此参考设计使用德州仪器(TI)的低功耗数字温湿度双重传感器和SimpleLink™低于1GHz的超低功耗无线微控制器(MCU)平台，展示了一款可极大地延长电池寿命且无需接线的水灾和冰冻探测器。特性超低功耗设计能够使单个CR2032纽扣电池拥有长达10年的电池寿命水导电传感始终处于通电状态，可实现持续监控专为SimpleLink™低于1GHz的CC1310无线微控制器(MCU)LaunchPad™开发套件(LAUNCHXL-CC1310)而设计能够采用高分辨率温湿度数据设计简单，降低了成本

现代人智慧手机不离身,所有讯息都是立即通知。智慧门铃的应用,不管是客人、送货员、陌身人,只要按下门铃上的按键,就可将影像、声音传输到手机上,与对方进行视讯对话。Realtek网路影像传输芯片,采用新一代H.265影像压缩技术,并加上Realtek自家的WiFimodule、codecAEC(AcousticEchoCancellation)、ISP影像调整tool、SDK完整的IOpin设置、函式库支持。在HW与SW设计上可快速的完成开发,大幅减少系统成本。场景应用图展示板照片方案方块图SDK-硬件周边透过linuxkernelconfig快速配置SDK-IOPeripheral配置SDK-多媒体应用函式库核心技术优势1.CPU处理器-MIPS@500MHz2.影像压缩处理能力-Format：H.265-Supportupto3MP@30fps3.完整的系统整合-Audiocodec-EthernetPHY-DDRMemory4.多元的周边界面-LCDpanelinterface-SDcard/SDIO-USB/PWM/I2C-GPIO/UART5.影像处理(ISP)核心-支持3D降噪(3DNR)、图像增强、边缘增强等前置处理-支持去雾、镜头曲度校正-支持图像90度、270度旋转-支持WDR、智能红外线灯光控制-自有的ISP调整工具方案规格1.硬体-OV2710imagesensor-USBWiFiModule的整合(RTL8188、8821、8812、8192、8723、8189)-SPIFlash16MB/32MB(依照API开发需求选用)-DMIC&Speaker-1.0V、1.5V、3.3VLDOPower2.软体-开发环境,建议使用Ubuntu14.04LTS开发-使用uBootTFTP烧录image-完整的多媒体开发函式库-P2Psolution(与MobilePhone连结,达到影像显示及拍照、录影)3.ISP(影像处理引擎)-提供PC端调整工具,可自行调整影像品质文章来源于大大通

使用承载CC3100模块(CC3100MOD)的CC3100模块BoosterPack(CC3100MODBOOST)为任何低成本低功耗微控制器(MCU)添加Wi-Fi®，实现物联网(IoT)应用。CC3100MODBOOST评估板包含轻松创建物联网解决方案所需的所有资源-安防、快速连接、云支持、公开文档、E2E支持论坛等。它集成了所有Wi-Fi和互联网协议，大幅减少主机MCU软件要求。借助内置安全协议，CC3100MOD解决方案可提供稳健且简单的安全体验。特性CC3100MODWi-Fi网络处理器模块CC3100模块经过Wi-FiCERTIFIED®认证和FCC/IC/CE认证，可传输到终端产品2个20引脚可堆叠接头（BoosterPack接头）可用于连接到TILaunchPad和其他BoosterPack具有基于U.FL的测试选项的板载芯片天线使用USB或来自MCULaunchPad的3.3V从板载LDO供电3个按钮用于电流测量的跳线，可安装0.1R电阻器以使用电压表进行测量8兆位串行闪存（Micron的M25PX80）40MHz晶体、32KHz晶体和可选32KHz振荡器具有6mil间距和轨宽的双层PCB

参加2019上海家博会，可以看到目前家电进化方向，传统家电联网化、智能化。联网很容易理解，更多是加个WiFi模组，可以与手机互联，再进行远程控制，这也是智能化的一种方式，那么还有别的智能化方式吗？本方案介绍另外一种能让传统家电更智能的方案，HMI，humanmachineinterface人机接口，即应用于小家电的高分辨率触摸屏方案。常规款的的微波炉、洗衣机、电饭煲，大部分为实体按键，再后来演变成触摸按键，现在看到家电市场的高端家电，许多都使用上了触摸显示屏方案。包括云米的净水器、云米冰箱、格力洗衣机等各类产品，都有加上了显示触摸屏。大联大世平集团推出方案是基于NXPi.MXRT1050作为显示触摸屏的主控，GUI功能基于免费的GUI开发工具emwin，开发简单、便捷、免费。跨界MCU在电源设计上不需要电源管理芯片，节省成本，支持视频播放软解码，使用本身的格式TS，ffmep来进行解码，再用JPEG2MOVIES编码成EMF（EMWINMOvieFile）格式，用的是EmWIn带的工具，AVI视频格式可以直接在JPEG2MOVIES来进行解码播放。方案主要应用于各类小家电产品上的触摸屏应用：洗衣机、电饭煲、饮水机、咖啡机等。硬件设计说明主控采用的是NXPMCUi.MXRT1050，该产品以MCU的价格让客户得到MPU的性能体验，具有极高的性价比。MXRT1050具有足够的计算性能和灵活的存储器配置。它的基本参数如下：Cortex-M7内核，600M主频无内部Flash，512KBSDRAM支持LCDRGB888接口，CSI接口支持emwin等GUI工具带有PXP加速器分辨率最高支持1366*768支持以太网接口支持Keil、IAR、MCUexprsso开发环境支持FreeRTOS、RT-Thread低成功、高性价比该芯片高主频，外设资源丰富，除了本方案介绍的HMI应用外，还可应用于其它方案，如电机控制、电话会议系统、环绕音箱等；主控框图如下图所示：触摸屏设计方案使用的触摸屏为Rocktech的4.3英寸TFT，像素为480*272，带LED背光和电容式触摸板，触摸板上的IC为敦泰FT36GQQ，接口为I2C接口。其它电路设计该方案上面用到的SDRAM为华邦的W9825G6KH-5I，Flash为华邦的W25Q256JVEIQ，本身flash支持SPIflash，HyperFlash，根据应用需求和成本来考量，且我们有测试过如下品牌的Flash，可以正常使用，在选型评估时，也可作参考使用。硬件设计注意事项①Layout建议参考开发板的4层板设计②电源部分建议保持内部DC/DC电流环路尽可能小，以避免EMI问题③过孔和线宽设计建议对于BGA区域：-通孔类型为14/8mils，走线宽度为4mils，走线间距为3.79mils。对于默认区域（BGA除外）：-通孔类型为18/8mils，走线宽度为5mils，走线间距为7mils。-首选的BGA电源去耦设计布局参考恩智浦开发板④SDRAM接口（运行频率高达166MHz）是芯片路由的关键接口之一。单端走线的受控阻抗必须为50Ω。理想情况下，将所有信号路由到与EVK板相同的长度。方案原理图：PCBLayout：软件设计说明GUI开发工具安装①下载SDK，里面包含有emWInGUI的Demo，可以进行参照路径：②程序2.注意事项：①使用J-link下载时选择SWD接口，同时需要使用V9版本及以上的J-link，同时J-link软件驱动包需要在6.24b以上。②提供64MbyteHyperFalsh、8Mbyte、16MbyteQSPIFalsh的烧录算法，在烧录的时候需要注意将RAMUsesize改为0x8000。3.其他补充说明：①该方案除了可以做一些界面显示，还可以实现小视频的播放，视频播放本身的格式TS，ffmep来进行解码，然后在用JPEG2MOVIES编码成EMF（EMWINMOvieFile）格式，用的是EmWIn带的工具，就是EmWIn自带的函数，AVI可以直接在JPEG2MOVIES来进行解码播放②在用SDRAM的情况下，RGB888和网口是不能够同时使用的，芯片管脚复用的问题。烧录demo后的实际效果图：①如图是温控器的显示，显示房间的温度，可以通过触摸屏来选择温度的调节②播放小视频可以播放一些类似开机画面，LOGO动态显示场景应用图展示板照片方案方块图核心技术优势1.方案支持分辨率高达1366*768,2.支持小视频播放，高达512KB内部SDRAM3.外挂flash，用多大挂多大4.免费提供硬件参考设计、软件SDK、方案的相关代码方案规格1.4.7寸电容触摸屏幕，480*272分辨率2.支持播放小视频（软解码）3.emwinGUI开发4.支持通过以太网口更新信息5.4层板Layout文章来源于大大通

PART1/“物网(物联网）”的差异化需求一直以来，人们通过相应的终端（电脑、手机、平板等）使用网络服务，“个人”一直是网络的用户主体。个人对网络质量的要求“高”且“统一”：玩网络游戏必需要低时延，下载文件或看网络视频则期望高带宽，通话需要声音清晰，而接收的短信绝不能有遗漏。对于移动通信网络，运营商们尽可能地维系着低时延、高带宽、广覆盖、随取随用的网络特性，以保证良好的用户体验，以及营造出丰富多姿的移动应用生态。对于个人通信业务，虽然用户的要求很高，但整体上对网络质量的需求是一致的，运营商只需要建立一套网络质量标准体系来建设、优化网络，就能满足大多数人对连接的需要。随着网络中用户终端（手机、PAD等）数量的增长逐渐趋缓，M2M应用成为了运营商网络业务的增长发力点，大量的M2M应用终端则成为了网络的用户。M2M应用终端（传感设备、智能终端），本质上就是物联网终端，它们通过装配无线通信模组和SIM卡，连接到运营商网络，从而构建出各类集中化、数字化的行业应用。不同于个人通信业务，在物联网终端构建的行业应用中，各领域应用对信息采集、传递、计算的质量要求差异很大；系统和终端部署的环境也各不相同，特别是千差万别的工业环境；此外，企业在构建应用时，还需要考量技术限制（供电问题、终端体积等）和成本控制（包括建设成本和运营成本）。因此，千姿百态的行业应用具有“个性化”的一面，使得连接的需求朝着多样性的方向发展。01物联网业务需求的差异化，体现在两个方面一方面，不同的终端和应用对网络特性有不同的要求。传统的网络特性包括：网络接入的距离、上下行的网络带宽、移动性的支持、还有数据收发的频率（或称为周期性）、以及安全性和数据传输质量（完整性、稳定性、时效性等）。这几个方面可浓缩成三个方面，为“接入距离”、“网络特性”、“网络品质”。“接入距离”主要分为近距接入和远距接入两种。网络的“特性”和“品质”则是体现需求差异化的主要因素，例如传感器终端的“网络特性”可能是：只有向云端发送的“上行数据”，而没有接收的“下行数据”。另一方面，网络还需要“照顾”原本不太被关注的终端特性，以适应各类的行业应用需求：对“能耗”和“成本”的控制。（1）能耗个人用户大多数时间都是处于宜居的环境中，智能终端常伴左右，并且在人类活动的环境中总能找到充电的“电源插头”，所以这些终端的生产厂家对电池的电量并不敏感。而物联网终端的工作环境相比较个人终端的工作环境，则要复杂的多。有些物联网终端会部署在高温高压的工业环境中，有些则远离城市、放置在人迹罕至的边远地区，还有一些可能深嵌地下或落户在溪流湖泊之中。很多设备需要电池的长期供电来工作，因为地理位置和工作环境无法向它们提供外部电源，更换电池的成本也异常高昂。所以“低功耗”是保证他们持续工作的一个关键需求。在不少应用场景中，一小粒电池的电量需要维持某个终端“一生”的能量供给。（2）成本个人使用的终端，不论是电脑还是手机，其功能丰富、计算能力强大、应用广泛，通信模块只是其所有电子元件和机械构建中的一小部分，在总的制造成本中占比较低。个人终端作为较高价值的产品，用户、厂家对其通信单元的固定成本并不特别敏感。而物联网终端则不同，许多不具备联网功能的终端原本只是简易的传感器设备，其功能简单、成本低廉，相对于传感设备，价格不菲的通信模块加入其中，就可能引起成本骤升。在应用场景中大量部署联网的传感设备，往往需要企业下决心提高终端的成本投入。而与此矛盾的是：简单的传感器终端上传网络的数据量通常都很小；它们连接网络的周期长（网络的使用频次低）；每一次上传信息的价值都很低。终端成本和信息价值不成比例，使得企业会在大量部署物联网终端的决策上犹豫不前。如何降低这些哑终端（单一的传感器终端）的通信成本，是一个迫在眉睫的难题。此前提及的能耗问题，如果不妥善解决，也会影响到物联网应用的运营成本：如果终端耗电过快，就需要不断地重新部署投放或更换电池。02低功耗、低成本是物联网通信的一大需求原本的网络对应用并不敏感，只要提供统一的高质量网络通道（标准唯一），就可以满足大多数用户的需求。不论用户喜欢使用什么样的业务，都可以通过高品质的网络质量来获得通信服务，网络能够满足个人用户的大多数要求。然而随着行业应用的深入，网络设计和建设者必须关注到应用、终端的差异性，也就是网络需要针对终端、应用做出相应的调整和适配。在此前提到的网络特性和终端特性中：“距离、品质、特性”和“能耗、成本”，前后两类特性存在密切的关联关系：通信基站的信号覆盖越广（“距离长”），则基站和终端的功耗越高（“能耗高”）；要实现高品质、安全可靠的网络服务（“品质高”），需要健壮的通信协议实现差错效验、身份验证、重传机制、以建立端到端的可靠连接，保证的基础就是通信模块的配置就不能低（“成本高”）PART2/NB-IoT发展历程运营商在推广M2M服务（物联网应用）的时候，发现企业对M2M的业务需求，不同与个人用户的需求。企业希望构建集中化的信息系统，与自身资产建立长久的通信连接，以便于管理和监控。这些资产，往往分布各地，而且数量巨大；资产上配备的通信设备可能没有外部供电的条件（即电池供电，而且可能是一次性的，既无法充电也无法更换电池）；单一的传感器终端需要上报的数据量小、周期长；企业需要低廉的通信成本（包括通信资费、装配通信模块的成本费用）。以上这种应用场景在网络层面具有较强的统一性，所以通信领域的组织、企业期望能够对现有的通信网络技术标准进行一系列优化，以满足此类M2M业务的一致性需求。2013年，沃达丰与华为携手开始了新型通信标准的研究，起初他们将该通信技术称为“NB-M2M（LTEforMachinetoMachine）”。2014年5月份，3GPP的GERAN组成立了新的研究项目：“FS_IoT_LC”，该项目主要研究新型的无线电接入网系统，“NB-M2M”成为了该项目研究方向之一。稍后，高通公司提交了“NB-OFDM”（NarrowBandOrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,窄带正交频分复用)的技术方案。（3GPP,“第三代合作伙伴计划（3rdGenerationPartnershipProject）”标准化组织;TSG-GERAN(GSM/EDGERadioAccessNetwork):负责GSM/EDGE无线接入网技术规范的制定）2015年5月，“NB-M2M”方案和“NB-OFDM方案”融合成为“NB-CIoT”（NarrowBandCellularIoT）。该方案的融合之处主要在于：通信上行采用FDMA多址方式，而下行采用OFDM多址方式。2015年7月，爱立信联合中兴、诺基亚等公司，提出了“NB-LTE”（NarrowBandLTE）的技术方案。在2015年9月的RAN#69次全会上，经过激烈的讨论和协商，各方案的主导者将两个技术方案（“NB-CIoT”、“NB-LTE”）进行了融合，3GPP对统一后的标准工作进行了立项。该标准作为统一的国际标准，称为“NB-IoT（NarrowBandInternetofThings，基于蜂窝的窄带物联网）”。自此，“NB-M2M”、“NB-OFDM”、“NB-CIoT”、“NB-LTE”都成为了历史。2016年6月，NB-IoT的核心标准作为物联网专有协议，在3GPPRel-13冻结。同年9月，完成NB-IoT性能部分的标准制定。2017年1月，完成NB-IoT一致性测试部分的标准制定。在我看来，促成这几种低功耗蜂窝技术“结盟”的关键，并不仅仅是日益增长的商业诉求，还有其它新生的（非授权频段）低功耗接入技术的威胁。LoRa、SIGFOX、RPMA等新兴接入技术的出现，促成了3PGG中相关成员企业和组织的抱团发展。PART3/NB-IoT技术特性和其竞争对手一样，NB-IoT着眼于低功耗、广域覆盖的通信应用。终端的通信机制相对简单，无线通信的耗电量相对较低，适合小数据量、低频率（低吞吐率）的信息上传，信号覆盖的范围则与普通的移动网络技术基本一样，行业内将此类技术统称为“LPWAN技术”(LowPowerWideArea，低功耗广域技术)。NB-IoT针对M2M通信场景对原有的4G网络进行了技术优化，其对网络特性和终端特性进行了适当地平衡，以适应物联网应用的需求。在“距离、品质、特性”和“能耗、成本”中，保证“距离”上的广域覆盖，一定程度地降低“品质”（例如采用半双工的通信模式，不支持高带宽的数据传送），减少“特性”（例如不支持切换，即连接态的移动性管理）。网络特性“缩水”的好处就是：同时也降低了终端的通信“能耗”，并可以通过简化通信模块的复杂度来降低“成本”（例如简化通信链路层的处理算法）。所以说，为了满足部分物联网终端的个性要求（低能耗、低成本），网络做出了“妥协”。NB-IoT是“牺牲”了一些网络特性，来满足物联网中不同以往的应用需要。01部署方式为了便于运营商根据自由网络的条件灵活运用，NB-IoT可以在不同的无线频带上进行部署，分为三种情况：独立部署(Standalone)、保护带部署(Guardband)、带内部署(Inband)。Standalone模式：利用独立的新频带或空闲频段进行部署，运营商所提的“GSM频段重耕”也属于此类模式；Guardband模式：利用LTE系统中边缘的保护频段。采用该模式，需要满足一些额外的技术要求(例如原LTE频段带宽要大于5Mbit/s)，以避免LTE和NB-IoT之间的信号干扰。Inband模式：利用LTE载波中间的某一段频段。为了避免干扰，3GPP要求该模式下的信号功率谱密度与LTE信号的功率谱密度不得超过6dB。除了Standalone模式外，另外两种部署模式都需要考虑和原LTE系统的兼容性，部署的技术难度相对较高，网络容量相对较低。02覆盖增强为了增强信号覆盖，在NB-IoT的下行无线信道上，网络系统通过重复向终端发送控制、业务消息（“重传机制”），再由终端对重复接受的数据进行合并，来提高数据通信的质量。这样的方式可以增加信号覆盖的范围，但数据重传势必将导致时延的增加，从而影响信息传递的实时性。在信号覆盖较弱的地方，虽然NB-IoT能够保证网络与终端的连通性，但对部分实时性要求较高的业务就无法保证了。在NB-IoT的上行信道上，同样也支持无线信道上的数据重传。此外，终端信号在更窄的LTE带宽中发送，可以实现单位频谱上的信号增强，使PSD（PowerSpectrumDensity，功率谱密度）增益更大。通过增加功率谱密度，更利于网络接收端的信号解调，提升了上行无线信号在空中的穿透能力。通过上行、下行信道的优化设计，NB-IoT信号的“耦合损耗（couplingloss）”最高可以达到164dB。（备注:耦合损耗,指能量从一个电路系统传播到另一个电路系统时发生的能量损耗。这里是指无线信号在空中传播的能量损耗）为了进一步利用网络系统的信号覆盖能力，NB-IoT还根据信号覆盖的强度进行了分级（CELevel），并实现“寻呼优化”：引入PTW（寻呼传输窗），允许网络在一个PTW内多次寻呼UE，并根据覆盖等级调整寻呼次数。常规覆盖（NormalCoverage）,其MCL(MaximumCouplingLoss，最大耦合损耗)小于144dB，与目前的GPRS覆盖一致。扩展覆盖（ExtendedCoverage），其MCL介于144dB与154dB之间，相对GPRS覆盖有10dB的增强极端覆盖（ExtremeCoverage），其MCL最高可达164dB，相对GPRS覆盖强度提升了20dB。03NB-IoT低功耗的实现要终端通信模块低功耗运行，最好的办法就是尽量地让其“休眠”。NB-IoT有两种模式，可以使得通信模块只在约定的一段很短暂的时间段内，监听网络对其的寻呼，其它时间则都处于关闭的状态。这两种“省电”模式为：PSM（powersavingmode，省电模式）和eDRX（ExtendedDiscontinuousReception，扩展的不连续接收）（1）PSM模式在PSM模式下，终端设备的通信模块进入空闲状态一段时间后，会关闭其信号的收发以及接入层的相关功能。当设备处于这种局部关机状态的时候，即进入了省电模式-PSM。终端以此可以减少通信元器件（天线、射频等）的能源消耗。终端进入省电模式期间，网络是无法访问到该终端。从语音通话的角度来说，即“无法被叫”。大多数情况下，采用PSM的终端，超过99%的时间都处于休眠的状态，主要有两种方式可以激活他们和网络的通信：当终端自身有连接网络的需求时，它会退出PSM的状态，并主动与网络进行通信，上传业务数据。在每一个周期性的TAU(TrackingAreaUpdate，跟踪区更新)中，都有一小段时间处于激活的状态。在激活状态中，终端先进入“连接状态（Connect）”，与通信网络交互其网络、业务的数据。在通信完成后，终端不会立刻进入PSM状态，而是保持一段时间为“空闲状态（IDLE）”。在空闲状态状态下，终端可以接受网络的寻呼。在PSM的运行机制中，使用“激活定时器（ActiveTimer，简称AT）”控制空闲状态的时长，并由网络和终端在网络附着（Attach，终端首次登记到网络）或TAU时协商决定激活定时器的时长。终端在空闲状态下出现AT超时的时候，便进入了PSM状态。根据标准，终端的一个TAU周期最大可达310H(小时)；“空闲状态”的时长最高可达到3.1小时（11160s）。从技术原理可以看出，PSM适用于那些几乎没有下行数据流量的应用。云端应用和终端的交互，主要依赖于终端自主性地与网络联系。绝大多数情况下，云端应用是无法实时“联系“到终端的。（2）PSM模式在PSM模式下，网络只能在每个TAU最开始的时间段内寻呼到终端（在连接状态后的空闲状态进行寻呼）。eDRX模式的运行不同于PSM，它引入了eDRX机制，提升了业务下行的可达性。（备注：DRX(DiscontinuousReception)，即不连续接收。eDRX就是扩展的不连续接收。）eDRX模式，在一个TAU周期内，包含有多个eDRX周期，以便于网络更实时性地向其建立通信连接（寻呼）。eDRX的一个TAU包含一个连接状态周期和一个空闲状态周期，空闲状态周期中则包含了多个eDRX寻呼周期，每个eDRX寻呼周期又包含了一个PTW周期和一个PSM周期。PTW和PSM的状态会周期性地交替出现在一个TAU中，使得终端能够间歇性地处于待机的状态，等待网络对其的呼叫。eDRX模式下，网络和终端建立通信的方式同样：终端主动连接网络；终端在每个eDRX周期中的PTW内，接受网络对其的寻呼。在TAU中，最小的eDRX周期为20.48秒，最大周期为2.91小时在eDRX中，最小的PTW周期为2.56秒，最大周期为40.96秒在PTW中，最小的DRX周期为1.28秒，最大周期为10.24秒总体而言，在TAU一致的情况下，eDRX模式相比较PSM模式，其空闲状态的分布密度更高，终端对寻呼的响应更为及时。eDRX模式适用的业务，一般下行数据传送的需求相对较多，但允许终端接受消息有一定的延时（例如云端需要不定期地对终端进行配置管理、日志采集等）。根据技术差异，eDRX模式在大多数情况下比PSM模式更耗电。04终端简化带来低成本针对数据传输品质要求不高的应用，NB-IoT具有低速率、低带宽、非实时的网路特性，这些特性使得NB-IoT终端不必向个人用户终端那样复杂，简单的构造、简化的模组电路依然能够满足物联网通信的需要。NB-IoT采用半双工的通信方式，终端不能够同时发送或接受信号数据，相对全双工方式的终端，减少了元器件的配置，节省了成本。业务低速率的数据流量，使得通信模组不需要配置大容量的缓存。低带宽，则降低了对均衡算法的要求，降低了对均衡器性能的要求。（均衡器主要用于通过计算抵消无线信道干扰）NB-IoT通信协议栈基于LTE设计，但它系统性地简化了协议栈，使得通信单元的软件和硬件也可以相应的降低配置：终端可以使用低成本的专用集成电路来替代高成本的通用计算芯片，来实现协议简化后的功能。这样还能够减少通信单元的整体功耗，延长电池使用寿命。05业务在核心网络中的简化在NB-IoT的核心网络（EPC-EvolvedPacketCore，即4G核心网）中，针对物联网业务的需求特性，蜂窝物联网（CIoT）定义了两种优化方案：CIoTEPS用户面功能优化（UserPlaneCIoTEPSoptimisation）CIoTEPS控制面功能优化（ControlPlaneCIoTEPSoptimisation）（1）用户面功能优化“用户面功能优化”与原LTE业务的差异并不大，它的主要特性是引入RRC(无线资源控制)的“挂起/恢复（Suspend/Resume）流程”，减少了终端重复进行网络接入的信令开销。当终端和网络之间没有数据流量时，网络将终端置为挂起状态（Suspend），但在终端和网络中仍旧保留原有的连接配置数据。当终端重新发起业务时，原配置数据可以立即恢复通信连接（Resume），以此减去了重新进行RRC重配、安全验证等流程，降低了无线空口上的信令交互量。（2）控制面功能优化“控制面功能优化”包括两种实现方式（消息传递路径）。通过这两种方式，终端不必在无线空口上和网络建立业务承载，就可以将业务数据直接传递到网络中。备注：通信系统的特性之一是控制与承载（业务）分离，直观的来说就是业务的控制消息（建立业务、释放业务、修改业务）和业务数据本身并不在同一条链路上混合传递。NB-IoT的控制面功能优化则简化了这种惯常的信息业务架构。CP模式的两种实现方式，即两种数据传递的路径：A.在核心网内，由MME、SCEF网元负责业务数据的转接在该方式中，NB-IoT引入了新的网元：SCEF（ServiceCapa-bilityExposureFunction，服务能力开放平台）。物联网终端接受或发送业务数据，是通过无线信令链路进行的，而非无线业务链路。当终端需要上传数据时，业务数据由无线信令消息携带，直接传递到核心网的网元MME(MobilityManagementEntity，4G核心网中的移动性管理实体)，再由MME通过新增的SCEF网元转发到CIoT服务平台（CIoTServices，也称为AP-应用服务）。云端向终端发送业务数据的方向则和上传方向正好相反。路径：UE(终端)-MME-SCEF-CIoTServicesB.在核心网内，通过MME与业务面交互业务数据在该方式中，终端同样通过无线信令链路收发业务数据。对于业务数据的上传，是由MME设备将终端的业务数据送入核心网的业务面网元SGW，再通过PGW进入互联网平台；对于下传业务数据，则由SGW传递给MME，再由MME通过无线信令消息送给终端。业务数据上传和下传的路径也是一致的。路径：UE(终端)-MME-SGW-PGW-CIoTServices按照传统流程（包括用户面优化方案），终端需要和网络先建立SRB(SignalingRadioBearer)再建立DRB(DataRadioBearer)，才能够在无线通道上传输数据。而采用控制面优化方案（CP模式），只需要建立SRB就可以实现业务数据的收发。（3）功能优化模式总结CP方式借鉴了短距通信的一些设计思路，非常适合低频次、小数据包的上传业务，类似于短信业务。但网络中“信令面”的带宽有限，CP方式所以并不适合传递较大的业务数据包。UP模式则可以满足大数据业务的传递。不论是UP模式，还是CP模式，本质上都是通过无线通信流程的简化，节省了终端的通信计算和能量消耗，提升了数据传递效率。06连接态的移动性管理最初，NB-IoT的规范是针对静态的应用场景(如智能抄表)进行设计和制定的，所以在Rel-13版本（2016年6月）中它并不支持连接状态下的移动性管理，即不支持“无线切换”。在随后的Rel-14版本中，NB-IoT会支持基站小区间的切换，以保证业务在移动状态下的连续性。PART4/NB-IoT的技术特性总结从NB-IoT的特性中可以看出，其通过“信号增强”、“寻呼优化”加强了通信覆盖的深度。主要通过三个方面，来“照顾”终端对低耗电、低成本的要求：1、引入了低功耗的“睡眠”模式（PSM、eDRX）；2、降低了对通信品质要求，简化了终端设计（半双工模式、协议栈简化等）；3、通过两种功能优化模式（CP模式、UP模式）简化流程，减少了终端和网络的交互量。这些对广域移动通信技术的“优化”设计，使得NB-IoT更加适合于部分物联网的场景应用，也就是LPWA（低功耗广域网）类型的应用。并且由于引入了睡眠模式，降低了通信品质的要求（主要是实时性要求），使得NB-IoT的基站比传统基站，能够接入更多的（承载LPWA业务的）终端。采用NB-IoT的终端可以在满足低功耗的需求下，用于较高密度部署、低频次数据采集的应用（包括固定位置的抄表、仓储和物流管理、城市公共设置的信息采集等），或者是较低密度部署、长距离通信连接的应用（包括农情监控、地质水文监测等）。当然，作为一种LPWAN技术，NB-IoT有其固有的局限性，它显然并不适用于要求低时延、高可靠性的业务（车联网、远程医疗），而且中等需求的业务（智能穿戴、智能家居）对于它来说也稍显“吃力”。在物联网技术生态中，没有一种通信接入技术能够“通吃”所有的应用场景，各种接入技术之间存在一定的互补效应，NB-IoT能够依靠其技术特性在物联网领域中占据着一席之地。

