基于物联网传感器的毕业论文-物联网时代的五大硬件元素:感知、计算、执行、连接和安全
近两年半导体芯片行业的火爆,让人不禁想要一探究竟——整个行业增长的背后是什么?在近日举行的英飞凌()【“英国领先的物联网”】网络媒体交流会上,英飞凌科技大中华区安防互联系统事业部市场与业务合作总监郑南认为,主要有四个方面。他们是:
在谈到物联网的定义时,南征认为,物联网设备由“感知、计算、执行、连接、安全”五个主要硬件要素组成。这五个硬件元素对于构建功能齐全的物联网设备至关重要。英飞凌致力于通过创新的半导体技术连接现实和数字世界。在感知、计算、执行、连接、安全等领域布局完备,可提供一站式、端到端的物联网软硬件系统级组合。帮助客户高效打造智能、安全、节能的物联网设备的解决方案。
2020年4月,英飞凌正式完成对赛普拉斯()的收购,使公司产品版图更加完整。在本次媒体发布会上,英飞凌的四位专家重点介绍了公司在感知、计算、执行、连接、安全五个方面的具体解决方案和优势。
感知
传感器作为物联网的起点,无处不在,是数据采集的重要来源。当前的传感器领域也面临着诸多挑战,包括迫切需要高可靠性、高精度的解决方案,以满足汽车、工业、消费电子等不同应用场景的需求。
英飞凌科技大中华区电源与传感系统事业部高级营销总监廖明松表示,凭借对系统的深刻理解,英飞凌希望为客户提供广泛的即用型解决方案,加快产品上市时间. 他从传感的角度阐述了英飞凌如何看待物联网应用的发展,以及如何将传感器带入每个人的应用环境。
传感器诞生的初衷是从模仿人类的五种感官开始,让我们的生活更轻松。英飞凌可以提供各种传感器来模拟人类五种感觉器官的功能。例如:高精度毫米波雷达和摄像头类似于人眼;超高信噪比的麦克风相当于耳朵;英飞凌超小型二氧化碳传感器相当于人耳;准确的压力传感器具有与人体皮肤相同的感知功能;此外,雷达技术也具有相同的功能,可以通过手势进行控制。但是,这些传感器不能独立运行,需要使用不同的软件算法和代码,由MCU控制来获取数据。
据介绍,英飞凌在上述麦克风、二氧化碳探测器、压力传感器、毫米波雷达等方面都有成熟的产品。基于此,英飞凌构建了一个简单的报警系统(麦克风+气压传感器),到入口计数器和存在检测(毫米波雷达),再到现在非常流行的空气质量检测、环境控制(二氧化碳检测模块) )基于物联网传感器的毕业论文,包括全面的解决方案。
然而,随着应用功能的多样化,单一的传感器已不能满足市场需求,这就需要传感器的集成。例如,雷达可用于跟踪和检测人员,以及识别呼吸、心跳和手势。英飞凌的硅麦克风可用于远程语音控制,压力传感器可用于气流监测和水位监测等,将不同的传感器融合在一起设计具有先进功能的产品也是英飞凌的优势。
具体到应用,以智能家居为例,廖明松解释说:使用英飞凌的传感方案,可以准确检测电视机前是否有人,进而决定关掉和打开电视,从而节省能源. 另一个例子是空调。一方面利用雷达跟踪人,还可以加装二氧化碳传感器来检测室内环境,判断是否需要改变送风角度或者是否需要开启新风系统。 . 这些功能都可以通过智能集成给用户带来更好的体验。
廖明松着重介绍了一些医疗用例。国家现在特别提倡智慧医疗产业,使用英飞凌的雷达传感器,无需镜片,手上无需佩戴探测器,即可观察老人的呼吸、心跳、睡眠姿势等生活。特点,从而给出一些专业的医疗建议。目前,该方案经过多年验证已实现商业化,产品已在国内外上市。
