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從存在檢測(cè)到生命感應(yīng)：英飛凌解決物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)挑戰(zhàn)

（2025年5月21日更新）

1. 引言

芯片采購(gòu)網(wǎng)專(zhuān)注于整合國(guó)內(nèi)外授權(quán)IC代理商現(xiàn)貨資源，芯片庫(kù)存實(shí)時(shí)查詢(xún)，行業(yè)價(jià)格合理，采購(gòu)方便IC芯片，國(guó)內(nèi)專(zhuān)業(yè)芯片采購(gòu)平臺(tái)。

物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 正在興起。智能設(shè)備正在釋放技術(shù)優(yōu)勢(shì)，幫助人們創(chuàng)造附加值，提高工業(yè)生產(chǎn)率。然而，物聯(lián)網(wǎng)也帶來(lái)了許多挑戰(zhàn)，如新技術(shù)的復(fù)雜性，以及需要獲取和處理數(shù)據(jù)來(lái)做出明智的決策。換句話(huà)說(shuō)，將產(chǎn)品特性轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)解決方案是一個(gè)挑戰(zhàn)。英飛凌提供基礎(chǔ) XENSIV 可立即部署連接傳感器套件的解決方案來(lái)應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。該套件是簡(jiǎn)化和加快新應(yīng)用和創(chuàng)新用例開(kāi)發(fā)的原型平臺(tái)。

盡管定義了物聯(lián)網(wǎng) (IoT) 有很多方法，但物聯(lián)網(wǎng)通常被稱(chēng)為連接到互聯(lián)網(wǎng)的對(duì)象網(wǎng)絡(luò)。對(duì)象是配備傳感器、執(zhí)行器、處理能力和連接的物理對(duì)象。物聯(lián)網(wǎng)世界中的設(shè)備通常被定義為智能設(shè)備。智能部分主要用于收集和解釋傳感器數(shù)據(jù)的結(jié)果，以觸發(fā)動(dòng)作。這需要連接到互聯(lián)網(wǎng)或特殊云，以便設(shè)備能夠在網(wǎng)絡(luò)上相互交互ELAN代理在網(wǎng)絡(luò)中交換數(shù)據(jù)并進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。這樣，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就可以幫助人們解決社會(huì)挑戰(zhàn)，給人們帶來(lái)好處，提高行業(yè)生產(chǎn)率。

數(shù)十億臺(tái)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備已投入使用，預(yù)計(jì)這一數(shù)字在未來(lái)將穩(wěn)步增長(zhǎng) （圖1a）。物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施是智能家居市場(chǎng)增長(zhǎng)的最重要驅(qū)動(dòng)力之一。 Statista 的數(shù)據(jù)，到 2027 年，全球家庭的智能設(shè)備數(shù)量將翻一番（圖1b）[1]。

圖1a. 2019-2030 全球物聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量(以十億計(jì))

圖1b. 在不久的將來(lái)，智能家居分析中包含的所有產(chǎn)品類(lèi)型都將實(shí)現(xiàn)巨大的增長(zhǎng)

2. 釋放物聯(lián)網(wǎng)的力量

每個(gè)物聯(lián)網(wǎng)解決方案的核心是微電子：傳感器、執(zhí)行器、微控制器、通信模塊和安全組件。這些組件使系統(tǒng)能夠測(cè)量和處理相關(guān)的環(huán)境數(shù)據(jù)，并連接到互聯(lián)網(wǎng)。然而，僅僅訪問(wèn)物理模塊來(lái)構(gòu)建一個(gè)成功的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備是不夠的。這些模塊還必須能夠快速有效地集成到網(wǎng)絡(luò)中，大量數(shù)據(jù)必須以智能的方式處理，并建立穩(wěn)定和安全的云連接。

為了克服這些基本挑戰(zhàn)，進(jìn)一步加快發(fā)展，英飛凌提供了一個(gè)快速、輕松、安全地實(shí)施物聯(lián)網(wǎng)理念的專(zhuān)用開(kāi)發(fā)平臺(tái)。XENSIV 連接傳感器套件 (CSK) 支持基于英飛凌雷達(dá)、環(huán)境傳感器等傳感器的快速原型設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，是英飛凌第一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)傳感器平臺(tái)(圖2)。希望快速設(shè)計(jì)和部署物聯(lián)網(wǎng)解決方案的客戶(hù)可以訪問(wèn)英飛凌的綜合開(kāi)發(fā)生態(tài)系統(tǒng)，包括綜合傳感器庫(kù)、傳感器和連接用例的應(yīng)用代碼示例。所有這些特征都能顯著縮短客戶(hù)的智力家居或智能從概念驗(yàn)證到物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)完全開(kāi)發(fā)的時(shí)間。

