手機(jī)和網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)無處不在、無時(shí)不用?，F(xiàn)在人們?nèi)サ揭粋€(gè)地方，最先詢問的就是：“這里有WiFi嗎?密碼是多少?”人們用手機(jī)上網(wǎng)不再僅僅是看郵件、看視頻和聊天，近兩年人們會(huì)用手機(jī)聯(lián)網(wǎng)查看自己的運(yùn)動(dòng)量和心跳等健康狀況，還會(huì)遠(yuǎn)程控制家里的燈光和電視等。由此可見，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)從人與人互聯(lián)向人與物互聯(lián)，甚至是物與物互聯(lián)的拓展。由此引發(fā)一場(chǎng)新的技術(shù)變革就是物聯(lián)網(wǎng)和智能硬件，物聯(lián)網(wǎng)的支撐架構(gòu)要實(shí)現(xiàn)以上的應(yīng)用，需要處理外圍的傳感器和處理中間的無線通信技術(shù)，到核心的云平臺(tái)，再到智能手機(jī)的一個(gè)互動(dòng)過程。本文主要介紹NXP低功耗無線產(chǎn)品ZigBee、BLE和Cortex M系列MCU在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用，以及品佳集團(tuán)基于NXP產(chǎn)品智能家居解決方案介紹。

物聯(lián)網(wǎng)的定義與架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展離不開互聯(lián)網(wǎng)，正是因?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，帶動(dòng)了物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生與發(fā)展。自2013年物聯(lián)網(wǎng)一出現(xiàn)就獲得快速發(fā)展，有媒體宣言2015年是物聯(lián)網(wǎng)的元年，更有專家說物聯(lián)網(wǎng)將引領(lǐng)下一次的產(chǎn)業(yè)革命。物聯(lián)網(wǎng)是按照約定的協(xié)議把任何物品和互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)對(duì)物品進(jìn)行智能化的識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。顧名思義，物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，是人與物、物與物之間的信息傳遞和控制。物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)分類主要包括智能家居、智能醫(yī)療、智能工業(yè)、智能交通和智能電網(wǎng)等。如圖1所示，列出了物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的要素和相互關(guān)系。

物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)

圖1  物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)

NXP低功耗無線產(chǎn)品ZigBee、BLE在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

ZigBee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議。根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，ZigBee技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。ZigBee是我們?nèi)粘Ｊ褂玫脑O(shè)備連接另外一個(gè)設(shè)備的無線語言。主要特點(diǎn)是可靠連接、可互操作、低功耗和安全便捷等。應(yīng)用場(chǎng)所包括智能家居、零售店、智能停車場(chǎng)和智能交通。

ZigBee規(guī)范是Zigbee聯(lián)盟開發(fā)并管理的，主要特點(diǎn)是功能多樣和可互操作性。采用NXP ZigBee PRO可提供以下功能：

使用JN5168的應(yīng)用完全兼容ZigBee平臺(tái);

支持Light Link profiles協(xié)議，可應(yīng)用于獨(dú)立照明系統(tǒng);

支持Home Automation profiles協(xié)議，可應(yīng)用于照明行業(yè);

支持Smart Energy profiles協(xié)議，可應(yīng)用于家庭顯示器 (IPD)等行業(yè);

支持Smart Energy協(xié)議，可應(yīng)用于負(fù)載控制和設(shè)備響應(yīng);

支持Remote Control profile協(xié)議，針對(duì)用戶定制設(shè)備。

NXP ZigBee產(chǎn)品功能框圖和選型表

NXP公司的ZigBee產(chǎn)品主要特點(diǎn)是內(nèi)部集成2.4GHz模擬收發(fā)前端和32位處理器內(nèi)核，用戶可根據(jù)應(yīng)用程序的大小選擇不同F(xiàn)lash版本。

圖2  NXP ZigBee產(chǎn)品功能框圖

圖3  NXP ZigBee產(chǎn)品

表1  NXP ZigBee產(chǎn)品選型表

型號(hào)

