如何为物联网选择微控制器

大多数物联网设备使用某种微控制器。 单击此处以了解有关为物联网设备选择微控制器的更多信息。

大多数物联网应用程序不仅仅需要向物理对象添加传感器。人们谈论“智能对象”时,通常是在谈论添加与互联网连接的微控制器(也称为MCU)。

可以将微控制器看作是微型计算机,它们被添加到任何物理对象或空间中以使其具有“大脑”。它们包含一个或多个计算机处理器,以及存储器和可编程的输入/输出外围设备-全部都在单个集成电路中。

MCU与个人计算机中的微处理器不同,因为它们是专门为嵌入式应用程序而设计的,在这些应用程序中,计算并不是应用程序的唯一目的。

尽管MCU的功能比标准计算机处理器要少,但它们的低成本使其成为向不具有它们的对象,空间或过程添加计算功能的更实用的选择。

想一想通常不包含计算机的仓库,桥梁或工业机器之类的东西。在这种情况下,添加与Internet连接的微控制器可以提供足够的计算能力来增强这些功能,而又不会增加标准计算机处理器的成本和复杂性。

微控制器的主要特点

微控制器
微控制器

为了确定哪种微控制器最适合您的应用,您需要了解微控制器的一些关键功能及其作用。 在查看MCU的数据表时,以下是您会遇到并需要理解的一些规格:

位数:微控制器通常按其提供的位数出售。这影响了他们执行非平凡计算的速度。

RAM:RAM是一种快速访问的内存,在断电时不会保留数据。所有MCU都带有一定数量的RAM,这使您的微控制器可以快速执行各种操作。您拥有的越多越好,但是增加的RAM会增加MCU的成本。

闪存:闪存是计算机的内存,可以在没有电源的情况下保留数据。至少其中一些是必不可少的,对于离线存储等功能非常有用。

GPIO:GPIO代表通用输入/输出引脚。这些是用于将传感器和执行器连接到MCU和Internet的引脚。引脚的数量可以从一个到数百个不等,具体取决于微控制器。

连接性:这是开发板(和应用程序)通过Wi-Fi,以太网或其他某种方式连接到Internet的方式。这是连接传感器应用程序的重要方面,因此我们稍后将详细讨论该主题。

功耗:功耗对于连接的传感器应用至关重要,尤其是在您的设备必须依靠电池或太阳能之类的设备时。该规范将告诉您默认情况下MCU的电源消耗情况以及它是否支持功耗敏感的编程技术。
开发工具和社区:拥有一套成熟的工具,文档和社区支持非常重要,以帮助构建将在您为应用程序选择的MCU上运行的程序。

微控制器操作系统

现在,让我们谈谈在微控制器硬件上运行的操作系统。 与个人计算机运行Windows之类的操作系统一样,MCU也运行操作系统。

您有三个主要选择:

裸机意味着实际上没有操作系统。 这是使用微控制器的原始方法,但由于具有成本效益和效率,因此仍然非常流行。 此选项的主要缺点是,它对软件开发人员的支持较少。

RTOS代表“实时操作系统”。 RTOS系统为完成操作的时间提供了精确的保证。 这对于协调物理机械至关重要。

Linux易于编程和连接到Internet。 正如一般人可能知道的那样,它的行为更像是一台“真实的计算机”,这很有效,原因很多。 但是,因此,它不提供任何时序保证。

裸机 RTOS Linux
原始,最简单的方法 为带有输入/输出事件的处理时间提供保证 流行的基于UNIX的开源操作系统,最初用于个人计算机
没有操作系统 程序在操作系统中运行 明显更易于访问且易于编程
代码直接与计算组件对话 具有挂起任务并执行高优先级任务的能力 强大的社区成员可为您提供支持
有限的编程支持 设置快速但调试耗时 难以获得实时性能

开发板

开发板
开发板

MCU通常与所谓的“开发板”一起使用。开发板提供了对MCU进行编程所需的一切,它们是构建连接系统的理想起点。

开发板是印刷电路板,其中包含MCU和对MCU进行编程所需的支持组件。

它们包括电源,支持连接传感器,有时甚至包括板载传感器和执行器。

它们对于最终制造定制解决方案之前的原型很有用,并且对于从事嵌入式系统开发的各种工程师很受欢迎。

开发板使用户能够快速连接传感器和执行器(如果它们尚未包含在开发板上),并且其随附的软件有助于代码的创建和部署。

为您的物联网系统选择一个微控制器

多家公司提供了许多不同的开发板和微控制器:TI,三星,Arduino,Raspberry Pi等。 选择哪种方法最适合您取决于多种因素,这些因素根据您的应用程序的性质而有所不同。

微控制器说明
微控制器说明

兼容性:MCU是否支持您要使用的传感器和执行器?根据您的传感器和执行器,您可能需要多个或仅几个端口。您需要确保有足够的输入/输出端口。

体系结构:体系结构是否足够复杂,足以处理程序的复杂性?大多数应用程序使用ARM,MIPS或X86。选择一种取决于您的应用程序的功能要求以及系统需要多少计算能力。

内存:MCU是否为您的程序配备了足够的内存(RAM和闪存)?强烈建议您选择具有足够额外内存的MCU,以便将来进行更新。从长远来看,这将节省您的时间,金钱和一些重大的麻烦!

可用性:是否可以轻松获取所需数量的所需MCU?在此过程的开始要考虑这一点很重要,尤其是如果您计划稍后扩展系统时。

功率:MCU需要多少功率?需要接线还是可以使用电池?对于工业物联网应用而言,提高能效非常重要,因为您将希望最大程度地减少派遣维护人员检查边缘基础架构的需求。

成本:每个单位要多少钱?根据价格将产生的价格合理吗?再说一次,您将要考虑在以后扩大项目规模。确保您的IoT预算支持包括您选择的更多MCU。

开发套件:是否提供开发套件?开发套件是您选择的MCU入门的绝佳方法,因为它们旨在为客户提供开箱即用的体验。这将使您的物联网应用程序的开发更加轻松!

开发支持:是否有适用于您的MCU的好的文档?这个董事会周围的社区是什么样的?这些因素对于决定如何正确使用MCU至关重要。一个好的在线社区可以在您遇到困难或实施问题时为您提供指导。

总结

归根结底,您可以并且应该进行研究,以便做出明智的决定。 但是,与所有新技术一样,您将在实验的过程中学习。

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