安全和生產(chǎn)力，以及環(huán)境管理。我們可以想象的任何“事物”都可能連接到互聯(lián)網(wǎng)，提交數(shù)據(jù)以便在云中進行處理，從網(wǎng)絡(luò)上的任何位置啟用遠程控制，允許通過網(wǎng)絡(luò)應用更新，或者三者的組合。

即將發(fā)生重大變化。以前通過簡單的有線接口連接到本地控制器的傳統(tǒng)傳感器將轉(zhuǎn)變?yōu)槲锫?lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，為諸如工業(yè)4.0之類的“大數(shù)據(jù)”應用提供支持，這些應用將圍繞密集的基于云的分析，以加強對機器的控制和管理。流程。將大量傳感器（包括傳統(tǒng)傳感器）經(jīng)濟高效地連接到云計算將取決于使用工業(yè)領(lǐng)域中常用的協(xié)議橋接現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，例如CAN，現(xiàn)場總線協(xié)議，ZigBee ?或其他通過網(wǎng)關(guān)設(shè)備作為協(xié)議轉(zhuǎn)換器進入互聯(lián)網(wǎng)。

另一方面，圍繞物聯(lián)網(wǎng)的大部分宣傳都涉及智能連接設(shè)備，它們能夠處理來自一個或多個傳感器的數(shù)據(jù)并執(zhí)行各種獨立運行，以及將處理過的信息傳遞給云以進行分析或存儲。傳感器融合等本地處理結(jié)合了運動傳感器的原始數(shù)據(jù)，可以創(chuàng)建有用的位置和航向信息，可以有效降低主應用處理器和網(wǎng)絡(luò)的負載，從而節(jié)省總體功耗和成本。

傳感器融合以卸載主機

可穿戴電子設(shè)備和其他移動物聯(lián)網(wǎng)應用的主要要求是從一組運動傳感器（如加速度計，磁力計和陀螺儀）收集數(shù)據(jù)，這些傳感器可能與其他傳感器，如氣壓傳感器和GPS傳感器。典型的要求是監(jiān)視諸如智能手表或健身帶之類的可穿戴設(shè)備的方向和移動，以計算諸如傾斜，搖晃，旋轉(zhuǎn)或擺動之類的信息，并使用短程無線技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)，例如藍牙?，智能手機。智能手機通常使用數(shù)據(jù)來驅(qū)動本地應用程序，并且還將通過Wi-Fi或蜂窩連接（如3G或LTE）將數(shù)據(jù)發(fā)送到云端。在體育或健身場景中，用戶可以選擇將個人表現(xiàn)數(shù)據(jù)同步到其他設(shè)備或與朋友或競爭者共享。其他類型的可穿戴設(shè)備（例如健康監(jiān)視器或個人工業(yè)安全監(jiān)視器）可以在本地使用傳感器數(shù)據(jù)來為佩戴者生成警告，而在云中運行的應用程序負責維護記錄并向護理協(xié)調(diào)員或監(jiān)督者生成警報。

傳感器融合，結(jié)合多個傳感器的輸出，產(chǎn)生一組連貫的數(shù)據(jù)，并通過利用不同傳感器類型的各自優(yōu)勢來提高應用性能，從而最大限度地提高準確性和響應能力。傳感器集線器通常用于處理來自傳感器的原始數(shù)據(jù)并生成應用就緒信息，而無需增加主應用處理器上的負載。該集線器采用小型低功耗微控制器實現(xiàn)。傳感器可以是分立器件，多個共同封裝的MEMS傳感器，也可以是完全集成的傳感器融合器件，還包括充當集線器的微控制器。

用于SAMD21J微控制器的Atmel SAMD21 Xplained-Pro開發(fā)板演示如何從傳感器融合設(shè)備讀取數(shù)據(jù)，例如安裝在Atmel ATBNO055-XPRO擴展板上的Bosch Sensortech BNO055智能運動傳感器。此擴展板插入主Xplained-Pro板的EXT1端口。板載傳感器將MEMS加速度計，陀螺儀和磁力計元件與ARM ? Cortex ? -M0微控制器相結(jié)合，處理原始傳感器數(shù)據(jù)并使融合數(shù)據(jù)可用作四元數(shù)歐拉角，旋轉(zhuǎn)矢量，線性加速度，重力或航向。