随着IPv6的出现，对于所有实际用途，唯一互联网地址目前几乎是无限的。因此，如何应用它们尚未完全定义，但简单地说，“智能”一词将起到关键作用。例如，智能家居将为可寻址的节点呈现出理想环境；家里的每个设备在不久的将来完全可能变得‘更智能’，而这意味着我们的家也将因此变得更智能。远程管理家居环境的想法还是只是一个开始。从概念上讲，你甚至不需从传统意义上管理事务；您的家庭将能自行做决定。主要表现为：智能照明、识别个人身份的安防系统，或适应季节、当日时间和占用率的环境设置。所有这些都将成为可能，这就要归功于微控制器提供强大支持的节点，而这些节点主要通过安全通道以无线通信方式来收集和交换数据。无线技术的演变数十年来，无线通信技术一直用于促进工业环境中的控制；在蜂窝技术出现前的很长一段时间里，次GHz带宽过去（目前仍然）主要用于创建专有而稳固的射频链路，这种链路同时具备良好的覆盖率和弹性。但是，可以说是最近的工作在2.4GHz带宽范围的‘开放’无线技术推动了创新，同时推出的相关协议也是数量众多。如今，使用868.0-868.6MHz（欧洲）、902–928MHz（北美）和2400-2483.5MHz（全球）频带的专用于无线通信的协议通常称为IEEE802.15.4的IEEE规范，目前包括一系列更高级别的协议，如ZigBee、蓝牙和线程协议。持续创新已让制造商大幅缩减面向IEEE802.15.4标准、已启用射频的微控制器的功耗和尺寸，如此一来，现在预计可以提供用于智能电器的基础构建块，将其连接至家庭网关，并从此连接到整个互联网。通过这种方式，房主很快就能从任何地方监视并控制这些智能电器，而网关在控制家庭环境方面也可获得一定的自主权。在某种程度上，这个智能家居的愿景将通过部署智能电表来实现，而智能电表可以更密切地监视天然气、水和电等公用事业的输送。在智联环境中与负责消耗这些商品的电器结合后，智能家居的愿景显然已初步成型。但是，有限资源的更智能使用只是一个方面。未来会有很多机会改善开展日常活动的方式，其中包括了安全门禁。目前提供的‘智能锁’可使用个人代码编程，从而帮助屋主了解家里的情况，包括有谁在家以及在家的时间等等。智能家居将借由大量传感器来实现，通过低成本、超低功耗的微控制器控制和连接，这对从事此激动人心且可能获利的新领域的OEM来说是一个大好良机。集成解决方案虽然低级协议仍为IEEE802.15.4，但较高级别的协议却多种多样且各不相同，实施这些协议的器件也是如此。例如，NXPSemiconductors推出的JN516x系列无线微控制器集成了一个专有的32位RISC内核和一个包含2.45GHz无线电、调制解调器、基带控制器和安全协处理器的无线收发器，以及一个在需要更大范围时用于直接控制外部功率放大器的专用输出。安全协处理器提供IEEE802.15.42006标准中所需的基于硬件的128位AES-CCM模式，而收发器块则提供由CPU上运行的协议堆栈控制的MAC和PHY功能，以及高级协议和应用软件。虽然调制解调器提供数字收发器在250kbit/s下符合IEEE802.15.4标准所需的所有必要调制和扩频功能，但基带处理器提供MAC层的所有时序关键型的功能，使用专门硬件来确保空中接口的精确定时。此硬件/软件分区让软件可以实现协议以毫秒分辨率安排时序事件所需的事件定序，而硬件能够以微秒时序分辨率实施特定的事件。软件可处理协议的较高层功能，例如，使用基带处理器提供的服务在端点和协调器节点之间发送管理和数据消息（图2）。安全协处理器可由应用软件访问，以执行加密/解密操作。加密引擎的基于硬件的实现可大幅加快该过程。此外，JN516x还具有二十个通用型数字I/O引脚，以及两个专用的数字输出。未来线路图高度集成的无线片上系统的另一个示例是SiliconLabs推出的采用ARMCortex-M3内核的EM358x系列（图3）。该系列还具备一个2.4GHz、符合IEEE802-15.4标准的收发器。据SiliconLabs所述，这一系列采用了一个高效架构，超出了IEEE标准规定的动态范围要求15dB以上。使用集成的接收通道滤波意味着，使用此系列SoC的器件可与使用2.4GHz范围的其他器件共存；这是智能家居的一个重要因素，因为对于许多（如不是全部）家用电器来说，预期是启动无线功能的。它在硬件中集成了许多MAC功能、AES128加密加速器和自动CRC处理，其中包括自动ACK传输和接收、传输的自动回退延迟和空闲信道评估，以及收到的数据包的自动滤波。Ember数据包追踪接口还与MAC集成在一起，可以完整、非侵入式捕捉进出器件的所有数据包，且专门与Ember开发工具一起使用。此处描述的两个系列无线MCU专为实现ZigBee协议而开发和定位，该协议已在智能家居应用中部署，但最近出现的线程协议预计会因其独特功能而对面向智能家居的器件开发产生显著而积极影响。许多可支持ZigBee的SoC也将支持线程，因此为开发商和OEM提供了路线图。结论智能家居将采用各种技术，包括智能电表、网关和家电。尽管并非所有智能家居都可通过无线方式实现连接，但随着ZigBee和线程等无线技术的不断发展，大量智能电器将使用无线通信作为其连接家庭网关的主要（如不是唯一）形式。IPv6的继续发展是这一演变的基础，可以说线程是这一方面的首选协议，因为它专为利用互联网地址扩展而开发。这将促使各种最终应用连接到家中，同时产生对一系列新设备的需求。在短短几年之后，房主也许可能会问自己，在无法从联网世界的任何地方监视与控制家居的各个方面时，他们曾经是如何进行管理的。文章来源网络

家用电器在使用过程中，因为市电的不稳定常常受到影响，使用寿命降低，严重的还容易因电压激增而烧毁。本例介绍的过压自动断电可以很好的解决这一问题。电路工作原理如下图所示，220V市电经C1、VD1、DW1为开关集成电路提供稳定的12V工作电压，VD3、R2和RP1构成分压采样电路。当市电电压正常时，DW2不能导通，TWH8778第⑤脚工作电压低于1.6V，继电器J不吸合，市电经J－1常闭触点为CZ插座正常供电；当市电电压高出正常置时，DW2击穿导通，TWH8778第⑤脚电位上升到1.6V，使IC翻转，第③脚输出高电平，继电器吸合，用电器供电立即切断，从而避免了因过压给用电器带来的危害。在元器件选择上，C1选用0.47µ/400V的电解电容，继电器J选用6V直流接触器；RP选用普通微调电位器，芯片IC可用TWH8778型电子开关或TWH8752型电子开关。本装置焊接无误后，将市电接至调压器的输入端，配合调压器并仔细调节RP1，使继电器J在电压为250V时吸合，然后将本电路接入市电电网即可正常工作。文章来源网络

近年来，智能家居技术一直在迅速发展。越来越多的家庭采用AmazonEcho和GoogleHome等智能扬声器。一度只生产简单家用设备的公司，现正面临着高保真音频输出的需求。这种音频输出远远不止于普通的哔哔声或是通知衣服已经清洗完毕的音乐声；此音频技术能使电冰箱大声报读食品清单，或让照明开关提醒人们在离开房间之前关灯。增添先进的音频功能是令人怯步的艰巨工作，会使本已紧张的工程设计团队的时间表变得复杂纷乱。在本篇博文中，我将探讨与智能家居音频设计相关的四大挑战和如何简化设计过程的方法。1.难以定义项目要求。您要从事的项目听上去很简单：让这件设备讲话。但伴随音频输出的是许多设计选择和挑战，从一眼看过去都非常近似的海量选择中挑选出适合的放大器，不是一件容易的事情。为了简化选择放大器的过程，TI的交互式框图针对特定智能家居应用提供组件方面的建议。例如，图1显示的智能扬声器框图，重点介绍了功能能够满足多种智能家居设计要求的音频子系统和大量扬声器放大器。同一页上的音频参考设计附带可用作项目模板的原理图和配套部分，既增加了系统级知识，又降低了组件选择的难度。TI框图是开始设计的很棒的第一步，但是扬声器放大器的选择最终将取决于您的项目要求。最常见的智能家居产品要求中的两个，是高效率和简洁而重点明晰的设备概要文件。2.音频输出和先进功能会降低能源效率。为智能家居设备添加额外功能会增加功耗，音频功能也会导致这样的结果。随着科技公司不断努力开发绿色环保技术和政府颁布有关备用电源的法规，优化下一代产品使其功耗不断下降就变得日益重要了。低效率的音频系统是浪费功率和降低用户满意度的主要元凶之一，它增加电费开支，还能更快速地消耗电池电能，甚至使设备发热。音频放大器不总是起到上述作用，但是在用户需要反馈或通知时，它们则必须响应；想一想闲置模式下的安防摄像机或智能显示屏，就会明白其中的道理。另一方面，在开泳池派对时，蓝牙®扬声器需要高效播放夏日乐单，这样它的电池才能维持一整天。为解决以智能家居为核心的应用问题，TI最新的扬声器放大器拥有了先进的内置功耗管理功能。这一专有的混合调制方案可将>12-V系统中的待机电流损耗降至最低，同时采用音频信号包络跟踪算法的板载H类升压设置，能够将电池供电系统的电池续航时间延长多达40%。图2说明了受算法控制的多步升压，尤其是在播放音频且增益较低的情况下，是如何显著节约固定式12V电源轨的功耗的。3.物理条件局限限制了音频性能。电子设备已经缩水为极简洁的设计。家用设备小巧的外形从未给音频功能留有余地，这使得添加额外组件，比如放大器、数字信号处理器（DSP）、升压转换器和扬声器，而又不增大总体尺寸成为一件困难的事情。TI的音频团队充分考虑了这些局限，把主要精力放在制作集成更多功能的放大器上，以便减少外部组件并优化音频子系统占用的空间。智能家居生态系统的核心是智能扬声器，它的高品质音乐和虚拟辅助反馈对于博取高用户满意度至关重要。增添音频DSP来产生高品质输出，亦同时增加了成本和印刷电路板（PCB）体积。TI提供集成了处理能力的音频放大器，于是用户可以调节扬声器输出最清晰的虚拟辅助响应和最丰富的音乐体验。外部回声消除算法甚至能够利用预处理后的信号，帮助智能扬声器更准确地区分音频输出和用户语音命令。D类扬声器放大器的高开关频率，导致电磁干扰（EMI），使音频信号失真。这通常需要由多个大型电感器进行抑制。但是诸如扩展频谱和相位优化等功能不需要外部电感器就能抑制EMI，既节省空间和成本，又能产生超低失真的音频输出。一般来说，扬声器输出功率与其尺寸紧密相关；如果您想要更大的音量，就需要更大的换能器，但在设计空间局促的产品时可能无法使用换能器。可视门铃需要高声和清晰地输出家庭主人说的话，即使在嘈杂环境中也必须做到这一点，同时还要保持小巧纤薄的外形。适合这些设计的智能扬声器，输出的功率也较低，因此更易于因过热和超温而损坏。但由于有了TI扬声器保护算法，较小的扬声器也能安全输出较高音量，达致前所未有的优越音质。如图3所示，采用扬声器保护算法的TI智能放大器，使工程师能够充分利用扬声器功能和输出更高的平均功率，而又不会把换能器集成从设计中拿掉。在智能家居中，音量的视场合变化意味着访客坐在车里，即使旁边有汽车飞驰而过，也能轻松听到主人的声音。小外形装置散热不佳，也给不断缩小的智能家居产品带来了问题。热量可以损害内部组件，形成不良的用户体验，或者如果未能正确处置会引起装置起火。设计时牢记散热，就表示考虑PCB布局和铜线厚度，或部署如温度折返等功能使扬声器放大器减少散热，方法是在过热情况下，动态调节音频信号的增益。在设计安全可靠产品的初始阶段，就必须牢记热量管理。4.运用先进的音频放大器技术/功能，要求深厚的专业技能，并且实施起来有难度。先进功能能解决许多问题，这在方案研究阶段听上去很不错，但如果很难实施就没有什么价值了，尤其对于首次设计音频的工程师而言更是如此。从零开始构建特性或通过外部组件实施是困难的，一来不能有效使用PCB空间，二来需要电力电子和信号处理方面的专业知识。为简化下一代产品的设计，TI不仅为放大器集成了多种功能，而且还提供免费的软件工具帮助用户轻松控制它们。PurePath™Console3软件套装通过连接各设备的评估模块（EVM）简化了对这些设备的操控，便于工程师在现代化且易于使用的图形用户界面中迅速调整音频输出、标定设置和体现扬声器的特征。逐步调节和特征化向导及大量培训资源，拉平了与学习新工具相关的学习曲线（即，降低了学习难度，减少了学习时间）。该软件兼容多种TI音频评估模块（EVM），支持项目在未来采用新设备，软件套件则不需要变化。由于功耗管理、扬声器保护和音频均衡都集成到了TI设备中，通过PurePathConsole软件可以轻松配置它们。它们只需要很少或完全不需要额外的软件开发工作，这使得我们运用这些设备和软件便能够创造出高功耗管理效率、高保真的音频子系统，在提高用户满意度之余，有很大的把握能够契合总体项目时间安排。文章来源网络

开发人员一直面临着构建小型，可靠，低功耗和低成本的电池供电蓝牙设备的持续压力，同时满足更短的上市时间窗口。这是一个工程权衡矩阵变得越来越困难，但由于半导体供应商的创新解决方案有助于解决这些特定问题，因此并非不可能。其中一个解决方案是意法半导体的STM32WB55RGV6微控制器，该微控制器集成了控制处理器和蓝牙无线电。在介绍STM32WB55RGV6之前，本文将阐述不断增长的蓝牙配件市场的设计要求以及如何应用它。蓝牙配件要求蓝牙配件通常对电池寿命和尺寸有相同的要求。对于消费者蓝牙产品，更长的电池寿命与客户满意度直接相关，因此应选择小尺寸和低功耗的组件。初始设计应该具有足够的替代灵活性，因为随着开发过程的推进，找到比已经选择的产品更好的产品并不罕见。蓝牙设计通常分为三个部分：蓝牙无线电，应用处理器和支持组件，以及用户界面（按钮，LED，扬声器）。意法半导体通过在同一个微控制器上集成控制处理器和蓝牙无线电，简化了设计。所述微控制器STM32WB55RGV6是意法半导体的一部分STM32WB微控制器家族，其在64兆赫（MHz）集成臂®Cortex®-M4具有浮点单元（FPU）处理器和单个芯片上的完整的蓝牙无线电装置。板载内存包括1兆字节（Mbyte）的闪存和256千字节（Kbytes）的SRAM。STM32WB55RGV6具有三个片内稳压器。主处理器在处理器处于运行和休眠模式时运行。低功耗稳压器用于低功耗运行和低功耗休眠模式。射频（RF）调节器仅用于为蓝牙无线电和射频子系统供电。还有其他参数清楚地表明STM32WB55RGV6是为低功耗应用而构建的。它具有13纳安（nA）的关断模式，可以关闭芯片上的所有内容，除了一些RAM。如果实时时钟（RTC）在关机状态下保持运行，则器件仅消耗315nA。在RTC运行的情况下，微控制器还可以保留32KB的RAM，同时仅消耗600nA。为了提高灵活性，STM32WB55RGV6具有全系列外设，包括两个串行外设接口（SPI）和两个I2C接口（图1）。USB2.0全速（FS）端口可用于在应用程序和PC之间传输文件。它也可用于为蓝牙应用程序上的电池充电，无论是否支持数据传输。STM32WB55还有一个用于外部8x40LCD的控制器。触摸感应控制器可用于启用触摸屏界面。STM32WB55RGV6上的蓝牙无线电符合最新的蓝牙规范v5.0。该无线电还符合用于蓝牙无线电的物理层（PHY）和媒体访问控制器（MAC）的IEEE802.15.4-2011规范。对于电池供电的应用，无线电符合蓝牙低功耗（BLE）标准，并通过安全连接支持1兆位/秒（Mbit/s）和2Mbits/s的数据速率。BLE堆栈和IEEE802.15.4PHY和MAC层在STM32WB上的专用ArmCortex-M0+CPU上运行。此Cortex-M0+专用于仅运行BLE堆栈，不能用于运行用户应用程序代码。STM32WB55RGV6微控制器系列的RF前端设计用于最少的外部元件，如图2所示。它具有专用的开关模式电源（SMPS），用于为RF电路供电。SMPS是集成解决方案如何解决问题的一个很好的例子。为了最大限度地减少对RF电路的干扰，SMPS使用与RF部分相同的时钟频率作为Cortex-M0+微控制器（4或8MHz）。为了进一步降低干扰，自动增益控制（AGC）可以自动降低RF和IF增益。固件也可以手动修剪AGC。RF部分需要很少的外部元件。为实现这一目标，RF前端具有用户可编程的片上电容，因此外部32MHz晶振不需要外部微调电容。RF前端还通过在天线引脚（RF1）附近看到一个完整的带通巴伦来减少元件数量（图2，再次）。RF1引脚必须通过具有低通匹配网络的滤波器连接到兼容的蓝牙2.4千兆赫（GHz）天线。最后，需要在RF部分电源和地之间去耦电容器。建议值为100纳法（nF）和100皮法（pF）并联连接。与任何无线电应用一样，RF设计和组件选择直接影响蓝牙无线电的性能。使用高精度组件将提高蓝牙无线电的可靠性。对于设计人员来说，RF部分的大部分工作已经完成。由开发人员来设计系统，使其不会妨碍外部蓝牙天线与配对设备之间的路径。为了帮助加快STM32WB55RGV6的开发，意法半导体提供P-NUCLEO-WB55Nucleo开发板（图3）。该主板还配有一个USB加密狗，它还带有一个STM32WB微控制器。Nucleo板具有Arduino™扩展连接器，允许开发人员使用ArduinoUno兼容屏蔽来增强他们的项目。开发人员可以在Nucleo板周围快速组装硬件原型。通过将PC连接到电路板上的USB连接器来编程和调试Nucleo应用程序。然后，编程的Nucleo板可以与提供的蓝牙适配器或支持蓝牙的PC通信。应用安全性无线应用的安全性已成为开发人员的主要关注点。公司需要保护他们的数据和固件免受攻击和未经授权的伪造。STN32WB55RGV6上的AES-256硬件加密模块可用于加密和解密蓝牙传输。这可以防止恶意行为者窥探蓝牙传输并捕获数据。应用程序通过蓝牙进行更新是很常见的。但是，这也可以为黑客提供安装虚假固件更新的攻击点。STM32WB55RGV6通过安全固件安装（SFI）过程防止错误的固件安装。这是一个公钥/私钥系统，可将加密的固件文件传输到STM32WB55RGV6。STM32WB55RGV6使用存储在其安全存储块中的私钥和意法半导体签署的可读公钥解密固件文件。这可确保只有具有授权凭据的系统才能更新固件。每个STM32WB55RGV6还具有唯一的96位标识（ID）和唯一的64位ID。这些可用于识别不同的STM32WB55RGV6微控制器以提高安全性，甚至可为现场不同系统的固件启用不同功能。结论蓝牙设备的发展需要严格控制功率，尺寸，成本和可靠性。选择高度集成的元件（如STM32WB55RGV6）可以大大简化设计人员的权衡矩阵并最大限度地缩短开发时间。文章来源网络