2021年3月在美国发布的某品牌智能音箱就有这样的睡眠追踪功能。内置毫米波雷达,可以感应消费者的微动,判断睡眠质量;同时,它有一个麦克风,可以检测是否有咳嗽或打鼾;温度和光传感器将睡眠质量与环境相关联。通过对采集到的数据进行计算,可以得到一个衡量睡眠质量的数值,供用户参考和推荐。据悉,这款扬声器所使用的毫米波雷达是英飞凌的产品。
在病毒大流行期间,监测空气质量也非常重要。人们需要高精度、小型化的仪器同时提供室内外空气质量数据,从而同时控制空气净化器、空调和通风系统。廖明松介绍了英飞凌基于光声光谱(PAS)原理的最小二氧化碳传感器。它的封装包含传感器和MCU基于物联网传感器的毕业论文,相当于一个小系统。客户拿到后可立即应用,加快产品出品速度。上市时间。
据介绍,PAS技术是一个新的方向,比目前市场上的典型产品小4倍,轻3倍。可节省75%以上的空间,并有自己的补偿算法。
实施
传感器采集的数据需要经过分析处理后才能执行。例如,要启动洗衣机,就需要一个驱动电机的动力装置。目前,英飞凌的功率分立器件已经从传统的硅材料发展到目前的第三代半导体材料(碳化硅、氮化镓)。
氮化镓和碳化硅在不同功率和开关速度上各有优势,可以提高产品功率密度,带来更紧凑的设计。提高整体环境效益和减少碳排放也非常重要。
英飞凌拥有基于第三代半导体材料的硅产品和功率器件。应用领域存在重叠。对此,廖铭松表示,“目前,重叠部分应该根据终端客户的应用类别来选择。什么样的解决方案才能达到更好的经济效益,英飞凌可以为客户提供更多的选择。”新一代的产品有其优势,但在可预见的未来,基本上硅基半导体仍将占据大多数。市场。
计算
计算是物联网的大脑。一般来说,计算是指物联网广义上的MCU和微处理器(MPU)。他们负责收集、协调、处理、分析和传输数据,使物联网设备智能化。
但是,数据处理和计算目前正在进行迁移。大数据处理正在从以云计算为中心的集中处理时代跨越到以万物互联为中心的边缘计算时代。当数据计算向边缘移动时,此时只有少量数据发送到云端,不仅可以大大降低网络带宽和云存储的成本,还可以更好地保护隐私,远优于传统集中式数据存储服务。
上述发展趋势在推动边缘计算的同时带来了几大挑战,特别是在稳定的无线连接、多样化的场景感知、安全的数据传输和实时计算控制方面。未来,边缘计算需要在这些主要领域做优。作为开发者,他们希望将物联网所涉及的所有环节整合到一个平台,处理关键问题,从而降低开发的复杂度。
英飞凌科技大中华区安防互联系统事业部市场经理彭涛表示,英飞凌MCU在物联网应用中的核心优势可以概括为三个主要方面:连接、计算和创建。在物联网应用中,一站式完整解决方案可以加快产品上市时间并降低产品开发成本。因此,英飞凌一直致力于提供完整的一站式解决方案。例如,在典型的智能手表解决方案中,英飞凌提供微控制器、无线连接、存储和人机界面产品,以及安全、设备保护、传感和无线充电产品,结合所有这些产品和软件,为用户提供一站式完整解决方案。
智能家居是物联网的重要应用。据介绍,英飞凌的智能家居解决方案可谓全屋智能,提供多设备、多场景、多功能的解决方案,涵盖语音前端、家庭安全与门禁、家庭自动化、智能家居电器、家用机器人和智能照明等应用。最新的智能家居协议也解决了传统智能家居场景中智能设备互联的痛点。彭涛表示,“英飞凌将提供支持该协议的MCU和无线蓝牙产品,同时也会提供支持该协议的整体解决方案。”