Flash

RAM

E2PROM

SPI

I2C

UART

PWM

ADC

封裝

JN5168

256KB

32KB

4KB

1

1

2

5

4ch/10bit

QFN

JN5164

160KB

32KB

4KB

1

1

2

5

4ch/10bit

QFN

JN5161

64KB

8KB

4KB

1

1

2

5

4ch/10bit

QFN

NXP JN5168特點(diǎn)

RF部分：

兼容2.4GHz IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn);

2.0V~3.6V的電池供電;

128位AES安全加密處理;

集成超低功耗睡眠振蕩器：0.6mA;

深度睡眠時(shí)電流僅為0.12μA(IO喚醒);

接收電流：17mA，發(fā)送電流：15mA;

接收靈敏度：-95dBm;

發(fā)射功率2.5dBm。

MCU部分：

32位RISC CPU，1MHz~32MHz時(shí)鐘頻率;

Flash：最高達(dá)256kB，RAM：最高達(dá)32kB，E2PROM：4kB;

E2PROM至少可擦寫10萬次;

1×I2C、2×UART、1×SPI、5×PWM(4個(gè)定時(shí)器和1個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器);

支持RF4CE、JenNet-IP、ZigBee Se和ZigBee光鏈路協(xié)議棧;

看門狗和掉電復(fù)位;

2個(gè)低功耗睡眠計(jì)數(shù)器;

4通道10位ADC，比較器;

多達(dá)20個(gè)數(shù)字IO引腳(DIO);

電池和溫度傳感器;

紅外遙控發(fā)射器。

JN516X支持NXP擁有自己專利的協(xié)議棧JenNet-IP，支持增強(qiáng)型6LoWPAN和ZigBee PRO等協(xié)議棧。JenNet-IP協(xié)議棧包括JenNet-IP、LAN/WAN和WPAN軟件協(xié)議棧(JenNet，6LowPAN，IPv6，UDP);JenNet-IP(JIP) API的開發(fā)平臺(tái)和OS平臺(tái)包括C、Java和Linux系統(tǒng);EVK HW、JenNet-IP的WiFi Router、USB Dongle、開發(fā)板和遙控器;有支持WPAN節(jié)點(diǎn)、路由和and IP主設(shè)備的應(yīng)用筆記。

NXP的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)方案的特點(diǎn)包括提供JN5168 ZigBee/JenNet-IP無線接口;支持ZigBee Light Link、ZigBee HA、ZigBee Light Link;支持JenNet-IP;提供USB、以太網(wǎng)、WIFI和Bluetooth等?？蓱?yīng)用于ZigBee網(wǎng)絡(luò)、JenNet-IP網(wǎng)絡(luò)和智能網(wǎng)關(guān)/協(xié)調(diào)器。

圖4  NXP IoT Gateway方案

2014年11月25日，NXP收購昆天科(Quintic)旗下可穿戴式設(shè)備和BLE芯片業(yè)務(wù)，豐富NXP在IoT行業(yè)的產(chǎn)品，即Wearable Device、MPOS、NFC、智能家居和汽車等，將研發(fā)出更多安全和連接的解決方案。

NXP Cortex M系列MCU在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

在物聯(lián)網(wǎng)的框架之下，鏈接、智能與處理，是最重要的三大要素。只有一個(gè)合適的微處理器，才能更好的適應(yīng)“鏈接世界、賦予智能、快速處理”的物聯(lián)新時(shí)代?；贏RM內(nèi)核的NXP MCU平臺(tái)，可以提供更優(yōu)異的運(yùn)算效能，及更好的低功耗性能，可以滿足物聯(lián)網(wǎng)串連全世界的愿景。

圖5  物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用

NXP MCU涵蓋Cortex-M0(+)、Cortex-M3、Cortex-M4、ARM7和ARM9所有嵌入式平臺(tái)。NXP的所有MCU器件都以優(yōu)化的ARM內(nèi)核為基礎(chǔ)，提供更高的性能、更低的功耗和更多外設(shè)。如圖6所示，從性能上劃分的NXP MCU產(chǎn)品，包含從低端到高端三個(gè)產(chǎn)品系列。由于大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品都需要電池供電，因此功耗顯得尤其重要。如圖7所示，NXP MCU系列低功耗特性。