该电路是一个三级定时控制器，可用于控制三台设备按照设定的时间依次循环工作，而且每台设备的工作时间可以独立调节，如果需要控制更多设备循环定时工作，只需要增加单元电路的数目即可。电路工作稳定、性能优良、性价比高、操作方便、适合个人和小型企业制作。可用于企业生产自动控制及彩灯控制，也可用于家用电器的趣味控制等。电路工作原理如下图所示：电路中，由三个时基集成电路LM555组成三个单稳态电路，每个单稳态电路作为一个定时控制单元。三个单元共同完成三级循环定时控制功能。在接通电源的瞬间，由于555集成电路IC3和IC4的复位端4脚都接有时间常数较大的自动复位电路（分别由R4、C7和R7、C11组成），使IC3和IC4复位，它们的输出端3脚就输出低电平，使三极管T2、T3分别截止，继电器J2、J3释放。由于IC2复位端4脚直接接在电源正极，电源接通时电容C3上的电压不能突变，IC2触发端2脚得到触发电压，使其进入暂稳态，其3脚输出高电平，三极管T1导通，继电器J1吸合，J1触头可控制电器通电工作。同时电源经电位器VR1向电容C5充电，当C5上的电压升高到电源电压的三分之二（4V）时，IC2结束暂稳，其3脚输出低电平使三极管T1截止，继电器J1释放，其触头控制的电器断电停止工作。调节电位器VR1和电容C5的参数就可改变继电器J1的吸合时间。在IC2输出低电位的瞬间，由电容C6和电阻R3组成的微分电路，将在IC3的触发端2脚产生负尖脉冲，触发IC3进入暂稳态，其输出端3脚输出高电位，使三极管T2导通，继电器J2吸合，其触头控制的电器通电工作。调节电位器VR2和电容C9的参数就可改暂稳态时间。当第二单元暂稳态结束时，由电容C10和电阻R6组成的微分电路，将在IC4的触发端2脚产生负尖脉冲，触发IC4进入暂稳态，其输出端3脚输出高电位，使三极管T3导通，继电器J3吸合，其触头控制的电器通电工作。调节电位器VR3和电容C13的参数就可改暂稳态时间。当第三单元暂稳态结束时，经微分电路C3、R1去触发第一单元电路，这样依次循环来实现循环定时控制。在元器件选择的上，电路中，IC1为三端集成稳压电路，选择MC7806型；IC2、IC3、IC4采用LM555时基集成电路；继电器J1、J2、J3要根据其控制电器的工作电流来选择，但继电器线圈额定电压应为直流6V。其他元器件没有特殊要求，按电路标注选择即可。另外，整个电路检查接线无误，通电就能正常工作，电路中的VR1、C5；VR2、C9；VR3、C13的参数分别决定三个单元电路的定时时间，按电路参数定时时间约为1.1RC秒。文章来源网络

可穿戴设备对设计人员的空间节省和低功耗优化能力要求可谓是苛刻之极。每平方毫米都很重要，每浪费一毫安都会致使电池寿命缩短，从而不可避免地导致不良的用户体验。可穿戴设备的主要电池消耗之一是无线接口，目前各种解决方案不断涌现，帮助设计人员最大程度地减少了电池消耗。本文讨论了可穿戴设备的无线连接如何工作，以及如何配置无线接口以最大程度地减少电池消耗。然后，详细介绍了来自DialogSemiconductor的无线芯片，并讨论了如何给可穿戴设备正确配置蓝牙连接。消费类可穿戴设备中的无线通信消费类可穿戴设备通常会连接到运行由制造商所开发应用的移动设备。尽管可穿戴设备可以独立于所连接的移动设备进行操作，但最常见的操作模式是当移动设备处于连接范围内时，以设定的时间间隔与移动设备进行同步。这种同步不需要实时进行，这是功耗优化的关键因素。例如，可穿戴健身设备与应用同步数据，包括记录的心率、步数和随时间变化的距离数据。即使用户正在锻炼，这些数据也不必实时同步。一到五秒的更新间隔便可以接受，并且该间隔通常可由用户进行配置。此外，可穿戴设备还会从移动设备接收提醒，包括来电和短信。这些提醒是按需进行的，仅在需要时发生。设计人员可以使用多种无线接口来连接可穿戴设备，但是出于互操作性的考虑，很少有接口可与蓝牙竞争，蓝牙提供了可穿戴设备与移动设备之间的直接连接。当移动设备超出范围时，也可使用Wi-Fi将可穿戴设备连接到互联网。然后，可以将可穿戴设备配置成连接到公共网络或任何其他授权访问的网络。这样就可以双向交换数据。例如，数据可以通过Wi-Fi网络从可穿戴设备传输至可穿戴设备制造商的云中，然后再通过蜂窝网络从云中发送至移动设备。同时，移动设备可以将相关本地状况以及电子邮件或文本通知更新至可穿戴设备。Wi-Fi由于额外的功耗和成本而在可穿戴设备中很少见，而且可穿戴设备几乎总是在配对的移动设备附近，因此本文将重点介绍蓝牙。可穿戴设备蓝牙技术蓝牙最初开发用于点对点连接，数据流的传输速率为每秒1到3兆比特(Mb/s)。今天，这种原始的蓝牙规范被称为蓝牙3.0或经典蓝牙。尽管这些早期的蓝牙版本适用于传输音频和多媒体文件，但它们的设计对于间歇性、低数据速率、低功耗控制信号和传感器数据来说过于耗电。人们针对后面这些应用开发了蓝牙4.0。如今，蓝牙4.0被广泛称为低功耗蓝牙(LE)，数据传输速度可低至每秒125千位(Kb/s)。此外，低功耗蓝牙芯片大部分时间都处于休眠模式，直到需要时才会消耗很小的功耗。这非常适合使用小电池的低功耗可穿戴设备。要在可穿戴设备上实现低功耗蓝牙无线电，开发人员可以使用集成了无线电的微控制器，也可以使用外部无线电。系统要求决定了哪种才是最低功耗的选择。例如，如果将低功耗蓝牙无线电作为外设集成到微控制器中，则可以节省宝贵的印刷电路板空间。但是，这需要至少对微控制器进行部分供电，以便无线电外设能够工作。或者，也可以将低功耗蓝牙无线电置于微控制器外部。尽管这需要额外的印刷电路板空间，但它的优点是只需要使无线电芯片处于活动状态，而微控制器可以处于低功耗模式。此外，这还会带来实现可穿戴设备模块化设计方法的额外优势。这将允许在新设计中更换更强大的主机微控制器，而将低功耗蓝牙无线电芯片保持不变。由于不需要将蓝牙无线电和堆栈编码到微控制器中，因此还可以加快设计周期。使用外部蓝牙芯片可穿戴设备所用的外部蓝牙芯片应具有与微控制器的简单接口，该接口不会明显增加功耗，还应该能够将微控制器从休眠状态唤醒。DialogSemiconductor的DA14585蓝牙SoC就是一种适合可穿戴设备的器件，如图1所示。DA14585基于一个Arm®Cortex®-M0核心，具有128千字节(KB)的出厂编程ROM。该器件还包含用于定制的64KB一次可编程(OTP)存储器。这样就能为DA14585开发定制的蓝牙应用固件。该固件也可以访问其他片上外设，包括：四通道10位模数转换器(ADC)，可用于电池监测正交解码器，可用于连接到三轴人机接口设备(HID)，例如带方向的计步器键盘控制器外设，可用于连接按键和消除按键抖动图1：DialogSemiconductor的DA14585是一款完整的蓝牙SoC解决方案，具有完整的蓝牙5.0堆栈、2.4GHz无线电收发器，以及用于定制蓝牙外设的其他硬件。（图片来源：DialogSemiconductor）DA14585还集成了2.4GHz收发器、基带处理器及合格的低功耗蓝牙5.0堆栈，以最大程度减少开发人员花在学习蓝牙半导体设计细节上的时间。该器件同时支持多达八个低功耗蓝牙连接，但可穿戴设备通常只需要一个。该芯片可以使用UART、SPI或I2C接口连接到微控制器。虽然该器件包括用于主机通信的默认固件，但为了实现更高效的可穿戴系统设计，Dialog支持开发人员使用片上OTP来自定义主机通信。UART通过硬件流量控制支持高达1Mb/s的数据速率，因此主机微控制器必须支持兼容的UART接口。此外，DA14585还很小巧。它采用34引脚WLCSP封装，尺寸仅为5毫米(mm)x5mm，占用的电路板基底面很小。其厚度为0.9mm，非常适合超薄型可穿戴设备。低功耗蓝牙核心和堆栈完全符合蓝牙规范v5.0（图2）。若将堆栈放置在DA14585而不是微控制器中，一个优点是当蓝牙规范更新时，Dialog只需更新DA14585中的堆栈。可穿戴设备仍将照旧运行，而开发人员可以选择更新主机微控制器应用固件，以利用规范中的任何更改。图2：DialogSemiconductor的DA14585只需连接极少的外部元器件。它实现了完整的蓝牙v5.0核心和无线电，因此开发人员无需了解构建蓝牙半导体解决方案的细节。（图片来源：DialogSemiconductor）蓝牙无线电只需连接少量外部元器件。它支持所有蓝牙设备类和数据包类型。此外，还可以关闭无线电以节省能源。Cortex-M0核心将其视为AHB总线外设。DialogSemiconductor还推出了DA14586，它与DA14585具有相同的ROM、OTP和外设组，但增加了2Mb的闪存。虽然闪存可以多次编程而OTP只能编程一次，但与闪存相比，OTP的耗电量要少得多。此外，DA14585的工作电压为0.9至3.6伏，而DA14586则需要1.8至3.3伏。实现低功耗蓝牙可穿戴设备DA14585上的蓝牙核心有两种工作模式：活动和深度休眠。在活动模式下，通过蓝牙无线连接收发无线电；深度休眠模式则会禁用核心，并有选择地断开无线电电源。由于可穿戴设备充其量是接近实时的设备，因此为了节省电量，可以对核心和无线电进行编程，以处理定期休眠和唤醒事件。例如，可以将蓝牙核心编程为进入深度休眠一段时间，然后唤醒到活动状态，管理发给用户或关于用户的任何消息或通知（即电子邮件、心率更新），然后再返回到深度休眠模式。此周期的长短由开发人员决定。核心处于深度休眠模式的时间越长，节省的电池电量就越多；但是，深度休眠时间过长也会导致蓝牙消息延迟。要减少延迟并缩短响应时间，可对核心进行编程，延长活动模式下的时间，但这会消耗更多电量。开发人员应尝试不同的深度休眠和活动模式周期，以优化功耗与响应时间，从而提供最佳用户体验。DA14585的主ArmCortex-M0处理器支持四种功耗模式：活动、休眠、扩展休眠和深度休眠。请注意，请勿将这些功耗模式与蓝牙核心的功耗模式混淆——当Arm内核和外设自身处于扩展休眠模式时，蓝牙核心可以处于活动模式。在活动模式下，Arm内核和外设均通电并处于活动状态。在激活蓝牙数据连接期间，DA14585便处于此模式。在活动模式下，DA14585由3伏电源供电，设备在接收数据时消耗5.3毫安(mA)电流，而在发送数据时消耗4.9mA电流。在休眠模式下，Arm内核空闲，但保留其状态。这样，当蓝牙处于活动状态时而Arm内核正在等待传输完成以便对数据进行反应，就能节省电量。休眠模式下的电流消耗因激活的外设而异。在扩展休眠模式下，Arm内核及所选外设均处于空闲状态。当蓝牙核心自身处于深度休眠模式以及蓝牙长时间不活动时，可使用此模式节省电量。蓝牙外设和主机接口可以处于活动状态，并且二者均可在检测到活动时通过中断唤醒Arm内核。此模式消耗的电量极少。在扩展休眠模式下，DA14585保留64KBRAM，消耗3.3微安(µA)电流。Arm和外设的最低功耗模式是深度休眠模式。该模式将关闭所有功能，包括蓝牙无线电。如果用户决定关闭蓝牙并且不需要任何DA14585外设，则此模式很有用。在深度休眠模式下，DA14585消耗的电流可低至610纳安(nA)，或者，如果需要保留16KBRAM，则仅消耗1.4µA电流。在基本操作中，基于DA14585的可穿戴设备的蓝牙核心大部分时间处于深度休眠模式，而Arm处于休眠或扩展休眠模式。然后，蓝牙核心会以设定的间隔定期唤醒进入活动模式，以检查无线数据，同时Arm内核会唤醒至活动模式，并与主机微控制器进行数据通信。传输完成后，蓝牙核心进入深度休眠，而Arm内核则进入休眠或扩展休眠模式。这提供了一种主动和可靠的移动设备连接，同时还节省了电能。DA14585入门为了方便开始使用DA14585，Dialog提供了DA14585-00ATDEVKT-B蓝牙DA14585基本开发套件（图3）。图3：DialogSemiconductor的DA14585基本评估板通过USB接口连接到PC，其中包含了开发人员测试和调试设备微控制器驱动程序及应用固件所需的一切。（图片来源：DialogSemiconductor）DA14585基本开发套件支持通过USB接口进行全面调试。该套件由来自MicrochipTechnology并使用外部程序闪存的主机微控制器进行控制。微控制器的应用固件可以通过USB接口加载到闪存中。开发人员可以加载套件随附的样例程序，并使用这些程序与另一个蓝牙设备（例如PC）进行交互。然后可以加载和调试开发人员的定制固件。总结可穿戴设备的设计人员需要优化设计，以最低的功耗提供最佳的用户体验，同时还要考虑开发时间和成本。无线接口可能会消耗很大一部分的功耗预算，但是可通过仔细选择接口及其实现方式来大幅减轻这一负担。如上所述，结合使用主机微控制器与外部蓝牙芯片，可以加快开发速度，无需从头开始设计蓝牙接口即可让开发人员打造出可穿戴设备。适当使用低功耗模式可以延长可穿戴设备的电池寿命，同时确保可靠工作。文章来源网络

Z-Wave®强调易用性和互操作性，在消费类和“智能家居”应用领域，当属前沿无线网络技术之一。不过，对设计人员而言，实现Z-Wave特有的易用性极具挑战，每台基于Z-Wave的设备上市前都必须正式通过合规性认证。这些挑战增加了应用开发的成本和时间，而对于成功的设计而言，最大限度地降低这两者却至关重要。除非内部成员具备丰富的射频(RF)硬件和固件专业知识，否则设计人员选择预认证组件和现成解决方案才是明智之举。对于时间紧迫、预算紧张的设计，毫无余裕就射频设计进行学习和实验。射频传播以及机载阅读器与射频卡之间的耦合作用等个中微妙，着实过于复杂。本文介绍了无线网状组网的一些基础知识，特别是Z-Wave。随后，本文以SiliconLabs的700系列Z-Wave兼容微控制器芯片系列及相关开发工具作为实例，展示如何快速构建经认证的可用Z-Wave网络并应用于新型消费类设备。什么是Z-Wave？Z-Wave是众多相互竞争的家庭无线网状组网标准之一（图1），其他标准包括Zigbee、Thread和Insteon。虽然Wi-Fi和蓝牙最初设计时并不具备网状网络功能，但都已针对网状组网进行了更新，如今也加入了该领域的竞争，尽管其功率水平和数据速率有所不同。每种无线网络都有其优缺点，但Z-Wave专为低成本、低功耗的消费类设备而设计，并不断发展以满足新的需求。在网状网络中，数据包可以从网络上的一台设备“跳跃”到另一台设备，直至到达目标设备。因此，两台设备不必一定要在彼此的无线电范围内。只要某台设备至少在网络上另一台设备的无线电范围内，那么这台设备就可以将数据转发到范围内的下一台设备，依此类推，直到数据到达目的地。网络上任意两台设备之间可能存在多条不同路径，因此网状网络协议需确定最短且最有效的路径。网络连接的设备越多，冗余级别越高，网络性能越稳定。虽然网络跳跃从概念上理解很简单，但实际应用却很难实现。无论其制造商、功能、使用年数、范围或固件版本级别，每台Z-Wave设备（即节点）必须能与任何其他节点进行通信。作为网状网络的组成部分，节点必须能够充当起始、目标，或彼此超出范围的其他节点之间的中介。此外，每个节点还必须能够与任何其他节点交换应用级数据和命令。用户可能随时添加或删除节点，而网络必须仍然保持稳定，无缝运行且不发生中断。为了便于使用，节点必须能够加入（和离开）网络，操作时无需复杂的用户设置，没有DIP开关、服务集标识符(SSID)或密码，并且无需键盘、鼠标、接口等（如适用）。在技术方面，Z-Wave是低速、低功耗的无线网络，数据速率最高为100kbps，但常用速度约为40kbps。典型工作范围约为30至40m，具体取决于网络射频组件、设计布局、天线位置，以及墙壁和环境干扰等环境因素。不同于Wi-Fi或蓝牙等点对点网络，Z-Wave是网状网络，数据包时常从一个节点跳跃到另一个节点，总有效范围达数百米，为家庭应用提供充足的覆盖范围。Z-Wave的工作频率低于1GHz，处在工业、科学和医疗(ISM)频段（北美为908.42MHz，欧洲为868.42MHz），不受Wi-Fi或蓝牙干扰。虽然Zigbee也可工作在相同的ISM频段，但多数情况下仍工作在更通用的2.4GHz频段，该频段是全球共用的频段。因此，这也表示Z-Wave设备通常不会干扰其他无线网络。ZenGecko简介SiliconLabs推出的Gecko系列包含各种低成本、低功耗的微控制器。该产品系列可进一步细分为几个特定应用区域，包括用于Z-Wave开发的"ZenGecko"子系列。该公司的ZenGecko系列推出了两款不同的Z-Wave设备。一款是“智能调制解调器”芯片，另一款则是完整的独立式模块芯片。调制解调器芯片（零件编号为EFR32ZG14P231F256GM32-BR）旨在与主机处理器配合使用，而模块(ZGM130S037HGN1R)则可以单独使用，几乎不需要外部元器件。这两款器件均基于39MHz的Arm®Cortex®-M4微控制器内核，虽然两者的实现方式有所不同。Arm的Cortex架构是基于RISC的新型微控制器设计，得到了数百家供应商的软件和硬件开发工具的广泛支持。对于'ZG14调制解调器芯片，内部Cortex-M4自带预编程的Z-Wave协议栈。处理器对用户不可用，那么对开发人员而言，就几乎可以忽略其存在。因此，尽管调制解调器芯片能够处理复杂的Z-Wave协议，但仍需要由外部处理器来处理应用程序代码，进而使得'ZG14成为相对复杂产品的理想之选，因为这些产品对空间和性能有所要求，以此支持独立的微处理器或微控制器。此外，只需添加'ZG14智能调制解调器并接入信号和RF组件，即可使现有产品轻松兼容Z-Wave。而另一方面，'130S模块是完全自足式芯片，可以作为产品中唯一的微控制器单独使用。该器件的内部Cortex-M4对开发人员可用，可用于应用程序代码。相较于'ZG14智能调制解调器，'130S模块尺寸较大，但功能更强大，包括模数转换器(ADC)和数模转换器(DAC)、模拟比较器、电容检测接口（用于触摸屏）、计数器、定时器、看门狗计时器和UART等。该模块只需接入电源、接地和天线，即可实现功能齐全的Z-Wave控制器。这两款器件共同构成了700系列，即SiliconLabs最新的Z-Wave组件，符合最新的Z-Wave规范。具体来说，两款器件均支持最新的安全功能（Security-2，即S2）以及简化用户设置的可选功能SmartStart。此外，还支持所有三种Z-Wave数据速率（9.6、40和100kbps）以及所有全球频段。与所有Z-Wave设备一样，这两款器件向后兼容所有低版本的Z-Wave设备和控制器。此前使用过SiliconLabs基于8051的Z-Wave设备（“500系列”）的用户，可能希望将现有代码部分或全部移植到新版基于Arm的设备。为了解决这一问题，SiliconLabs提供了软件库和“构建模块”来简化转换。虽然旧版的8051代码不能单纯通过重新编译就转换为新版的Arm代码，但代码库应该能够提供很大的帮助。EFR32ZG14Z-Wave芯片内部结构EFR32ZG14是一款智能调制解调器片上系统(SoC)，概念简单（图2）。该器件包括用于连接外部主机处理器的双线串行接口，以及用于处理Z-Wave协议栈的内部ArmCortex-M4MCU内核，无线电部分则几乎包含物理无线电所需的所有组件。工作时，'ZG14单纯通过UART接口与主机处理器通信，波特率最高可达115,200Bd。只需接入两根信号线，分别用于接收和发送。主机处理器通过UART接口发送命令和数据以供'ZG14响应。RESETn是用于'ZG14复位的第三根信号线，可由主机处理器的任何I/O引脚轻松驱动。'ZG14与主机处理器之间只需接入三根数字信号线，与简单IPD（集成无源器件）之间共四路数字信号，再接入晶振和几个简单的模拟元器件（图3）。或者，设计人员可以选择连接低电平有效的SUSPEND信号，该信号可将'ZG14置于低功耗状态，并中断所有无线电通信。事实上，大部分时间内'ZG14可能都处于挂起状态以节能，具体取决于预期应用。此外，开发人员还可以选择通过三芯线连接芯片内部闪存，用于实时对'ZG14固件重新编程。SiliconLabs提供了此类二进制固件。如前所述，'ZG14固件不能用于用户代码。如图3所示，设计人员可选择使用表面声波(SAW)滤波器，具体取决于部署最终产品的地理位置：全球部分地区需要SAW滤波器，其他地区则不需要。此外，设计人员还可以选择配备SAW滤波器组，并通过'ZG14的SAW0和SAW1两个输出引脚来实时配置，从而使最终产品适用于任何地区，同时简化设计、制造和库存。ZGM130SZ-Wave模块内部结构相较于'ZG14调制解调器SoC，'130S模块结构更复杂，功能更强大。SiliconLabs称之为系统级封装(SiP)。名至实归，'130S本质上集成了多个芯片，因而可作为独立的微控制器和Z-Wave控制器（图4）。该模块的ArmCortex-M4中央处理器内核运行频率为39MHz，具有512KB的闪存和64KB的SRAM。由于Z-Wave协议栈已包含在该模块的无线电收发器模块（框图左上角）中，因而用户可使用大部分存储空间。事实上，该模块相当于'ZG14智能调制解调器芯片。'130S包含独立的内部DC/DC稳压器和内部晶振，因此无需外部时钟元件。此外，该模块还具有数个模拟和数字外设，包括ADC和DAC、温度传感器、两个模拟比较器、三个运算放大器、电容检测接口、DMA控制器、32个通用I/O引脚等。'130S采用LGA64封装，受引脚限制，并非所有I/O引脚都随时可用，具体取决于软件配置。尽管'130S采用64引脚封装，但外部连接非常简单。如图5和图6所示，该器件只需接入简单的旁路电容（用于电源/接地），并通过单线连接天线，其余引脚均可用于用户I/O。从入门套件开始使用ZenGecko系列开始着手Z-Wave开发，最简单的方法就是使用Z-Wave700入门套件。该套件的所有组件都成双配备，组成最小的双节点网络：两块主板、两块无线电板、两块带开关和LED的扩展板、两根柔性天线和两根USB电缆。此外，还配有两个USB加密狗，可与个人电脑配合使用：一个装有Z-Wave无线电嗅探器应用(Zniffer)，另一个则配有Z-Wave控制器功能。硬件及随附的软件支持全球所有地区的所有Z-Wave选项和协议。图7显示一组电路板，顶部插入无线电板，右侧插入扩展板。主板不包括ZGM130SSiP，该器件安装在无线电板上。相反，主板最显著的功能是具有位图LCD，这对于调试或GUI开发相当有用。软件安装SimplicityStudio是SiliconLabs公司推出的一体式集成开发环境(IDE)，可用于该公司的ZenGecko等多款微控制器，支持Windows、MacOS和Linux系统。在安装SimplicityStudio时，如果将开发套件中的一块主板（无论哪一块）连接到开发系统，则安装和配置过程会更为简单。IDE将检测硬件，并自动加载必要的软件支持。若硬件不可用，则可以手动执行以下配置：运行SimplicityStudio后，单击右上角的绿色箭头（图8）。SimplicityStudio提供两个选项："InstallbyDevice"（按设备安装）或"InstallbyProductGroup"（按产品组安装）（图9）。两个选项产生的最终结果相同，但选择前者更加简单，因此请单击"InstallbyDevice"（按设备安装）绿色大按钮。若安装了开发板，SimplicityStudio应该会自动检测硬件，但如果没有，手动查找所需的软件包也很简单，只需在搜索框中键入"6050A"（开发套件全称缩写），如图10所示。双击指示的软件支持包，然后单击“Next”（下一步）。接下来，SimplicityStudio将突出显示可用于此硬件配置的其他软件支持。某些情况下，一些软件模块仅限于同意补充许可协议和/或已注册硬件的用户，因此一些选项可能会灰显，暂时不可用，如图11所示。最后，SimplicityStudio将显示建议安装的所有软件清单，选项众多，包括一个或多个C编译器、可选的实时操作系统、分析工具等（图12）。如有需要，可以手动启用或禁用特定选项，但一般情况下最好接受建议安装的软件选项。完成后，单击“Next”（下一步）。在最后一步中，SimplicityStudio将显示主软件许可协议，其中涵盖将安装的所有软件组件。阅读并接受许可，然后最后一次单击“Next”（下一步）。软件安装将需要几分钟时间。安装完成后，关闭并重新启动SimplicityStudio。一切准备就绪，可以开始着手构建Z-Wave网状网络应用，包含一些预先配置的简单演示程序，以及可以修改的示例代码，这些都是为了帮助开发人员顺利上手。总结Z-Wave旨在让消费者易于使用，但其可用性掩盖了设计人员所做的大量基础开发和认证工作。然而，只要设计人员选择使用包含兼容硬件和预测试软件的预配置套件，构建新的Z-Wave网状网络设备就变得相当简单。Z-Wave700系列调制解调器SoC、SiP模块及相关开发套件，提供快速构建双节点网络所需的硬件和软件，并确保与这种复杂而高效的协议兼容。文章来源网络

