物聯網 （IoT） 的普遍連接有望改善生活和工作的各個方面，從我們家的舒適和安全到工作的安全和生產力，以及環(huán)境管理。我們可以想象的任何“東西”都可能連接到互聯網，提交數據以在云端進行處理，從網絡上的任何地方進行遠程控制，允許通過網絡應用更新，或者三者的組合。

　　巨大的變化即將到來。以前通過簡單的有線接口連接到本地控制器的傳統(tǒng)傳感器將轉變?yōu)槲锫摼W網絡，為工業(yè) 4.0 等“大數據”應用程序提供支持，這將圍繞基于云的密集分析，以加強對機械和設備的控制和管理。過程。以經濟高效的方式將大量傳感器（包括傳統(tǒng)傳感器）連接到云端將取決于使用工業(yè)領域中已經普遍使用的協議（例如 CAN、現場總線協議、ZigBee ?或其他協議）通過網關設備將現有網絡橋接到互聯網協議轉換器。

　　另一方面，今天圍繞物聯網的大部分炒作都與智能連接設備有關，這些設備能夠處理來自一個或多個傳感器的數據并獨立執(zhí)行各種功能，以及將處理后的信息傳遞到云端進行分析或存儲。諸如傳感器融合之類的本地處理結合了來自運動傳感器的原始數據以創(chuàng)建有用的位置和航向信息，可以有效地減少主應用處理器和網絡上的負載，從而節(jié)省整體功耗和成本。

　　傳感器融合以卸載主機

　　可穿戴電子設備和其他移動物聯網應用的一個主要要求是從一組運動傳感器（例如加速度計、磁力計和陀螺儀）收集數據，這些傳感器可以與其他傳感器（例如氣壓傳感器和 GPS 傳感器）結合使用。一個典型的需求是監(jiān)控智能手表或健身手環(huán)等可穿戴設備的方向和運動，計算傾斜、搖晃、旋轉或擺動等信息，并使用短距離無線技術傳輸數據，例如藍牙?，到智能手機。智能手機通常使用數據來驅動本地應用程序，還會通過 Wi-Fi 或 3G 或 LTE 等蜂窩連接將數據發(fā)送到云端。在運動或健身場景中，用戶可以選擇將個人表現數據同步到其他設備或與朋友或競爭對手分享。其他類型的可穿戴設備（例如健康監(jiān)視器或個人工業(yè)安全監(jiān)視器）可以在本地使用傳感器數據為佩戴者生成警告，而在云端運行的應用程序負責維護記錄并向護理協調員或主管生成警報。

　　傳感器融合，結合多個傳感器的輸出，產生一組連貫的數據，并可以通過利用不同傳感器類型的個體優(yōu)勢來提高應用程序性能，以最大限度地提高準確性和響應能力。傳感器集線器通常用于處理來自傳感器的原始數據并生成應用程序就緒信息，而不會增加主應用程序處理器的負載。該集線器在一個小型低功耗微控制器中實現。傳感器可以是分立器件、多個共同封裝的 MEMS 傳感器或完全集成的傳感器融合器件，它們還包括一個充當集線器的微控制器。

　　用于SAMD21J微控制器的 Atmel SAMD21 Xplained-Pro開發(fā)板演示了如何從安裝在 Atmel ATBNO055-XPRO擴展板上的 Bosch Sensortech BNO055 智能運動傳感器等傳感器融合設備讀取數據。該擴展板插入主 Xplained-Pro 板的 EXT1 端口。板載傳感器將 MEMS 加速度計、陀螺儀和磁力計元件與 ARM ? Cortex ? -M0 微控制器相結合，處理原始傳感器數據并使融合數據可用作四元數、歐拉角、旋轉矢量、線性加速度、重力或航向。

　　歐拉角是完整描述剛體在三維空間中的方向所需的三個角度。圖 1 顯示了描述如何通過 I 2 C 連接從傳感器讀取歐拉數據的示例代碼。

　　/*************讀取原始歐拉數據************/

　　147/* 用于讀取歐拉 h 數據的變量 */

　　148s16 euler_data_h = BNO055_ZERO_U8X;

　　149/* 用于讀取 euler r 數據的變量 */

　　150s16 euler_data_r = BNO055_ZERO_U8X;

　　151/* 用于讀取歐拉 p 數據的變量 */

　　152s16 euler_data_p = BNO055_ZERO_U8X；

　　153/* 用于讀取 euler hrp 數據的結構 */

　　154結構 bno055_euler_teuler_hrp ;

　　圖 1：通過 I 2 C讀取傳感器歐拉數據（來源：github.com/BoschSensortec/BNO055_driver/）

　　從簡單的有線傳感器到物聯網設備

　　在工業(yè)中，物聯網提供了一種工具來彌合工廠車間事件之間的鴻溝，知識經理需要實時做出日常決策并計劃長期維護和投資以提高生產力和質量。各種方法已將制造設備與后端系統(tǒng)聯系起來：物聯網是工業(yè) 4.0 的推動者，現在可以訪問云計算能力和互聯網規(guī)模經濟。利用云中可用的大量資源，更密集的數據處理可以識別以前不可見的趨勢或效率低下，并且可以擴展應用程序以支持額外的數據流，從整個企業(yè)的多個位置提供更豐富的信息源。

　　幾代人以來，制造機械、傳送帶和工廠環(huán)境的其他方面已經采用越來越多的傳感器，這些傳感器已使用各種標準（例如簡單的兩線接口、CAN、現場總線或無線網狀網絡）連接到本地控制器或 PLC例如 ZigBee ?。現在，需要網關將這些傳感器、機器和 PLC 轉變?yōu)槲锫摼W設備。通常，網關是物聯網基礎設施的一個關鍵方面，對于向家庭和企業(yè)提供服務至關重要。

　　飛思卡爾基于其 QorIQ Layerscape 架構通信處理器（例如雙核 LS1021 或LS1024）制作了物聯網網關參考設計。該參考設計利用了豐富的連接資源，包括串行接口、GPIO 和千兆以太網端口，以及內置的安全功能。如圖 2 所示，該設計還可以利用龐大的 Arduino 生態(tài)系統(tǒng)快速輕松地集成傳感器等設備。

　　圖 2：飛思卡爾基于 QorIQ 處理器的物聯網網關參考設計。（點擊這里查看全尺寸圖片）

　　網關的網關

　　網關支持廣泛的連接性，這將使物聯網變得無處不在。但是，如果需要連接大量傳感器或開關檢測輸入，超出中央處理器的 GPIO 資源，飛思卡爾MC34798等多開關檢測接口允許將多達 22 個開關觸點連接到一個飛思卡爾 LS1024 雙核 QorIQ 處理器提供的兩個串行外設接口 （SPI） 端口中的一個。圖 3 顯示了開關檢測器如何在開關和主機 SPI 端口之間連接。

　　圖 3：通過飛思卡爾的 MC34978 將多個開關連接到主機 SPI 端口。

　　結論

　　出于方便、成本或功率等原因，物聯網需要與使用非 IP 協議進行通信的各種設備連接，包括已經存在的舊設備。各種非 IP 連接可以形成物聯網的“手指”，將末端的傳感器連接到網關設備，這些設備為通向云的基于 IP 的基礎設施提供橋梁。可以使用多種技術創(chuàng)建這些連接，例如連接到 Internet 的集線器和網關設備中的傳感器融合或協議轉換。