物聯網正在改變世界。它的巨大潛力有賴于超低功耗的網絡邊緣智能設備與云計算的組合使用，以對海量數據進行模式識別，從而生成有用的信息。促使物聯網興起有兩大因素，一是高性能的處理器芯片出現，二是智能網絡邊緣設備的制造成本和功耗可以非常低。這兩個因素使得物聯網的普遍部署在技術和經濟上均具備可行性。

網絡和大數據是物聯網區分于普通遠程監測和控制的關鍵方面。通過改變單獨檢測并響應一個或兩個變量的做法，轉而分析多個數據通道以檢測趨勢并確定合適的響應，物聯網才得以發揮其在保護環境、提高業績和改變日常生活等方面的巨大潛力。

在汽車行業，隨著領先的制造商開始使用從大量汽車實地采集到的傳感器信息來改善客戶服務和新產品開發，這樣的例子已屢見不鮮。在家用電器等其他消費品市場，領先的制造商也開始運用物聯網的強大功能，通過收集客戶設備的數據獲取問題解決之道，以提高產品性能和自身業績。在樓宇服務領域，從遍布全球的電梯和自動扶梯客戶群收集而來并整合到云物聯網平臺的數據，預期能夠幫助改善產品維護和未來的產品設計。

還有其他很多情景可以組合使用檢測到的數據，包括：

• 環境檢測，例如旨在改善工作場所安全的礦區氣體檢測。

• 公路上的接近傳感器以及車載的加速和海拔傳感器（可支持自動駕駛和事故規避）。

• 酒店房間內的人員檢測傳感器（不侵犯隱私），避免職員在提供客房服務時侵擾房客，并可提高運營效率。

• 記錄患者和環境數據以發送到醫療保健專業人士的醫療傳感器。

• 實現汽車數據記錄的車載通信，以便根據駕駛習慣確定保險費率，激勵更安全的駕駛行為。

多傳感器解決方案的需求和開發

在需要使用傳感器同步監測多個變量的情況下，通過整合傳感器和輔助的電子設備可以節省成本并簡化安裝。高度集成的傳感器評估平臺有助于開發可隨時連接到物聯網的多傳感器智能產品。

Arduino 是旨在簡化多傳感器解決方案開發的環境之一。例如，Arduino Lucky Shield 就是一種可兼容所有 5 V 和 3.3 V 標準 Arduino 板的擴展板。它結合了用于檢測大氣壓、相對海拔、亮度、溫度、運動和存在的傳感器。這些傳感器封裝在一個緊湊的 68.6 mm x 53.4 mm 板子中。

從 Arduino Lucky Shield 著手開發會比較輕松，因為 Arduino.org 上提供了多個教程，包括一項展示如何讀取溫度、濕度和壓力傳感器輸出并將其發送至 OLED 顯示屏的氣象臺應用。圖 1 摘錄了所提供的代碼，圖 2 則顯示了用于顯示傳感器讀取值的運行代碼。

tmp_lbl = "Temper.:";

hum_lbl = "Humidity:";

pre_lbl = "Pressure:";

tmp_um = " C.";

hum_um = " %";

pre_um = " hPa";

}

void loop() {

luck.oled().clearDisplay();

tmp_val = String(luck.environment().temperature());

lucky.oled().setCursor(5, 10);

lucky.oled().print(tmp_lbl + tmp_val + tmp_um);

Serial.print(tmp_lbl + tmp_val + tmp_um);

hum_val = String(luck.environment().humidity());

lucky.oled().setCursor(5, 30);

lucky.oled().print(hum_lbl + hum_val + hum_um);

Serial.print(hum_lbl + hum_val + hum_um);

pre_val = String(luck.environment().temperature() / 100.0F);

lucky.oled().setCursor(5, 50);

lucky.oled().print(pre_lbl + pre_val + pre_um);

Serial.printIn(pre_lbl + pre_val + pre_um);

圖 1：Arduino 氣象臺教程代碼。

圖 2：使用 Arduino Lucky Shield 多傳感器板檢測環境條件。

ST 的 X-NUCLEO-IKS01A2 板和 SensorTile

STMicroelectronics 的 STM32 生態系統包含多款多傳感器評估板。X-NUCLEO-IKS01A2 是與 STM32 Nucleo 微控制器基板搭配使用的環境檢測擴展板。它包含一個 MEMS 加速計、一個陀螺儀、一個磁力儀、一個絕對氣壓傳感器和一個電容式相對濕度和溫度傳感器。

STM32Cube 生態系統提供了用于初始化和運行 STM32 微控制器的工具和軟件。此外，X-CUBE-MEMS1 環境傳感器軟件擴展庫還提供了基于 X-NUCLEO-IKS01A2 構建應用所需的驅動程序。在圖 3 所示的總體系統架構示意圖中，X-CUBE-MEMS1 用于滿足驅動程序層的需求。

