關于在IoT開發(fā)套件中創(chuàng)建快速連接的經驗分享

物聯網（IOT）將實現萬物互連，有人說它正在形成，也有說它已經出現。無論如何，了解什么是物聯網以及它產生的原因都意義重大。物聯網牽涉到如何連接東西（非人類）到互聯網。這些東西使用或涉及數據，而這些數據是較大系統(tǒng)的一部分并且必須被正確測量。數據經由一個小型聯網的嵌入式系統(tǒng)測量，其中一些嵌入式系統(tǒng)外形僅像郵票般大小。

這些帶聯網功能的嵌入式系統(tǒng)，屬于不帶人機界面的微控制器設備。相反，這些系統(tǒng)使用傳感器或其它檢測機制來收集數據，這些數據對于更大型的系統(tǒng)價值巨大。這些數據通過互聯網發(fā)送到大型計算機上。計算機收集、分析數據，并將之存儲在內存中，而且經常根據這些數據分析的結果做出一些實時系統(tǒng)決策。

如同任何嵌入式項目，首先第一步是選擇正確的開發(fā)套件。選擇合適的開發(fā)套件，應先了解物聯網項目的需求。一般情況下，存在以下三種類型的IoT開發(fā)項目：

1.云連接。該類型項目可以是遍布全球的巨型系統(tǒng)網絡，所有設備都連接到云基礎設施。這種云基礎設施可能包括運行分析并處理收集數據服務器應用程序的一個或多個服務器。

2. 本地網絡。一些小型嵌入式系統(tǒng)是更大系統(tǒng)的遠程傳感器，往往位于企業(yè)內部網。

3. 網關。該類型項目是將傳統(tǒng)應用連接到互聯網的系統(tǒng)。

云連接開發(fā)套件

該類別應用可以展示IoT與傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)最顯著的差異?！霸啤笔莣eb服務器，可配置為提供存儲和服務功能。物聯網節(jié)點連接到云服務器，以發(fā)送甚至接收數據和指令。云服務器上運行一個或多個軟件應用程序，可以做很多事情，包括收集和存儲信息以備隨后復查，做近實時決策以及發(fā)送指令到聯網的IoT節(jié)點。

圖1：英特爾Edison物聯網模塊

從零開始創(chuàng)建云連接物聯網項目可能會很耗時間。開發(fā)人員需要建立云服務器的硬件和軟件環(huán)境，同時為物聯網節(jié)點和云服務器編寫驅動程序和應用程序代碼，然后調試兩系統(tǒng)間的連接，最終創(chuàng)建終端應用。為簡化該過程，云開發(fā)工具提供現成的連接生態(tài)系統(tǒng)，包括已測試的應用代碼，可以在不到一天的時間內創(chuàng)建工作原型。

英特爾目前有兩種開發(fā)板，可以支持云開發(fā)并作為終端使用器件。第一種是是英特爾Edison，主板很小，只有郵票大小。英特爾Edison（圖1）采用了一個22nm的英特爾凌動系統(tǒng)芯片，內置一個頻率為500MHz的雙核、雙線程CPU，以及一個100MHz的32位微控制器Quark。板載存儲器包括4GB閃存和1GB的RAM。同時支持WiFi和藍牙4.0連接。Edition通過英特爾IoT分析云服務來提供WiFI模式器件到云的連接。這種云服務允許物聯網數據采集和分析，而無需創(chuàng)建定制云服務器?？傊?，英特爾為開發(fā)者提供云服務器，本身就是一個云開發(fā)工具。英特爾也研制了Arduino開發(fā)環(huán)境，可以連接到Edison以支持編程和調試功能。

英特爾Galileo 2代（圖2）是一個更大、更復雜的Arduino認證板。Galileo 2由一個400MHz的32位英特爾QarkX1000系統(tǒng)級芯片（SoC）驅動?；ヂ摼W連接由10/100以太網提供。還支持其它一系列通用嵌入式連接選項，比如SPI和UART。開發(fā)人員也將Galileo 2連接到英特爾物聯網分析云服務器，并且執(zhí)行比Edison更復雜的任務。