圖6  NXP MCU系列產(chǎn)品

圖7  NXP MCU系列低功耗特性。

品佳集團(tuán)基于NXP產(chǎn)品智能家居解決方案介紹

智能家居是物聯(lián)網(wǎng)給人們帶來便捷的最直觀體現(xiàn)，和每個(gè)人息息相關(guān)。試想當(dāng)你下班回到家，空調(diào)溫度已經(jīng)調(diào)節(jié)好，米飯也已蒸好，不需要你再額外等待。這些看似高大上的應(yīng)用，在不久的將來都會(huì)走入尋常百姓家。下文將介紹基于NXP產(chǎn)品的智能家居解決方案。

智能機(jī)頂盒

智能機(jī)頂盒是指像智能手機(jī)一樣，搭載主流操作系統(tǒng)Android，可以由用戶自行安裝和卸載軟件、游戲等應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)“無限的內(nèi)容、無限的應(yīng)用”。這樣可以讓傳統(tǒng)電視瞬間變成智能電視，無須花費(fèi)更多錢就可接入互聯(lián)網(wǎng)，隨消費(fèi)者自己的喜好支配電視節(jié)目，瀏覽網(wǎng)頁、看電影、看電視、聽音樂，聊QQ、玩游戲，或加載更多的內(nèi)容和應(yīng)用。

圖8  智能機(jī)頂盒方案應(yīng)用框圖

網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)

采用NXP ASC884x/5x的網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)方案，可以讓消費(fèi)者遠(yuǎn)程監(jiān)控家里的一舉一動(dòng)。性能參數(shù)包括采用CMOS圖像傳感器采集光學(xué)圖像信號(hào)并轉(zhuǎn)換成電信號(hào);支持無線WIFI;支持紅外夜視;支持P2P即插即用;支持JPEG和TF卡錄像;內(nèi)置喇叭，麥克風(fēng)，支持手機(jī)電腦對(duì)講等性能。

圖9  網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)方案應(yīng)用框圖

智能照明

該方案結(jié)合NXP的超低功耗的高性能無線微控制器JN5168、SSL驅(qū)動(dòng)器SSL21xx/SSL8001T，使得每一顆燈都有其獨(dú)立的IP地址，可以通過智能手機(jī)、移動(dòng)互聯(lián)終端、智能家居控制面板、電腦等產(chǎn)品來對(duì)燈光進(jìn)行開關(guān)、調(diào)光、變色和分組等功能的控制。

主要特點(diǎn)

超低功耗待機(jī)SSL電源控制器，空載功耗為10mW;

支持Zigbee/JenNet-IP協(xié)議;

無須布線，安裝時(shí)間與標(biāo)準(zhǔn)照明系統(tǒng)幾乎相同;;

系統(tǒng)BOM中元器件數(shù)量少、成本低;

JN5168可運(yùn)行協(xié)議棧和應(yīng)用程序的單芯片無線微控制，內(nèi)部相當(dāng)于集成2.4GHz RF+32bit CPU;

32位RISC CPU實(shí)現(xiàn)高性能和低功耗，4MHz~32MHz主頻可調(diào)，低功耗工作模式(深度休眠：0.1uA);

2.4GHz的IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的集成式RF收發(fā)器，18mA RX電流，15mA TX電流，-95dB接收器靈敏度，2.5dB發(fā)射功率，MAC加速、CRCs、地址校驗(yàn)、自動(dòng)應(yīng)答、定時(shí)器。

圖10  智能家居方案應(yīng)用框圖

總結(jié)

