如何将物联网领域的许多技术组合在一起

　　到目前为止，我们已经在本系列中介绍了物联网领域的许多技术，包括模拟传感器接口、连接性、可编程数字、集成外设和成本优化。在本专栏中，我们将以 Smart Lock 系统为例，展示如何将所有这些组合在一起。

　　高端智能锁内部的嵌入式系统需要处理多项任务，包括显示驱动、触摸感应、指纹感应、接近检测、电机控制、锁状态/篡改检测、Wi-Fi 和 BLE 连接、安全和处理。为了加快开发和降低制造成本，设计人员正在转向将这些功能集成到灵活和超低功耗架构中的 SoC。随着标准的不断变化，集成方法还使 OEM 能够更轻松地使设计保持最新。让我们来看看这样一个集成的 SoC 所处理的各个功能。

　　连接性

　　BLE：BLE 有助于配置锁、重置锁和远程身份验证。BLE 是所有联网智能锁的必备品，内置 BLE 的 SoC 有助于显着降低系统的成本、尺寸和设计复杂性。

　　WiFi：除了能够与手机或智能手表进行通信外，高级智能锁还需要能够与智能家居的其余部分进行通信。WiFi 连接允许高级功能，例如实时查看进入和退出日志，以及通过 Internet 对锁进行广泛的用户控制。此外，考虑到物联网标准的发展速度，需要具有安全启动过程的安全无线 （OTA） 功能来使设备保持最新状态。

　　用户界面

　　显示屏：高端智能锁配备 TFT 或 OLED 显示屏。通常，小型低成本显示器使用并行 RGB 接口（也称为 Intel 8080 接口）。与其他接口相比，RGB 接口可以以合理的刷新率驱动中大型显示器。使用 PWM、DMA 和可编程数字 I/O（即“智能”I/O）的智能组合，可以驱动并行显示器，而无需更昂贵的集成了专用图形硬件引擎的 MCU。

　　用户输入：基于代码的访问还需要接收用户的输入。物理按钮会占用额外的空间并影响 Smart Lock 的使用寿命。因此，基于电容感应的触摸屏可以与显示驱动一起实现，以创建集成的用户界面。

　　安全

　　数据安全：由于用户指纹数据存储在设备中，因此安全至关重要。为智能锁应用设计的嵌入式系统需要提供安全存储、安全操作和安全通信来保护此类敏感信息。以可靠且具有成本效益的方式提供安全性需要片上加密功能、集成的安全无线连接以及用于保护内部和外部存储器中的个人数据的机制。

　　指纹感应和接近检测：作为基于代码的输入的替代方案，可以使用指纹验证提供安全访问。然而，连续扫描指纹传感器以进行触摸在节能方面效率低下。为了最大限度地减少扫描时间，使用电容感应的接近检测提供了一种节能方法。具体来说，指纹传感器周围的电容式接近传感器使系统能够检测到手指从几厘米外接近垫子。这使系统能够在空闲模式下完全关闭指纹传感器和相关电路。当接近传感器检测到手指时，系统有足够的时间启动指纹传感器并准备捕捉触摸。

　　使用感应感应的机械安全性：感应感应可以感应金属的接近程度。这在几种情况下派上用场，例如，检测门栓是否安全到位。感应感应还可用于检测任何篡改锁的企图，例如强行移除滑块或使锁体变形。当感应传感器检测到篡改时，可以向所有者发送警报或在线警报。

　　加工

　　需要像 Arm Cortex-M4 这样的高能效 CPU 内核来处理所有处理，包括

　　处理传感器数据

　　通过 SPI 等接口管理与指纹模块的通信。

　　完整的指纹处理，包括匹配和登记算法

　　电容感应扫描与处理

　　系统管理，包括安全任务和传感器控制

　　显示图形，例如绘图文本、图像、形状等。

　　管理 BLE 链路层控制器，维护 BLE 连接和广告以及 BLE 主机层任务，其中包括所有服务、配置文件和连接身份验证

　　电机控制

　　远程控制锁需要一个马达来移动锁舌。此任务通常使用 BLDC 电机和相关的控制电路来完成。电机控制可以使用可编程逻辑和模拟集成到 SoC 中，以减少组件数量，同时独立于 CPU 工作。

　　新物联网时代的设备数量与之前的PC和智能手机时代相差几个数量级。因此，物联网设备必须小巧且便宜，才能扩大其预期市场。在下一篇专栏中，我们将深入探讨一种小型、廉价的智能家居连接设备设计。

　　作者：Jaya Bindra ，Nidhin MS

　　审核编辑：郭婷