圖2：英特爾Galieo 2，Arduino認證的一個開發(fā)平臺。資料來源：英特爾

英特爾Edison和英特爾Galileo 2開發(fā)套件展示了基本的云開發(fā)環(huán)境。開發(fā)人員可以給這些板編程以從環(huán)境中收集數據，然后將這些數據通過互聯網發(fā)送并和云服務器進行互動。

更進一步，Microchip有一個簡便的云開發(fā)平臺，提供與亞馬遜彈性計算云（EC2）的連接。不僅Microchip的開發(fā)平臺可以將數據發(fā)送到亞馬遜的EC2， EC2甚至也可以發(fā)送數據來控制Microchip的開發(fā)平臺。這也為開發(fā)環(huán)境增加了另一層的復雜度，可以演示無需人工干預前提下的云服務器如何控制物聯網節(jié)點。

本地聯網物聯網開發(fā)套件

本地聯網的物聯網節(jié)點可能不支持WiFi或以太網等TCP/ IP連接協(xié)議。這種系統(tǒng)可能使用非互聯網協(xié)議（IP）網絡，比如ZigBee，或藍牙，其中的案例是德州儀器（TI）的CC2650STK SimpleLink藍牙智能SensorTag IoT開發(fā)套件（圖3）。該套件包括10個環(huán)境傳感器，可以檢測出溫度，加速度，環(huán)境光亮水平等等。 TI的SensorTag套件使用藍牙連接到Android或iOS移動應用程序。移動應用程序可以監(jiān)視并顯示傳感器讀數，以圖形形式提供基本數據分析，甚至打開或者關閉SensorTag傳感器。，

圖3：德州儀器的SensorTag及Android應用程序 - 資料來源：德州儀器（TI）

Silicon Labs的傳感器球提供了類似功能。傳感器球測量環(huán)境光線、紫外線指數、環(huán)境溫度和濕度，所有這些數據都可以通過低功耗藍牙（BLE）發(fā)送到帶傳感器球IOS或Android應用程序的移動設備上。傳感器球支持BLE廣播模式，允許單個移動設備從多個球中收集并顯示數據。有經驗的移動開發(fā)者可以編寫代碼來分析這些數據，并得出有意義的結論。

物聯網網關開發(fā)套件

物聯網網關從不支持互聯網連接的設備中拿到數據然后將這些數據通過WiFi或以太網發(fā)送到別的地方。 ZigBee是一種流行的無線網格網絡標準，不支持TCP / IP協(xié)議，因此不能分配IP地址。Digi公司的XBee ZigBee云套件（圖4）提供ZigBee到以太網和WiFi的網關轉換。這節(jié)省了將ZigBee數據轉換成TCP / IP包所需要的時間和代碼開發(fā)成本。一旦連接到互聯網，XBee云套件連接到Digi贊助的設備云帳號。然后，開發(fā)人員可借助任何瀏覽器訪問在線云控制面板并與XBee云套件進行信息交互。

圖4：Digi公司的XBee ZigBee云套件與云服務器應用進行通信。 - 來源：Digi

對于復雜的高端網關應用開發(fā)，英特爾提供了DK300系列網關解決方案。DK300套件支持通過2G/3G/4G蜂窩、10/100/1000以太網和無線網絡連接進行網關開發(fā)。開發(fā)數據可以被收集并通過藍牙、USB、串行端口、ZigBee等發(fā)送到互聯網。

結論

對大多數開發(fā)者而言，從零開始創(chuàng)建可聯網的物聯網系統(tǒng)需要掌握許多不同的技術，包括有線和無線聯網，嵌入式代碼開發(fā)和設備驅動程序開發(fā)。雖然許多有經驗的開發(fā)者可能已經熟悉了這些技術，但更多技能，如編寫移動設備應用程序和云代碼開發(fā)是相對較新的技能。新的物聯網開發(fā)套件提供了硬件、軟件、固件和集成工具，從而縮短了產品上市時間，同時也培養(yǎng)了開發(fā)者對這些新技術的掌握程度。