智能手機正在成為一種普及的計算和通信平臺。隨著每一代新一代智能手機在執行曾經需要計算機或專用設備的過程和數據密集型應用程序方面變得更好。現代GHz和多核處理器現在正在使用幾年前所需功率的一小部分來完成實時任務。

智能手機正在取代分立式手持式儀器，就像PC和筆記本電腦取代更大，更笨重，更昂貴的設備一樣：成為用戶界面和流程引擎。發生這種情況時，需要在夾式，插入式或無線傳感器/傳感器之間建立更好，更快的數據端口。

本文介紹了常見的智能手機數據端口，并介紹了工程師使用這些解決方案的方法連接各種傳感器和外圍設備，根據需要利用智能手機作為高分辨率顯示器，觸摸屏，流程引擎和鏈接到云。

一開始

早期的計算機使用像RS-232這樣的便捷串口連接外圍設備和終端以及計算機到計算機連接的事實標準。打印機，繪圖儀，編程器，在線仿真器以及各種通用和專用工具利用串行端口實現輕松通用的連接。然而，雖然智能手機上不再提供流行的基于UART的RS-232端口，但串行連接仍然是一種方式。最低成本和最簡單的I/O鏈路解決方案是音頻輸入和音頻輸出端口，它們是使用小型立體聲輸入/輸出音頻插孔即可訪問。例如，插入耳機插孔，提供兩個（立體聲44.1 KHz）音頻輸出，能夠使用低成本的雙絞線或屏蔽電纜可靠地傳輸兩個獨立的MODEM數據流。

這種解決方案很有吸引力，因為它是一種低成本，精心設計，易于理解的技術，由多家優質制造商提供支持。 Maxim 73M2901CE-IGV/F IC調制解調器就是一個很好的例子，其波特率為300波特至9600波特。由于音頻流是獨立的，因此您可以分離輸入和輸出數據速率。高噪聲環境可以使用更可靠的Bell 103A進行輸入，并在出路時使用9600波特V.32數據流。在這兩種情況下，這些都是相對較慢的數據傳輸速率，因此這些類型的應用通常用于非數據密集和標記化控制和狀態。

多通道桶式插孔，如2.5 mm Tensility 50-00401可以在簡單的插入式電纜中提供單聲道輸入通道和立體聲輸出通道（圖1）。作為低成本的螺栓固定式傳感器接口，簡單的電路可以使用ASK，FSK或PSK調制為智能手機提供原始或處理過的數據。甚至頻率計數器模式也可以提供門控，更新的讀數。

圖1：成本最低的連接可以使用多聲道桶式插孔將音頻流輸入和走出智能手機。這里，兩個輸出流和一個輸入流共用一個公共接地外殼。

請注意，并非所有手機和/或平板電腦都具有直接單聲道或立體聲麥克風或線路輸入功能。一些支持帶麥克風的耳機可能會實現一個包含音頻的3聲道插頭。舊的粘貼式聲學耦合橡膠外殼和支架在這里不是一個優雅的解決方案，但可以在手機或平板電腦OEM時使用作為設備的一部分。

值得注意的是，調制解調器的數據速率限制主要受到承載信號的電話線特性的限制。由于電話線不再是限制因素，因此沒有理由不能使用音頻輸出端口或連接到智能手機的專用硬件來實現更高速的調制解調器。對于具有更高數據速率的卓越音頻通道的智能手機尤其如此。

IRDA收發器

可以利用成幀串行異步UART數據包結構的無線視距端口是IRDA。這些收發器是相對小尺寸，低成本的模塊，可放置在智能手機附近，并以小至2.5 mm的包裝從115.2 Kbit/sec傳輸到4 Mbit/sec數據速率。

盡管RF技術正在侵入用于遙控器的IR技術，但IR仍然是娛樂系統遙控器的主要領導者。這種大批量使用使這些部件保持低成本和競爭力，并使它們成為將智能手機和平板電腦的數據連接耦合的解決方案。

例如，考慮到Vishay TFDU4301-TT1 115.2 Kb/sec低-profile收發器，結合了IR發射器和PIN光電二極管（圖2）。遠程控制范圍高達12米，全雙工數據鏈路可在2.4 V下工作，并使用分離式電源，允許發射器和接收器使用不同的功率電平，可以獨立開關，并且可以小于1待機模式下的μA。

圖2：齊平或直角表面貼裝紅外線收發器模塊提供大批量的低成本優勢

小型，高速鏈路可以使用Rohm RPM973-H11E2A等部件，支持更高速率的4 Mbit/sec數據速率。此功能還可以降至2.4 V，在空閑模式（1 mA）內消耗更多功率，但包括功能內置的完整遠程控制。這簡化了傳感器模塊的警報和警報類型，因為已建立的代碼集是開箱即用。

這些低成本收發器模塊捆綁在一起的技術數量非常之多。調制器和解調器有助于區分噪聲和信號。但請注意，像麥克風輸入插孔一樣，并非所有手機或平板電腦都具有IRDA，因此如果您的目標是您可能想要OEM或支持的特定智能手機或平板電腦，這是一種I/O技術。