圖2. 英飛凌 XENSIV 連接傳感器套件 (CSK) 配備了 XENSIV BGT60TR13C 雷達(dá) 和 XENSIV PAS CO2 傳感器。欲了解更多信息，請(qǐng)點(diǎn)擊訪問(wèn)

3. 英飛凌物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)的建設(shè)

XENSIV 連接傳感器套件 (CSK) 包括四個(gè)基本建筑塊(圖3):

圖3. 英飛凌 XENSIV 連接傳感器套件中的組件

3.1 感測(cè)

傳感器賦予物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備人類(lèi)感官，建立態(tài)勢(shì)感知。在英飛凌眾多傳感器產(chǎn)品的組合中，XENSIV DPS368 氣壓、XENSIV BGT60TR13C 雷達(dá)和 XENSIV PAS CO2 集成了傳感器 CSK 中。未來(lái)將繼續(xù)添加其他傳感器。感知元件在參考設(shè)計(jì)中非常獨(dú)特，還包括穩(wěn)壓器、電壓轉(zhuǎn)換器和振蕩器等所有必要的元件 [2]。在設(shè)計(jì)和測(cè)試階段節(jié)省了大量的時(shí)間和資源，降低了技術(shù)風(fēng)險(xiǎn) BOM 成本。

3.2 計(jì)算

微控制器 (MCU) 處理獲得的數(shù)據(jù)，做出決定，并與設(shè)備協(xié)調(diào)通信。微控制器在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的要求與物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用本身一樣多樣化。CSK 采用 PSoC 62是專(zhuān)門(mén)為物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的低功耗、高性能 32 位 Arm MCU。通過(guò)應(yīng)用代碼示例 ModusToolbox 提供軟件環(huán)境可以基于PSoC 更容易對(duì)平臺(tái)進(jìn)行評(píng)估和開(kāi)發(fā)。代碼示例包括三層：1. BSP(板級(jí)支撐包)，包括時(shí)鐘、外設(shè)和參考評(píng)估板引腳的配置說(shuō)明；2. 包括和 XENSIV 傳感器連接的函數(shù)；3. 算法層包括從傳感器原始數(shù)據(jù)到處理應(yīng)用輸出的整個(gè)信號(hào)處理鏈。

3.3 連接

基于上述概念，英飛凌專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)了LED驅(qū)動(dòng)電源的NFC控制芯片NLM0010和NLM0011，包裝非常緊湊SOT-23、5腳封裝，功能豐富�？稍诔鰪S前設(shè)置，也可在終端客戶(hù)安裝前根據(jù)不同光源設(shè)置，大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)和使用。模塊需要連接到物聯(lián)網(wǎng)，使設(shè)備相互通信，并與云實(shí)現(xiàn)通信。英飛凌的小物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì) CSK 提供了 AIROC 雙頻集成在單芯片解決方案中 2.4 GHz 和 5 GHz Wi-Fi 4 (802.11n) 和藍(lán)牙 5.0。我們使用軟件資產(chǎn)(軟件實(shí)例部分) CSK 演示了 MQTT 實(shí)現(xiàn)客戶(hù)端。MQTT 開(kāi)源發(fā)布/訂閱通信協(xié)議在物聯(lián)網(wǎng)中非常流行，因?yàn)樗梢钥缙脚_(tái)使用，同時(shí)占用最小的帶寬。在空間上解耦發(fā)布器(端)和訂閱器(端)(相互獨(dú)立)。連接到配置的客戶(hù)端 MQTT 代理：客戶(hù)發(fā)送消息(發(fā)布器)傳達(dá)傳感器事件，并從代理接收消息(訂閱器)。用戶(hù)無(wú)需為客戶(hù)端識(shí)別生成證書(shū)和密鑰；英飛凌負(fù)責(zé)幫助您實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。