英飞凌的 MCU 应用领域涵盖消费和工业领域两大 IoT 轨道。整合赛普拉斯的MCU产品后,形成了更广泛的产品阵容。其中,下一代MCU是消费市场和物联网使用的主要产品。据悉,英飞凌正在开发集成更多内核、更低功耗和更高性能的下一代MCU,从而增强边缘计算的机器学习和人工智能功能。
具体来说,就是专门为物联网而设计的MCU。该系列产品采用双核架构,具有低功耗、高性能等特点。对于物联网边缘的应用,其核心可以处理感知信息提取、计算、数据传输、无线连接和图形显示等功能;+ 核心可以做输入输出、控制电容触摸、蓝牙低功耗控制、安全和其他通信控制功能等等。对于物联网边缘计算应用,是功能集中、成本优化的MCU。
英飞凌下一代MCU产品系列已经在开发中,将集成更多内核,以满足行业对更低功耗和更高性能的需求。它还具有增强边缘计算的机器学习和人工智能功能。带有NPU功能的-U55内核可以对神经元网络计算进行硬件加速。此外,集成的数字图形处理器可以提供更高级的图形显示;集成核心增强安全功能;同时,数字外设也得到增强,尤其是语音、音频、机器视觉和单芯片无线连接。功能。彭涛介绍,除了MCU产品,英飞凌还开发了其他软件平台,提供全栈软件解决方案。
它是英飞凌为物联网应用开发的专用软件和工具,也是跨平台的开发工具。除了像其他集成开发环境一样提供项目创建、编辑、编译、调试和编程功能外,它还集成了实时操作系统、硬件外设驱动程序、无线连接驱动程序库和众多的中间件。再加上丰富的嵌入式蓝牙和云连接解决方案,将计算、安全和连接功能集成到一个平台中,将使物联网开发人员能够更轻松、更快速地将产品推向市场。
更方便的是,英飞凌提供了一系列基于MCU、Wi-Fi和蓝牙的预认证解决方案。例如智能温控器、智能门锁、智能手表等解决方案,组件模块实现连接、安全、控制、管理的整体解决方案。此外,英飞凌还提供微控制器+无线连接+安全等开发评估套件,通过软硬件平台的结合,无缝集成物联网应用开发所需的计算、连接和云能力。大大降低了设计的复杂性。
最后,彭涛介绍了英飞凌MCU在物联网中的一个典型应用案例:智能门锁。以前由四个MCU实现的功能现在合二为一,实现了指纹识别匹配、实时时钟、电容触控、蓝牙低功耗传输、语音等功能。同时,英飞凌也在这套解决方案中提供了智能化。门锁中的低功耗Wi-Fi连接及应用解决方案。
连接
互联是物联网的核心和基础。越来越深入日常生活的物联网,对连接的可靠性提出了更高的要求。英飞凌与赛普拉斯整合后,“连接”方面的产品组合更加丰富,包括基于eSIM、Wi-Fi、蓝牙的安全蜂窝连接,以及基于USB和USB-C的连接。应用于消费、商业、工业、汽车等诸多领域的物联网应用。
回想一下,早期的物联网连接基本上是在这个位置进行点对点连接。以门锁和恒温器为例。过去,大多数应用程序使用 Z-Wave 或蓝牙进行本地点对点连接或控制。随着通信技术和物联网技术的发展,以及智能手机的快速普及,智能连接应运而生。例如,人们可以通过上网查看当前天气,然后利用早期的点对点本地连接来控制百叶窗和恒温器,实现室内温度的调节。这是目前广泛使用的智能连接。
展望未来,英飞凌大中华区安防互联系统事业部营销经理贾志勇认为,物联网的发展方向是实现自主连接。例如,当汽车到达车库时,它会自动连接到家庭网络。同时,我们的车库也会通过云端向手机推送消息,整个系统会形成自主连接进行自学。
