大量的研究表明，智能家居和可穿戴設(shè)備是目前最流行的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。嵌入式的MCU是這些物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序的核心。 然而，為了在這個(gè)快速而有競爭力的市場上成為一個(gè)有效的基礎(chǔ)，嵌入式的MCU需要能夠支持不斷增長的創(chuàng)新速度。為了加快開發(fā)速度和降低制造成本，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)師們正在尋找單片機(jī)的MCU，這種單片機(jī)集成了安全性、 I／O功能以及與超低功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)的無線連接，以及一個(gè)靈活的架構(gòu)，以便使設(shè)計(jì)與不斷變化的標(biāo)準(zhǔn)保持最新的設(shè)計(jì)。

本文將介紹物聯(lián)網(wǎng)市場的趨勢以及智能家居和可穿戴應(yīng)用的相關(guān)性，然后舉例說明智能門鎖控制器的實(shí)現(xiàn)，將討論可穿戴應(yīng)用程序以及實(shí)現(xiàn)，并說明如何利用可穿戴設(shè)備實(shí)現(xiàn)與智能家庭網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使工作和生活變得更加實(shí)惠、便捷、舒適和智能。正如物聯(lián)網(wǎng)分析的一項(xiàng)研究顯示，智能家居和可穿戴設(shè)備是人們尋找的最流行的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序（見圖1）。

圖1 ｜ 物聯(lián)網(wǎng)市場趨勢

智能家居的概念包括設(shè)備在家中的互動(dòng)和用戶有限參與。例如，早上6點(diǎn)，鬧鐘會(huì)以最喜歡的播放列表中的音樂聲吵醒你。 與此同時(shí)，臥室的燈光慢慢亮起，讓你在自己的時(shí)間里醒來。當(dāng)樓下的入侵警報(bào)系統(tǒng)被關(guān)閉時(shí)，廚房里的咖啡機(jī)就會(huì)打開，所以當(dāng)你準(zhǔn)備享用的時(shí)候它已經(jīng)準(zhǔn)備好了。客廳的窗簾和百葉窗開著，浴室里的毛巾加熱器溫暖了毛巾，你甚至還沒起床呢。 這真是一個(gè)智能的家。

這些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的核心是安全性、可靠性、成本效益和無線連接。 安全保證敏感的個(gè)人信息保持私密，并且保護(hù)整個(gè)系統(tǒng)免受惡意黑客的侵害。可靠性對(duì)于系統(tǒng)的無縫、無誤控制至關(guān)重要。 連通性使無線信息交換成為能夠進(jìn)行高級(jí)分析的互聯(lián)網(wǎng)，系統(tǒng)可以自學(xué)提供更加個(gè)性化的服務(wù)。 通過額外的數(shù)據(jù)，如上下文（即誰進(jìn)入了房子）可以用來提高智力。例如，房間設(shè)置可以調(diào)整，以配合一個(gè)人進(jìn)入家庭時(shí)的喜好。語音命令功能使得電器更容易使用，比如告訴前門為朋友和家人解鎖。最后，該系統(tǒng)需要降低成本，使物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠負(fù)擔(dān)得起大眾市場的采用。 圖2展示了一個(gè)智能家居的例子。

圖2 ｜ 智能家居示例

智能門鎖控制器實(shí)現(xiàn)

為了了解開發(fā)基于IoT應(yīng)用程序的復(fù)雜性，來實(shí)現(xiàn)一個(gè)智能的家庭門鎖控制器（見圖3）。該控制器實(shí)現(xiàn)門運(yùn)行的指紋安全性； 兩個(gè)控制室內(nèi)燈光、恒溫器和電器的房間控制節(jié)點(diǎn)； 溫度監(jiān)測節(jié)點(diǎn)； 以及對(duì)所有這些節(jié)點(diǎn)的安全網(wǎng)絡(luò)（基于BLE 4．2）。要實(shí)現(xiàn)所有這些功能，需要進(jìn)行大量的處理。今天的許多嵌入式單片機(jī)，包括本示例中使用的PSoC 6 BLE，在滿足低功耗操作要求的同時(shí)提供了足夠的處理性能。就 PSoC 6 BLE 而言，這是通過雙核體系結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的： Arm Cortex－M4可用于高性能任務(wù)，而 Arm Cortex－M0 ＋ 處理低功耗任務(wù)。綜合的安全能力維護(hù)總控制器的安全性。

圖3 ｜ 基于嵌入式單片機(jī)的智能家居示例

基于指紋的門鎖

安全是必要的，以確保未經(jīng)授權(quán)的人無法通過房門進(jìn)入住宅。 一個(gè)安全的系統(tǒng)可以使用指紋驗(yàn)證來建立。 設(shè)計(jì)一個(gè)門鎖，存儲(chǔ)授權(quán)用戶的指紋，可以防止未經(jīng)授權(quán)的人進(jìn)門。 對(duì)于這個(gè)應(yīng)用程序，指紋傳感器感知人的手指，嵌入式控制器對(duì)該人進(jìn)行認(rèn)證，然后門鎖被關(guān)閉。 更先進(jìn)的功能也可以實(shí)現(xiàn)，如果未經(jīng)授權(quán)的人試圖進(jìn)入住宅，可以觸發(fā)警報(bào)或發(fā)送通知給房屋所有者。

一個(gè)基于指紋的典型認(rèn)證系統(tǒng)包括一個(gè)指紋傳感器／模塊，該指紋傳感器和處理器運(yùn)行各種高級(jí)算法，如用戶注冊(cè)和身份驗(yàn)證。嵌入式MCU的高性能核心可以執(zhí)行這些功能，并通過 SPI等接口管理與指紋模塊的通信。指紋技術(shù)相當(dāng)成熟，指紋模塊可以從MCU制造商那里獲得，該模塊提供了一個(gè)通過模塊捕捉和驗(yàn)證指紋的整個(gè)軟件框架。 例如，指紋框架負(fù)責(zé)向指紋模塊生成低級(jí)指令，并提供可以調(diào)用的封裝函數(shù)，以執(zhí)行更復(fù)雜的任務(wù)，例如＂獲取指紋圖像＂或＂注冊(cè)指紋圖像＂ 與模塊的SPI通信遵循一種基于中斷的方法，即主機(jī)發(fā)送一個(gè)命令并等待模塊處理命令。該模塊的響應(yīng)方式是生成一個(gè)中斷，在這個(gè)中斷中，主機(jī)將讀取由模塊準(zhǔn)備的數(shù)據(jù)。該模塊還可以配置為中斷處理器的手指觸摸傳感器。 這使得處理器能夠在低功耗狀態(tài)下運(yùn)行，同時(shí)等待模塊在手指觸摸時(shí)喚醒它。

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)