工业物联网：探索适用于稳健应用的微控制器

工业物联网（iot）设备需要特殊的微控制器（mcu），区别于消费电子设备，工业mcu以其低功耗、耐用性、可靠性、广泛的通信接口和低延迟而著称。它们在自动化、控制、测量、仪表、安全和人机界面等工业应用中扮演着至关重要的角色，满足行业标准和监管要求。

当我们想到物联网 (IoT) 时，我们的想象往往局限于消费应用：智能家居、智能交通、智能办公室等。然而，这些只是物联网的冰山一角。在表面之下隐藏着一个庞大的工业物联网和工业微控制器 (MCU) 世界。

但就像工业溶剂需要一种特殊的配方，与普通的厨房洗手液不同，工业物联网设备的技术组件与使智能家居 HVAC 系统顺利运行的组件截然不同。在 MCU 方面，这种区别最为明显。

微控制器和工业物联网

工业领域的物联网设备通常体积小且不显眼——毕竟它们并不是主角。它们整合了传感器从周围环境收集的数据；例如温度、湿度、运动或光照信息。MCU 负责与这些传感器交互，分析它们捕获的数据，并将其转换为核心技术响应的操作信号。

尽管工业 MCU 体积小，但在这里却发挥着关键作用。它们通常是自动化、控制和监控流程、机械和设备可操作性的支柱。MCU 经常用于电机控制 – 管理电动机的速度、方向和扭矩。此应用对于精确高效地运行电机至关重要，您会发现它几乎适用于所有行业：制造业、机器人技术、汽车业，甚至航空航天业。

您还会发现，用于工业测量和仪器仪表的物联网设备中也使用了 MCU。这些设备可能包括万用表、示波器、压力传感器、温度控制器和流量计。这些测量应用对于能源管理系统非常重要，物联网设备在其中监控和控制消耗、调节电源、管理可再生能源并优化整个工业流程的效率。

MCU 也是工业安全和安保系统不可或缺的组成部分。您会发现它们用于火灾探测和报警系统、监控网络和入侵检测设备。

也许工业物联网 MCU 最明显的应用就在您的指尖。MCU 被广泛用于开发人机界面 (HMI)，例如触摸屏、键盘和其他可用于与特定工业系统交互的方法。HMI 提供控制、覆盖和监控功能。

工业微控制器的主要特点

与智能手机或笔记本电脑中功能更强大的处理器相比，MCU 的处理能力通常有限。但由于 MCU 被设计为轻型组件，且功能较少且高度定制化，因此其能耗更低，总体产出效率更高。

这在工业环境中尤其有用，例如，在工厂车间可能会有数十到数千台物联网设备在运行。这些设备需要配备长时间不间断运行的设备，这意味着它们还需要确保高效的电池使用和更长的产品生命周期。

1、耐用性

除了能源效率之外，工业物联网 MCU 的设计还考虑了坚固性和耐用性——它们旨在在恶劣环境下可靠运行（极端温度、振动、电磁干扰等）。那些对温度有反应的 MCU 通常比消费级 MCU 提供更广泛的热读数。

2、可靠性

设计工业物联网设备的工程师知道他们必须优先考虑可靠性，因此他们经常将冗余功能整合到 MCU 中以确保不间断的可操作性。增强可靠性的功能可能包括看门狗定时器、内置自检机制、错误检测和纠正电路以及容错计算机架构。

3、沟通

工业 MCU 通常提供比消费级 MCU 更广泛的通信接口选项，而消费级 MCU 通常仅依赖无线互联网或蓝牙技术。工业 MCU 的连接选项包括以太网、控制器局域网 (CAN)、RS-485和工业数据通信协议（如Modbus 或 Profibus），以及标准 Wi-Fi 和蓝牙连接。

4、遵守

工业微控制器旨在满足某些行业标准和监管要求，确保物联网设备符合安全性、可靠性和质量规则。它们通常经过严格的测试和认证。

5、低延迟

工业物联网设备需要能够立即记录并响应温度变化或近距离传感器。毕竟，如果机器温度过高且不立即关闭，则可能导致火灾或机器部件严重损坏。如果机器运行时人靠得太近，除非物联网设备立即响应近距离数据并将其关闭，否则该人可能会受到严重伤害。这就是为什么许多工业 MCU 都具有实时操作系统，以提供最低的延迟。此外，工业物联网应用通常使用直接点对点 (P2P) 连接来确保 MCU 尽可能灵敏。

五款最佳工业微控制器

选择工业微控制器在很大程度上取决于产品的具体要求、应用需求和用户偏好。但以下是五款常用于工业物联网环境的流行 MCU，它们以其性能、功能和行业认可度而闻名。

1、ESP32 系列

乐鑫的 ESP32 系列 MCU 通常基于 RISC-V 或 ARM 架构，具有相对较高的性能和超低功耗。它们具有广泛的工作温度范围和多功能性。这些 MCU 具有广泛的外设集，包括GPIO、UART、SPI、I2C、USB、Wi-Fi 等。该系列中的几款产品还提供大量片上存储器（闪存和 RAM）、高级计时器和模数转换器 (ADC)。

ESP32 MCU 具有实时处理能力、丰富的通信接口和充足的外设支持，非常适合工业自动化和控制系统。它们也是低成本安全摄像头的热门选择。

2、LPC 系列

NXP 的 LPC MCU（例如 STM32）基于 ARM Cortex-M 架构。它们以处理中断的高级功能而闻名。因此，LPC 经常用于需要长期不间断运行、装配线控制、过程监控等的工厂自动化系统。

3、PIC32系列

Microchip 的 PIC32 系列 MCU 基于 MIPS32 架构。与 STM32 一样，它们不仅提供丰富的外设集，还提供高速脉冲宽度调制 (PWM)模块，可有效控制电机、电源转换器、LED 和其他物联网设备组件。

由于这些原因，PIC32 MCU 是用于电机控制系统（如机器人、机床、泵和传送系统）的绝佳选择。

4、SAM 系列

Microchip 的 SAM 系列 MCU 也依赖于 ARM Cortex-M 架构，以其先进的加密和安全功能而闻名。它们通常集成用于加密算法的硬件加速器，例如高级加密标准 (AES) 和安全哈希算法 (SHA)。它们还支持启动功能，可确保在系统启动期间仅执行受信任和经过身份验证的固件。

由于这些原因，SAM MCU 最适合应用于需要保护敏感数据、防止未经授权的访问以及确保固件和通信系统完整性的工业物联网设备。

5、MSP430系列

德州仪器的 MSP430 系列 MCU 采用16 位 RISC 架构，专为超低功耗应用而设计。因此，这些工业微控制器受到需要低功耗和高效处理的物联网设备的青睐。您会在许多电池供电的工业物联网设备中找到 MSP430 MCU，因为它们独特的能效可节省电池并延长产品使用寿命。

最后的想法

市场上有许多适用于工业物联网设备的 MCU 选项。正如我们所讨论的，许多 MCU 提供独特的功能，非常适合不同的应用。希望通过本文中探讨的信息，您现在对不同的 MCU 系列如何满足或不满足您的特定需求有了基本的了解。 

但上面详述的选项只是现有选项的一部分——请放心，几乎对于所有可以想象到的工业环境，都有适合您的 MCU。祝您好运。

以上就是工业物联网：探索适用于稳健应用的微控制器的详细内容，更多请关注叮当号网其它相关文章！