物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的高速增長催生了越來越多的開發(fā)套件，為從事物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品和系統(tǒng)設(shè)計(jì)的工程師提供了豐富多樣的新工具。但在選擇開發(fā)套件時(shí)，五花八門的產(chǎn)品也會讓設(shè)計(jì)師感到眼花繚亂。

　　物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)套件概覽

設(shè)計(jì)工程師可以通過物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)套件中的新工具快速開發(fā)新的物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 產(chǎn)品和系統(tǒng)。物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)套件通常包含一套硬件、軟件和固件組件，使工程師能夠?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)應(yīng)用快速設(shè)計(jì)產(chǎn)品原型并進(jìn)行測試。這些套件類似于典型的微控制器開發(fā)和評估板，但它們更關(guān)注物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中常見的傳感器、執(zhí)行器和通信接口。

開發(fā)人員使用物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)套件來創(chuàng)建應(yīng)用，讓這些應(yīng)用可以訪問負(fù)責(zé)傳感器數(shù)據(jù)處理和存儲的云計(jì)算服務(wù)。他們還可以使用物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)套件來創(chuàng)建獨(dú)立的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。部分套件具有擴(kuò)展連接器，允許開發(fā)人員以混搭的方式添加新模塊。雖然物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)套件通常支持使用C/C++編程語言進(jìn)行軟件和固件開發(fā)，但也可以搭配其他語言 （如Python或JavaScript） 一起使用。

　　關(guān)鍵事實(shí)

● Gartner預(yù)測，到2020年，物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的支出將達(dá)到近3萬億美元。

● 物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)套件通常分為三類：云連接、本地網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)關(guān) （將傳統(tǒng)應(yīng)用連接到互聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)）。

● 物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)套件通常包含面包板、跳線、擴(kuò)展板、電源、電池、傳感器和執(zhí)行器等組件。

　什么是物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)套件？

物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)套件是一套硬件和軟件或固件組件，可幫助設(shè)計(jì)工程師使用微控制器、傳感器、執(zhí)行器和通信接口的組合來創(chuàng)建、測試和評估新的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)。這些套件由開發(fā)/評估板概念演變而來，長期以來一直用于測試和評估微控制器及外設(shè)。

物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)套件的主要特點(diǎn)在于，它更加關(guān)注傳感器 （如溫度和運(yùn)動傳感器）、執(zhí)行器 （如發(fā)光二極管 ［LED］ 和顯示器）、通信 （如Wi-Fi、藍(lán)牙和長期演進(jìn)［LTE］）、專用處理器 （例如，安全元件和人工智能 ［AI］ 引擎） 以及用于安全連接到云計(jì)算環(huán)境的固件。部分物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)套件有一套固定的組件。其他的物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)套件則采用模塊化設(shè)計(jì)，使用戶能夠使用Arduino擴(kuò)展板、特定于供應(yīng)商的擴(kuò)展總線或排針來添加組件。通過這些排針可訪問內(nèi)部集成電路 （I2C）、串行外圍接口 （SPI）、通用異步收發(fā)器 （UART）、模數(shù)轉(zhuǎn)換器 （ADC）、數(shù)模轉(zhuǎn)換器 （DAC）、通用輸入/輸出 （GPIO） 和其他信號。

除了硬件組件外，許多物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)套件還包括軟件/固件庫，用于控制外圍設(shè)備并提供不同的通信協(xié)議，包括傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議 （TCP/IP） 網(wǎng)絡(luò)和無線通信協(xié)議。在創(chuàng)新到生產(chǎn)這個(gè)周期的原型設(shè)計(jì)和概念驗(yàn)證階段，通常使用物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)套件作為學(xué)習(xí)物聯(lián)網(wǎng)的教學(xué)工具。

當(dāng)在產(chǎn)品開發(fā)過程中使用時(shí)，這些套件通常是定制和優(yōu)化電子設(shè)計(jì)以進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)的重要工具。它們通常是現(xiàn)成的套件，根據(jù)每個(gè)套件中包含的功能和組件的不同，其成本也有所不同。

