M2M通信：联网时代智能设备的Facebook

　　畅想一下这样的场景：自行车在移动时将其位置发送到您的智能手机；在您徒步旅行时相机与GPS模块对话并推荐景点；冰箱在牛奶储备不足时向您发送提醒短信；智能电表可在非用电高峰期启动洗衣机；跑步机可将心率和其他生命体征传送给保健服务提供商；远程工业设备可在需要维护或维修时向其制造商发送提醒。在互连设备以智能方式彼此交互的世界中，潜藏着无限的可能性和诱人的商机。近二十年来，无线行业的各种进步使全世界的人们联系在一起。在未来十年，我们将见证一场革命：不同领域的各种设备将能够相互通信，为人类提供前所未有的服务，同时能节省成本、提高效率并将人力降至最低。推动这一切的基础技术称为机器对机器通信（M2M）。

　　机器对机器通信究竟是什么？

　　简而言之，它是一项使设备能通过有线或无线通信网络彼此进行交互的技术，且无需人工干预。M2M技术通常使用传感器、执行器、MCU和/或RF收发器从终端设备或事件采集数据，然后通过通信网络（全球移动通信系统GSM/通用分组无线业务GPRS、电力线或卫星）将数据发送到应用程序软件，软件再将接收的数据处理成有意义的信息。M2M技术的三个基本阶段如图1所示。

　　图1. M2M技术的三个基本阶段

　　*Data Collection数据采集、Data Transmission数据传输、Data analysis数据分析、Satellite communication卫星通信、M2M Gateway M2M网关、Cellular communication蜂窝通信、M2M Applications Server M2M应用程序服务器、Contains Middleware which hosts business intelligence app包含了承载商用智能应用程序的中间件、Power line communication电力线通信

　　凭借强大的传感器、先进的嵌入式单片机以及无处不在的无线网络，工业应用正在无缝整合M2M技术，以下几节将介绍其中的部分应用。

　　工业设备远程监视系统

　　远程监视系统利用多个传感器检测振动、液漏、机械磨损、温度和机械噪声等参数来评估设备的健康状况。每个传感器在图2（a）中都由一个称为节点的黄点表示，并以星型拓扑的形式连接到由蓝点表示的网络协调器，形成个人局域网（PAN）。PAN网络协调器是PAN网络与GPRS网络之间的M2M网关，负责将数据发送到远程监视站。任何时间有任何参数超过正常工作阈值，远程监视站都会设置报警来引发预防性维护。

　　传感器节点和PAN网络协调器的实现——高吞吐量单片机将简化设计

　　图2（b）和图2（c）显示了传感器节点和PAN网络协调器的实现。

　　图2.远程监视系统的实现

　　* Sensor Node传感器节点、PAN Network Coordinator PAN网络协调器、Personal Area Network（MiwiTM/ IEEE 802.15.4） 个人局域网（MiwiTM/IEEE 802.15.4）、GSM/GPRS Network GSM/GPRS网络、Remote Monitoring Station远程监视站、Remote Monitoring System Architecture远程监视系统架构、V/I Conversion Circuit V/I转换电路、Block Diagram of PAN Network Sensor Node PAN网络传感器节点框图、Block Diagram of PAN Network Coordinator PAN网络协调器框图

　　设备的传感器参数通过4-20 mA电流回路（稳健的传感器信令标准，用于工业过程和控制）发送。MCU通过其模数转换器（ADC）接收这些参数，并运行PAN协议栈（如MiWi™）来与IEEE802.15.4收发器连接，收发器将处理后的传感器数据发送到PAN网络协调器。

　　PAN网络协调器的核心是一个嵌入式MCU，该MCU负责驱动整个PAN网络的通信。它通过串行端口与IEEE802.15.4收发器和GPRS模块连接。MCU的闪存存储整个MiWi PAN网络的映射，分配网络地址并建立与新传感器节点的链接。它还将PAN协议数据转换为GRPS格式以通过GPRS网络发送。MCU使用Attention（AT）命令控制GPRS模块进行数据传输。要确保PAN网络与GPRS网络之间的连接稳定，仅需具有大存储空间、集成直接存储器访问（DMA）外设的高吞吐量MCU、免费的MiWi协议栈以及GPRS库。

　　为了帮助您迅速着手无线应用的设计，Microchip提供了PIC32 Wi-Fi®通信演示板，如图3（a）所示，这是一个现成的解决方案，可简化设计并加速开发过程。

　　图3. Microchip的机器对机器（M2M）解决方案

　　车队管理——一个常用的M2M应用

　　M2M技术广泛用于商用车辆的管理。通过车辆内部安装的GPS和GPRS/GSM模块跟踪车辆并与之通信。GPS模块提供车辆的位置坐标，而CAN总线从车辆的各个模块（如防抱死制动系统（ABS）、发动机控制单元（ECU）和气囊）采集数据以将其发送到CAN/GPRS网关。一个32位单片机负责驱动CAN/GPRS网关，它与CAN总线以及GPRS和GPS模块相连接。它将CAN数据格式转换为GPRS格式，并通过GPRS网络将数据发送到车队管理站。车队管理应用的一个理想入门解决方案是Microchip的M2M Pictail™子板，该子板含有GPS和GSM/GPRS模块，并支持多个AT命令以及多种功能，如图3（b）所示。

　　此解决方案可大幅缩短产品上市时间，囊括了所有硬件信息、软件二进制文件（包括协议栈）、生产试验台设计和测试软件、证书、培训以及文档。最终可实现超紧凑的无线低功耗通信解决方案，其可轻松集成到消费类、工业和汽车OEM设计中，为大批量生产做好准备。

　　如今，通过互联网连接的设备数量已超过通过互联网连接的人数，而且从无线行业的发展趋势来看，这种差距在未来必然会进一步扩大。除了半导体技术的快速发展以及无处不在的通信网络，高速4G和互联网协议版本6（IPv6）等技术的出现也将世界推到另一次技术革命的边缘，M2M设备将形成一个全新的智能连接层，进而改变我们的生活、工作和娱乐方式。

——本文选自电子发烧友网4月《物联网技术特刊》“透视新设计”栏目，转载请注明出处，违者必究！