传感器是物联网的眼睛和耳朵。它们提供了了解环境所需的数据，因此可以对需要采取哪些活动作出明智的决策。特别是智能建筑，可以从广泛的传感器部署中受益，这样就可以控制能源的使用，以达到最佳的照明、供暖和空调的使用。通过传感器可以增强建筑物的安全性，以检测员工的安全级别，并控制建筑物或房间的进入。在紧急情况下，安全可加强，以提供安全出口的通知，并在停电期间提供紧急照明。
传感器通常以非常低的功率运行，这就限制了它们远距离通信和高数据传输的能力。通常，桥接设备用于收集和处理各种本地低功率传感器读数，然后使用远程协议转发聚合数据。采用wi - fi®模块,嵌入式单片机用户可编程很容易创建中层物联网连接系统。本文将介绍其中的一些模块，并以一个示例实现为例，说明Wi-Fi模块/基于mcu的设计如何在智能构建物联网应用程序中轻松聚合和通信传感器数据。
桥接的功率效率
在智能建筑中，传感器可以产生非常广泛的数据带宽。环境监视器只能每秒传输一小部分数据，而安全摄像头可能在同一时间段内传输数据的兆字节。即使是低带宽连接也能产生大量的数据流量，当许多传感器被聚集和缓冲。通常，以更高的数据速率“突发”数据，而不是一次发送一个小数据传输，更有效。
为了管理广泛的数据带宽需求和无线信号的距离范围，无线信号可以在智能建筑中跨越，因此需要桥接设备。此外，桥接装置可用于优化自主低功率传感器的功率要求，在这种情况下，电池寿命，尤其是在紧急情况下，是至关重要的。桥接设备必须处理各种无线协议,从蓝牙®低能量(蓝牙LE)全方位的wi - fi连接方案。对健壮的智能建筑设计的额外需求包括本地数据存储、在断电情况下的本地能量存储，以及可能是一个用于状态、诊断和本地控制的简单用户界面。
实现的因素
实现Wi-Fi连接可能是一项艰巨的任务。如果从头设计，操作各种协议层和消息处理任务可能需要大量的资源。集成的Wi-Fi模块，通常包括天线和认证的特定Wi-Fi标准，可以消除绝大多数Wi-Fi实现任务。这些模块通常提供简单的串行接口，或者通过经过测试的UART接口或更现代的SPI或I2C的味道。模块集成了所有的协议处理任务，通常有一个on-module单片机，这样简单的主机命令就可以访问所有关键的Wi-Fi连接功能。
一个带有集成单片机的Wi-Fi模块是STMicroelectronics的SPWF01系列产品(如SPWF01SA.11)。它配置了一个单片机802.11 b/g/n收发器，带有一个集成的STM32单片机，具有广泛的GPIO套件。这些模块还包括了定时时钟和电压调节器，以实现完整和紧凑的解决方案。两个模块选项基于集成的闪存内存，有1.5 MB的闪存或512kb的闪存。该模块还可以配置嵌入的微2.45 GHz ISM波段天线或u。外部天线连接的fl接头。由于低功耗和小的形式因素，这些模块在电池应用中是可用的。下面的图1说明了这些模块的紧凑性。
ST微电子产品系列到Wi-Fi模块。
图1:STMicroelectronics串行到Wi-Fi模块。凯利讯半导体
这些模块包括一个集成的、功能齐全的TCP/IP协议栈，添加了web服务器和附加的应用程序服务功能。软件包还包括一个AT命令层接口，用于通过UART串行端口简化对堆栈的访问。
使用带有用户可访问的单片机的Wi-Fi模块的一个关键优势是，一些管理任务通常被降级到主控制单片机，可以卸载到模块。这有助于更好地划分系统功能，如果模块能够自主运行，而主单片机处于低功耗模式，则可以大大降低功耗。尤其是桥接应用程序，当Wi-Fi连接接收数据时，可以利用这种功能。如果接收到的数据可以被缓冲，直到接收到完整的消息，主处理器可以保持低功耗模式，直到需要消息处理。相反，如果Wi-Fi模块不需要，例如，当一个BLE消息正在准备传输时，该模块可以放入一个低功耗状态，直到需要消息传输。
包加快发展
评估和开发Wi-Fi设计的最快方法之一是使用众多的MCU制造商提供的开发工具包之一。这些工具包包括了你需要的所有硬件，这些软件可以用来创建你自己的设计。
这个工具包的一个很好的例子就是Atmel SAMW25-XPRO评估工具包。这个组件包括如下图2所示的板，它显示了板的正面和背面。工具是基于Atmel臂®皮层®m0 +单片机技术。扩展连接器可与多种其它Atmel板一起使用，包括带有MicroSD卡接口的传感器IO，或带有led和机械按钮的显示面板。示例设计可以针对kit包括简单用户扫描等功能的访问点,连接到安全WPS,以及如何在一个特定的wi - fi模式启动(车站,接入点,和客户端),以及包括协议处理更复杂的示例应用程序,甚至是一个完整的天气监测和报告演示。
Atmel SAMW25-XPRO评估工具硬件。
图2:Atmel SAMW25-XPRO评估工具硬件。
例如智能建筑sensor-bridge设计
我们现在可以看到一个智能构建Wi-Fi桥的示例实现，它说明了使用无线连接来聚合传感器数据是多么容易。图3显示了一个用蓝牙和Wi-Fi连接、本地存储和本地电源管理进行紧急备份的智能构建Wi-Fi桥的框图。Cypress c4 SoC(例如CY8C4247LQI-BL483)提供了本地蓝牙环境传感器的连接。ST SPWF01连接Wi-Fi，而on-module单片机可以提供有线连接，以连接不使用无线协议的传感器。为了在停电期间继续运行，太阳能电源可以被路由到桥上，而线性技术LTC3588能量采集电源管理集成电路(PMIC)可以用来优化捕获和存储电力。例如，一个线性技术LTC3225超级电容充电器可以用来存储在麦克斯韦技术BCAP0050超级电容器上的能量，这样即使太阳能无法使用，桥也能尽可能地提供必要的紧急服务。
智能建筑传感器桥梁实现框图。
图3:智能构建传感器桥实现框图。
智能建筑传感器桥的许多底层实现都可以从设备制造商那里获得，特别是通过Wi-Fi和蓝牙低能量的数据传输协议，可以作为示例设计或软件库。这使得开发人员能够专注于他们独特的差异化特征，也许是为了在紧急情况下提高能力，改进低功耗的操作，或者用本地化的智能算法进行智能数据聚合，以测量和预测建筑使用模式，以便更好地管理建筑的加热和冷却。
综上所述，随着智能传感器在智能建筑的各个部分的需求不断增长，传感器数据聚合和桥接需求也将增长。使用MCUs和Wi-Fi模块，以及制造商提供的相关工具包和设计示例，将极大地简化这些新设备带来的实现挑战。
