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2010年工信部、國家標準委員會成立物聯網聯合組工作。智慧地球與物聯網備受關注，推動了智能建筑的發展。本文從物聯網中傳感器芯片的角度出發，重點闡述獨立開發物聯網芯片對智能建筑的智能化和低成本化的重要意義，介紹了三種十分有代表性的主流芯片的結構和性能。物聯網將是互聯網后新一輪技術革命，是第三次信息產業浪潮。

物聯網核心技術包括：（1）射頻RFID、條碼、GPS、紅外激光等各類傳感器技術及識別技術，解決物體定物、定位、定量(包括芯片研發)的數據采集；（2）傳輸技術：傳感器網、視聯網、互聯網、智能網；（3）后臺管理平臺技術(云計算)；（4）物聯網與視聯網融合技術。物聯網從技術架構上來講可分為三層，分別是感知層、網絡層和應用層。那么僅僅在感知層方面，物聯網對智能建筑產生什么影響呢？感知層是實現物聯網全面感知的基礎，應用的技術包括傳感器、射頻識別（RFID）、識別碼和智能卡等，其主要功能是通過傳感設備識別物體，采集信息。傳感器、智能卡等技術在智能建筑中早有體現，已經融入了物物相連的意識和形態。例如建筑設備管理系統就采用了傳感器技術、計算機和現代通信技術對建筑的電力、空調、電梯、給排水、消防系統等設備實行全自動的綜合監控管理，實現各類參數的實時控制和監視、各種動力設備的起?？刂婆c監視、各種設備運行狀態顯示、設備非正常狀態的報警等功能；信息化應用系統中就應用了智能卡技術，作為識別身份、門鑰、重要信息系統密鑰。位于物聯網感知層的物，要求帶有CPU以及專門的應用程序，能發送、傳輸、接受數據，還必須遵循物聯網的通訊協議，不僅能識別物體，還必須能主動提供信息，與別的物體和人實現信息交流和共享。因此，將運用新技術的傳感設備替代傳統的傳感設備，運用于建筑物各設備和設施中，就能提升建筑物智能化程度，使建筑物到達物聯網時代智慧的目標。既然有如此強大的優勢，為什么物聯網技術沒有被廣泛的應用呢？目前面對的主要瓶頸和挑戰之一就是芯片和傳感器技術有待突破，為智能建筑提供質優價廉的傳感設備。將來的傳感設備發展方向一定是低成本、微型化、功耗小、高性價比。但是我國擁有芯片自主研發技術的企業少之又少，芯片主要靠進口，可靠性和安全性較低；芯片產業化水平較低，造成芯片成本較高，一個要幾百甚至上千。試想，一棟智能建筑，需要成千上萬個芯片，高成本必然造成建筑成本大增，影響了物聯網的高效應用。下面簡要介紹若干種當前主流芯片的架構和優缺點。

1MSP430F149傳感器芯片

1．1芯片基本架構節點設計傳感器節點主要包括五個模塊：主控芯片模塊、射頻芯片模塊、傳感器模塊、上位機模塊和電源控制模塊。端機節點與基站節點有所區別：基站節點無傳感器模塊，而端機節點無上位PC機模塊。主控芯片MSP430F149是TI（TexasInstruments，美國德州儀器）推出的一款16位超低功耗單片機，供電電壓只需1.8～3.6V，具有16位RISC結構、125ns指令同周期、多達60KBFLASHROM和2KBRAM，另外它還配有：12位A/D轉換器（自帶采樣保持）、內部溫度傳感器、16位定時器Timer_A/Timer_B、2個串口（可工作于UART或SPI模式）、6個并口（2個具有中斷能力）和硬件乘法器，整個電路結構緊湊且高效。MSP430F149控制傳感器采集環境中的溫度、振動數據，并對原始數據進行初步處理，再由無線收發模塊將數據發送給相鄰節點。數據經傳感器網絡節點的一級級轉發最終發送回主機，實現對環境的監測MSP430F149是MSP430X1XX系列中功能最強的單片機。MSP430F149包含的組件為[2]：（1）基礎時鐘模塊，包括1個數控振蕩器（DCO）和2個晶體振蕩器；（2）看門狗定時器WatchdogTimer，可用作通用定時器；（3）帶有3個捕捉／比較寄存器的16位定時器Timer_A；（4）帶有7個捕捉／比較寄存器的16位定時器Timer_B；（5）2個具有中斷功能的8位并行端口：P1與P2；（6）4個8位并行端口：P3、P4、P5與P6；（7）模擬比較器COMPARATOR_A；（8）CPU(MSP430F149)電池（CR2032）無線收發模塊（nRF401）溫度傳感器（DS18B20）串口模塊（MAX3316）；（9）2通道串行通信接口（軟件選擇UART/SPI模式）；（10）1個硬件乘法器；（11）60KB+256字節FLASH，2KBRAM。MSP430F149豐富的片內外設可使整個電路變得異常簡化，減少了節點的功耗和體積。