3.4 安全

安全是物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)，因?yàn)橹挥性谇度胧较到y(tǒng)中有足夠的安全和隱私，才能建立必要的信任，以增強(qiáng)和充分探索物聯(lián)網(wǎng)的可能性。這是英飛凌 OPTIGA Trust M 其優(yōu)點(diǎn)是嵌入式安全解決方案和使用 CSK 安全移動(dòng)連接提供了理想的解決方案。運(yùn)行 OPTIGA Trust M 設(shè)置時(shí)，可從主機(jī)庫(kù)中受益，主機(jī)庫(kù)專(zhuān)用 API 為了與安全芯片交互，還可以從相互驗(yàn)證、安全通信、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)保護(hù)和安全 OTA 受益于軟件更新等示例應(yīng)用。

4. 支持 CSK 的用例

獲取、處理和解釋數(shù)據(jù)的能力以及與其他設(shè)備通信和連接的能力正成為降低功耗、提高各種環(huán)境安全甚至使我們的日常生活更加舒適的強(qiáng)大工具。

例如，為了通知附近是否有人類(lèi)目標(biāo)，對(duì)智能設(shè)備的功能有很高的要求。照明、聲音、加熱、制冷、通風(fēng)和門(mén)禁系統(tǒng)可以從這些信息中受益，及時(shí)激活，提高用戶(hù)舒適度，節(jié)約能源�；诶走_(dá)的高靈敏度，英飛凌不僅能檢測(cè)宏觀運(yùn)動(dòng)，還能檢測(cè)微觀運(yùn)動(dòng)。用戶(hù)與設(shè)備的交互會(huì)變得更加自然，因?yàn)橛脩?hù)不需要在感知元件之前揮手，以確保設(shè)備反應(yīng)。傳感器集成和算法開(kāi)發(fā)是主要挑戰(zhàn)，但英飛凌 CSK 可以在這方面提供幫助，可以為現(xiàn)有檢測(cè)提供參考設(shè)計(jì)和可立即部署的用例。

另一個(gè)用例體現(xiàn)在醫(yī)療保健和健康上:英飛凌 XENSIV BGT60TR13C 雷達(dá)傳感器可以檢測(cè)心肺活動(dòng)引起的引起的微妙運(yùn)動(dòng)。在不直接接觸或記錄隱私敏感信息的情況下，英飛凌的雷達(dá)解決方案可以保證呼吸和心跳的持續(xù)監(jiān)測(cè)。持續(xù)的生命體征跟蹤可以用來(lái)提高我們的健康意識(shí)，并幫助醫(yī)療保健專(zhuān)業(yè)人士研究生命體征信號(hào)與年齡、性別和生活習(xí)慣之間的關(guān)系。該解決方案為不同群體的健康和幸福提供了及時(shí)的信息：老年人可以在家里不斷監(jiān)測(cè)，從而減少去醫(yī)院和醫(yī)生診所的次數(shù)；你也可以在晚上監(jiān)測(cè)嬰兒，這樣父母就可以更方便和放心，不需要經(jīng)常檢查育兒室。

CSK 與 XENSIV PAS CO結(jié)合傳感器，可實(shí)現(xiàn)持續(xù)的空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)。通風(fēng)不良會(huì)降低氧氣含量和二氧化碳（CO2）積聚。即使是中等濃度 CO2 當(dāng)濃度達(dá)到時(shí)，也會(huì)對(duì)健康和工作效率產(chǎn)生負(fù)面影響 1000 ppm 人們開(kāi)始感到困倦，難以集中注意力。如果 CO2 當(dāng)房間內(nèi)空氣質(zhì)量惡化時(shí)，傳感器可以立即發(fā)出警告，這當(dāng)然是一件好事。然而，為了充分利用互聯(lián)網(wǎng)世界的可能性，CO2 傳感器預(yù)計(jì)將先將此類(lèi)警告發(fā)送到自動(dòng)化系統(tǒng)，然后通過(guò)調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)或自動(dòng)打開(kāi)窗戶(hù)來(lái)做出反應(yīng)。由于通風(fēng)系統(tǒng)、空氣凈化器和恒溫器的實(shí)時(shí)控制 CO2 智能家居的監(jiān)控系統(tǒng)可以從改善空氣質(zhì)量和更舒適的環(huán)境中受益。

需要考慮的一個(gè)方面是節(jié)能的巨大潛力，因?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)設(shè)備只能在用戶(hù)范圍內(nèi)激活。 [3] 約 50% 能源消耗來(lái)自建筑和工業(yè)供暖和制冷系統(tǒng)。例如，配備英飛凌 CO2 傳感器通風(fēng)系統(tǒng)可節(jié)省高達(dá) 55% 的能耗 [4][5]。當(dāng)建筑配備額外的智能恒溫器和建筑自動(dòng)化系統(tǒng)時(shí)，節(jié)能效果會(huì)更好。