在近场通讯(NFC)设计中，开发人员向来都面临各种关于优化射频性能、硬件设计和软件方面的挑战。但现在，单片式NFC解决方案和全方位的软件支持极大地改变了在家用电子设备、可穿戴设备和物联网(IoT)设备设计中整合NFC功能的本质。因此，开发人员可以加入诸多应用功能，却几乎不会影响设计封装、功耗或项目计划。NFC的双向通信能力独具特色，可提供简单、本质上安全的低功耗近距离无线连接。仅当两个设备相互靠近时才能进行通信，因此不会出现消息拦截，并且最大程度减少了潜在的网络攻击途径。而且，在通信时仅一台设备需要通电，因此平均功耗可维持在相当低的水平。实际上，NFC可以为各种智能家居和物联网应用带来巨大益处。用户只需将启用NFC的智能手机靠近启用NFC的产品，即可完成蓝牙或Wi-Fi配对。NFC可以用作设备个性化的底层技术，并且可简化智能手机任务，如配置设置、传输数据或注册产品等。嵌入式NFCNFC是射频识别(RFID)的子集，在13.56MHz下工作，可执行与传统RFID标签和非接触式智能卡相同的许多功能。同时，NFC还具有更大的灵活性，能在三种通信模式下工作：卡仿真、点对点和读/写。在卡仿真模式下，NFC设备用作非接触式智能卡，可在各种现有应用中使用，包括票务、门禁系统、交通、收费站和非接触式支付等。点对点模式允许两个启用NFC的设备连接并交换信息。例如，用户可以使用启用NFC的智能手机来设置其他设备的蓝牙或Wi-Fi设置参数，或者在受信任网络中调试其使用。在读/写模式下，一台NFC设备可以从另一台NFC设备读取数据。例如，启用NFC的智能手机可以读取URL或其他数据，如零售商店促销标牌上嵌入的销售优惠券。用作标签的嵌入式NFC设备连接到产品内的主机处理器后，其工作类似于双端口存储器。其中一个存储器端口可通过NFC接口以无线方式访问。另一个端口可通过嵌入式系统的I2C接口访问。因此，诸如智能手机等外部数据源可以将数据传递到嵌入式系统。反过来，主机处理器可以更新存储在NFC设备中的数据，即使当产品断电也可向启用NFC的外部设备提供这些数据。对于需要在嵌入式系统和外部系统（如启用NFC的智能手机）之间传输数据的应用，开发人员可以使用这种方法。事实上，利用NFC设备无线通讯链接功能及其在下载过程中用于临时存储的片载存储器，开发人员可以用这种方法更新嵌入式系统的数据，甚至固件。单片式NFC控制器过去，设计人员希望在基于MCU的设计中添加NFC功能，但却面临硬件和软件的两大挑战。使用传统NFC设备的硬件工程师需要确保设计满足NFC设备和主机之间的关键时序、保持低功耗要求，并且要最大程度减少设计封装和物料清单(BOM)。然而也许最大的影响在于软件方面，工程师通常不得不编写自己的代码，以处理构成单一应用级别NFC操作的诸多低级事务。高级NFC设备，如恩智浦PN7150，旨在简化物联网设计或任何嵌入式系统中的NFC功能集成。PN7150结合了射频前端以及低功耗ARM®Cortex®-M0内核、存储器和I/O外设（图1）。通过确保嵌入式设备主机和射频前端之间的最佳时序，该设备大大消除了传统的硬件集成问题，同时支持更高的射频输出功率。此外，集成的I2C接口与NXP的NTAGI2CPlus兼容，适用于传感器、灯具和与智能家居网络相关的其他设备。同时，该器件有助于降低功耗要求：PN7150可以自动转换到低功耗模式，同时让主机保持休眠，直到需要进行射频通信为止。除了简化硬件设计，PN7150在软件方面也优势显著。NXP预装了该器件的嵌入式数据和代码存储器，并且可扩展支持NFC控制器接口(NCI)。NFC论坛管理NCI技术规范，定义了NFC控制器(NFCC)和运行高级操作系统（如Android,Linux或WindowsIoT）的设备主机(DH)之间的逻辑接口。PN7150的嵌入式NCI固件减少了某些主机交互，并且为NFC应用软件开发人员提供更高的抽象层级，从而减轻了软件开发负担。通过将低级代码移动到固件中，PN7150还减少了主机端的应用代码基底面。直接替代型解决方案PN7150具有集成的硬件和软件，专用于直接替代型NFC解决方案，适用于在Android、Linux或Windows环境下工作的开发人员（图2）。实际上，不熟悉NFC开发的开发人员可以利用Arduino(NXPOM5578/PN7150ARDM)、BeagleBoneBlack(NXPOM5578/PN7150BBBM)和RaspberyPi(NXPOM5578/PN7150RPIM)的现有PN7150演示套件。每种套件都包含一块PN7150NFC控制板、一个专用接口板和一个NFC样卡。设计人员需要较少的元器件即可为现有基于MCU的设计创建完整的NFC子系统。实际上，在某些情况下，工程师可以通过在天线匹配电路中消除或组合一些无源元器件，进一步减少BOM（图3）。在典型的天线电路设计中，需要天线引线上的RQ阻尼电阻器来降低会对所产生信号的整形有不良影响的过高天线品质因数。在采用标称天线品质因数的设计中，设计人员可以将这些RQ阻尼电阻器从天线端移除。在匹配电路中，当特定设计的天线引线具有非常低的最大峰峰电压时，设计人员可以用单个电容器替换成对的并联电容器（并消除到EMC滤波器的连接）。在典型应用中，小型天线连接到PN7150，天线上产生的峰峰电压将相对较低。因此，设计人员也可以移除去耦Crx电容器，并将Rrx电阻器直接连接到天线，以简化Rx路径。简化的软件从软件角度看，PN7150提供了一个简单的执行模型，可进一步加速产品开发（图4）。设备主机架构结合了传输层驱动程序、NCI驱动程序和包含读/写、点对点或卡仿真库的NFC执行环境(NFCEE)中间件。对于NFC操作，主机只需要通过I2C接口发送高级NCI操作到PN7150。反过来，PN7150的固件可执行NFC协议中所需的详细事务。实际上，从开发人员的角度而言，得益于NXP提供的全方位软件平台，NFC应用开发才得以在高级别进行。对于启用NFC的物联网应用，常见操作包括交换NFC数据交换格式(NDEF)化数据。NDEF由NFC论坛管理，这是一种标准化的数据格式，可用于在任何兼容的NFC设备和另一台NFC设备或标签之间交换URI或纯文本等信息。NXPlinux_libnfc-nci库提供了一个简单的应用编程接口(API)，将低级事务抽象为更高级的面向应用程序的操作。例如，开发人员可以通过简单调用WriteTag例程来写入标签（列表1）。这个库利用一系列低级例程将这种应用层请求分解为所需的系列步骤，以对数据进行验证、格式化和传输。设备主机使用NCI控制消息与NFC控制器交互。一个特别重要的NCI指令序列为NFC控制器提供了一种机制来查找其他卡、读卡器或对等设备。这种称为RFDiscovery的指令序列让符合规范的NFC设备（如PN7150）能在侦听其他发射设备和发射（轮询阶段）之间交替，以查找远程卡或标签。如同任何射频技术一样，传输需要比无线电接收更高的功率（图5）。实际上，在轮询阶段，PN7150功耗约为30mA，具体取决于天线特性。在侦听阶段，PN7150会等候外部生成的射频载波，当启用待机模式时，电流消耗会下降至20μA左右。通常，轮询阶段会持续约20毫秒，而侦听阶段则为300毫秒到500毫秒。对于500毫秒的侦听阶段，平均功耗则为：(30x20+0.02x500)/520=1.17mA。为降低RFDiscovery的功率要求，NXPN7150提供了一种称为低功耗卡检测器(LPCD)模式的专有机制。在LPCD模式中，PN7150会寻找当另一根天线接近时产生的磁耦合所导致的天线阻抗变化。如果阻抗变化高于预定义的阈值，PN7150会自动进入标准NFC论坛RFDiscovery序列。因此，这种“事件驱动”的方法可以显著减少RFDiscovery阶段的时长，从而降低平均功耗（图6）。结论NFC提供安全的低功耗连接，能显著增强互联的家用电子设备、可穿戴设备和其他物联网设备的易用性。只需将启用NFC的智能手机靠近连接的产品，用户就能调试产品、加载访问信息并检索产品中存储的信息。然而在过去，在基于MCU的系统中实施NFC为硬件和软件集成都带来了设计难题。相比之下，如NXPPN7150等NFC集成设备，可为NFC设计提供近乎可直接替代的解决方案，简化了启用NFC的应用中的硬件和软件开发。文章来源网络

对于电池供电的互连设备而言，能耗是至关重要的，降低能耗可以最大程度地延长电池的更换时间，甚至让设备在没有环境能量源的情况下运行。虽然很多嵌入式系统开发人员精通优化代码，但要为物联网(IoT)设备节省能源，还需要更加全面的方法。此类方法不仅必须要考虑存储容量、MCU性能和功耗的因素，还必须考虑到无线电、模拟电路、电源转换器和传感器。虽然所有这些因素都会影响系统的整体能耗，但开发人员最好控制的主要因素是微控制器。本文将描述如何为物联网设备选择低功耗微控制器，以及在板载外设方面要注意哪些问题。本文还将演示如何使用功率监测工具，并提供达到最佳功率及性能的技巧和诀窍。选择低功耗微控制器架构要选择低功耗微控制器，首先必须确定微控制器应该使用的合适处理器内核。目前行业中有很多专有微控制器内核，但从ARM®Cortex®-M微控制器入手是非常合理的选择。业界的多家供应商都支持这些微控制器内核，从而形成了提供支持和资源的稳定生态环境。为了最大程度地降低能耗，必须及早考虑到两大因素：性能和能效。对于微控制器而言，这两个指标很难量化，但开发人员可以使用两种基准标准：EEMBC的CoreMark和ULPmark。CoreMark用于测量微控制器的处理能力，这个值越高，处理能力就越强。例如，STMicroelectronicsSTM32L053处理器可使用STM32L053Nucleo开发板进行测试，它的CoreMark值为75.18。另一款STMicroelectronics零件STM32F417的CoreMark值为501.85。初看起来，开发人员可能认为使用STM32F417是可取的，因为它的性能似乎出色得多。但是，在做出决定之前，还要考虑另外几个因素。首先，CoreMark只是告诉开发人员它能够在一秒钟内执行多少次基准测试迭代。在不同时钟速率下运行的处理器将产生差异很大的值。对处理能力进行比较的更好方式是比较CoreMark/MHz。在本例中，STM32L053处理器得出的结果为2.35，而STM32F417得出的结果为2.98（数据来源：EEMBC）。两款处理器在效率方面非常接近。其次，开发人员必须关注内核架构。STM32L053采用ARMCortex-M0+，该处理器经过优化，具有很低的功耗，而且调试模块的数量最少。此外，它还舍弃了高性能处理器上的所有附加部件，这些也是功耗最高的部件。而STM32F417采用ARMCortex-M4，该处理器是作为高性能处理器设计的，在168MHz而不是32MHz的时钟速度下运行。该时钟速度达到了STM32L053的五倍，但CoreMark/MHz值仅提高了26%。ULPmark可测量微控制器执行操作（例如计算和存储器操作）的效率高低。最新版本甚至可测量外设效率，让开发人员能够很好地从能源利用的视角，了解处理器的整体效率如何。寻找合适的外设组合微控制器内核只是开发人员在选择低功耗微控制器时应该考虑的第一个因素。应该考虑的另外一个因素是板载外设。CPU的能耗大小在很大程度上取决于外设。开发人员希望确保他们选择的零件采用尽可能自动化的低功耗外设。首先，开发人员应该寻找提供了不止一个直接存储器访问(DMA)通道的器件。利用DMA，开发人员能够在微控制器内部传输更多信息，而无需CPU干预。这意味着CPU能够腾出手做其他工作，例如运行应用程序代码，或者关闭或进入深度休眠模式以节省能耗。同时，DMA通道还用于将数据从外设传输到存储器，从存储器传输到外设，甚至在存储器的不同区域之间进行传输。TexasInstruments的MSP430FR5994就是专为低功耗工作设计的零件的很好例子，MSP430FR5994Launchpad开发套件包括了这种零件。MSP430FR5994带有内置的DMA控制器，它有六个单独的通道，可以同时在后台工作。另一个例子是寻求多种低功耗模式。新型微控制器将提供多种功耗模式，可将CPU和外设置于不同状态，从简单的休眠状态一直到深度休眠状态，微控制器在深度休眠状态下几乎接近关闭。在这些深度休眠模式下，整个微控制器的工作电流仅为几毫微安。在了解微控制器的低功耗状态时，还要评估工具链和生态系统功能。设置和配置低功耗模式以及唤醒这些模式的事件，可能是一项颇具挑战性的工作，而且非常耗时。新型微控制器，例如Renesas提供的Synergy，在开发环境内部包含了配置软件，开发人员只需几次点击即可配置这些模式。对于低功耗应用，开发人员应该考虑使用带有64或128KB闪存的S12432位MCU。要快速启动采用这些器件的开发工作，可以使用SynergyDK-124开发板。测量和验证微控制器功耗选择低功耗微控制器，只是确保系统能够达到可能的最低功耗的第一步。为了真正达到最低功耗，开发人员必须在整个软件开发过程中仔细地监控微控制器的能耗。开发人员可以采用多种不同方法来监控微控制器的能耗，包括电流探头和能量感知调试器。电流探头的作用只是测量分流电阻器两端的电压，然后根据该电压和分流电阻值来计算电流。如果您希望测量整个系统的电流消耗，那么这种解决方案的效果非常好，但如果您真正希望将微控制器执行的操作与它们消耗的能量关联起来，则应使用能量感知调试器。这让开发人员能够确定哪些代码区域需要进一步优化或返工。市场上有多种适用于ARMCortex-M™微控制器的能量感知调试器，例如I-Jet调试探头的IARSystemsI-Scope电源探头（图4）。I-Scope工具带有一个基于差分放大器的内部电压监视器。它可以测量与微控制器电源轨串联的分流电阻器两端的压降。这使得I-Jet调试探头能够测量电压，同时对微控制器的CPU内核中的程序计数器(PC)进行采样（图5）。程序计数器准确告诉探头：应用程序处于执行过程的什么位置。将PC计数器信息与电流测量值相关联，可生成应用程序的能耗概况数据，以便开发人员能够利用这些数据来优化和验证代码。设计低功耗器件的技巧和诀窍找到合适的微控制器并监控硬件，只是开发人员设计低功耗器件的第一个阶段。此时的诀窍是了解如何充分利用微控制器来最大程度降低能耗。为了达到这个目标，开发人员可以遵循以下的一般技巧。其中包括：预先制定电池预算，包括最小功耗、最大功耗和平均功耗的估算值。使用低功耗定时器来驱动计划程序或RTOS的任何内部系统节拍。尽可能经常地将CPU置于休眠模式（对于实时应用，请务必考虑到唤醒和掉电时间）。让系统成为事件驱动型系统。可以利用中断来唤醒系统并执行功能，然后立即返回到休眠模式。将DMA控制器和任何自动化外设集成到软件架构中，以实现“并行”处理。根据需要管理微控制器时钟频率，以实现额外的能源节省。监控软件能耗，不要害怕试用不同的架构和配置。第一次尝试的很可能不是功耗最低的配置。适当时，请使用中断的Sleep-on-exit功能，该功能可在中断结束时将处理器置于休眠模式，每个事件节省几十个时钟周期。总结为物联网设备选择低功耗微控制器是一项非常棘手的工作。正如本文所述，我们必须考虑到诸多因素，从微控制器架构一直到板载外设功能。选定了低功耗微控制器之后，并不能保证开发人员能够实现最低功耗的目标。下一个阶段是认真地设计架构，并在整个开发生命周期中监控软件的性能。只有这样，开发人员才能充分利用所选微控制器的低功耗特性和性能。文章来源网络

在国防、工业和机器人行业中，许多应用都需要使用嵌入式系统来控制直流无刷(BLDC)电机。带动电机旋转看似微不足道，可是一旦涉及到电机转速、扭矩、电气特性和电磁特性以及电流反馈测量，这就成了相当复杂的问题，并且可能会拖慢项目进度。这就要求开发人员选择适当的硬件来运行驱动电机的算法，从而以最少的元器件数量，在应用的整个运动范围内都可以平稳顺畅地控制电机。我们需要的正是一条捷径，即某种一体化软硬件组合包，可以显著缩短开发时间，使开发人员专注于最终应用，而无需深入了解电机控制的精妙之处。本文将介绍一个德州仪器推出的类似组合包，结合该公司的微控制器和开发套件硬件与InstaSPIN™磁场定向电机控制软件和工具。此外，还将说明经验尚浅的开发人员如何使用该组合，在一小时内轻松确定电机参数并启动复杂的BLDC电机。什么是InstaSPIN-FOC，当真易于使用吗？德州仪器的InstaSPIN解决方案独特之处在于，即使开发人员对此毫无经验，也可以在一小时内启动电机。事实上，开发人员只要使用过该解决方案，那么下一次只需不到十分钟即可启动并运行电机。此外，该套件使用磁场定向控制(FOC)取代编码器，因此开发人员只需连接电机电源和接地以及电机的各相，那么便在电气上准备就绪，而无需编码器或其他复杂的电子设备。当然，除FOC外，反电动势过零定时电路等其他控制机制也不使用传感器或编码器。不过，InstaSPIN可以监控电机的磁通量，从而确定电机换向的时间。开发人员可以通过绘图窗口监控磁通信号，并设置“磁通阈值”滑块以指定电机换向发生的磁通水平。通过监控所显示的相电压和电流波形，可以验证最佳换向。InstaSPIN-FOC解决方案共包含四个主要部分：微控制器板电机驱动板InstaSPIN-FOC图形用户界面(GUI)BLDC电机智能微控制器板用于运行FOC算法，指定电机驱动器何时导通和断开不同的电机相位，并处理与GUI的通信。开发人员可以通过GUI查看磁通水平和其他参数。电机驱动器提供驱动实际电机的接口，所含的电路功能包括：保护微控制器免受高压冲击、测量以及检测电机故障。InstaSPIN-FOCGUI是通用GUI，可在德州仪器的在线开发库中找到。开发人员可以直接通过Web浏览器运行GUI，也可以将可执行版本下载至计算机本地。最后一项则是三相永磁直流无刷电机。我们将详细研究上述各个部分，并探讨一个启动和运行BLDC电机的可行硬件解决方案。BLDC电机驱动器和微控制器开发人员可以选择几种不同的解决方案来驱动BLDC电机，因此无需费心四处查找：TI的InstaSPIN-FOC和MotorControlSDK与该公司的LAUNCHXL-F280049CTMS320F280049CLaunchPad（图1）和BOOSTXL-DRV8323RSLaunchPad补充包配合使用。TMS320F28049CLaunchPad是一款低成本开发板，包括板载XDS110调试器、扩展排针和F280049CPMSTMS320F280049CPiccolo™微控制器。TMS320F280049C微控制器使用C2000微控制器内核，包括256KB的闪存和100KB的RAM，工作频率为100MHz。TMS320F280049C的ROM中内置了TI的FOC电机控制算法，因而开发人员无需浪费宝贵的代码空间。TMS320F280049CLaunchPad并非开发人员使用TMS320F280049C微控制器的唯一方式。此外，还可以使用TMS320F280049C微控制器的TMDSCNCD280049C控制卡（图2）。该控制卡可用于原型开发阶段，也适用于开发人员希望灵活更换应用所使用的微控制器或增强可扩展性的情况。控制卡可插入坞站使用，使开发人员可以访问微控制器I/O。DRV8323RSLaunchPad补充包是可安插在TMS320F280049CLaunchPad上方的扩展板，以添加驱动BLDC电机所需的其他硬件（图3）。DRV8232RS扩展板可安插在扩展区域位置1或位置2，不过位置1正是MotorControlSDK示例连接的位置。开发人员可以使用三端子连接器将BLDC电机接至电路板，并为电路板提供外部电源以驱动电机。DRV8232RSLaunchPad补充包也可为TMS320F280049C开发板供电。该扩展板的LED可显示通电状态和故障检测。DRV8232RSLaunchPad补充包的核心是DRV8230三相智能栅极驱动器。该栅极驱动器可提供低端电流检测，并能直接驱动额定工作电压高达60V的MOSFET。借助TMS320F280049CLaunchPad和DRV8232RSLaunchPad补充包，开发人员可以驱动各种BLDC电机。Trinamic推出的QBL4208-41-04-006是一款相当合适的入门级电机（图4）。Trinamic电机使用24V电源供电，转速高达4000RPM，扭矩达62.5mNm。上文已经列出开发人员着手BLDC电机控制所需的最精简物料，下一步则要考虑如何使用InstaSPIN-FOCGUI识别电机参数。识别BLDC电机参数并运行电机使用InstaSPIN-FOCGUI驱动电机前，系统需要先了解电机特性，以便对速度或扭矩进行FOC控制。为此，算法需要收集以下特性信息：电阻值电感电机磁通磁化电流InstaSPIN-FOCGUI只需数分钟就能自动识别这些特性。GUI可以在浏览器中执行，并默认加载专门与TMS320F280049C和DRV8232扩展板配合使用的MotorControlSDK实验室5。实验室5专用于向开发人员演示如何识别电机并获取其参数。欲了解详细信息，可查阅GUI快速入门指南和实验室手册。首先，开发人员需要通过TI开发人员网站打开InstaSPIN-FOCGUI。然后，在GUI环境下，可以找到一个与其他开发IDE类似的运行按钮。单击此按钮可将电机识别码下载至LaunchPad并尝试执行。一开始可能毫无反应，因为开发人员必须启用该软件，即选中GUI中的"EnableSystem"（启用系统）复选框。此时，电机识别码仍然无法运行，因为还需要选中"Run"（运行）复选框。启用"Run"（运行）后，代码就开始执行识别电机的序列，并且进行必要的测量以获得运行电机所需的参数。整个识别过程将持续数分钟，在此期间电机将加速旋转，然后减速旋转，并以慢速运行几分钟。这一过程完成后，开发人员就可以在GUI上看到如图5所示的界面。请注意，在图5中，GUI右上角的多个参数已填入数值。这些是须记录的电机参数，以便稍后在扭矩或速度模式下用于驱动电机。此外，您还可以注意到界面左侧的"MotorIdentified"（电机已识别）指示灯已由灰色变为绿色。此时，就可以直接通过GUI来控制电机转速。只需更改GUI上"speedRef(Hz)"（转速设定值）框中的数值即可控制电机转速。请注意，通过这一参考值来控制电机加速相当快捷。相比之下，减速则需要输入多个转速设定值才能实现，输入的转速需逐次递减。只需取消选中"Run"（运行）复选框，即可完全停止电机。使用TI的InstaSPIN-FOC控制BLDC电机的技巧与诀窍开发人员使用BLDC电机和TI的InstaSPIN-FOC解决方案时，可以考虑以下几个最佳实践：选择内部闪存内置了电机算法的微控制器，以此可节省用于电机算法的代码空间，并且可以在执行时进行性能提升。使用F280049CLaunchPad的位置1作为DRV8323RSLaunchPad补充包的默认位，若使用位置2将需要对软件进行更新。花时间浏览TIMotorControlSDK中提供的所有13个样例实验室。这些实验室涵盖了从识别电机参数到通过控制速度和转矩来控制电机所需的所有内容。使用样例实验室5来识别电机参数。如果使用MOTOR_TYPE_PM，请确保还需添加以下定义，以便成功编译实验室，并使用调整后的数值：define#defineUSER_MOTOR_INERTIA_Kgm2(7.06154e-06)通过InstaSPIN-FOC在线GUI启动BLDC实验。总结驱动BLDC电机进行扭矩或速度控制可能是个相当复杂的问题，很有可能会超出嵌入式软件工程师的知识范畴，从而拖慢项目开发进度。如上所述，借助德州仪器的InstaSPIN和MotorControlSDK及相关硬件，即使开发人员对控制工程所知甚少，也可轻松快速地启动并运行BLDC电机。文章来源网络

