物联网的核心在于联网,而无线连接将是未来网络的主流形态。为了简化物联网设计,采用经过验证和认证的无线模块及网关已成为行业共识。这种方式让设计师能将精力集中在应用层的硬件和软件开发上。虽然满足FCC(美国联邦通信委员会)要求并自行获取无线硬件认证对于高产量或超紧凑型应用是可行方案,但对于大多数应用场景而言,预封装的解决方案往往更为高效。
典型的物联网配置通常包含一个连接云端服务的网关。在消费电子领域,网关可能是PC、平板或智能手机;而在工业和嵌入式消费应用中,网关架构则更为复杂。以Freescale(现NXP)的物联网网关为例,这类设备普遍采用低功耗ARM处理器,连接设备端同样如此。此外,Imagination Technologies的MIPS架构以及Intel的Quark芯片也是重要选择。例如,ADI Engineering的White Oak Canyon、Portwell的PI 81A0、AAEON的AIOT-X1000以及Super Microcomputer的E110-8Q等网关均基于Quark平台,其中E110-8Q还配备了Mini-PCIe插槽和ZigBee模块插槽。
为这些平台寻找合适的无线支持是设计的关键挑战。Mini-PCIe模块提供了一种灵活的平台方案,可接入所需的无线协议。例如,Advantech的EWM-W148H半尺寸Mini-PCIe卡支持蓝牙4.0及802.11 a/b/g/n协议;若需GPS功能,Versalogic的VL-MPEu-G2接收器则是理想选择。对于网关应用,插拔式模块表现优异,但在更严苛的嵌入式环境中,可直接焊接的模块更具优势,它们不仅消除了连接器的成本和体积,还提升了系统的可靠性。
目前该领域选项丰富,虽无统一的外形标准,但厂商通常提供引脚兼容的系列模块。Lantronix的xPico Wi-Fi模块便是一个典型案例,它被应用于Zano微型无人机中,支持串口接口,并能同时运行软AP和客户端模式。Microchip的RN2483模块则支持Sub-GHz LoRaWAN协议,专为长距离(超过15公里)连接和百万级节点设计,系统电池寿命可超过10年,其接口采用类似串口模块的ASCII命令集。即便是蜂窝网络支持,Surface-mount(表面贴装)模块也已成熟,如MultiTech的MultiConnect Dragonfly,内置ARM Cortex-M4处理器,兼容mbed,支持LTE、HSPA+等多种蜂窝制式及GPS/GLONASS定位。
从ZigBee、Z-Wave到蓝牙、DECT ULE,几乎涵盖所有无线协议的模块均已上市。许多模块内置天线,但这给设计师带来了新的选择:虽然内置天线方便,但其覆盖范围和灵敏度往往不如外接大天线,通常需要通过线缆将天线引出至外部以获得**性能。这种模块化方案的优势在于,产品通常具备FCC认证且开箱即用,协议栈多为嵌入式,硬件还能加速安全支持,满足客户日益增长的安全需求。设计师可通过更换不同模块,在同一硬件平台上推出支持多种协议的产品,部分切换甚至对应用层透明,仅需调整软件或系统驱动。
对于中国物联网行业而言,随着国内5G及NB-IoT等低功耗广域网技术的快速普及,借鉴此类“模块化”设计思路,利用成熟的预认证方案缩短产品上市周期,将是提升竞争力的关键策略。