圖4. XENSIV 連接傳感器套件支持的創(chuàng)新示例

一些用例(圖4)已被用作可部署的物聯(lián)網(wǎng)解決方案 CSK 實(shí)施。然而，英飛凌的物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)為新用例的實(shí)施做好了準(zhǔn)備：工程師可以簡(jiǎn)單地使用現(xiàn)有的代碼示例來(lái)探索無(wú)數(shù)未來(lái)的應(yīng)用程序，這可以給用戶(hù)帶來(lái)更多的舒適和方便，但也更環(huán)保。

這兩個(gè)IC使用非常簡(jiǎn)單，硬件電路主要涉及IC輸出信號(hào)設(shè)計(jì)，Vcc天線(xiàn)設(shè)計(jì)。

5. 結(jié)論

開(kāi)發(fā)可靠的智能解決方案需要多個(gè)組件的合作——這對(duì)工程師來(lái)說(shuō)是一個(gè)真正的挑戰(zhàn)，特別是考慮到大量可選的制造商，并掌握每個(gè)組件所需的深度知識(shí)。無(wú)線(xiàn)與嵌入式系統(tǒng)的相互作用不容忽視，安全、云集成和能源管理也不容忽視。此外，為了控制互聯(lián)設(shè)備的行為和反應(yīng)，必須收集、合并和處理環(huán)境數(shù)據(jù)。處理這些挑戰(zhàn)非常耗時(shí)，需要大量的專(zhuān)業(yè)知識(shí)。使用英飛凌 XENSIV 連接傳感器套件可以加速物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的開(kāi)發(fā)：該套件不僅能收集準(zhǔn)確、多樣化的數(shù)據(jù)，還能充分利用情況感知。

6. Alessandra Fusco 高級(jí)工程師系統(tǒng)應(yīng)用

Alessandra Fusco 目前在慕尼黑英飛凌科技有限公司擔(dān)任物聯(lián)網(wǎng)傳感器系統(tǒng)組技術(shù)總監(jiān)，是一名經(jīng)驗(yàn)豐富的系統(tǒng)應(yīng)用工程師。她專(zhuān)門(mén)研究消費(fèi)者應(yīng)用的算法和系統(tǒng)設(shè)計(jì)。目前，她正在研究結(jié)合傳感器、邊緣分析和連接的創(chuàng)新應(yīng)用解決方案。該方案適用于從超聲波目標(biāo)跟蹤到雷達(dá)生命感應(yīng)算法開(kāi)發(fā)的應(yīng)用。過(guò)去，Alessandra 研究范圍涵蓋了從構(gòu)思到解決方案上市部署的整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。

7. 文獻(xiàn)

[1] Statista，家庭變得越來(lái)越智能。 https://www.statista.com/chart/27324/households-with-smart-devices-global-iot-mmo/

[2] 有關(guān) KIT_CSK_BGT60TR13C https://www.infineon.com/cms/en/product/evaluation-boards/kit_csk_bgt60tr13c/ 和KIT_CSK_PASCO2https://www.infineon.com/cms/en/product/evaluation-boards/kit_csk_pasco2/更詳細(xì)的信息，請(qǐng)參閱用戶(hù)手冊(cè)。

[3] 歐盟委員會(huì)，供暖和制冷。 https://energy.ec.europa.eu/topics/energy-efficiency/heating-and-cooling_en

[4] 占用檢測(cè)通過(guò)環(huán)境感知進(jìn)行，Jin 等人。2016

[5] 占用驅(qū)動(dòng)恒溫器對(duì)住宅樓的節(jié)能影響，Wang 等人。2020

8. 信息框– ModusToolbox

英飛凌的 ModusToolbox 該軟件是一個(gè)現(xiàn)代、可擴(kuò)展的開(kāi)發(fā)環(huán)境，支持廣泛的英飛凌微控制器件。該軟件提供了一套靈活的工具，以及以應(yīng)用為中心的多樣化、高質(zhì)量的軟件集合。它包括配置工具、低級(jí)驅(qū)動(dòng)程序、數(shù)據(jù)庫(kù)和操作系統(tǒng)支持，其中大部分 Linux、macOS 和 Windows 托管環(huán)境兼容。