　　技術(shù)領(lǐng)域

物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用通常涉及多個(gè)領(lǐng)域，包括硬件、傳感、信號處理、通信、安全和數(shù)據(jù)分析，因此需要多種工程技能。物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)套件通過提供端到端的示例應(yīng)用以及文檔和教程，努力加快您的上手速度。固件編程通常是在C/C++集成開發(fā)環(huán)境 （IDE） 中完成，但有些套件還支持其他語言，如Python和JavaScript。一些供應(yīng)商為他們的開發(fā)套件提供免費(fèi)的IDE，有些供應(yīng)商的開發(fā)工具則需要您單獨(dú)購買許可。

　　挑選物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)套件

物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)套件隨供應(yīng)商而異，主要差異在于微控制器、傳感器、執(zhí)行器和專用處理器、通信接口、可用軟件/固件庫以及支持的編程語言。選擇物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)套件時(shí)可參考套件特性與功能的評估結(jié)果，這些特性與功能將最有效地支持您想要開發(fā)的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。例如，如果您要開發(fā)帶有Wi-Fi和智能手機(jī) （通過藍(lán)牙） 連接的智能家居設(shè)備，則優(yōu)先考慮支持Wi-Fi和BLE通信的物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)套件。

其他選擇標(biāo)準(zhǔn)可能還包括可用于支持您的應(yīng)用開發(fā)的軟件/固件庫的數(shù)量和種類：

比如，實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) （RTOS） 庫、安全通信庫 （例如，用于安全超文本傳輸協(xié)議 ［HTTPS］或消息隊(duì)列遙測傳輸 ［MQTT］）、設(shè)備控制庫 （例如，用于傳感器輸入/輸出 ［I/O］）、無線通信庫（例如，用于Wi-Fi、BLE和Zigbee），以及用于連接到不同云計(jì)算系統(tǒng)的庫。這些庫可能以源代碼或二進(jìn)制包的形式提供，可能是開源代碼、閉源代碼或供應(yīng)商授權(quán)使用。

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的一個(gè)新興趨勢是在傳感器附近包含人工智能處理，無論是直接放在傳感器上還是放在附近的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)中。這種結(jié)構(gòu)可以更快地處理更復(fù)雜的本地?cái)?shù)據(jù)，而不必通過互聯(lián)網(wǎng)將大量原始傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送到云計(jì)算后端。有些物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)套件包含專門的AI處理芯片，直接支持AI應(yīng)用。

　　云連接

許多物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)套件提供云連接，可以連接到Microsoft、Google、Amazon或IBM通用云平臺，也可以連接到IoT特定的云平臺，如Medium One或Particle。許多云平臺對于少量設(shè)備提供低成本或免費(fèi)的連接。

　　物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)套件示例

市場上有許多物聯(lián)網(wǎng)開發(fā)套件，在接下來的兩頁內(nèi)容中，我們將介紹目前市場上提供的六款開發(fā)套件及其包含的功能。

● Microchip Technology CEC1x02開發(fā)板

CEC1x02開發(fā)板是一個(gè)使用CEC1702加密嵌入式控制器的開發(fā)、演示和測試平臺。CEC1702控制器是基于32位Arm?Cortex?M4的微控制器，集成了密碼加速器。CEC1x02 開發(fā)板提供多種硬件選項(xiàng) （包括一個(gè)LCD圖形顯示器、ADC、I2C、GPIO排針以及兩個(gè)mikroBUSTM接口），支持快速設(shè)計(jì)產(chǎn)品原型和開發(fā)安全的嵌入式物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。該平臺還可以使用C/C++編程，并具有Microsoft Azure和Amazon Web服務(wù)的SDK。

● NXP Semiconductor LPC54018 IoT模塊

NXP LPC54018 IoT模塊包含一個(gè)Arm?Cortex?-M4微控制器單元 （MCU）、一個(gè)Wi-Fi通信模塊、一個(gè)高速USB端口和一個(gè)擴(kuò)展連接器，能夠連接到NXP OM40006基板。該基板包含附加的外設(shè)，包括具有觸摸屏功能的LCD、LED和按鈕、音頻編解碼器、麥克風(fēng)、加速計(jì)、以太網(wǎng)、microSD卡插槽、Arduino UNO擴(kuò)展接口以及附加的隨機(jī)存取存儲器 （RAM）。該基板可使用C/C++編程，并支持Amazon FreeRTOS操作系統(tǒng)。