USB

USB端口標準已成為有線外設的通用互連介質。 USB長度限制在幾米，非常適合小巧緊湊的高速鏈路。但是，與其通用名稱不同，有幾種不同的標準和專有USB連接器。

最廣泛部署的USB是USB 2.x，其峰值大約為480 Mbits/sec。例如，傳統支持意味著USB 2.0仍將支持USB 1.1 12 Mbit/sec速率，因此鎖定到所需速率可確保未來幾代標準的可訪問性。

可以利用幾個優秀的獨立USB外圍設備接口設備為現代手機創建緊湊的嵌入式附件。以Microchip的簡單14引腳MCP2221-I/SL為例。它直接從USB端接口和獲取電源，并提供本地端UART和I 2 C端口。這些都是大多數微控制器所共有的，使其易于直接連接。請注意GPIO矩陣，包括A/D和D/A轉換器（圖3）。這使得該部件成為一個很好的解決方案，因為它包含通用連接介質中的通信和數據采集。

圖3：單芯片USB接口還包含用于外部通信的通用UART和I 2 C接口。 GPIO引腳可以是數字輸入或輸出，也可以是模擬。

USB的一個有趣的好處是它提供了一個可橋接的單片方式，可以連接到各種固定功能，如以太網，ATA， SMBus和SPI，僅舉幾例。關于下一代智能手機是否需要實施USB 3.x或是否代表太多成本和復雜性問題，仍在繼續爭論。 5 Gbit/sec數據速率比480 Mbit/sec數據速率2.0快一個數量級，但3.1 10 Gbit/sec風味即將到來。

無需電線

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無線互連技術為分布式傳感器陣列應用提供了最佳解決方案。許多優秀的高速無線協議可用于將來自各種共址位置的數據路由到中央處理單元和通信集線器。

雖然智能手機和連接的平板電腦可能內置3G和4G連接，這不是連接本地化傳感器的方法。這些蜂窩網絡在全球范圍內運行，國家和國際法律和標準可能禁止私人部署競爭的無線電波鏈路。但是，對于某些應用程序，這種特殊的一致性和許可可能不是問題;如果利用全球蜂窩網絡是您設計的一部分，那么像Lime Microsystem LMS7002M這樣的蜂窩連接設備可以為全球連接提供CDMA，GSM，HSPA，LTE，TD-SCDMA和WCDMA協議覆蓋。

大多數設計的實用方法是利用廣泛部署和低成本的無線協議，大多數智能手機和平板電腦都提供直接支持。使用單片Wi-Fi收發器芯片的一個優點是能夠創建相當龐大的分布式傳感器網絡。可以部署低成本的無線路由器和交換機，并且可以遠距離傳輸傳感器信息。

TI支持的簡單支持部件如TI的SimpleLink系列產品CC3100R11MRGC封裝了2.4 GHz 16 Mbit/sec Wi-Fi 802.11 b/g/n功能網絡以及內部ARM處理器。針對物聯網（IoT），嵌入式堆棧可同時處理八個TCP或UDP套接字以及兩個同時使用的TLS和SSL套接字，為幾乎任何傳感器提供足夠的高速連接。然而，真正的高清和高幀率視頻可能是一個問題，特別是如果它具有擴展的調色板和紅外靈敏度。

大多數智能手機和平板電腦實現的其他常見協議與傳感器陣列一起使用的是藍牙，尤其是藍牙低功耗。同樣，由于傳統支持和雙模設備，可以利用低速模式以及更高速模式。對于1 Mbit及以下的部件，STMicroelectronics BLUENRGQTR（該公司BlueNRG系列的成員）等部件利用了4.x版的藍牙低能耗模式。嵌入式ARM處理器具有完整的嵌入式協議棧，可提供完整的鏈路控制和主機安全性（圖4）。更重要的是，這部分可以在繪制10 mA峰值時充當主設備或從設備。

圖4：專用通信外圍設備芯片實現了RF收發器以及電源管理，安全性，I/O和時序，使這些部件成為低功耗和分布式智能手機傳感器陣列的理想解決方案。

當需要54 Mbit/sec的速度來更高速地連接到要求更高的傳感器時，模塊化的EPCOS（TDK）模塊值得考慮。 B30931D7020Y918的工作電壓為1.8 V，提供UART輸出，便于嵌入式接口。接收時最高可達65 mA，傳輸時最高可達345 mA。如果54 Mbit/sec的速度讓這個單元更快地進入睡眠狀態，整體功率可能會降低。

總的來說，工程師應該注意開放插座的數量或系留設備的數量可能分別是對Wi-Fi和藍牙的限制，因此在提交之前驗證您的拓撲約束。

可以使用的其他接口是可用于傳輸高速數據的視頻流（如果你不關心影響顯示器）。顯示存儲器可用于存儲HDMI端口的數據塊，例如，重復突發。雖然對于輸出數據的高速突發可能是一個新穎的想法，但這對大多數人來說并不實用。

正如我們在本文中所展示的那樣，對于大多數應用來說，插件和無線端口都是現代的智能手機和平板電腦足夠靈活，支持得足以處理在不久的將來可能出現的任何傳感器問題。因此，請選擇您的技術并繼續。