该电路可对环境湿度进行检测，通过控制加湿和干燥设备，使环境湿度始终保持在符合要求的范围之内。电路原理如图下图所示。220V交流市电通过T降压、VD1～VD4整流、C1和C2滤波以及IC1稳压后，得到9V的直流电压，为电路供电，VL3为电源指示灯。由IC1及R1、R2和C3构成一个振荡电路，产生频率为2.5KHz左右的脉冲信号，该信号经过RP1、RS分压和VD5整流后，通过R3加至V3的基极。当湿度变化时，会引起RS阻值的变化。当湿度减小时，RS阻值增大，使V3的基极电位上升而导通，进而使V1和V2导通、V4截止，继电器KA1吸合，驱动加湿设备工作，同时加湿指示VL1点亮；当湿度增大时，RS阻值减小，使V3的基极电位下降而截止，进而使V4导通、V1截止，继电器KA2吸合，驱动干燥设备工作，同时干燥指示VL2点亮。这样就克保证环境湿度控制在设定的数值，环境湿度由RP1来进行设定。同时，调整RP2和RP3，可对V1、V2和V3的工作灵敏度进行调节。在元器件的选择上，集成电路IC1选用CD4011型2输入四与非门集成块，其它型号还有CC4011、MC14011等，也可使用其它功能相同的与非门电路；IC2为三端集成稳压器7809，可选用LM7809、CW7809等型号；RS选用通用型湿度传感器，要求在湿度为30％时，其阻值为10MΩ左右；湿度为50％时，其阻值小于200KΩ；湿度为90％时，其阻值为10KΩ左右。三极管V1和V4选用NPN型三极管8050，也可使用9013或3DG12等国产三极管；V3选用9014，或3DG6；V2选用9012，或3CG21。VD1～VD4使用整流二极管1N4007；VD5选用2AP9或2AP10锗二极管；VL1～VL3选用普通发光二极管。电阻R1～R6选用1/4W金属膜或碳膜电阻器。RP1～RP3选用有机实芯电位器。C1和C2选用耐压为16V的铝电解电容器；C3选用瓷介电容器。KA1和KA2选用线圈电压为6V的微型继电器，触点容量根据加湿和干燥设备的功率来确定。另外，电路安装完成后，起动加湿设备工作，当湿度达到上限时，调整RP1和RP3，使加湿设备停止工作；当湿度降低到下限值时，调整RP2，使干燥设备开始工作。反复调整上述电位器，使设备工作可靠，同时不产生临界振荡，即调试完毕。文章来源网络

物联网智能温室是一种监测和控制多个重要参数以促进植物以最佳状态生长的应用。数据在本地处理并通过Wi-Fi发送到本地网关，然后到达云连接平台。光是植物生长和光合作用中最重要的一个因素。大多数植物通常吸收红色、橙色波长和蓝色、紫色波长的光。绿色和黄色波长的光通常会被反射，对生长或开花没有多大贡献。植物在其生命周期中甚至需要不同强度的不同光谱。例如，植物在发芽和幼苗期间往往需要更多的蓝光，而在后期生长阶段以及开花或结果期间，红光似乎更重要。通过控制植物在生命各阶段中接触到的光谱和光强度，可以更有效地促进植物生长，最终增加作物产量。土壤湿度、pH值和温度测量有助于确保植物拥有适量的水和养分，以获得最佳生长条件。解决方案是使用Wi-Fi，以便可以在计算机或智能手机的Web浏览器中显示和查看收集到的数据，并且可以向系统发送命令以更改光线设置。智能温室应用旨在提高各类植物的生长效率并使产量周期最大化。该理论和细节适用于许多农业部门，例如室内温室、垂直农业和集装箱农业。智能温室应用解决了农业市场用户的其他普遍关切问题，例如降低运营成本和管理费用（防止过度浇水或土壤改良的浪费）。智能温室应用硬件由三个不同的CircuitsfromtheLab参考设计组成。CN-0397设计用于测量可见光谱的强度，特别是与红色、绿色和蓝色(RGB)对应的波长。红光和蓝光被植物吸收并在光合作用期间使用，而绿光被植物反射掉。每个传感器测量目标波长的光强度并输出与之成比例的电流。CN-0397将该小电流转换为电压，并将电压转换为光强度的标准测量单位(Lux)。CN-0410是一种可编程的3通道电流驱动LED电路。RGB的每个通道都是独立控制，支持实现独特的LED颜色组合。该板允许连接到CFTL-LED-BAR，方法是利用双绞线将每块板上的端子板连接在一起。光强度命令通过Wi-Fi发送到智能温室，CN-0410和CN-0397之间的比例积分(PI)软件控制环路用于创建RGB颜色组合。CN-0410电路板上还有一个隔离中继器功能，用户只需一个控制器板即可将CN-0410和条形LED组合的多个库或舱设置为单一值，从而最大限度地降低大型LED网络的成本。CN-0398测量其他三个关键参数，包括土壤湿度、pH值和温度。土壤水分测量对于确保植被具有适量水分以促进生长，以及确保水分未被不必要地浪费很重要。pH值监测也很重要。pH值会影响养分可用性和潜在有害物质的吸收。一些植物的发芽或开花须满足一定的温度要求或温度曲线，因此利用温度测量来帮助调节HVAC系统。有关该电路工作原理的更多信息，请参见CN-0398。ADICUP3029是与Arduino尺寸兼容的开发平台，用于控制前面描述的Arduino扩展板硬件模块。此平台包含ADICUP3029超低功耗Cortex-M3微处理器。该开发平台还有板载蓝牙和Wi-Fi连接，用于连接互联网和开发物联网连接应用。对于智能温室应用，数据通过Wi-Fi从节点（ADICUP3029和扩展板模块）无线发送到现有无线网关。Wi-Fi使用消息队列遥测传输(MQTT)标准协议，该协议通常用于需要向网关发送少量数据的低功率物联网传感器节点。文章来源网络

较长的电池续航时间，对提高消费类设备的用户满意度至关重要。对于电池供电的物联网(IoT)端点，延长电池续航时间可降低维护成本，提高可靠性。由于这些设备所使用的微控制器功耗相对较大，因此设计人员需要选择并应用合适的架构以满足这些应用的需求。事实证明，多数情况下16位微控制器正是最佳选择。虽然8位微控制器的功能逐渐强大，但是鉴于处理能力和可寻址存储器有限，性能上存在固有限制，以致于高性能应用通常不会选用8位微控制器。另一方面，基于32位内核的系统对于这些应用往往又稍显过火，尤其是导致不必要的功耗过大时。解决方案恰恰位于8位和32位内核中间的平衡点——16位微控制器。这类器件既像简单的单电源8位微控制器一样功耗较低，又具有32位内核的部分性能和存储器优势。如果应用不要求很多线程同时处理，存储器要求也不太高，那么16位微控制器可以提供适当的性能水平并能显著节能。本文介绍了16位微控制器的架构及其如何成为许多电池供电的消费类设备和物联网端点应用的最佳选择。此外，还介绍了MicrochipTechnology和德州仪器推出的几款16位微控制器，并说明如何使用16位内核着手设计。微控制器选型在设计过程中，定义项目要求后的第一步就是为应用选择合适的微控制器。三种主流选项分别是8位、16位和32位微控制器。不夸张地说，8位微控制器应用极为普遍，堪称设计人员的主力器件。低成本、低功耗的8位微控制器几乎适用于任何小功率应用：主流微控制器中功耗最低的器件，某些器件待机电流低于100nA。使用也相对简单，8位微控制器大多基于累加器，尽管一些较新的架构具有寄存器组，因而编程模型简单且有限：累加器或带单个状态寄存器的小寄存器组、堆栈指针，以及一个或多个变址寄存器。堆栈往往都是硬件堆栈，并且固件无法访问程序计数器(PC)。尽管8位架构广受青睐，可一旦涉及网络和通信就遇到了瓶颈。几乎所有通信堆栈和网络协议都采用16位或32位，因此不必考虑8位架构。此外，即便是高端8位微控制器也往往局限于16位寻址，不具备分页机制，限制了固件的大小和复杂性。另一方面，32位微控制器在所有高性能应用中广泛应用。基于寄存器的架构可轻松支持网络和通信；通常使用32位寻址，支持浮点运算和高等代数运算，并且时钟速率可达千兆赫级。32位内核具有更复杂的编程模型，包括多个状态寄存器、固件可访问的PC、复杂的中断管理以及两层或多层固件执行权限。16位微控制器虽都基于寄存器，但架构同8位内核一样简单。因此，16位内核往往都具有良好的低功耗性能，电流消耗明显低于32位架构，功耗则几乎与8位内核一样低。如果应用需要进行高等数学运算，一些16位微控制器具有数学协处理器，在相同的内部时钟速度下其数学性能可与32位内核媲美。此外，许多通信协议栈都支持16位微控制器联网。对于以太网、CAN、USB和Zigbee等协议栈，只要应用程序代码的性能足以支持堆栈，那么使用16位微控制器的运行速度可与32位微控制器一样快。使用16位微控制器进行大型闪存阵列寻址32位与16位架构的一大差异在于存储器寻址范围。32位微控制器具有32位地址总线，可以访问高达4GB的存储器。传统16位微控制器使用16位寻址，只能访问64KB的存储器。不过，如今许多16位架构都使用高达24位的扩展寻址，相当于扩充了16MB的地址空间。MicrochipTechnology的低功耗PIC24F微控制器系列是扩展寻址方式的典型范例。其中一款微控制器PIC24FJ1024GA，32MHz的16位微控制器具有1MB的板载闪存和32KB的板载SRAM，使用类似于许多8位微控制器的简单编程模型（图1）。PIC24具有23位程序计数器，可以访问高达8MB的程序闪存。16个16位寄存器，称为工作寄存器(WREG)，记作W0至W15：W0至W13寄存器是通用寄存器(GP)，可在固件控制下用于存储数据；W15是专用堆栈指针(SP)，除了可以通过函数和子例程调用、编程异常处理和调用返回使其自动递增和递减外，SP也可如W0至W13寄存器一样通过固件修改。使用LINK和UNLINK汇编指令可将W14用作堆栈帧指针(FP)。堆栈指针限制寄存器(SPLIM)是一个独立寄存器，可与SP配合使用以防止堆栈溢出。PIC24采用具有独立地址和数据空间的哈佛架构。与特殊指令配合使用，数据表页地址(TBLPAG)寄存器和程序空间可视性页地址(PSVPAG)寄存器可用于访问并在地址和数据空间之间传输数据。这是32位架构的常用功能，但8位内核却鲜少具备。16位重复循环计数器(RCOUNT)寄存器包含循环计数器，可用于REPEAT汇编指令。16位CPU内核控制(CORCON)寄存器用于配置PIC24内核的内部操作模式。最后，16位状态寄存器包含PIC24内核状态的工作状态位，包括上次执行汇编指令所产生的结果状态。根据MicrochipTechnology对PIC24FJ1024GA606T的性能评定，工作频率为32MHz时可达16MIPS。对于16位内核而言，这一指标着实令人印象深刻。该内核具有32位微控制器的许多功能，例如同时支持分数运算的17位×17位硬件乘法器以及32位/16位硬件除法器。对于需要对传感器数据进行计算的物联网端点而言，这些功能相当管用。此外，该架构还可以同时读写数据存储器，却丝毫不影响性能。虽然PIC24FJ1024GA606T具有USBOTG等多种标准外设，但在电池供电应用中其功耗相当低。所需的供电电压仅为2.0V至3.6V，微控制器以32MHz的工作频率全速运行时电流消耗最大值为7.7mA，换作是32位内核则极难实现这一指标。通过固件可以控制核心和外设时钟。目前有两种使器件进入低功耗模式的汇编指令：IDLE指令使PIC24内核停止运行，但外设可以继续工作；SLEEP指令将停止除看门狗（可选）和外部中断检测外所有器件的操作。空闲模式下，最大电流仅为2.8mA，而休眠模式下，最大电流范围为10至45µA，具体取决于外设配置。在最低功耗模式，即休眠模式下，仍保存随机存取存储器(RAM)中的内容，PIC24F的消耗电流低至190nA。为了获得更高的性能，MicrochipTechnology在dsPIC®系列中推出高端16位微控制器。Microchip的dsPIC33EP512GP506T是其中一款16位70MIPS微处理器，具有512KB的闪存。dsPIC的内核寄存器与PIC24大致相同，只是增加了支持数字信号处理(DSP)指令的寄存器，包括两个40位累加器且支持32位乘法。如需对PIC24进行系统内升级，PIC24微控制器大多可以进行引脚兼容的dsPIC升级，因而使用同一块印刷电路板亦可提高性能。当然，性能越高，功率也就越大。这款dsPIC33的供电电压为3.0至3.6V，运行速度达70MIPS时，最大电流为60mA。降低功耗，提高性能德州仪器的MSP430FR599x微控制器系列采用该公司的铁电随机存取存储器(FRAM)程序存储器，实现更高的读/写性能，而功耗较之闪存微控制器更低。MSP430FR5994IPNR16位微控制器是该系列产品之一，时钟频率达16MHz，具有256KB的FRAM。MSP430FR微控制器内核的性能增强功能包括双向关联缓存（由四个行宽为64字节的缓存块组成），从而实现更高的FRAM性能；32位硬件乘法器可提高数学密集型操作的性能；以及独立于MSP430主内核的低能耗加速器(LEA)协处理器。该LEA可执行256点复数快速傅立叶变换(FFT)、有限冲激响应(FIR)滤波器和矩阵乘法。根据TI的介绍，矩阵乘法的运算速度比Arm®Cortex®-M0+最多快40倍。该LEA可提高传感器融合操作、图像增强和超声波传感器数据处理的性能。面对这些应用时，开发人员通常都优先考虑32位内核，而非超低功耗的16位微控制器。MSP430R的编程模型非常简单（图2），共有16个16位寄存器R0至R15：R0是程序计数器，R1是堆栈指针，R2是状态寄存器，R3是常数发生器（用于立即操作数），R4至R15是通用寄存器。其他寄存器配置则采用内存映射方式，与多数32位内核类似。虽然提高了性能，却丝毫没有增加功耗。待机模式下，TI的MSP430FR5994以实时时钟(RTC)运行，电流消耗仅为350nA。关断模式下，电流消耗仅为45nA。这一指标低于目前市面上任何一款32位微控制器，甚至低于多数8位微控制器。MSP430FR5994IPNR的工作电压范围为1.8至3.6V。固件以FRAM运行而缓存命中率为零时，MSP430FR的电流消耗仅为3mA。若从缓存运行代码，则电流消耗仅为790µA。结合LEA，这款16位微控制器可提供极高的处理性能和极低的功耗。通过TI的MSP-EXP430FR5994LaunchPad™可轻松开发MSP430FR5994系列的低功耗应用。该LaunchPad开发套件包含了开发人员着手MSP-EXP430FR5994微控制器编码和固件调试所需的一切（图3）。该LaunchPad具有两个按钮、两个LED和一个microSD卡插槽。为了证明MSP430FR5994微控制器的低功耗性能，该LaunchPad具有0.22F的超大电容为LaunchPad供电。将LaunchPad接入外部电源并将跳线J8设置为“充电”，即可为电容充电。只需2至3分钟就可将电容完全充满。三分钟后，将跳线J8设置为“使用”，移除外部电源，MSP430即可运行数分钟，具体视应用而定。此外，该LaunchPad还可用于测量MSP430及其应用的电流消耗。J101隔离块具有包括3V电源跳线3V3在内的七根跳线。移除跳线3V3，即可通过这两个引脚测量应用的电流。该LaunchPad还支持TI的EnergyTrace™技术，可以连接计算机使用德州仪器的EnergyTrace图形用户界面(GUI)，使开发人员能够实时观测MSP430微控制器和应用的功耗数据，从而微调应用以实现最低功耗。例如，实时电流监控和记录可以显示MSP430微控制器的电流消耗偶尔出现激增。电流激增会降低电池质量，缩短电池寿命。电流激增可能缘于片上外设的错误配置、外部电感或电容负载，甚至是由于固件试图同时启动所有功能。通过电流监控和记录，开发人员可以明确应该如何调整固件，从而控制尖峰电流。总结对于许多低功耗、中等性能的电池供电嵌入式应用而言，开发人员可以选择合适的16位微控制器，而非32位内核。如上所述，在许多应用中，16位微控制器的功耗比32位内核低得多，却仍然可以实现所需的性能。

曾经贵为“豪华家电”的洗碗机已经飞入寻常百姓家，成为了大多数家庭必备的厨房用具。虽然洗碗机的价格主要因其容量和品牌而异，但现在市面上已有不少产品拥有了不锈钢饰面和电容式触控接口等附加功能。电容式触控技术正在改变消费者使用洗碗机的方式，也激发了设计师的创新能力。让我们来看看电容式触控技术提供了哪些全新解决方案，从而助力设计和实现用户界面、应对相关挑战。金属表面电容式触控许多洗碗机均采用金属表面，既美观又耐用。然而，在金属表面上实现人机界面是一项挑战，因为这需要在表面加工并切割出一个孔来放置机械按钮。除了影响外观设计，机械按钮在潮湿、多尘、以及脏乱的环境下还容易失灵。金属电容式触控是为了实现防水、防尘、耐磨和高度抗噪声的功能而设计的，拥有检测触控力度的能力。消费者甚至可以戴着手套灵活操作洗碗机。与传统的电容式触控不同，采用CapTIvate™技术的MSP430™微控制器使用另一种方法来实现金属触控应用（参见图1）。堆叠结构包括一个带有传统电容式触控传感器的印刷电路板，隔板和顶部接地的金属面板。这种机械结构形成了一个可变电容器，当消费者对接地的金属面板施加力时，该电容器的数值会发生变化。MSP430MCU上集成的CapTIvate外设模块非常灵敏，可以检测微米级的金属形变。图1：金属触控堆叠结构温度和湿度漂移现在大多数洗碗机产品都具有蒸汽和烘干功能，而电容式传感测量结果受温度和湿度等环境因素影响较大，温、湿度的变化可能会被系统误读为触控，因此有时会产生漂移现象。为确保可靠运行，CapTIvate软件库以三种方式处理由温度或湿度引起的传感器测量结果的缓慢漂移:长期平均值（LTA）：通过IIR滤波跟踪与环境的不断变化相关的测量漂移。触控阈值：随LTA成比例变化，而不是为了保持灵敏度而采用绝对偏移量的数值。重新校准：如果IIR滤波功能，当LTA漂移到高于或低于指定转换计数八分之一之外时，则系统将重新校准，将传感器重新设置为指定的转换计数。这三种方法协同工作，以确保系统不受温、湿度干扰，并在其整个生命周期内都按照预期设计运行。不仅仅是电容式触摸控制器为洗碗机用户界面设计选择合适的MCU也很关键，有了它就可以显著缩短产品开发时间、降低整体系统成本并节省PCB空间。一个合适的电容式触摸控制器可以管理洗碗机设计中的许多系统功能：管理输出用户界面的背光LED驱动器，与系统中的其他传感器通信、监控系统状态以及进行自诊断。文章来源网络