歐拉角是完全描述三維空間中剛體方向所需的三個角度。圖1顯示了描述如何通過I 2 C連接從傳感器讀取Euler數(shù)據(jù)的示例代碼。

/*************讀取原始Euler數(shù)據(jù)************/ 147 /*用于讀取euler的變量h data */ 148 s16 euler_data_h = BNO055_ZERO_U8X; 149 /*用于讀取euler r數(shù)據(jù)的變量*/ 150 s16 euler_data_r = BNO055_ZERO_U8X; 151 /*用于讀取euler p數(shù)據(jù)的變量*/ 152 s16 euler_data_p = BNO055_ZERO_U8X; 153 /*用于讀取euler hrp數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)*/ 154 struct bno055_euler_t euler_hrp;

從簡單有線傳感器到物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備

在工業(yè)中，物聯(lián)網(wǎng)提供了一種工具，用于彌合工廠車間事件之間的鴻溝，知識管理者需要實時做出日常決策，并計劃長期維護和投資。提高生產(chǎn)力和質(zhì)量。各種方法將制造設(shè)備與后端系統(tǒng)聯(lián)系起來：物聯(lián)網(wǎng)是工業(yè)4.0的推動者，現(xiàn)在可以獲得云電力和互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模經(jīng)濟。利用云中可用的大量資源，更密集的數(shù)據(jù)處理可以識別以前無形的趨勢或低效率，并且可以擴展應用程序以支持其他數(shù)據(jù)流，從而在整個企業(yè)的多個位置提供更豐富的信息源。

經(jīng)過幾代人的努力，制造機械，輸送機和工廠環(huán)境的其他方面已經(jīng)結(jié)合了越來越多的傳感器，這些傳感器使用各種標準連接到本地控制器或PLC，例如簡單的雙線接口，CAN，現(xiàn)場總線或無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，如ZigBee ?。現(xiàn)在，需要網(wǎng)關(guān)將這些傳感器，機器和PLC轉(zhuǎn)變?yōu)槲锫?lián)網(wǎng)設(shè)備。通常，網(wǎng)關(guān)是物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵方面，對于向家庭和企業(yè)提供服務(wù)至關(guān)重要。

飛思卡爾基于其QorIQ Layerscape架構(gòu)通信處理器（如雙核LS1021或LS1024）開發(fā)了物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)參考設(shè)計。該參考設(shè)計利用豐富的連接資源，包括串行接口，GPIO和千兆以太網(wǎng)端口，以及內(nèi)置安全功能。如圖2所示，該設(shè)計還可以快速，輕松地集成傳感器等設(shè)備，充分利用廣泛的Arduino生態(tài)系統(tǒng)。

圖2：基于QorIQ處理器的飛思卡爾物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)參考設(shè)計。 （點擊此處查看完整大小的圖片）

網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)

網(wǎng)關(guān)支持廣泛的連接，使物聯(lián)網(wǎng)能夠普及。但是，如果需要連接大量傳感器或開關(guān)檢測輸入，超過中央處理器的GPIO資源，飛思卡爾MC34798等多開關(guān)檢測接口允許最多22個開關(guān)觸點連接到一個由飛思卡爾LS1024雙核QorIQ處理器提供的兩個串行外設(shè)接口（SPI）端口。圖3顯示了開關(guān)檢測器如何連接在開關(guān)和主機SPI端口之間。

圖3：通過多個開關(guān)連接到主機SPI端口飛思卡爾的MC34978。

結(jié)論

物聯(lián)網(wǎng)需要連接各種使用非IP協(xié)議進行通信的設(shè)備，其原因包括便利性，成本或功耗，包括已有的舊設(shè)備地點。各種非IP連接可以構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)的“手指”，將末端的傳感器連接到網(wǎng)關(guān)設(shè)備，為通向云端的基于IP的基礎(chǔ)設(shè)施提供橋梁。可以使用各種技術(shù)創(chuàng)建這些連接，例如集線器中的傳感器融合或協(xié)議轉(zhuǎn)換以及連接到Internet的網(wǎng)關(guān)設(shè)備。