傳感器是物聯網（IoT）的眼睛和耳朵。它們提供了解環境所需的數據，因此可以對需要采取的活動做出明智的決策。特別是智能建筑可以從廣泛部署的傳感器中受益，從而可以控制能量使用以實現最佳照明，加熱和空調。傳感器可以增強建筑安全性，以檢測員工的安全級別并控制建筑物或房間的訪問。在緊急情況下，可以增強安全性，以提供安全出口通知，并在停電期間提供應急照明。

傳感器通常在非常低的功率下運行，這可能會限制他們長距離通信的能力并以高數據速率。通常，橋接設備用于收集和處理各種本地低功率傳感器讀數，然后使用長距離協議轉發聚合數據。采用Wi-Fi ?模塊，用戶可編程的嵌入式MCU可輕松創建中級物聯網橋接系統。本文將介紹其中一些模塊，通過示例實現，說明基于Wi-Fi模塊/MCU的設計如何在智能建筑物聯網應用中輕松聚合和傳遞傳感器數據。

橋接提高功效

在智能建筑中，傳感器可以產生非常廣泛的數據帶寬。環境監視器每秒只能傳輸少量字節的數據，而安全攝像機可能在同一時間段內傳輸數兆字節的數據。當聚合和緩沖許多傳感器時，即使是低帶寬連接也會產生大量數據流量。通常，以更高的數據速率“突發”數據而不是一次發送一個小數據傳輸的功率效率要高得多。

為了管理廣泛的數據帶寬要求和范圍無線信號的距離可以跨越智能建筑，需要橋接設備。此外，橋接設備可用于優化自動低功率傳感器的功率要求，其中電池壽命，特別是在緊急情況下，可能是至關重要的。橋接設備必須處理各種無線協議，從藍牙?低能耗（藍牙LE）到全系列的Wi-Fi連接方案。強大的智能建筑設計的其他要求包括本地數據存儲，斷電時的本地能量存儲，以及用于狀態，診斷和本地控制的簡單用戶界面。

實施因素

實施Wi-Fi連接可能是一項艱巨的任務。如果從頭開始設計，則操作各種協議層和消息處理任務可能需要大量資源。集成的Wi-Fi模塊（通常包含天線并經過特定Wi-Fi標準認證）可以消除絕大多數Wi-Fi實施任務。這些模塊通常通過經過驗證的UART接口或更現代的SPI或I 2 C風格提供簡單的串行接口。模塊集成了所有協議處理任務，通常是模塊化MCU，因此簡單的主機命令可以訪問所有關鍵的Wi-Fi連接功能。

帶集成MCU的Wi-Fi模塊示例是STMicroelectronics的SPWF01系列（例如SPWF01SA.11）。它采用單芯片802.11 b/g/n收發器配置，集成STM32微控制器，具有廣泛的GPIO套件。這些模塊還集成了定時時鐘和穩壓器，可提供完整緊湊的解決方案。基于具有1.5 MB閃存或512 kB閃存的集成閃存，存在兩個模塊選項。該模塊還可以配置嵌入式微型2.45 GHz ISM頻段天線或u.fl連接器，用于外部天線連接。這些模塊具有低功耗和小外形尺寸，甚至可用于基于電池的應用。下面的圖1說明了這些模塊的緊湊性。

圖1：STMicroelectronics串行到Wi-Fi模塊。 （由STMicroelectronics提供）

這些模塊包括一個集成的全功能TCP/IP協議棧，增加了Web服務器和其他應用服務功能。該軟件包還包括一個AT命令層接口，用于通過UART串口簡化對堆棧的訪問。

將Wi-Fi模塊與用戶可訪問的MCU一起使用的一個主要優點是通常降級到主控制MCU的管理任務可以卸載到模塊。這有助于更好地劃分系統功能，并且如果模塊可以在主MCU處于低功耗模式時自主運行，則可以顯著降低功耗。特別是，橋接應用程序可以在Wi-Fi連接接收數據時使用此功能。如果可以緩沖接收的數據直到接收到完整的消息，則主處理器可以保持低功率模式，直到需要消息處理。相反，如果不需要Wi-Fi模塊，例如在準備傳輸BLE消息時，可以將模塊置于低功耗狀態，直到需要進行消息傳輸。

套件加速開發

評估和開發Wi-Fi設計的最快方法之一是使用MCU制造商提供的眾多開發套件之一。這些套件包括您可以利用的所有硬件，可用于創建您自己的設計。

此類套件的一個很好的說明性示例是Atmel SAMW25-XPRO評估套件。該套件包括下面圖2所示的電路板，顯示電路板的正面和背面。該套件基于Atmel ARM ? Cortex ? -M0 + MCU技術。擴展連接器可與各種其他Atmel板一起使用，包括帶MicroSD卡接口的傳感器IO，或帶LED和機械按鈕的顯示面板。可以針對套件的示例設計包括簡單的用戶功能，例如掃描接入點，連接到安全WPS，以及如何以特定Wi-Fi模式（站點，接入點和客戶端）啟動，以及更復雜的示例應用包括協議處理，甚至完整的天氣監測和報告演示。

圖2：Atmel SAMW25-XPRO評估套件硬件。 （由Atmel提供）

智能建筑傳感器橋設計示例

我們現在可以看一下智能建筑Wi-Fi網橋的示例實現，它說明了使用無線連接來聚合傳感器數據是多么容易。圖3顯示了智能構建Wi-Fi網橋示例的框圖，該網橋具有藍牙LE和Wi-Fi連接，本地存儲以及用于緊急備份的本地電源管理。賽普拉斯PSoC 4 SoC（例如，CY8C4247LQI-BL483）提供與本地藍牙LE環境傳感器的連接。 ST SPWF01連接到Wi-Fi，模塊內MCU可以為不使用無線協議的共置傳感器提供有線連接。為了在斷電期間繼續運行，可以將太陽能電源路由到橋接器，并且可以使用Linear Technologies LTC3588能量收集電源管理集成電路（PMIC）來最佳地捕獲和存儲電力。例如，凌力爾特公司的LTC3225超級電容充電器可用于在Maxwell Technologies BCAP0050超級電容器上存儲能量，這樣即使沒有太陽能，電橋也可以通過最低限度的電力為其提供必要的應急服務。可能。

圖3：智能建筑傳感器 - 橋接器實現框圖

大部分的低級實現智能建筑傳感器橋可從設備制造商處獲得，特別是通過Wi-Fi和藍牙低功耗的數據傳輸協議可用作示例設計或軟件庫。這使得開發人員可以專注于他們獨特的差異化功能，可能是為了提高緊急情況下的能力，改進低功耗操作，或使用本地化智能算法進行智能數據聚合，以測量和預測建筑物使用模式，從而更好地管理建筑物供暖和制冷。總而言之，隨著智能建筑幾乎每個部分對智能傳感器的需求不斷增長，傳感器數據聚合和橋接要求也將不斷增長。使用MCU和Wi-Fi模塊以及制造商提供的相關套件和設計示例將大大簡化這些新設備帶來的實施挑戰。