今天，电子产品堪称无处不在，不管是汽车、白色家电，还是娱乐设备、可穿戴设备，都已融入我们生活的方方方面。电子系统的快速普及应用，归功于大规模集成电子器件的出现，例如，非常复杂的计算密集型微控制器和SoC（系统芯片）。今天，随着白色家电和电子产品设计日益复杂，设计师不得不开始关注产品的易用性和排障的便利性。复杂设计急需内部调试信息，需要了解计算单元内部发生的情况，如果出现系统错误或失败，可以在产品生命周期的各个阶段检索和检查错误，如下所示。产品开发和工程：对于嵌入式系统，产品可靠性监测和认证流程可能需要长时间查看产品的性能表现。人工监测系统行的可行性不高，效率低下。大数据分析难度也不小，而且还需要特定的分析方法。对于间歇性错误或条件性错误，只有在正确记录事件和错误后才能排错。开发人员可以随时查看错误数据，将这些信息输出到外部进行分析，需要占用少量的内存空间，或者需要转储内部信息。产品制造：系统自检和错误代码或消息有助于保证产品开发和制造质量，优化测试时间和生产测试，甚至售后支持。如果出现错误，系统将会指示是哪些组件无法正常通信而导致错误发生。技术人员可以轻松测试或排错，维修产品。物流日志：一些重要产品可能需要特定的运输方式和物流方式，这些产品系统可以在内部存储器记录跟踪有关环境和搬运方式的电子数据，例如：碰撞、湿度和温度。客户可以在目的地分析这些数据，核实是否符合推荐的运输和搬运方式。现场服务：用户可以使用智能手机检索现场装机的内部信息，这些信息对设备维护服务商非常有用，可以帮助公司通知员工为报修准备妥当，不仅节省了现场维护次数，还节省了报修时间。目前在用的系统调试方法尽管LED指示灯、LED屏幕和LCD屏幕提供错误信息的能力有限，但新的智能连接可以向用户提供更多信息，为采集信息、调试、质检和测试时间优化和售后支持开辟了一条新的途径。基于NFC的新智能连接调试方法:嵌入式系统多数都有用于存储某些系统参数的内部非易失性存储器。当这个EEPROM存储器改用双接口EEPROM时，还可使用无线通信技术读取错误信息和系统健康状态数据。有源RFID标签是一个非常经济的错误代码记录介质，可以通过NFC接口检索电子标签内部数据。NFC又称近距离通信，是一种基于RFID（射频识别）的13.56MHz载波无线通信技术，当一个NFC设备靠近另一个NFC设备时，即可互连通信。今天大多数手机都有NFC接口，可与有源标签通信，为用户在不同设备之间交换信息。以消费电子产品为例，有源标签对于自检非常有用。在系统上电后，自检将检查系统的所有组件，并将健康状态写入有源标签中，便于产品出厂质检时读取数据，如果所有参数都正常，则产品可以出厂。整个系统一步测试概念还可以节省产品在生产线上的停留时间，读取系统健康状况只需要几秒钟的时间，设计一个用户界面非常简单的应用软件，可以在智能手机或读取器上查看错误信息内容。如果出现系统错误，系统将会指示是哪些组件无法正常通信导致错误，方便技术人员测试或调试系统，修理产品。此方法还可用于售后服务。用户只需将智能手机靠近白色家电的控制面板，即可通过NFC读取产品内部信息，还可以通过Wi-Fi或GPRS等WAN网络将信息发送到中央服务器，同时自动提交投诉。实现NFC智能连接调试：有微控制器的嵌入式系统可以测试内部逻辑电路和所连的外围设备，通过NFC在智能手机上更新自检报告，可以在手机上发出一些测试命令，进一步分析系统内部问题。NFC是一种非常经济的无噪声通信方案，紧凑的尺寸使其可以轻松整合到小系统中。今天大多数人都有智能手机。用户可用安卓手机应用测试系统，在屏幕上查看初步的测试信息，包括错误类型。为了更好地理解，下面以计步器系统为例介绍这个过程。下图是计步器系统的框图：该可穿戴式计步器采用STM32L系列微控制器。STM32L可以降低应用功耗，并提供适合的处理能力，片上配备各种外设接口，例如，SPI、I2C和ADC，是设计低成本、低功耗解决方案的理想选择。动态NFC/RFID标签芯片M24SR64-Y接受13.56MHzRFID读取器或NFC手机通过I2C接口发送的读写指令，有助于在计步器和手机之间建立低成本的RF通信连接，内置EEPROM存储器用于保存系统状态和其他相关信息。为了在不打开系统的情况下使用系统排错功能，我们开发了一款可以在没有实体接触的情况下与系统通信的安卓手机应用。动态NFC/RFID标签IC甚至不需要电源即可与RFID读取器通信。检查系统健康状态，建立通信连接，需要将手机靠近计步器。在动态NFC/RFID标签IC上有一个中断引脚，当检测到NFC信号时，中断引脚向主控制器发送中断信号，唤醒系统。通过使用中断功能，系统可以运行已配置好的任务，检查系统健康状况，并在NFC标签中写入健康状态数据，然后，用手机读取NFC标签内的系统状态信息，并在屏幕上显示系统状态，例如，屏幕上弹出“系统正常”信息，表示系统完全正常。否则，弹出“系统故障”，并说明故障区域。结论:系统智能连接功能可以为用户带来很多好处，涵盖从产品制造到售后的整个生命周期，有助于降低产品的总体成本。在目前的智能连接技术中，NFC技术经济实惠，对功率和空间需求都非常低，不论是小尺寸产品，还是体积大的家电，选择无线通信连接，NFC都是一个不错的选择。文章来源网络

智能互联产品的快速部署推动了对无线开关的需求，并促进了设备的互联。由于是无线开关，因此不需要另外连接电线，而且方便布置。然而，由于近些年采用的无线开关都是电池供电型开关，无形中增加了设计成本和复杂性，并且用户还需要进行电池更换。解决方案可能要依赖电感形式的能量收集。环境能量有很多来源，包括光子、射频能量、振动、温差和压力。然而，本文将介绍一个电感式能量收集参考设计；该设计采用一种基于蓝牙和Eddystone开放式信标协议的新颖方法，使用了ONSemiconductor和ZFElectronics两家公司的零件。通过将该设计和相关开发套件配套在一起，将能为超低功耗蓝牙5.0模块提供以无线方式向支持蓝牙的中枢或智能产品发送信号所需的全部电能。超低功耗设计ONSemiconductor的BLE-SWITCH001-GEVB开发套件将直接替代蓝牙5.0模块与能量收集机械开关结合在一起，为开发人员提供了一种即时的无线开关解决方案，并为定制无线开关设计奠定了基础。在此设计中，ZFElectronics的AFIG-0007电感式能量采集器将为ONSemiconductor的RSL10蓝牙5系统级封装(SiP)提供充足电能，使之足以传输低功耗蓝牙(BLE)信标。接收到信标之后，智能产品或中枢中支持BLE的接收器就可以执行相关操作，以控制灯、继电器或其他设备。这种无电池设计的关键在于，RSL10对信标传输的功率要求与AFIG-0007产生足够电能以满足这些要求的能力之间能否完美匹配。RSL10模块专为满足低功耗无线连接的新兴需求而设计，它集成了多个功能块，可提供完整的蓝牙5解决方案（图1）。为进行处理，该模块配有两个内核，一个是负责通用处理的Arm®Cortex®-M3内核，另一个是针对特定应用的ONSemiconductor自有LPDSP3232位数字信号处理器(DSP)内核。该模块使用多个外设和存储器（包括384KB闪存、76KB程序存储器和88KB数据存储器）来支持上述处理器。为进行蓝牙通信，该模块配有支持蓝牙物理层(PHY)的2.4千兆赫(GHz)射频前端，以及支持高级蓝牙5.0协议的基带控制器。RSL10能够在1.1-3.3伏的宽电源电压范围内运行，并且耗电量极低。使用嵌入式微处理器基准评测(EEMB)协会的ULPMark超低功耗(ULP)基准，RSL10在3伏电源下运行时可达到行业领先的1090分，在2.1伏电源下运行时可达到1360分。然而在许多无线应用中，支持重复长时间无线事务处理所需的电力可能会考验这一最高能效设计的极限。ONSemiconductor的参考设计解决了如何利用蓝牙信标协议实现了较短的无线事务处理时间。信标是符合蓝牙广告协议的短消息，用于向任何可用的侦听器广播标识符或其他短数据片段。通过与专用移动应用配合使用，信标在零售、娱乐、交通运输和其他公共场合得到了广泛应用，提供与用户位置相关的信息。ONSemiconductor的无线开关设计使用一种特殊的信标，称为Eddystone信标。Eddystone信标遵循一个开放标准，该标准规定了与数据包（长度仅为几字节）相关的包络和数据有效载荷。对于Eddystone信标，有效载荷格式可以指定一个唯一的ID(UUID)、一个URL或不同类型的遥测(TLM)数据，如温度（图2）。在找到Eddystone信标后，接收应用就能执行与该UUID相关的操作，并将用户发送到该URL，或者对遥测数据作出适当响应。能量收集来源Eddystone信标的传输时间可能短至10毫秒(ms)，并且使用超低功耗的RSL10，完成这种传输所需的能量可低至100毫焦(mJ)，这一数值完全在AFIG-0007能量采集器的发电能力范围内。在AFIG-0007内，线圈围绕在与磁块接触的金属磁芯周围（图3，左图）。当用户按下弹簧式致动器时，磁块会发生移动（图3，右图）。此项操作会使通过线圈的磁场极性发生逆转，从而根据磁感应原理产生电能脉冲。松开致动器会使磁块弹回原始位置，产生另一个具有相反极性的能量脉冲。ZF能量采集器尺寸为20x7x15毫米(mm)，预期寿命为1,000,000次开关循环，符合无线开关设计的关键机械和物理要求。AFIG-0007还能轻松满足此设计的能源要求。ZF能够在每个按下和松开致动循环中产生约300mJ的能量，这为RSL10提供了充足的电力来传输两到三个Eddystone信标。除这两个零件外，无线开关设计的实现只需添加其他少量元件便可完成能量收集电源电路。能量收集电源电路设计通常情况下，能量收集电源电路需要组合使用电压转换器和线圈，以使产生的电压电平达到微控制器所需的精确电平。在此设计中，RSL10的1.1至3.3伏宽供电范围简化了电源电路的设计。AFIG-007的输出由NSR1030肖特基全桥整流器进行整流，并由一个简单电路进行箝位，该电路包括一个SZMM3Z6V2ST1G齐纳二极管、一个滤波/储能电容器(C1)以及一个NCP170低压差(LDO)稳压器，所有这些零件都来自ONSemiconductor（图4）。ONSemiconductor的BLE-SWITCH001-GEVB套件将AFIG-007以及上述电源电路与RSL10集成在一个大小为23x23mm的电路板上（图5）。7mm宽的中心区域包含了核心组件，而可拆卸翼板则提供了多个开发接口，包括一个用于标准适配器（如Tag-Connect的TC2050-IDC）的10引脚JTAG/SWD接口。除了10引脚接口外，该侧翼板还提供了用于跳线和外部3.3伏电源(Vout)的针座，以便使用连接的JTAG编程器（例如SeggerMicrocontrollerSystems的8.16.28J-LINKULTRA+）进行编程和调试。开关电路设计BLE-SWITCH001-GEVB电路板已预装固件，每20ms发送一次Eddystone信标，直到系统耗尽单次开关致动产生的电量。在此应用示例中，设计首先发送一个包含URL“https://onsemi.com/idk”的Eddystone-URL帧。发送完这个初始帧之后，该设计会传输内含遥测数据的EddystoneTLM帧，其中包括开关的电源电压、正常运行时间以及到目前为止所传输的数据包总数。ONSemiconductor的RSL10Eddystone示例软件展示了构建和发送帧的基本设计模式（清单1）。如清单1所示，开发人员调用函数EddyService_Env_Initialize()将针对Eddystone-URL帧的有效载荷加载到Eddystone环境结构eddy_env_tag。为了发送信标，开发人员调用了Eddy_GATTC_WriteReqInd()函数，该函数用于构建封装，利用RSL10的AES加密加速器对数据进行加密，然后将消息发送(ke_msg_send())到传输队列。较低的服务层用于检索排队的消息，构建数据包，和进行传输。传输的信标可被范围内任何支持BLE的主机检测到，或者被附近使用信标应用的移动设备（如ONSemiconductor的RSL10移动应用）显示。若要通过无线开关控制设备，开发人员可以使用ONSemiconductor基于RSL10的BDK-GEVKBLE物联网开发套件来处理信标并执行相关操作。例如，开发人员可将BDK-GEVK基板和ONSemiconductor的D-LED-B-GEVK双LED镇流器板结合使用，利用无线开关实现对灯的控制。在设计电机驱动型应用时，开发人员可以将基板与ONSemiconductor的BLDC-GEVK无刷直流电机驱动器板或D-STPR-GEVK步进电机驱动器板组合在一起。最后部署无线开关时，开发人员只需将两个翼板拆下，只留一个包含所有功能器件的7x23mm组件即可（图6）。由于ZF致动器位于组件的后端，因此在像CWIndustriesGIL-2000-2010这样的空壳中可以放置在摇臂开关下面。总结无线开关为快速增长的智能产品控制需求提供了一种免维护的解决方案。然而，由于传统的无线设计需要电池才能运行，因而增加了设计成本和复杂性，且用户也不得不处理电池管理和更换事宜。ONSemiconductor的参考设计在很大程度上解决了这些问题，这种设计利用能量收集技术，为超低功耗蓝牙5.0模块提供了所需的全部电能，能以无线方式向支持蓝牙的中枢或智能产品发送信号。文章来源网络

在任何给定时间内，物联网(IoT)中大多数设备都可能处于空闲状态。通常，仅需要IoT传感器以不频繁的时间间隔进行测量，并向信号收集器发送少量结果数据，然后返回最低耗能状态，直到进行下一次测量。有的智能传感器可通过小型电池供电，无需充电或更换即可使用数年。如果能够消除永久连接电源的需求，传感器就可实现无限期部署，并可制作得更小、更轻。这为新型传感器开发创造了机会，例如可以舒适穿戴的非侵入式医学传感器。连接到皮肤上的无线温度感测贴片可以不时地执行快速检查，相比于有线传感器，穿戴者可以更自由地活动。相比可重复使用的引线式传感器，一次性贴片还具有卫生优势。许多其他应用在粘性传感器贴片出现以后获益良多，如监测温度、湿度或压力。它们还可用于人员检测、工业过程无连接监测、或者智能农业，如监测土壤或温室条件，或者检查牲畜体温。一种结合了超低功耗传感器和RFID技术的全新智能传感器正在兴起。仅在RFID读取器需要记录读数时，才会通过其发射的射频场为这些传感器供电。诸如此类的无电池传感器仅在需要时才采集数据，然后将数据发送到读取器，不会单独进行测量或者存储数据。图1表示无源贴片传感器的功能块简化概述，包括到模拟或数字变送器的前端接口、信号调节、数据处理、无线通信和电源管理。为了集成各种元件，来构建以有限射频场能量进行工作的系统，需要有成熟的低功耗设计，并仔细考虑计算负载并进行有效的功率管理。这样的传感器必须小巧灵活，易于贴装，并且如果是可穿戴设备，还必须舒适，如生物传感器。芯片和传感器标签幸运的是，有多种集成度更高的无源感测和优化选择。其中有TexasInstruments的RF430FRL152H，它集成了实现图1所示功能所需的所有电路，包括用于连接到模拟传感器的14位三角积分ADC、以及可用于连接数字传感器的SPI/I2C端口。RF430FRL15xH带有通过铁电RAM(FRAM)实现的2KB非易失性存储器，实现了低功耗、快速读写速度、无限次读/写耐久性和高电磁抗扰度综合优势。并且，由于FRAM可以在低供电电压下工作，因此无需充电泵来产生升高的编程电压。集成无线电符合ISO15693，允许使用标准NFC/RFID读取器或启用NFC的智能电话来读取传感器。RF430FRL15xH还提供了一个评估套件，由一块基板以及集成天线与环境光和温度传感器组成。支持固件包括RF堆栈、驱动程序库和引导代码。受TI的CodeComposerStudio设计环境支持。另外还提供传感器集线器增强包扩展板，其中含有MEMS运动传感器和压力、湿度、温度和光传感器。提供的参考设计涵盖构建用于测量温度或皮电反应的生物传感器贴片所需的一切，包括使用NFC询问传感器的Android手机应用、以及一个用于配置和展示贴片的PCGUI。集成智能无源传感器ONSemiconductor采取了一种不同的方法，开发出全集成式智能无源传感器，用于监测温度、湿度或压力。支持这些传感器的生态系统包括多合一开发套件和具有自身内置GUI和IoT连接的便携式电池供电读取器。该读取器可从传感器标签采集数据。多种商用固定式或手持式读取器经测试也可与这些标签配合使用。如图2所示，ONSemiconductor智能无源传感器采用激励回路，能够通过测量阻抗变化实现湿度或压力监测，并采用了一个无微控制器的自微调IC，其中含有自适应RFID前端、片载温度传感器以及用于唯一标识的集成式存储器。标签使用行业标准第2代UHF协议进行通信。当读取器初始化通信时，IC测量此激励回路内的温度条件，并将含数字化温度的测量数据从片载传感器传输到读取器。通过监测射频信号强度，集成RSSI还可进行接近检测或动作检测。ONSemiconductor开发出了一系列传感器，可用于湿度测量、浸水检测和温度测量等应用，总结见表1。它们适合各种工业和医学场景，如质量控制和环境监测。符合NFC和RFID标准的手持读取器可用于读取智能无源传感器，并已在供应链管理等使用案例中得到验证。与扫描RFID标签以记录收货或发货的方式完全一样，扫描无源传感器可以获取读数。在供应链应用中，将RFID标签升级为传感器标签带来额外功能，可记录供应链中货物在任何位置的状态。例如，用于验证是否符合规定的存储条件，或者帮助识别供应链中可能出现损坏的点。通过移动手持读取器扫描并非从无源传感器收集数据的唯一方式。固定式读取器可放置在适当位置，以便从穿过其有效范围的传感器上采集数据。这样可以支持准确检测工业设备，以便进行维护。多个传感器可以放置在预先确定的位置，如电机或轴承座、电子电源模块，并定期扫描。如果没有传感器标签，此类分析可能需要使用红外温度计等设备进行手动测量。而手动搜索则会造成被测表面的位置稍稍不同或者时间间隔稍稍不同，这样就会导致结果不准确。固定式读取器和永久连接的传感器可以消除这些误差，并且采集的数据可以轻松转送到主机或云端进行分析。总结物联网应用中普遍的极端功率限制正推动创新型解决方案以及新型设备的出现。利用现有RFID技术的智能无源传感器可以长期部署，无需电池或维护，并且仅在需要测量时通电。除了无电池的简便性外，在广泛的应用中，它们还具有诸多优势，如更高的安全性、可重复性和用户舒适度。文章来源网络

从简单的正/负温度系数器件到更为成熟的基于光学的子系统、旋转编码器和温度传感器，感测一都直是电子系统的一个重要部分。在工业、汽车和医疗应用中使用传感器的其中一个最重要领域就是模拟前端(AFE)，这一转换过程负责采集真实属性并在数字域中精确地予以重现。通过传感器本身，AFE可定义整个系统性能。在消费者领域和更为广范的IoT中，大型应用专用传感器已被小型、高度集成的MEMS器件所取代，AFE也因此被串行总线替代。如此一来，微控制器的大部分设计负担就转移到了系统核心中，尤其是在使用多个传感器的应用中。这就是如今帮助驱动IoT的模式，但是在单个器件引入多个传感器将会出现独特的挑战。驱动力基于MEMS传感器（微电子机械系统）的出现意味着电子系统设计的一个重大改变，但这种改变并非在一夜之间发生的。该技术需要经过多年完善和成本优化，不过最近几年从智能手机领域大获裨益。一些行业分析人员认为，由于利润收缩，需求趋平，与过去相比，MEMS的未来将更加难以预测。但是，可穿戴技术的不断兴起和IoT不可阻挡的增长势头很可能使MEMS技术在未来一段时间内仍然是核心和使能技术。另外，包括工业、医疗和汽车在内的成熟市场也是该技术的积极拥趸，据估计，现在每辆车平均含有20个MEMS传感器。在医疗应用中，微流体传感器开始出现在可植入医疗设备中。这类应用将为制造商提供继续投资该技术的机会，最终惠及其他市场。如今，IoT可能是最大的机会。通过增加传感器，我们可以测量每个可想到的参数，从而使日常使用的物品、设备和服务变得“更加智能”。这些参数包括压力、温度和惯性（如加速度、方向、位置和广义运动）。捕捉一种参数可极大增加设备的功能，但将多种参数融合所得功能会比单纯将各部分加总而得的功能更为强大。“传感器融合”将帮助驱动新应用，是IoT的一部分，并因此帮助填充人们所熟悉的“大数据”现象。传感器融合是应用到为传感器输入带来更广阔语境的术语，如将俯仰和滚转与地理位置、加速度与经过时间、温度与海拔相结合。它实际上是推断测量以外其他数据的过程，其方式几乎可以认为是智能。增加智能传感器融合解决方案所需的表象智能必然要通过软件实现。其通常由一个库提供，该库可在能够提供应用所需的处理性能的内核上运行。在许多应用中，测量变化相对缓慢的物理参数通常可通过32位甚至16位微控制器实现。一些制造商已经开发了完全集成的传感器集线器，如BoschSensortec的BHA250。这种创新器件集成一个三轴加速计和运动检测的软件算法，可在集成式可编程“融合器内核”微控制器上运行。BHA250本身可用于可穿戴设备，以检测各种形式的活动。不过，如图1所示，它还可以通过I2C连接的其他传感器进一步扩展，从而解决其他应用需求。“融合器内核”可处理I2C接口接收到的“原始”传感器数据，通过寄存器映射传输到主机处理器。这种情况下，主机处理器可能运行其他软件，如BoschSensortec的FusionLib软件，一种可结合加速计、陀螺仪和地磁传感器所得测量结果的9轴解决方案。该示例很好地演示了传感器融合如何用于创建数字域中一个更详尽的真实世界表示。随着越来越多传感器的引入，其将超出惯性传感器的范围，包括环境和光学技术。虽然使用应用特定器件（如BHA250）可能解决这一问题，但至少在短期内，OEM也有可能将转向更通用的微控制器(MCU)来开发传感器融合解决方案。现在的高性能低功耗MCU的额外优势包括可提供其他外设、启用传感器集线器以成为整个系统的心脏。传感器融合优化由于其自身的特性，通用MCU集成外设应用广泛，不过，我们通常还需要权衡价格、性能、功率和外设，因此，其最终使用范围将限制在十分特定的领域。有鉴于此，为特定终端应用优化的MCU仍十分普遍。尤其是对于超低功耗应用以及最近的传感器融合更是如此。这类器件的新增产品之一就是NXPSemiconductors的KinetisKL28Z。该器件基于ARM®Cortex®-M0+内核，旨在为特定性能尽可能提供最低功耗，并将传感器集线器列为其目标应用之一。如图2所示，它集成了许多模拟特性和各种数字接口，包括一个可仿真各种标准接口的FlexIO模块。该器件还集成了许多安全特性，包括支持AES/DES/3DES/MD5/SHA和真数生成的加密加速，这对IoT应用来说非常重要。它还提供三个低功耗SPI模块、三个低功耗UART模块以及三个低功耗I2C模块，可支持最高5MB/s的速度。软件已日益成为传感器融合整体解决方案中的一个重要部分，这也是为什么智能感测框架(ISF)可以支持Kinetis系列的原因。其核心功能如图3所示。除了支持Kinetis系列，该框架还可支持各种Freescale传感器，包括加速计（含FXLC95000CL系列）、陀螺仪、磁力仪（如FXOS8700）和压力传感器、模拟输出传感器，以及MMA955xLNXP智能计步器传感器。提供连接在感测应用于IoT时，其本质上是“无线”的，因为使用的大部分传感器都是悄无声息地感测周围状况。因此，其整体系统解决方案自然也是无线的。当然，许多开发的IoT传感器节点也会使用一些本地、个人或广域无线网络的形式，这其实并不足为奇。同样，可提供传感器融合和无线连接的MCU也将在IoT中占有一席之地。这所说的正是TexasInstrumentsCC2650系列无线MCU。除了ARMCortex-M3内核，CC2650无线MCU集成了一个2.4GHzRF模块，允许通过使用蓝牙、ZigBee、6LowPAN和ZigBeeRF4CE进行通信。为此，可将IEEE802.15.4MAC嵌入在ROM，然后在一个单独但集成的ARMCortex-M0内核上局部运行。TI可免费提供蓝牙和ZigBee堆栈。CC2650包含在CC2650MODA模块中，并且使用了MCU的集成式超低功耗传感器控制器，可自主运行，因此能在正常运行和非活动期时保留系统功耗（见图4）。其可能包括使用集成式ADC监视模拟传感器、通过GPIO、I2C和SPI监视数字传感器、电容感测（如靠近时唤醒）、键盘扫描或脉冲计数。低功耗时钟比较器也包含在内，其能够从任何状态唤醒器件。传感器控制器中的每种功能均可自主选择启用或禁用。总结传感器的涌现将会提供有关我们的环境和周围事物的更多细节信息。这些传感器与功能MCU结合后变得“更加智能”，当多个智能传感器置于一个应用中时，要比单纯将各部分加总而得的功能更为强大。传感器融合将为IoT带来智能传感器，反过来也为基础设施提供“大数据”。这将从根本上改变我们生产、发展、运输和消费等的一切方式。半导体制造商将开始接受这一挑战，开发最优平衡的MCU，使性能和低功耗操作达到一个合适的均衡水平。传感器制造商会继续将物理性能推向极致，确保传感器融合继续发展，实现尚未考虑的应用。我们将从根本上改变我们与世界的连接方式，而每个领域也将得益于此。文章来源网络