其中,无线技术发挥了很大的作用。为适应物联网的发展,无线连接技术,尤其是Wi-Fi和蓝牙,发生了深刻的变革和长足的演进,聚焦智能化、多标准、多协议。如今,Wi-Fi 技术已经从早期的 11b 演进到了现在的 Wi-Fi5、Wi-Fi6,也就是俗称的 11ax,在功耗、覆盖范围、网络效率等方面更具竞争优势。蓝牙作为连接门户,更注重配置简单、互通、互联。
英飞凌今年还推出了全新的无线连接产品系列,借用了air(AIR)和rock(ROCK)这两个词,意为提供坚如磐石的无线连接。该系列包括Wi-Fi+二合一芯片、Wi-Fi单芯片、BLE单蓝牙芯片或经典蓝牙和BLE蓝牙双模芯片,以及Wi-Fi产品。此外,英飞凌在产品内部加入了一系列MCU,形成Wi-用于专门的应用开发。
据介绍,该系列产品包括从Wi-Fi4、5、6到最新的Wi-Fi6E,内部集成了驱动和开发环境。
贾志勇还向朋友展示了英飞凌无线连接解决方案在网络效率方面的对比结果,显示其吞吐率在短、中、远距离接近朋友的3倍。
从下图可以看到办公室实际应用场景中的丢包率测试结果。英飞凌的无线设备和朋友的无线设备分别连接到路由器上。三角形代表英飞凌,正方形代表朋友。可以看出,在同等位置下,英飞凌Wi-Fi连接方案的可靠性要好于友商。
功耗方面,由于英飞凌最新的Wi-Fi芯片采用了28nm工艺,市场上主流的Wi-Fi芯片,包括11n Wi-Fi4、Wi-Fi5,基本都是40nm,所以有一定的在接收性能、发射性能和睡眠性能方面具有优势。根据英飞凌提供的数据,其方案在接收性能上相比现有-Fi4产品功耗降低50%,相比Wi-Fi5产品功耗降低70%;相同传输功率下,传输性能也比现有-Fi4产品低25%;对于长待机无线连接产品,功耗降低80%。
除了Wi-Fi,英飞凌还提供蓝牙产品,从芯片底层优化,让Wi-Fi和蓝牙共存,实现最高效率。下表显示,当Wi-Fi单独工作以及Wi-Fi和蓝牙同时工作时,丢包率和Wi-Fi吞吐量并不明显。“我们建立了一个30ms的BLE连接,可以看出它对整个Wi-Fi的影响很小。经过其他厂商的产品测试,BLE和Wi-Fi同时连接的影响非常大大,”贾志勇说。
在云服务方面,英飞凌可以提供基于物联网连接的软件服务,主要解决客户的连接问题。贾志勇说,基于这项软件服务构建的物联网设备也可以让我们的智能家居更方便、更可靠。该解决方案主要有两大组件,即客户端组件INI和移动终端组件MAI。英飞凌可以通过云插件为客户提供一定的支持,洞察客户的使用环境,锁定问题关键点,最终帮助客户解决遇到的连接问题,提升整体产品体验。
当被问及英飞凌在Wi-Fi6上的布局时,贾志勇表示,英飞凌的系列在芯片方面做了一些优化,可以很好的解决之前使用Wi-Fi4、Wi-Fi5过程中遇到的各种问题如网络服务中断、无线覆盖范围有限、无线连接困难、连接密码复杂、连接安全设置等。此外,基于最新的高速Wi-Fi,英飞凌的解决方案可以实现相对较高的性能和高吞吐量,进一步降低延迟;在距离方面,英飞凌的Wi-Fi6方案采用了技术,可以在Wi-Fi4、Wi-Fi5的基础上进一步扩展。更重要的是,英飞凌在Wi-Fi6产品的芯片内部做了多层安全保护,提供更安全的Wi-Fi连接。
Wi-Fi6 的产品特性使其更适合在一些高端无线产品中的应用,如高端游戏手柄、VR/AR 设备、高分辨率安全、安全控制、实时工业控制等。带宽还可用于家庭影院等高吞吐量场景。