NXP公司在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)已經(jīng)有很多國內(nèi)廠家成功應(yīng)用的案例，比如互聯(lián)網(wǎng)防偽采用NXP最新的Ntag等物聯(lián)產(chǎn)品，還有在一些食品產(chǎn)品等物流過程中的安全監(jiān)控等應(yīng)用案例。市場(chǎng)研究公司IDC日前表示，預(yù)計(jì)到2020年全球物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的規(guī)模將從2014年的6558億美元增至1.7萬億美元。預(yù)計(jì)到2020年“物聯(lián)網(wǎng)端點(diǎn)”(IoT endpoint)的數(shù)量將從2014年的1030萬個(gè)增至2950萬個(gè)以上。設(shè)備、連接和IT服務(wù)預(yù)計(jì)將構(gòu)成全球物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的絕大部分，僅設(shè)備就將占到整個(gè)市場(chǎng)總量的31.8%。在中國，移動(dòng)設(shè)備用戶的日漸增多以及政府為提高制造業(yè)效率而進(jìn)行的努力可能刺激大量新設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)出現(xiàn)。

精彩問答

問：M4和M0內(nèi)核共存的話，編程的時(shí)候是二者單獨(dú)做還是在一起的?

答：是的，要分別建工程進(jìn)行燒錄。LPCXpresso IDE可以支持LPC54100雙核燒錄，而且還可以在燒錄時(shí)配置選擇M0或M4內(nèi)核。

問：有GUI人機(jī)界面的方案嗎?

答：有GUI產(chǎn)品方案，NXP的LPC178x、LPC1800等系列MCU均內(nèi)置可編程LCD控制器，支持高達(dá)1024H×768V分辨率的LCD，支持單色及彩色STN面板和TNT彩色面板，支持1/2/4/8bpp的顏色查找表和16/24位直接像素映射，支持DMA傳輸。

問：NXP的MCU產(chǎn)品內(nèi)核是cortex -M幾呢?

答：NXP 提供Cortex M0+、M0、M3、M4等內(nèi)核MCU產(chǎn)品，Zigbee內(nèi)置MCU屬于M0內(nèi)核。

問：請(qǐng)問恩智浦在物聯(lián)網(wǎng)方面都有哪些成功案例?

答：已經(jīng)有很多國內(nèi)廠家成功應(yīng)用案例，比如國內(nèi)知名酒廠的高端白酒的互聯(lián)網(wǎng)防偽就采用了NXP最新的Ntag等物聯(lián)產(chǎn)品。還有在一些食品產(chǎn)品等物流過程中的安全監(jiān)控等應(yīng)用案例。

問：紅外距離是多遠(yuǎn)?

答：紅外就10米以內(nèi)，如果需要較遠(yuǎn)距離，不受方向限制可以使用NXP JN516x系列的RF4CE方案。

問：在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，哪種通信方式會(huì)是主流?

答：無線方式會(huì)成為主流，如wifi、藍(lán)牙等，無線能真正做到無縫連接互聯(lián)。

問：密碼的安全性怎么樣

答：NXP是全球領(lǐng)先的密碼安全方案解決供應(yīng)商，在銀行級(jí)別的安全芯片大部分使用NXP產(chǎn)品，請(qǐng)放心使用。

問：LPC8XX ROM和RAM分別有多大?

答：LPC800系列MCU是采用ARM Cortex M0+內(nèi)核的32位低功耗微處理器，運(yùn)行頻率高達(dá)30MHz。LPC800采用低引腳封裝，最高支持32KB片內(nèi)Flash存儲(chǔ)器和8KB片內(nèi)SRAM存儲(chǔ)器。

問：智能網(wǎng)關(guān)才用ARM9處理器，處理主頻最高能達(dá)到多少?

答：NXP ARM9產(chǎn)品為ARM926EJ-S內(nèi)核，其ARM9產(chǎn)品如下：LPC3200：266MHz;LPC3100：270MHz。

問：NXP無線網(wǎng)絡(luò)在智能電網(wǎng)中應(yīng)用情況，除了照明，還有其他的嗎?

答：目前在智能路燈上有成功的應(yīng)用，路燈之間可以進(jìn)行路由通信，另外在無線消防行業(yè)也有嘗試應(yīng)用，還有客戶在嘗試將該技術(shù)應(yīng)用到電網(wǎng)的故障提示器上。

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