物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 目標(biāo)相同，都是將傳感器數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)化成有用的信息。但是，對于開發(fā)人員來說，最大的區(qū)別在于基本要求，包括電源、連接性及設(shè)計可靠性和穩(wěn)健性。

IoT 要求尺寸小、電池供電以及無線連接，這意味著要使用帶一體式射頻子系統(tǒng)的低功耗 MCU 進行藍牙或 Wi-Fi 通信。與此相反，工作條件惡劣、大量本地傳感器和舊版系統(tǒng)這三方面的綜合作用，則推動了對穩(wěn)健互連及使用能夠卸載傳統(tǒng) PLC 的邊緣設(shè)備的需求。

本文將討論 IIoT 應(yīng)用相對于消費類 IoT的一些獨特要求。盡管有額外要求，開發(fā)人員仍能找到各種各樣的解決方案來滿足針對任一領(lǐng)域之應(yīng)用的特定要求。

消費類和工業(yè)IoT之間的差別IoT 和 IIoT 的應(yīng)用目標(biāo)相似，都是力爭從由傳感器采集的數(shù)據(jù)流中獲取有用的信息。二者均依賴于外設(shè)設(shè)備直接或通過一些中間資源與高級應(yīng)用通信時所用的多層方法。但是，除了這些相似性之外，它們各自要求的性質(zhì)導(dǎo)致外設(shè)設(shè)備的設(shè)計和連接性存在本質(zhì)區(qū)別。

例如，針對保健和健身的 IoT 傳感器設(shè)計通常與在惡劣環(huán)境中準(zhǔn)確監(jiān)測和可靠控制工業(yè)設(shè)備所需的 IIoT 外設(shè)傳感器和致動器無相似之處。同樣地，IoT 和 IIoT 網(wǎng)絡(luò)的連接性可能會帶來完全不同的要求。

連接性通常代表 IoT 和 IIoT 系統(tǒng)實施之間的特征之一。如下所述，IIoT 在傳統(tǒng)上依賴于可編程邏輯控制器 (PLC) 和其他主機的硬連接，該方法的原理在今天依然很大程度上有效。

與此形成鮮明對比的是，面向個人和家居使用的 IoT 應(yīng)用通常繞著用戶智能手機或其他移動設(shè)備上運行的應(yīng)用轉(zhuǎn)，并通過藍牙或 Wi-Fi 局域網(wǎng)連接到 IoT 設(shè)備或可穿戴設(shè)備。

針對家庭或辦公應(yīng)用的 IoT 設(shè)備設(shè)計，通常在功率和尺寸方面存在重大限制。對于這些應(yīng)用，消費者期待大多數(shù) IoT 設(shè)備和所有可穿戴設(shè)備電池在一次充電后可以長時間供電。

針對可穿戴或擺放在家里或辦公室顯眼位置的產(chǎn)品的 IoT 設(shè)計，通常在易用性、防水和防塵、最低設(shè)計封裝及與其他主流消費產(chǎn)品相關(guān)的其他特性方面存在額外的產(chǎn)品工程設(shè)計要求。同時，設(shè)計成本和簡捷性成為尋求更快交付有競爭力產(chǎn)品的廠商十分關(guān)切的問題。

低功耗無線 MCU 的出現(xiàn)提供了一種解決方案，可以解決這些經(jīng)常相互沖突的要求。無線 MCU 通過將射頻子系統(tǒng)與處理器核相集成，提供一種更簡單的方法，不僅減少了零件計數(shù)，還消除了與射頻集成相關(guān)的設(shè)計難題，從而加快了整體開發(fā)的速度。

Dialog Semiconductor 的 DA1458x 系列器件等無線 MCU 集成了一個處理器核、藍牙射頻子系統(tǒng)、堅固的單片存儲器和大量模擬和數(shù)字外設(shè)。MCU 圍繞低功耗 32 位 ARM? Cortex?-M0 處理器核構(gòu)建，有助于最大限度降低電池供電產(chǎn)品的功耗。MCU 的一體式低功耗藍牙核與射頻子系統(tǒng)僅使用 3.4 毫安 (mA) 進行發(fā)射 (Tx) 和 3.7 mA 進行接收 (Rx)，MCU 的整體典型功耗分別為 4.88 mA 和 5.28 mA。

存儲器擴展Dialog 提供針對特定工作要求進行了優(yōu)化的各種版本的 DA1458x MCU。例如，DA14581 針對無線充電應(yīng)用進行了優(yōu)化，而 DA14585 和 DA14586 適用于需要小尺寸、低功耗和大量存儲空間的可穿戴設(shè)備和智能家居應(yīng)用。

Dialog 公司的 DA14585 包括 96 千字節(jié)的 SRAM 工作存儲器；128 千字節(jié)的 ROM 用于引導(dǎo)代碼和藍牙棧；以及 64 千字節(jié)的一次可編程 (OTP) 存儲器用于應(yīng)用代碼、藍牙配置文件和配置數(shù)據(jù)。DA14586 提供與 DA14585 相同的特性，但增加了 2 兆比特片載閃存塊，正常操作期間，對總功耗幾乎不產(chǎn)生影響。

如果設(shè)備要求更大的程序內(nèi)存，開發(fā)人員可以使用 MCU 的 SPI 或 I2C 接口輕松添加一個外置閃存設(shè)備，如 Winbond Electronics W25X20 2 兆比特閃存或 W25X40 4 兆比特閃存（圖 1）。閃存設(shè)備采用 2 x 3 mm 小型無引腳器件 (USON) 包裝，只會讓設(shè)計封裝適度增大。

另一方面，使用外置閃存會使功率消耗相比使用 MCU 的 OTP 或 DA14586 的內(nèi)置閃存時遞增。功耗增加的原因包括：外置閃存較長的 SRAM 加載時間、較高的外置閃存編程電流水平及外置閃存待機時較高的電流水平甚至斷電模式。

圖 1： 對于需要內(nèi)存多于 Dialog DA14585 等無線 MCU 中所集成內(nèi)存的 IoT 設(shè)備，開發(fā)人員可以通過 SPI 或 I2C 接口連接外置閃存設(shè)備。

傳感器數(shù)據(jù)對于傳感器數(shù)據(jù)采集，工程師可以利用集成在 Dialog 藍牙 MCU 等無線 MCU 中的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC)。某些情況下，工程師或許能夠?qū)鞲衅鬏敵鲋苯羽佀偷?MCU 的 ADC 端口，且可能會通過一個簡單的運算放大器來緩沖。

然而，對于大多數(shù) IoT 應(yīng)用，有關(guān)傳感器負(fù)載、線性度、溫度補償、信號擺動、噪聲的問題及其他注意事項需要更多的模擬信號鏈。即使使用可用的模擬前端 (AFE) 設(shè)備構(gòu)建，獨立的傳感器設(shè)計也會增加復(fù)雜性，經(jīng)常延誤項目完成。不過，通過利用更多的智能傳感器，開發(fā)人員可以快速創(chuàng)建 IoT 設(shè)計，其中除了單個無線 MCU 和智能傳感器外，只包括較少的幾個元器件。