据介绍,英飞凌的系列产品可广泛应用于智能家居、多媒体、可穿戴、办公娱乐等多个领域,并已有大量成功应用案例。比如在可穿戴设备领域,已经在华为、亚马逊、亚马逊的手表上成功商业化;在智能家居领域,已应用于电池供电的门铃、Wi-Fi连接的门锁和安全摄像头;在多媒体产品层面,应用于大屏智能音箱、音箱模组、基于BLE组网的照明系统等。
安全
随着越来越多的设备接入云端,消费者和行业从业者都越来越关注网络安全问题。据英飞凌大中华区安防互联系统事业部市场经理程浩介绍,目前物联网存在的风险问题主要包括以下几个方面。首先,大部分物联网终端设备从设计初期就缺乏相应的认证。访问控制和安全机制的考虑相对缺乏。因此,从物联网设备的节点开始部署相应的安全解决方案是非常重要的。
其次,在大多数物联网系统中,未加密的通信数据和链路会导致用户隐私数据和关键信息容易被未授权方截获和破译。数据传输的加密已成为亟待解决的重要问题。
第三,固件更新的攻击方式比较突出。提高物联网设备对固件更新的安全级别,或选择相应的安全算法加密方案,正成为普遍关注的问题。
第四,目前所有的物联网设备中,路由器和摄像头受到的攻击最多。此类设备通常每天 24 小时在线。被攻击或控制后,往往难以被发现,往往成为稳定的攻击源。
根据对这些物联网设备的攻击类型,程浩总结了四大安全要素:身份认证、链路加密、数据加密、固件更新。通过增强这些链路的安全性,可以降低设备互联的安全风险。程浩表示,只有基于硬件的安全才能抵御硬件攻击和高强度软件攻击,这也凸显了英飞凌自主硬件安全芯片在物联网应用中的价值。
英飞凌提供基于纯硬件的安全芯片,可以抵御强大的物理攻击,从而确保更长期的安全。目前,英飞凌提供的物联网安全芯片已经通过了国际权威的CC()认证。与纯软件相比,该程序具有明显的优势。英飞凌的安全芯片家族至少通过了+认证,目前面向物联网市场的芯片产品都达到了+认证。
同时,这些安全芯片还可以帮助用户快速实现物联网产品。通常,它们只需要与物联网设备的主控MCU简单集成,即可驱动相关的安全功能。外围设计比较简单,只需要软件即可。在主控MCU侧集成简单代码,快速实现安全功能。从产品的可扩展性和创新性来看,基于安全芯片的解决方案可以快速部署在不同平台架构之间。
最后,从成本的角度来看,由于英飞凌的安全芯片已经集成了各种安全功能,对于终端客户来说,不需要投入研发资源来实现安全功能,只需在工厂中集成即可。这个安全芯片很好。而且,英飞凌已经在晶圆之前在晶圆中预烧了所有相关的安全功能软件,可以进一步帮助客户节省成本。
程浩列举了英飞凌安全芯片在实际物联网设备中的几个应用场景。
首先是智能音箱,这两年国内各大设备厂商都非常热衷。它有一个很特别的属性,就是语音交互。但是,很多终端用户担心自己的个人隐私或语音记录在人机交互过程中会被泄露或被非法监听,因此对智能音箱的使用存在一定的顾虑。智能音箱搭载英飞凌的安全芯片,用户再也不用担心这个问题。这主要是因为英飞凌使用了先进的技术来加密存储在安全芯片内的关键信息。此外,借助这款安全芯片,用户还可以与云端进行双向认证,
第二个案例是智能工厂部署的安全解决方案。此前,智能工厂被国内外黑客攻击的事件太多,导致整条生产线瘫痪。生产线的停产给公司带来了直接的经济损失,更严重的是,公司核心数据或IP的泄露,将对公司造成毁灭性的打击。英飞凌通过在智能化工厂的机械臂等终端设备或PLC产品中集成安全芯片,帮助客户实现工业设备与工业边缘网关之间通信数据的端到端加密功能,