近年来，能量采集主题在电子设计界内引起了极大的兴趣。通过该程序能够捕获、采集到少量能量，然后被电子设备元件所使用，能够完成简单的任务，而不需在系统设计中嵌入常规电源。但是，为了有效实施，在规定的组成部件以及系统布局方面，该系统需要以最大可能的效率水平进行操作。下文将讨论多项技术难题，并说明创新性数字、模拟和电源管理半导体技术在克服这些技术难题方面是如何发挥关键作用。目前，使用能量采集（或挖掘）技术的应用包括楼宇自动化系统、远程监视器/数据采集装置，以及无线传感器网络。由于采集技术不依赖于常规的电源形式，因而具有两个关键的生态效益。首先，它不会导致化石燃料储量耗竭；其次，不会加剧污染程度（原因是不会产生碳排放，也不用一次性电池）。除了省去接线或电缆布线需求以及由此产生的便利性，原始设备制造（OEM）和系统集成商此类实施的实际优势在于，一旦安装到位，由于没有费用单或要求跳闸以更换电池的高额费用等，其实际上没有日常运转费用。采集所需能量从环境中采集能量的方法很多（取决于最适合具体应用设置的方法），产生的功率水平通常在10µW至400µW范围内。在使用的机制中，存在温度差、动力（通常通过振动运动）、太阳能、压电效应、热电效应和电磁效应。但是，太阳能有可能成为例外，能量采集是“免费”能量的观点不完全准确。基于振动或热梯度的能源利用该系统的大量能源垃圾，因此需要纳入维修和维护成本。现实世界应用的能源范围指示通过采集程序产生的电源可有很多种用途，例如：1.开关（楼宇自动化）-用于打开或关闭开关的机械力足以产生数毫焦（mJ）的能量，以运行无线传输器，发送一个射频信号来驱动门插销或灯。由于不需要接线，该方法便于操作且美观实用。2.温度传感器（楼宇自动化）-环境空气与加热器之间的温差能够提供所需电源，采用无线方式将温度数据发回至调节系统。3.空气调节（楼宇自动化）-通过电磁感应，可以利用空气调节系统管道的振动产生的电信号，也能够通过该信号控制空气调节。4.远程监控（工业/环境）-可以是无人监控的气象站、化工厂气体传感系统或海啸报警系统。一块太阳能电池或小型风力涡轮机就可提供所需能量。5.医学植入体（医疗保健）-例如血糖监测仪，通过热量或身体运动。放在病人皮肤上的低功耗无线收发器将数据反馈至中枢，且无需任何电池（以此提高病人的舒适度，并降低产生的不便）。6.手表（消费者）-能够使用太阳能或动能运行无电池的计时器。7.轮胎气压监测（TPMS，自动的）-使用表面声波（SAW）传感技术，能够避免因安装支持每个车轮上温度/压力传感器所需的电池和复杂电子设备而产生的问题，以此降低材料清单费用和所需的工程资源。系统设计要素仅电源的µW发挥作用时，尽可能对其充分利用显然至关重要。工程师需要努力工作以避免损耗。这涉及硬件和软件的考量，能够通过实施高效的组成部件以及确保完全的设计优化来实现。电子系统必须由低压电路组成，并提供电源智能管理。由于这些系统操作的偶发性，很多情况下，采集能量的时间与随后应用能量的时间之间没有直接关系，也可能需要考虑能量储存。使用的储存方法必须为低压，具有高充电电流和中等放电性能，也可能没有自放电能力。位于系统中心的数字集成电路，必须能够提供远大于处理器的性能，以完成系统任务，同时能够支持低压操作，确保不超过功率预算。另外，集成电路必须足够划算，确保其实施不会对系统的总体费用产生太大影响，否则该系统将由于标价过高，而无法证明已探讨的很多能量采集应用中的部署是合理的。通常，如果需要提升性能水平、获得更大的优化或提高集成度，OEM将考虑采取定制方法，并从项目开始时与特定应用集成电路（ASIC）供应商接洽。但是，由于这种方法要求大量的前期金融投资以支付NRE成本，因此通常不可行。其后必须有足够高的单位体积以收回投资。很多能量采集应用没有足够大的单位体积构成以采用该方法，但是相反，如果沿用仅将现成部件结合在一起的方法，工程师就不太可能最大化系统的效率。更加糟糕的是，开发程序有可能要求大量时间和工程资源。目前，设计界可以使用第三个选择，提供ASIC有利的技术属性，且无投资和上市时间缺点。该方法结合了一个超低耗的高效微控制器，可以自定义，对预设的IC集成很关键，且必须具有功能块，例如采集界面和电源管理功能、传感器和驱动器界面。卡诺瓦技术公司的ETA平台提供了这方面的实例。基于安森美半导体公司的LC87F7932超低耗微控制器装置（MCU）以及卡诺瓦技术公司ETA平台，这种新的开发工具包为工程师提供了业界认证的可自定义的开发工具包（硬件和软件），以适合特定的应用要求，并因此加强系统的功率/性能特点。ETA平台可完全配置，且能够进行接口，并与市场上最常见的能量采集器相匹配，处理大于0.9V或（通过使用外部变压器）大于数十毫伏的直流和交流输入。采集的能量能够传输/储存在不同的存储元件中，例如，化学电池、电容器和超级电容器。尽管交付模式不稳定，系统能够通过其有效地管理储能，确保其能够实施节能策略，如同使用嵌入式超低耗可配置的模拟前端，能够在其中完成系统传感器信号的采集和调节，而不需外部MCU的监督。LC87F7932BMCU是基于CMOS技术的8-bit装置，有一个CPU，以250ns（最小）总线循环时间运行。IC集合了32千字节机上可编程闪存存储器、2048字节RAM,、芯片调试器、LCD控制器/驱动器、16-bit计时器/计数器，以及实时时钟。当前端完成调节后，12-bit、7信道的低功率模拟数字（ADC）转换器变换所获得的信号。该数字信号然后就可以根据应用通过无线方式进行传输，或存储以便于在稍后阶段提取。总之，能量采集系统设计有诸多大的障碍和难题。工程师需要尽可能地增加处理性能，同时将整体功率预算保持在尽可能低的水平，且不会产生巨大的支出，从中能够证明其为非常具有成本敏感性的应用。必须尽一切努力使用最佳优化的部件，并确保开发程序总体合理。通过应用本文中详细说明的开发平台，基于超低耗MCU体系结构和可配置的定制装置，工程师能够克服这些障碍，从而实现更有效的实施.

项目在这个项目中，我将向你展示如何制作一个可以告诉你门打开的天气已关闭的设备。只需通过蓝牙连接到设备，只要你在范围内，你就可以看到门是打开还是关闭。通过简单地将簧片开关与另一个开关或输入设备交换，该设备不仅限于可以用于许多应用的门，而且在手机上它会告诉你输入是高还是低。连接对于这个设备，你需要一个HC-05蓝牙模块和一个Arduino（任何Arduino都可以，但代码中的密码可能需要更改）我选择使用ArduinoUno。你还需要一个磁簧开关和一个磁铁连接到门上。蓝牙的接收电压为3.3伏，而Arduino的发射电压为5V，因此需要使用分压器。只需将所有部件连接在一起，如图所示。Code我已经包含了一些代码供你使用，你可以根据所选应用程序的需要更改代码位。我已经包含了门监视器的代码。一旦你对代码感到满意，只需将其上传到Arduino即可。如何使用？现在代码已上传并且所有连接都已打开，只需打开设备并通过蓝牙连接模块。你需要一个应用程序才能从设备接收信息。我使用了“蓝牙终端HC-05”应用程序，但你可以使用任何蓝牙终端应用程序，甚至可以编写自己的自定义应用程序来显示数据。现在，当你想知道门/输入的状态时，只需将“1”发送到模块，它就会告诉你门打开或关闭的天气。文章来源Hackaday

Ocean’sEleven（《十一罗汉》）和MissionImpossible（《碟中谍》）等好莱坞动作片中展示了许多巧妙方法，用于检测不怀好意的入侵者。身手不凡的黑衣袭击者亮相大荧幕，通过智取战胜了压力垫、激光场、热感摄像机以及其他棘手的设备。现实生活中，在无数的家庭和办公室，通常认为房间角落里“不断眨眼”的无源红外传感器就足以阻止投机取巧的入室窃贼。屋主和安防公司认为PIR是最适合家庭应用的入侵者检测技术：经济、可靠、可调节以去除假警报，PIR是目前首选的人员检测技术。一直的最爱PIR制造商已改良其传感器，克服了红外传感技术的已知弱点。传感器依赖目标与背景的温差，并且还需要目标移动才能检测到其存在。为了将这些影响降到最低，PanasonicMP系列中的传感器（例如AMN11112）集成了四个感受器来精确检测幅度很小的运动。这些感受器对小幅温差也很敏感，即使在环境温度接近人体体温的炎热气候下也可确保准确检测。Panasonic还对其感受器进行微型化处理，确保通过配有小透镜的小型装置来实现高灵敏度和准确度。内置放大器、无源元件、光学滤波器及电磁屏蔽的高度集成（图1），可简化设计并提升可靠性。不断的改良确保了PIR传感器一直是安防系统设计师的最爱。智能建筑要求更多虽然智能家居时代已经来临，但人们更期望PIR这类传感器不仅可支持入侵者检测，还能通过监控房间使用情况来实现自动化照明、加热和其他服务。PIR感应的部分已知特征在此背景下成为弱点。由于传感器依靠检测所观测的热场景中的变化，目标必须移动才能被检测到。这在安防系统中是可以接受的，因为可以设想入侵者在进入房间后可能在其中四处移动。另一方面，屋主及其客人可能在房间内长时间坐着不动，例如在交谈或观看电影。系统不应错误地确定房间未被占用，并开始关闭照明或加热等服务。此外，未来的智能家居服务可能依赖收集有关占用者的更详细信息，例如其在房间内的具体位置。这让系统可以自动优化局部区域（例如办公桌或厨房工作台面）的照明，同时调暗房间其余部分的照明，以达到最佳能效。鉴于目前老龄化人群晚年试图在自己家中安全独立地生活，更智能的人员感应也有助于提供辅助生活服务。年轻的亲戚通常无法担任全职看护者，而专业护理又过于昂贵。自动监控可以检测老年屋主是否需要协助，以便于快速提醒看护者或提供紧急服务。目前的PIR传感器虽经过了充分改良，但仍无法捕捉驱动这类服务所需的大量信息。现在出现了大量替代感应技术。例如，基于视频的感应可用于让看护者定期检查老人在家是否安全，或确定房间内人员的具体位置。出于隐私原因，室内视频监控并非可取的解决方案。或许可以考虑部分监控，或者在分析后丢弃视频，但屋主通常仍会感觉不舒服。单芯片雷达解决方案近年来，基于雷达的感应技术已开始进入消费者相关市场。其中一个示例是汽车驾驶员辅助系统，例如防撞。在不要求许可的24GHzISM频率范围内工作的低功耗雷达发射器，目前在智能家居/智能建筑市场上能够以可接受的价格购买到。其检测在场状况的原理是监控反射的无线电波，并通过对传输回程计时来测量距离，这一概念大概最早在20世纪初形成。InfineonBGT24MTR11等24GHz雷达收发器IC可用于打造适合室内人员检测的低功耗传感器。雷达技术可实现多种高级功能，例如检测不移动的人员、确定人员的具体位置以及感应任何运动的方向。作为在家庭环境中使用雷达技术的另一项优势，不需要在发射器和传感器与目标之间存在畅通无阻的视线，因此发射器和传感器可放在不显眼的位置。这个位置可以是吊顶板材等轻质建筑材料后面，因此允许将传感器置于视线范围外。BGT24MTR11在一个器件中集成了检测人员以及运动速度和方向所需的一个传输通道和一个接收通道，只需少数电容器就能构成完整运算电路。这不仅可以节省电路板空间，还消除了RF匹配难题。如果要求系统感应人员的位置，则需要使用两个接收器。BGT24MTR12集成了两个接收通道和一个发射器，最适合此用途。专为低功耗工作而设计BGT24MTR11的最大RF输出功率为15dBm，可安全地用于ISM频带。在连续模式下且发射功率最高时，IC总功耗为528mW，也可通过应用在两次测量之间关闭芯片电源的工作循环方案来大幅降低。根据目标慢速移动时检测多普勒频移所需的测量时间，每0.5秒仅需启动IC10毫秒就能测得高达25km/h的目标速度，分辨率约为±1km/h。这对典型室内感应应用来说已经足够了，并可将功耗降低至每个周期仅12mW。图2显示了雷达IC如何与InfineonXMC4500微控制器结合使用，该微控制器可通过SPI端口对BGT24MTR11寄存器编程、通过其片载DAC监控VCO频率并控制VCO调谐电压，以及控制在两个测量周期之间负责关闭BGT24MTR11电源的负载开关。如框图所示，完成该设计只需要使用少量的关键元件。结论随着智能建筑变革步伐的加快，新应用和服务将需要更多描述居家和建筑内所发生活动的详细信息。要在不损害隐私的情况下捕获这些信息，就需要增强的人员感应技术。24GHzISM频带的雷达感应技术安全、独立，现在通过利用能显著简化系统设计的最新单芯片收发器，可比以往更轻松地实现。事实证明，节能技术让设计师能够为室内应用打造平均功率仅10mW的低维护传感器。文章来源网络

自从140年前第一个商用的白炽灯泡问世以来，发光二极管（LED）灯泡是照明领域的最大进步。LED灯的好处无数，而且有据可查。与现代的白炽灯泡相比，它们通常节省75％的能量，使用寿命可以延长50倍以上。今天的LED灯泡比以前的LED灯泡有了很大的改进。它们产生的热量极少，不发出紫外线或红外线，不含汞，耐冲击，并能在极端环境下有效运行。照明革命的下一个浪潮即将来临：智能互联照明。为LED灯泡添加无线连接和联网功能，不仅提供了简单的开/关功能，还提供了更多的机会。您可以通过简单的智能手机应用程序或语音助手来调整亮度、色温和定时，甚至在旅途中远程控制灯光。以前闻所未闻的应用包括无线接近传感器触发的智能灯在晚上当您穿过房屋或建筑物时自动照亮走廊和房间，床头照明在早晨逐渐唤醒您，或医院照明使用色彩改善情绪、健康及加快康复。智能连接照明的便利性和好处是无限的。与传统照明相比，智能照明仍处于新生阶段，但是在住宅、商业和工业市场中，智能照明的采用率正在稳步提高，这在一定程度上得益于采用了绿色能源激励措施和法规，例如CaliforniaTitle20。根据研究和市场预测，到2022年全球智能照明市场将达到240亿美元，2018年至2023年的复合年增长率（CAGR）将高达21％。随着越来越多的“物”相互连接以及消费者逐渐接受智能家居技术，对智能互联照明的接受和需求将继续增长。这就是为什么AcuityBrands、Cree、Eaton、GELighTIng、Philips/Signify、Osram和许多其他顶级照明品牌不仅竞相提供智能LED产品，而且还提供易于部署、可互操作、安全且可升级的完整照明生态系统的原因。智能LED设计挑战以经济高效的方式在LED灯泡中实现无线连接会给照明OEM厂商带来一系列新的设计和实施的挑战。例如，智能LED灯泡必须满足严格的RF法规要求、苛刻的能效标准、高温等级以及严格的产品尺寸和空间限制。照明开发人员还必须考虑设备和网络的安全性，并确保智能LED灯泡与任何其他已连接的IoT产品一样抵抗得住恶意黑客的攻击。另一个关键的设计考量因素是无线协议的选择。许多可连接的灯都在2.4GHz频段上运行，并使用几种流行的基于标准的短距离无线协议之一，例如Zigbee、低功耗蓝牙（BluetoothLowEnergy）、蓝牙网状网络（BluetoothMesh）或Wi-Fi。使用基于标准的协议有助于实现与普通消费产品（例如语音助手、智能手机和平板电脑）的互通，无需额外的自定义网关和网络基础设施产品。某些智能LED设计可能需要多协议连接，例如支持低功耗蓝牙进行设备设置和控制以及通过网关访问基于Zigbee的多节点照明网状网络的能力。蓝牙或Zigbee等标准之外的专有无线协议也是一种选择。虽然在短期内实现专有无线协议可能很容易且具有成本效益，但这种选择可能会带来互操作性和可升级性的长期挑战。基于标准的无线解决方案推动了大批量生产，因此从长远来看可能是更具成本效益的选择。而从众多可用选项中选择合适的无线技术和供应商，需要对RF设计以及性能权衡和风险有更深入的了解。智能LED设计也必须满足传统照明产品所不需要的无线标准和法规性能要求，例如电磁（EM）辐射和能耗。实施带来的挑战为了将新的智能LED产品推向市场，照明OEM厂商还面临着一些涉及工程和运营资源的实施挑战：·要发展专业知识并分配资源以实施并成功完成标准和法规的认证测试，例如FCC和CE认证。·要考虑确保产品部署到现场后的产品功能和安全性升级的设置，通常通过无线（OTA）更新。·管理物料的采购和多个组件的库存。·验证与智能家居或智能建筑中其他无线物联网产品和生态系统的互操作性。·优化物料清单（BOM）和开发成本，以交付具有成本竞争力的产品，同时满足严格的生产计划并缩短上市时间。借助模块解决方案消除设计和实施带来的挑战虽然对于具有较少RF经验和专业知识的开发人员而言，向LED灯泡添加无线连接可能是一项艰巨的任务，但现在可以使用经过预先认证的无线模块解决方案来简化智能LED产品设计的任务，从而最大程度地减少照明OEM厂商面临的许多挑战。无线模块旨在提供一个全方位的即插即用解决方案，该解决方案集成了开发人员完成LED设计的连接部分所需的关键组件。模块供应商已经完成了天线设计、阻抗匹配、无源器件的调谐和集成以及协议开发等以射频为中心的艰巨任务。对于自身可能缺乏必要RF或协议专业知识的OEM厂商来说，这些已完成的工程和集成工作可以带来巨大的好处。此外，无线模块通常附带所有必需的软件，包括所选的协议栈。模块供应商还提供易于使用的开发工具，以支持和简化设计和调试过程。通过在LED设计中使用无线模块，照明OEM厂商无需担心管理天线、晶体振荡器和无源器件等多个RF组件的采购和库存。此外，同一模块还可用于多种照明产品，从而进一步简化了采购和库存管理。选择正确的模块解决方案在评估LED设计的模块选项时，照明OEM厂商应寻找专门为互联照明应用的特定需求而设计的解决方案。例如，SiliconLabs的MGM210L和BGM210L模块是可用于照明市场的首批针对应用优化的模块产品。MGM210L模块支持Zigbee和Thread，以及动态多协议连接（例如Zigbee和BluetoothLowEnergy）。BGM210L设计用于BluetoothLowEnergy或BluetoothMesh。这两个新模块旨在简化和加速功能丰富、颜色可选和可调光的LED灯的开发，同时使开发人员能够利用基于蓝牙、Zigbee和Thread的网状网络生态系统。xGM210L模块基于SiliconLabsSeries2EFR32xG21无线片上系统（SoC）芯片，其外围设备针对照明应用进行了优化。该SoC包含低功耗的Arm®Cortex®-M33处理器内核，足够支持动态多协议操作和OTA固件更新以确保智能照明产品未来适应性的内存，以及能够支持802.15.4、BluetoothMesh协议和BluetoothLowEnergy的高性能2.4GHz射频收发器。无线电通过单协议或多协议连接来处理无线网络功能。集成的RF功率放大器还使得xGM210L模块能够处理需要数百米视距连接的远程应用。诸如xGM210L器件之类的高能效模块可提供较低的有功功耗水平，该功耗水平经过了优化，可以满足CaliforniaTItle20设备效率法规。许多运往美国市场的照明产品必须符合CaliforniaTItle20法规，需要对照明控制设备的制造商进行认证。模块解决方案可以帮助照明OEM厂商减少与RF设计、协议优化和法规认证有关的研发周期。xGM210L模块经过了预先认证，可以在北美（FCC和ISED）、欧洲（CE）、韩国和日本使用，旨在最大程度地减少与全球无线认证相关的时间、成本和风险因素，从而使照明OEM厂商缩短数月的产品上市时间。随着制造商为更多的LED产品增加RF连接性，小尺寸灯泡设计带来了复杂的尺寸、功率和散热限制，而现有的无线解决方案无法轻松解决这些限制。xGM210L模块旨在解决这些限制。该模块的定制印制电路板（PCB）尺寸（16mmx23mm）符合大多数LED灯泡外壳的紧凑尺寸。它还具有最高+125°C的额定温度，可确保在灯泡外壳中可靠地运行（灯泡外壳在长时间使用后会变热）。安全性是智能LED产品的另一个重要考量因素。最近的媒体报道称，黑客通过LED灯泡入侵了智能家居网络，这已经使消费者和照明开发商都意识到了从灯泡本身到云端对于安全的迫切需求。照明OEM厂商应寻求能够提供内置硬件安全功能的模块，无需增加成本，即可使开发人员能够在智能LED产品中实现强大的安全性。例如，xGM210L模块具有专用的安全内核，该内核隔离了应用处理器，并提供快速、节能的加密操作以及差分功耗分析（DPA）对策。符合NIST和AIS-31要求的真随机数生成器（TRNG）可以增强器件加密。具有信任根和安全加载程序（RootofTrustandSecureLoader，RTSL）技术的安全启动（SecureBoot）有助于防止恶意软件侵入和回滚，确保可靠的固件执行和OTA更新。具有独特锁定/解锁功能的安全调试接口允许进行经过身份验证的访问，以增强故障分析能力。该模块的ArmCortex-M33内核集成了TrustZone技术，可为可信软件架构实现系统级的硬件隔离。完整的模块解决方案应附带强大的无线软件协议栈，从而使开发人员可以选择标准协议，例如Zigbee、Thread、BluetoothMesh和BluetoothLowEnergy。此外，开发人员应当期望全面的软件支持，包括强大的软件开发工具包（SDK）和高级工具，以帮助验证网络性能并辅助调试，优化智能照明应用的性能和能耗。xGM210L模块带有功能强大的开发工具套件，例如网络分析仪（NetworkAnalyzer）、能耗分析器（EnergyProfiler）等。SDK包含实现低能耗操作所需的所有库以及使灯泡与网络通信所需的所有驱动程序。结论毫无疑问，智能LED灯泡产品在住宅、商业和工业市场中越来越受欢迎。现在可以使用全面的硬件和软件解决方案来简化联网照明产品的开发。经过优化的无线模块现已上市，可帮助缩短上市时间，减少开发和认证成本，并解决OEM厂商可能面临的许多无线设计挑战。