圖 3：STM32 生態系統中用于傳感器開發的系統架構。

配合圖 3 所示的中間件層，還提供了其他軟件示例，將傳感器用于活動和/或手勢識別等特定功能。其中包括：

osxMotionAW：用于 STM32Cube 的實時手腕活動識別軟件擴展

osxMotionID：用于 STM32Cube 的實時運動強度檢測軟件擴展

osxMotionFX：用于 STM32Cube 的實時傳感器融合軟件擴展

osxMotionGC：用于 STM32Cube 的實時陀螺儀校準軟件

osxMotionPE：用于 STM32Cube 的實時姿態估計軟件擴展

圖 4 中的偽代碼顯示了 MotionFX 如何實現實時運動傳感器數據融合。

偽代碼序列初始化（將執行一次）

1. 初始化傳感器（6 倍融合的加速計和陀螺儀，以及 9 倍融合的磁力儀）；通電后等待瞬變完成，以獲取良好的數據樣本

2. 初始化 MotionFX 融合：osx_MotionFX_initialize()

3. 初始化磁力儀校準：osx_MotionFX_compass_Init()

4. osx_MotionFX_getKnobs(); modify settings; _setKnobs()

5. 通過禁用融合進行復位：osx_MotionFX_enable_6X(0) / _9X(0)

開始融合

1. 如果可能，初始化陀螺儀校準：osx_MotionFX_setGbias()

2. 如果可能，初始化磁力儀校準：osx_MotionFX_compass_setCalibrationData()

3. 啟用數據融合：osx_MotionFX_enable_6X(1) / _9X(1)

然后可以讀取傳感器數據，并且可使用 osx_MotionFX_propagate() 和 osx_MotionFX_update() 等指令來控制事務

圖 4：用于 MotionFX 傳感器融合的偽代碼。

外形小巧的物聯網實驗室

ST 最近發布了一款更小的多傳感器模塊，可用作嵌入式系統中的檢測和連接中樞，或用作獨立器件，通過智能手機應用來采集傳感器數據。此 SensorTile 在一塊與郵票尺寸相仿，可焊接或插入主機板的板上集成了一個 MEMS 加速計、陀螺儀、磁力儀、絕對壓力傳感器和麥克風，以及一個 STM32L4 微控制器和低功耗藍牙 (BLE) 無線電。

要在獨立模式下使用，ST 提供了一塊鞍形板，其中包含了額外的溫度和濕度傳感器，而且在需要時還可輕松修改以添加替代傳感器。在此模式下使用時，可通過 BLE 配置 SensorTile，以便在智能手機上快速開始獲取傳感器數據。

用于嵌入式開發時，可通過一塊不同的擴展鞍形板將 SensorTile 插入到 STM32 Nucleo 評估板。

具有企業級安全性的 Samsung ARTIK 平臺

Samsung 的 ARTIK? 平臺提供了一系列模塊，這些模塊可從具備 ARM? Cortex?-M4 微控制器和藍牙 4.2 支持的小型單元擴展為具有雙 Cortex-A7 處理且支持藍牙、Wi-Fi、ZigBee? 和 Thread 的 ARTIK 5 系列，以及采用 Cortex-A35 應用處理器的 ARTIK 7 系列。ARTIK 5 和 ARTIK 7 系列功能非常強大，完全可用于網關或控制器。它們具有企業級安全性，包括一個硬件安全元件，可用于加密算法和安全 OS的密鑰存儲和安全執行，有助于建立受信任的執行環境。眾多優質品牌紛紛采用 ARTIK 生態系統構建物聯網解決方案，同時為嵌入式開發提供套件，例如 ARTIK 020 藍牙 4.2 物聯網終端設備套件、ARTIK 520 藍牙/Wi-Fi/ZigBee/Thread 套件，以及高端 ARTIK 710 套件。快速多傳感器開發可以采用與 ARTIK 5 和 ARTIK 7 套件兼容的 ARTIK 傳感器擴展板。該板包含一個加速計、陀螺儀、濕度傳感器、磁力儀、壓力和溫度傳感器，并且以配套模塊的方式，通過邊緣連接器連接到主評估板（如圖 5 所示）。

圖 5：將傳感器擴展板與 ARTIK 5 或 ARTIK 7 評估套件搭配使用。

總結

當前進入市場的傳感器開發板都是緊湊的多傳感器模塊，可直接或經過極少的定制后，在面向物聯網邊緣應用的最終產品中使用。隨著用戶需求的劇增以及基于云的分析應用變得越來越成熟和經濟，市場中將會不斷涌現出富有創意的服務，各種傳感器數據的運用