此外,在目前所有的物联网设备中,路由器和摄像头是最常被攻击的两种设备。从应用层面来看,除了大家比较熟悉的公共监控摄像头和家用摄像头之外,很多智能摄像头已经在不同的产品中得到了广泛的应用。例如,很多智能家居设备厂商在冰箱内部安装了智能摄像头,可以智能识别冰箱内放置的物品,然后通过云服务或手机APP的形式提醒用户购买一些食材。这些智能相机甚至还加入了语音交互功能,可以在冰箱里的食物即将过期时提醒用户。此外,很多商场的货架上也安装了智能摄像头,帮助货架管理人员管理货物,
但是,此类网络摄像头存在严重的安全风险。目前,大多数被黑或被黑的摄像机都有初始密码或使用出厂默认初始密码的密码。例如,为了生产方便,很多厂商也使用了自己统一的默认弱密码。黑客可以通过在线扫描轻松找到密码弱的网络摄像头,并获取其账号和密码。如果摄像头中集成了安全芯片,可以保证摄像头对通信链路进行数据加密。即使数据被黑客截获,也没有办法破解原始数据。
具体安全芯片产品《电子工程相册》已有详细报道,可点击参考:《为什么芯片级安全解决方案比软件更可靠?》
总结
最后,英飞凌大中华区安全互联系统事业部市场与商务合作总监郑南从传感、计算、连接、安全等方面总结了观察到的物联网行业新趋势。传感器将更加精准可靠,应用场景将不断扩大。例如,医疗和健康监测是新的方向2022-2023,将催生更多的应用场景。在计算方面,物联网与人工智能的结合已成为突出趋势。需要低功耗、长待机、强大的计算能力来运行人工智能和机器学习算法,使设备本身可以自行学习,具备边缘计算的处理能力。在连通性方面,对连通性的需求将继续增长。无线标准将持续升级,以应对快速增长的连接数据需求;安全将越来越受到重视,越来越多的产品和解决方案将安全作为重要的基石。针对未来的发展趋势,英飞凌在上述几大要素的产品端和程序端都进行了超前布局。越来越多的产品和解决方案将安全视为重要的基石。针对未来的发展趋势,英飞凌在上述几大要素的产品端和程序端都进行了超前布局。越来越多的产品和解决方案将安全视为重要的基石。针对未来的发展趋势,英飞凌在上述几大要素的产品端和程序端都进行了超前布局。
综上所述,英飞凌在上述几大要素的产品端和解决方案端都在提前布局。物联网是一个巨大的市场。英飞凌不能做任何事情。生态系统的建设非常重要。据悉,英飞凌与中国物联网领域的众多领先企业和初创公司有着密切的交流。并合作,合作伙伴数量目前有数百个。
谈及中国市场,南征表示,中国已成为全球物联网产业创新的前沿基地。正是因为中国市场的重要地位,英飞凌不断加大投入。去年,英飞凌宣布在中国进行新投资,以扩大其无锡工厂的规模。今年,英飞凌大中华区智能应用能力中心在深圳成立,专注于工业级智能设备、智能家居、智能汽车、物联网等领域,为大中华区用户提供定制化应用解决方案,助力当地社区。客户加速智能应用创新和应用场景落地。
“这些都体现了英飞凌不断加强本土应用创新、提升本土客户服务的承诺。未来,英飞凌将继续用创新的半导体技术、产品和应用助力中国市场的开发建设基于物联网传感器的毕业论文-物联网时代的五大硬件元素:感知、计算、执行、连接和安全,”南征说到.
文都管联院在预祝2021-2022一路长虹!