● Intel?二代神經(jīng)計(jì)算棒

Intel二代神經(jīng)計(jì)算棒套件是一款通用串行總線 （USB） 棒，它包含一個(gè)中央處理器 （CPU） 集群和一個(gè)神經(jīng)計(jì)算引擎。該引擎是專用于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的硬件加速器，通常用于計(jì)算機(jī)視覺應(yīng)用。用戶可以使用任何帶有USB端口的平臺來創(chuàng)建原型和操作人工智能應(yīng)用，而不必依賴云計(jì)算。此套件可使用C/C++或Python可編程，并附帶軟件開發(fā)工具包 （SDK） 和AI框架來開發(fā)應(yīng)用。

● Cypress Semiconductor PSoC? 6 WiFi-BT Pioneer套件

Cypress PSoC WiFi-BT Pioneer套件包含一個(gè)Arm? Cortex?;-M4 MCU、一個(gè)Arm Cortex-M0+ MCU、閃存和RAM存儲器、USB接口、圖形液晶顯示器 （LCD）、六軸運(yùn)動傳感器、光傳感器、數(shù)字麥克風(fēng)、音頻編解碼器、CapSense?按鈕和滑塊、LED和按鈕、Wi-Fi和BLE無線模塊，以及Arduino兼容的擴(kuò)展接口。此套件可在Cypress WICED? （嵌入式設(shè)備互聯(lián)網(wǎng)無線連接的縮寫） IDE環(huán)境中使用C/C++編程，此環(huán)境支持Wi-Fi和BLE通信，并可連接包括Microsoft Azure和Amazon Web服務(wù)在內(nèi)的云平臺。

● Renesas Electronics Synergy? AE-CLOUD2 LTE IoT連接套件

Renesas Electronics Synergy? AE-CLOUD2 LTE IoT連接套件包含一個(gè)Arm? Cortex?-M4 MCU；閃存和RAM存儲器；一個(gè)USB接口；外設(shè)模塊 （PMODTM） 和Grove連接器；LED和按鈕；一個(gè)以太網(wǎng)接口；一個(gè)Wi-Fi模塊；LTE Cat- M1、Cat-NB1和帶GPS的增強(qiáng)型通用分組無線業(yè)務(wù) （EGPRS） 調(diào)制解調(diào)器模塊；一個(gè)六軸運(yùn)動傳感器；一個(gè)地磁傳感器；一個(gè)氣體、壓力、溫度和濕度傳感器；一個(gè)光傳感器；一個(gè)麥克風(fēng)和Arduino兼容的擴(kuò)展連接器。它可以使用C/C++編程，并有軟件庫連接到多個(gè)云環(huán)境，包括Microsoft Azure、Google云平臺、Amazon Web服務(wù)和Medium One IoT原型設(shè)計(jì)沙箱。

● Silicon Labs Mighty Gecko網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)開發(fā)套件

Silicon Labs Mighty Gecko網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)開發(fā)套件包含一個(gè)Arm? Cortex?-M4 MCU、閃存和RAM存儲器、一個(gè)USB接口、一個(gè)以太網(wǎng)接口、LED和按鈕、溫度和濕度傳感器、一個(gè)LCD圖形顯示器、一個(gè)電容式觸摸滑塊、一個(gè)紐扣電池座，可運(yùn)行多個(gè)網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的2.4GHz無線模塊，和一個(gè)用于連接其他外設(shè)的擴(kuò)展排針。該套件配有多個(gè)板，用于開發(fā)無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。Mighty Gecko可使用C/C++編程，并有軟件庫用于支持多種無線通信協(xié)議，包括ZigBee、Thread和藍(lán)牙。

作者簡介：Greg Toth是一名架構(gòu)師、工程師和顧問，在傳感器、嵌入式系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)、電信、企業(yè)系統(tǒng)、云計(jì)算、數(shù)據(jù)分析以及硬件、軟件和固件開發(fā)方面擁有30多年的經(jīng)驗(yàn)。他擁有圣母大學(xué) （University of Notre Dame） 電氣工程學(xué)士學(xué)位和南加州大學(xué) （University of Southern California） 計(jì)算機(jī)工程碩士學(xué)位。