在这篇文章中，我将向您展示如何制作5V至3.3V的逻辑电平转换器，以将5V传感器连接到新的Arduino开发板和树莓派上。为什么需要逻辑电平转换器IC？你们大多数人都喜欢在空闲时间玩Arduino和RaspberryPi，对吗？我敢肯定大多数业余爱好者都喜欢这两个开源的板卡。与Arduino一起，我们肯定会使用各种传感器，例如IR传感器，PIR传感器和超声波传感器。但是问题是当今大多数电路板不能承受5V的电压，但是有恰巧几乎所有电路板都可在3.3V电压下工作。这是否意味着我们不能再使用旧的传感器了？不完全是。如今，几乎所有的微控制器都在3.3V逻辑下工作。大多数在3.3V电压下工作的设备不提供5V电压，它们会在几秒钟内被烧毁。那么我们能做些什么呢？有一种方法可以将5V转换为3.3V的逻辑电平转换器。比如74LVC245。74LVC245逻辑电平转换器IC该芯片解决了将数据从5V逻辑电平设备连接和发送到3.3V逻辑微控制器（如RaspberryPi和Arduino）的问题。该芯片位于Arduino和传感器之间，并将传感器的5V信号转换为3.3V，可以直接馈送到Arduino。74LVC245可以用于数字信号，并且可以与SPI，串行，并行总线和其他逻辑接口配合使用。制作PCB表面安装技术是通过将组件安装在电路板表面上来组装PCB的技术。与传统的通过孔放置组件并将其焊接在另一侧的传统方法不同，在SMT中，将组件放置在板上，并且将引线焊接在同一侧。设计电路74LVC245逻辑电平转换器IC你可以轻松地访问EasyEDA网站并开始一个新项目。打开原理图设计后，开始添加组件，5V至3.3V逻辑电平转换器电路图。在EasyEDA中绘制原理图时，请确保从该列表中添加组件。您甚至可以搜索组件并检查其可用性。从库中搜索组件并将其放置在画布中。使用“电线”工具将组件连接在一起。使用该IC非常简单。您可以在几分钟内完成电路设置。只需将VCC连接到要转换为的逻辑电平即可。如果要将5V转换为3.3V，则将3.3V连接到VCC。地面连接到地面OE（输出使能）接地以启用芯片DIR至VCC（3.3V）PCB布局绘制完电路后，单击“保存”以保存电路并创建PCB布局。我将在说明中提供所有文件的链接，包括Gerber，和材料明细表。下图是组装好的电源板，干净整洁。拿到板子后，您可以拿一个板子，然后将其余的元件焊接到板上。我已经焊接了排针，以下是成品板。这8个引脚提供稳定的5V，这8个引脚提供3.3V，并且这些引脚接地。测试5V至3.3V逻辑电平转换器现在，如果在A引脚上连接5V信号，则在相应的B引脚上将获得3.3V。现在我们将通过在A1中连接5V和在A5中连接0V进行检查因此，这将在B1提供3.3V输出，在B5提供0V。文章来源hackaday

安富利超酷炫手势识别雷达新鲜出炉了，一个雷达识别四种手势。相对于摄像头，毫米波雷达可以更好的保护客户隐私，而且算法简单不需要GPU以及神经网络的支持，因此反应更快功耗更低。在应对恶劣天气方面，毫米波雷达具有天然优势，全天的传感器，灰尘雨雾都可能让摄像头失效，无法获取有效图片，再强大的神经网路也无法正确识别，毫米波雷达由于穿透性强，恶劣环境下依然可以有效工作。该方案我们可以看到实验人员在毫米波雷达探测区域旋挥手可以被雷达正确探测到从左向右挥手以及从右向左挥手；旋转手势识别包括顺时针旋转和逆时针旋转，以及极其细微手指搓动都能被正确探测到。2016年谷歌展示了超炫的雷达芯片——ProjectSoli。基于60GHzFMCW雷达来捕捉细微的手势动作，实现对硬件的操控。在展示视频中可以实现隔空操作智能手表，可以取代触摸屏隔空操控手机，可以取代触控板操作电脑，甚至已经有开发者实现隔空打字的功能！相比于当前流行的二维触屏系统，它的控制手势是三维立体的，所以显得更加直观，更加生动，再加上利用了“电磁波”这只看不见的手来操控，颇有些魔术效果。如今这套开发平台对普通开发者来说不再遥不可及，安富利北京射频实验室已经开发实现了基于英飞凌公司BGT60TR13芯片的硬件及软件算法一整套评估系统，便于客户快速的开发自己的产品，文后请参考该平台的演示视频。硬件平台英飞凌60GHz雷达处理芯片BGT60TR13，5GHz的扫频带宽，在FMCW工作模式中，可以实现3cm的距离分辨率，可以识别精细的手势。安富利目前的手势识别算法运行在60GHz的毫米波雷达平台上，扫频带宽为3GHz，目前已经实现旋转，左右挥手，上下挥手以及揉搓手指等手势识别。该方案目前已有评估套件可供客户评估，套件BGT60TR13评估板以及用运行在PC机上的SDK，方案如图1所示。图160GHz毫米波雷达功能示意软件流程为便于客户软件开发，安富利北京实验室已开发一整套软件代码，其具体功能如图2所示，包括，2-DFFT变换，基于硬件加速的峰值搜索，恒虚警算法筛选潜在目标，基于相差比较方法计算角度波达方向角，以及在SDK环境下的手势分类识别，最后将手势识别结果打印在PC机上。图2软件功能框图本文转载自：安富利

随着生活水平的提高，人们越来越重视工作娱乐兼顾，拥有属于自己的音响发烧设备成为很多人的愿望。然而市场上让人眼花缭乱的产品型号和动辄上万的销售价格使普通发烧友大都望尘莫及。为了让每个人都能够真正享受到高保真的视听乐趣，大联大友尚推出了基于Realtek8763BF的无线蓝牙胆石机音响解决方案。该方案旨在满足普通音频爱好者的需求，且力求简单易用，目前采用无损传输的蓝牙音频，播放音效清晰优美，受到广大发烧友的追捧。图示1-大联大友尚推出基于Realtek产品的蓝牙胆石机音响解决方案的展示板图蓝牙胆石机音响指的是电子管与晶体管完美结合的无线蓝牙胆石放大器。本方案除了采用电子管+晶体管相结合的构成还搭配了Realtek8763BF无线蓝牙方案，因此成为蓝牙芯片方案里的新型应用。晶体管机的长处在于大电流、宽频带，它的低频控制力、处理大场面时的分析力、层次感和明亮度等要比电子管机优越；而电子管机在高音段比较平滑，有足够的空气感，具有让相当一部分人喜欢的声染色。本方案既兼容电子管的音色又具备了晶体管的快速爆发力，虽然使用蓝牙无线音源的效果会不可避免地损失些音质，但通过电子管+晶体管放大器的完美组合，使音质能够还原的非常逼真。通过无线蓝牙的新型应用结合电子管机和晶体管机的胆石机放大器音响解决方案，既充分融合及发挥了它们自身的长处，又弥补自身的短处。图示2-大联大友尚推出基于Realtek产品的蓝牙胆石机音响解决方案的方案块图核心技术优势主芯片：RTL8763BF；包装：5x5mm2QFN40（RTL8763BM，RTL8763BF，RTL8763BFR），6x6mm2QFN48（RTL8763BS）和8x8mm2QFN68（RTL8763BA），间距0.4mm；按键支持：最大8键自定义（Play、MODE、NEXT、PREV、VOL+、VOL-、FI、CONNECT）；支持DC5V唤醒；音频输入接口：立体声AUXIn输入、2路单端MICIn、SPDIFRx输入、PCM/I2SRX输入，支持I2STX&RX5线模式；音频输出接口：支持立体声模拟输出AOUTL/AOUTR；支持I2STX数字输出，支持I2STX&RX5线模式；支持AOUTL/AOUTR与I2STX同时输出，同音量调节；支持耳机直驱输出；外设接口：2路UARTTX/RX、2路PWM、1路SPI、GPIOIO口支持SIRQ模式、支持10路10Bits精度2KHz频率的LRADC采样；充电接口：芯片支持充电功能；固件存储：内置1MBytesSPINorflash作为程序存储器，程序可升级；支持外挂SPINorFlash作为程序存储器，最大16MBytesSPINorflash；数据存储：ROM大小768KB、MCURAM大小16KBx8、数据RAM+8KBX2、高速缓存RAM&DSPRAM8KBx2；方案规格蓝牙：支持立体声蓝牙耳机，支持蓝牙RWS接听电话及播放歌曲，支持音箱端调节音量、接/挂电话等等，该模组已经通过蓝牙4.2双模BQB认证及蓝牙5.0ControllerComponent和HostComponentBQB认证AUXIn：支持AUX输入FM功能：支持FM输入用户交互：支持音箱&耳机的状态播报，按键音提升，音量调节等等OTA升级：支持用户端OTA升级功能

一般在买电子产品时，我们都会重点考虑硬件和软件。比如买手机时考虑硬件性能、做工和操作系统体验（软件）。对于智能家居产品来说，我们还需要考虑第三个因素——通信协议。不同智能家居产品会支持不同通信协议，通信协议的不同会影响我们使用这些产品的方式和体验效果。举个最简单的例子，在断网情况下，我们就无法控制基于Wi-Fi协议的智能家居产品了。除了大家都很熟悉的Wi-Fi，还有很多其它连接协议，各自有着自己的特点。■国内智能家居在用什么协议？虽然物联网领域的无线通信协议众多，但现在被应用在智能家居领域的也就那么多种。大家现在在国内可以买到的智能家居产品仅有Wi-Fi、ZigBee、蓝牙、低功耗蓝牙、蓝牙Mesh、RF433和Z-Wave这种，其中前5种应用最广泛。小米的米家是国内ZigBee产品最多的品牌；阿里巴巴的天猫精灵系列则主推蓝牙Mesh；华为的HiLink是以什么都支持为目标，兼容ZigBee、Wi-Fi和蓝牙多种协议。看完市场概览后，我们再来看一看每一种协议具体都有什么优缺点，都适合什么样的设备。■蓝牙在智能家居和物联网的概念火起来之前，蓝牙就已经是电子产品最不可缺少的功能。开启蓝牙后我们能让两个产品进行持续的数据传输，比如手机之间蓝牙传文件、蓝牙无线耳机听歌和使用蓝牙键鼠等。这种持续性能够满足以上的使用情景，但代价是较高的功耗。再加上蓝牙的有效传输距离非常近，不支持大量设备同时连接，所以许多“新”协议就在智能家居领域蹦了出来。目前市面上使用蓝牙的智能家居产品包括智能门锁、智能音箱、温湿度计等。■低功耗蓝牙低功耗蓝牙是普通蓝牙的进阶版，功耗变低、传输距离增强，与设备的配对连接时长大幅减小。低功耗和普通蓝牙的工作频段（2.4GHzISM）一样，不过不会在开启后一直工作，而是只在需要传输数据时工作，不需要时处于低功耗休眠状态。低功耗蓝牙开启后和设备建立连接只有几毫秒的延迟，而普通蓝牙则有100毫秒左右。这种“即起即停”的特性让低功耗蓝牙可以在休眠的情况下也不影响使用。支持低功耗蓝牙的智能打印机但由于需要休眠，低功耗蓝牙不适合长时间传输，只适合短时传输，所以它很适合诸如语音唤醒等只需要短时间使用的功能。目前市面上使用低功耗蓝牙的智能家居产品包括智能闹钟、语音控制器和智能抽屉开关等。■蓝牙Mesh为了在物联网时代获得更好的连接性能，赶上竞争对手的步伐（比如ZigBee），蓝牙Mesh在2017年问世。蓝牙Mesh和此前的蓝牙最大不同就是支持Mesh组网。和Mesh路由器原理类似，通过多个设备的网状分布让很大范围内的所有设备都能享受到高质量的连接。只要版本在4.0或以上，而且设备的配套硬件性能足够，任何普通蓝牙设备都能通过OTA升级的形式支持蓝牙Mesh。和ZigBee、Z-Wave等竞争对手比，蓝牙Mesh最大的优势是用户不用买网关。因为包括手机在内的几乎大量智能设备都有蓝牙，相比之下没有一部主流手机有ZigBee功能。■ZigBee在蓝牙Mesh亮相13年前，另一种Mesh网络协议ZigBee就已经存在了。ZigBee和蓝牙采用了同样的2.4GHz频段，都是用于短距离的少量数据传输，功耗也很低。由于竞争对手很少，ZigBee在智能家居兴起的早期就被许多产品所采用。导致它成为了目前智能家居领域使用最广泛的协议之一。和同类低功耗协议一样，ZigBee主要被应用于使用电池的设备上，比如家电控制开关、人体传感器和温湿度传感器等。■Z-Wave在蓝牙Mesh诞生之前，ZigBee的主要竞争对手是Z-Wave。Z-Wave也是一种Mesh组网中近距离低数据量传输协议，具备了低功耗的特性。Z-Wave的频段比较特殊，使用了908.42MHz或868.42MHz这两个频段。虽然蓝牙Mesh和ZigBee使用的2.4GHz频段十分拥挤，干扰问题比较多。但之所以2.4GHz频段拥挤，是因为世界各地都允许民用产品使用这个频段。Z-Wave的频段就那么通用，在很多国家都会受限制。再加上Z-Wave模块成本高于ZigBee、Z-Wave联盟的协议标准更加严格，所以Z-Wave在智能家居产品中没有ZigBee常见，尤其是国内。主流品牌的智能家居产品中几乎没有使用Z-Wave的，Z-Wave只存在于一些小品牌产品上。■RF433RF433是一种采用433MHz频段的射频协议，穿透力比较强，成本很低，但安全性很低。目前在国内智能家居产品中有少量应用，比如智能门铃等。■6LoWPAN6LoWPAN是一个基于IPv6的新兴无线协议，诞生的初衷是让所有设备都能够接入物联网，即使这些设备的性能和续航很差。所以6LoWPAN对于设备续航和性能的要求很低。走了一个廉价、便捷、门槛低的路线。不过6LoWPAN协议在目前还没有火起来，在蓝牙Mesh和ZigBee这种大“品牌”的围攻下也越来越难了。■先选品牌，再考虑协议虽然不同协议有不同的优势，但大家在选择产品时还是不能只考虑协议，要首先考虑品牌。因为通过智能手机APP控制智能家居已经成为了大家的使用习惯，在可以预见的将来，是不会有品牌会让其它家的APP控制自己产品的。所以保证选择同一品牌会给你省去很多麻烦。锁定完了品牌，再根据协议来选择你要购买该品牌的哪些产品，这样就能最大化的优化我们的使用体验。

近年来高档小区的盗窃案件频发。主要原因包括，其一，不法分子的作案手法翻新，不断运用高科技工具撬开防盗门锁。尤其让人恐怖的是，曾发生过歹徒用锡纸10多秒开锁的新闻。其二，多数家庭安全防范意识薄弱，几乎不到10%的家庭安装了简易的防盗报警装置，年久失去维护，也极容易发生漏报行为。而智能家居监控系统就恰恰是针对不法分子的防护利器，它是通过语音、互联网、手机客户端等，市民可与政府实现高效、便捷、多元化的综合沟通；利用智能管家系统和远程监控系统，市民身处家中或出差在外，可通过手机、电脑等解除门禁，在上班之余，也可查看家中各方位摄像头等。本文解析的就是智能家居监控系统模块的电路设计。电路原理1、实时时钟PCF8563电路PCF8563是低功耗的CMOS实时时钟/日历芯片，它提供一个可编程时钟输出，一个中断输出和掉电检测器，所有的地址和数据通过CI2总线接口串行传递。最大总线速度为400Kbits/s，每次读写数据后，内嵌的字地址寄存器会自动产生增量。PCF8563实时时钟芯片的工作电路如下：其中，OSOI为振荡器输入，OSOC为振荡器输出，/INT为中断输出（开漏；低电平有效），ssV接地，SDA为串行数据I/O，SCL为串行时钟输入，CLKOUT为时钟输出（开漏），DDV为正电源。2、煤气（烟雾）检测电路集成比较器LM311的3号端恒输入5V电压，由于传感器输出电流与室内煤气（烟雾）浓度成比例关系，即I=kC（I为传感器输出电流，C为室内煤气浓度，k为比例常数），故可通过传感器和电位器1R将浓度转化为电压信号输入到LM311的2号端（即V=kC*1R）。电压比较器可将模拟信号转换成二值信号。LM311是一种通用的集成比较器，开环增益低，失调电压大，共模抑制比小；但其响应速度快，传输延迟时间短，而且可以直接把高电平信号输入给单片机。由以上分析可知，可以调节电位器的阻值来调节室内报警浓度的上限制。3、门磁检测报警电路门磁开关5C-31B可设置为常开型和常闭型。当设置为常开始时，开门不报警，关门报警；当设置为常闭型时，开门报警，关门不报警。4、报警电路当输入端P1.0有信号输入时，晶体管Q7基极产生电流，此时晶体管导通，在+5V电压下，蜂鸣器工作；当输入端P1.0没有信号输入时，此时由于Q7基极无电流，晶体管截止，蜂鸣器停止工作。编者结语随着智能分析技术、网络技术的迅速发展以及人民生活水平的提高，人们开始更加注重家居环境的安全，伴随着人们需求的提高，基于智能化的实时监控系统应运面生。目前，视频监控系统经历了模拟监控、数字监控和网络监控3个阶段。虽然视频监控系统在20世纪90年代末就在中国市场兴起，有很多公司推出了自己的智能家居系统，但是现在仍来得到普及，而且目前智能家居的国际标准尚未成热，因此智能家居监控系统存在广阔的发展空间。

智能家居正是时下比较热门的一个话题，越来越多的工程师开始研究智能家居，享受科技给生活带来的便捷，整理了电路城上是个比较热门的智能家居方案，如果这些也不能满足，电路城上还有更多智能家居相关的设计方案等你去探索。1、基于arduino的智能家居系统(源代码+电路图+实物图+设计文档)利用机智云平台进行开发，在机智云平台上创建数据点，然后二次开发其MCU代码和APP代码。最终实现APP能够获取到智能家居的温湿度，并且能够远程控制智能家居中的风扇和加湿器。手机连接此路由器网络/其他无线网络/使用流量，打开APP就可以对智能家居控制。项目链接：https://www.cirmall.com/circuit/12760#/details2、DIY智能家居插座，轻松实现家庭自动化为了通过互联网控制设备，我们添加了允许我们连接到本地Wi-Fi网络的代码，并运行一个简单的网络服务器。在setup（）函数中，我们将引脚配置为OUTPUT，使用WiFi对象连接到我们的本地Wi-Fi网络，并打印出分配的IP地址。然后，我们使用服务器对象创建到ESP8266应用程序的2条路由。我们希望在用户导航到顶级路径“/”时打印出“使用消息”（采用JSON格式），并且我们希望在用户导航到“/rel=on”时打开和关闭继电器或“/rel=off”路径。项目链接：https://www.cirmall.com/circuit/11785#/details3、基于STM32的智能家居语音控制系统本设计是一个基于STM32的智能家居控制系统，主要以STM32为微控制器，集成WIFI模块、无线通信模块、语音识别模块、音频播放模块、红外发射模块、温湿度传感器等模块，并搭配手机APP作为远程控制端，实现家用电器的远程控制及语音控制。本设计主要是基于三大部分，第一部分：基于STM32的智能家居控制器，第二部分：在电脑上设计的本地服务器，第三部分：手机APP，这三部分通过路由器由WIFI相连接实现具体功能。项目链接：https://www.cirmall.com/circuit/10212#/details4、基于QT和GSM的嵌入式智能家居系统本项目拟设计一个基于QT和GSM，并以S3C2440作为中心控制器的嵌入式智能家居系统，此系统的内容主要包括以下几个方面：以S3C2440作为中心控制器单元。用TC35i作为短消息发送和接收的GSM单元模块，实现用户与系统的通信控制，当任何一路传感器的数值超过预设阈值时，系统自动向设定的目的手机发送报警信息，管理员也可以给系统发送消息，并可通过短消息要求系统传输各个传感器的状态信息……项目链接：https://www.cirmall.com/circuit/4567#/details5、zigbee智能家居+wifi(智能网关)+AndroidAPP本项目下位机采用zigbee，使用的是cc2530芯片。该智能家居系统实现了控制窗帘，控制灯具，采集温湿度，监控厨房烟雾值。可扩展性比较强。使用RT5350芯片开发无线路由器。AndroidApp可以连接到wifi(无线路由器)并实现远程控制。对于做毕业设计和实际项目有很好的参考价值。项目链接：https://www.cirmall.com/circuit/5669#/details6、能控制所有智能家居的机器人管家设计（硬件+程序源码+论文）本项目名称为”智能桌面管家机器人Clover”,旨在实现一套迷你机器人和智能家居结合的系统，Clover除了作为智能管家终端用来实现常见的智能家居功能，如家电控制、安防、生活提醒等功能外，其本身还是一个小巧多功能的机器人，具备自平衡，视觉处理，语音交互，自动充电等一系列功能，而且只有手掌大小。整套方案具有很好的创新型和可行性，且实现成本也非常低廉，机器人核心基于Android嵌入式操作系统开发，与讯飞语音云平台对接，并具有图像识别和人脸验证功能；而智能家居解决方案则以BroadcomWi-Fi开发套件开发板为核心，实现控制家电、万能遥控、远程安防、家庭陪护等众多功能。项目链接：https://www.cirmall.com/circuit/4808#/details7、Zigbee无线智能家居系统（程序源码、设计报告）本次设计的是基于STM32的智能家居系统，功能强大，最主要的是价格低廉，非常的适用于普通的家庭。采用Zigbee进行无线传输，即使家里没有wifi信号也可以使用本套系统。本系统可以通过传感器获取室内的环境参数信息并且通过Zigbee传送给单片机通过触摸屏显示，也可以传送给GSM传送给手机。而且本系统具有通讯功能，可以通过触摸屏拨号按钮拨打电话，也可以发送短信给需要的手机号码。本次设计的系统使用触摸屏，不仅界面清晰而且操作也是非常的简单的。是一个性价比非常高的智能家居。项目链接：https://www.cirmall.com/circuit/4908#/details8、基于Labview与STM32的智能家居设计利用Labview与STM32控制器结合做的智能家居毕业设计。1.上位机与下位机的通信为串口协议、主要完成的功能有：在上位机控制下位机家电的开关，同时在上位机显示当前室内的温度(温度传感器采用DS18B20（DS18B20数据手册）)。2.在实际毕设中没有实验220V供电。。用的是24伏的电压。220V有点危险，没有尝试。3.电路图预留HC-05蓝牙模块接口，电脑上面有蓝牙的话，可以通过电脑连接蓝牙，从而达到无线控制的效果。4.上位机采用的是Labview2012，单片机方面是Keil,电路图则是用AD10。项目链接：https://www.cirmall.com/circuit/1889#/details9、小插座轻松打造智能家居，智能插座资料开源该系统采用51单片机STC89C52在Keil开发平台上通过C语言编程控制继电器的通、断来实现控制插座的通、断电，而继电器的通、断由定时组别确定。在定时范围内继电器导通，否则断开。并用LCD1602显示出时钟及定时时间等信息。当时钟走到定时开始时间时，继电器接通，插座给负载供电；时钟走到定时结束时间时，继电器断开，插座停止给负载供电。项目链接：https://www.cirmall.com/circuit/10124#/details10、WIFI远程控制，WIFI红外遥控器设计，小窝轻松变身智能家居随着智能家居的普及，现在很多家电已经带有红外遥控功能。有一个用手机控制的红外线遥控器的话现有的家电变成智能家电了，比如到家之前手机远程开空调等。本文介绍通过机智云平台快速实现智能家电红外遥控器。项目链接：https://www.cirmall.com/circuit/7320#/details