1.2MSP430F149的供電電源性能分析。MSP430系列單片機最大的優勢就是它的超低功耗，在1.8V～3.6V電壓、1MHz的時鐘條件下運行，耗電電流在0.1μA～400μA之間，RAM在節電模式耗電為0.1μA，等待模式下僅為0.7μA。能耗是無線傳感器網絡的瓶頸，節點必須依靠電池供電，所以CPU采用MSP430F149是最佳的選擇。MSP430F149采用16位RISC結構，其豐富的尋址方式、簡潔的內核指令、較高的處理速度（8M晶體驅動，指令周期125ns）、大量的寄存器以及片內數據存儲器使之具有強大的處理能力。另外，MSP430F149的運行環境溫度范圍為－40℃～+85℃，可以適應各種惡劣的環境。系統結構節點由多種傳感器、中央處理器、無線收發器和高效電池組成，按照一定的協議組成無線傳感器網絡。

1．3實際運用。運用MSP430F149開發的辦公樓智能監控系統，能實現室內溫度、濕度的檢測與控制，火情檢測以及室內照明燈、飲水機的控制。可以實現辦公樓環境實時數據的采集、實時數據曲線的繪制、歷史數據曲線的顯示、實時控制參數的修改，從而實現對辦公樓環境的監測和控制。

2MZM芯片卡物聯網MZM(機對機)芯片卡，將無線射頻技術與MZM芯片卡技術創造性的結合起來，擴展了MZM芯片卡的應用領域，可作為身份識別卡使用，用于無線終端產品;也可以存儲少量的數據，通過手持設備與板上RF電路通信然后寫入MZM芯片，滿足不同環境要求，可在苛刻的環境條件下穩定工作。同時實現GSM對MZM芯片卡的讀寫操作，及RF通過無線的方式對MZM芯片卡的讀寫操作，對MZM芯片卡讀寫的快速高效切換，用作身份識別卡即用即寫號，不占用號碼資源;固定焊接安裝，不可拆卸，使用簡單且增加了可靠性，適用于智能建筑自動關窗、自動照明、遠程監控等領域，根據不同的環境要求，分為商業級、工業級和汽車級。3MB97R8030———富士康公司設計

3．1原理和架構。無源RFID芯片MB97R8030可以兼容EPCglo－balC1G2，該芯片擴展了EPC功能，用戶能訪問存儲2KBytes容量的信息。除射頻接口外，MB97R8030還增加了SPI接口模式以供用戶選用。包括整流器、時鐘產生、電源、電源控制及調制與解調電路。通過片上SPI接口可以訪問片內用戶存儲區，此時需外接VDD供電，包括I／O控制、命令解釋、FRAM訪問控制及數據轉換電路。

3．2性能和優勢。MB97R8030采用FRAM作為存儲器，與傳統的基于E2PROM的RFID芯片相比，FRAMRFID芯片的優點，一是FRAM寫入速度是E2PROM的25倍，而且FRAM存儲器讀數據與寫數據的速度是一樣的，由于速度快且功耗低，FRAM存儲器非常適合用來制作大容量RFID芯片；二是FRAM讀寫次數幾乎不受限制，這一特點非常適用于RFID應用領域，因為RFID標簽經常需要反復讀寫；三是FRAM在經過放射線照射后數據仍可保存，這使其能適應更加惡劣的環境。MB97R8030主要特性如下：MB97R8030的讀寫速度較快，讀寫器到標簽的速率為26．7～128KB／s，標簽到讀寫器的速率為40～640KB／s；用戶存儲區以塊（16字節）為單位進行寫保護，以區（256字節）為單位進行讀保護；可以通過SPI訪問用戶區數據；帶有2KB／s非易失性高速可讀／寫FRAM存儲器，用戶區有1664字節；訪問次數可達1010次；數據保存時間可超過10年。典型應用射頻識別標簽的存儲容量一般在2KB以內，典型物聯網型的標簽數據容量為64B、128B、1KB和2KB，通常認為更多的存儲容量并沒有太大的意義。但是隨著RFID產品應用范圍的不斷擴展，各種新興的應用對大容量RFID標簽提出了需求。另外，有源標簽體積大、造價高、電池需要維護，不適合小型化，這也促使無源標簽迅速發展。UHF頻段860～930MH無源標簽造價低廉，最小識別距離在3～8m，是一個被大家看好的發展方向，無源標簽的典型應用為車輛識別、人員身份識別和倉儲物流等。傳感器芯片已經成為限制物聯網技術發展的最大瓶頸之一。隨著各國都積極開發核心技術傳感器和其芯片，相信不久的將來，傳感器芯片的應用必將改變當前智能建筑的不夠智能的現狀，將物聯網時代的智能建筑技術推向一個新的高度。