专为物联网而设的Wi-Fi/BT/ZigBee无线芯片或模块及其应用

自物联网技术应用以来，智能家居行业正如火如荼地快速发展，已经从遥控掌握发展到手机远程控制，网络传输信号也从有线一跃而升为无线，既降低成本，低碳节能。在众多的无线连接技术中，应用最广泛和普遍的当属WiFi/BT/ZigBee，这三种技术，各有所长，分别适用不同的应用场景，成为物联网无线连接最流行的通信协议。
　　从2013年至今，整合无线的单芯片MCU、集成MCU和无线功能的模块、整合嵌入式处理器和无线的单芯SOC等产品和方案全线开花。盘点TI、ST、Marvell、飞思卡尔、博通、高通、联发科、恩智浦等主流芯片商推出的那些专为物联网而设的WiFi/BT/ZigBee无线芯片或模块，分析其特点和适合应用的场景。
　　一.整合无线的单芯片MCU
　　1、TI 最新SimpleLink WiFi平台专为IoT而设 提供灵活选择
SimpleLink WiFi 平台为用户提供了灵活选择：CC3200集成了可编程 ARM？ Cortex？-M4 MCU，允许客户添加其特有的代码；而CC3100已经为8、16、32位的MCU提供了接口，可搭配用户需要使用，并通过TI的IoT云生态系统成员拥有了云连接支持能力。
　　SimpleLink WiFi 平台为用户提供了灵活选择：CC3200集成了可编程 ARM？ Cortex？-M4 MCU，允许客户添加其特有的代码；而CC3100已经为8、16、32位的MCU提供了接口，可搭配用户需要使用，并通过TI的IoT云生态系统成员拥有了云连接支持能力。
　　2014年6月份，TI推出了SimpleLink WiFi 系列WIFI平台，专为IoT而设计，包括CC3100/3200，平台具有高度的灵活性，其中3200在单芯片中集成了射频及模拟功能电路，将WiFi 平台与ARM Cortex-M4 MCU整合在一起，实现了低功耗、单芯片WiFi解决方案；而CC3100可与任何MCU配合使用。这两款芯片都具有很低的功耗，提供低功耗射频和高级低功耗模式，尤其适用于电池供电式设备的开发。
　　两款产品都可让用户利用快速连接、云支持和片上WiFi、互联网和稳健的安全协议实现针对IoT的简易型开发，无需具备开发连接型产品的先前经验，就能够轻松地为众多的家用、工业和消费类电子产品增添嵌入式WiFi和互联网功能。
　　应用场景：该平台不仅能应用于智慧家居，也能应用于工业通信。例如可用于工业设备的无线服务通道，为无监视器的非接入式设备提供智能、便利和服务；可采用现有的 WiFi 网络基础设施以实现电池供电式设备的室内资产跟踪；还可给工厂配电板增添WiFi功能以对耗电量和设置等进行控制、监测和分析，实现智能能源控制。
　　2.Marvell 从WiFi到蓝牙到Zigbee 全线的无线MCU平台
　　Marvell全线无线MCU平台覆盖WiFi，蓝牙，Zigbee，提供高集成度，显着提高了性能、降低了功耗并降低了总体用料成本，搭配软件开发平台Marvell EZ-Connect，让开发者短短几天实现应用开发。
　　2014 年6月份，Marvell发布针对物联网应用的全面的无线MCU平台：MW300 Wi-Fi微控制器、MB300蓝牙微控制器和MZ100ZigBee微控制器。在单一芯片上集成MCU、RF收发器、网络/无线协议栈的基础上，还集成了软件开发套件和调试工具，并提供从多层安全保障。
　　其中MW300 Wi-Fi微控制器支持802.11n Wi-Fi、内置全功能微控制器的单芯片SoC，面向低功耗进行了有针对性的优化，实现了深度低功耗状态，同时降低了正常工作时的功耗，适用于各种基于电池供电的应用场景；MB300蓝牙微控制器是支持双模蓝牙4.1、集成了微控制器的真正单芯片SoC，实现经典蓝牙与智能蓝牙并存运行，内置语音功能支持高分辨率ADC以及与麦克风的直连，MZ100 ZigBee微控制器是支持802.15.4/ZigBee、集成了微控制器的单芯片SoC，提供Wi-Fi与蓝牙的共存，易于与传感器、起动器以及其他组件连接，减少了外部组件和PCB面积。Marvell EZ-Connect 软件平台支持这个最新的无线产品系列，基于该平台大大减少开发时间。
应用场景：可穿戴设备、家庭自动化、家庭安防、个人保健、智能家电、配饰与遥控器、汽车、照明、工业互联网等市场。3款芯片分别适用不同的应用场景：其中MW300 Wi-Fi微控制器主要适用于智能家居中冰箱、冷气机等家电和家用电器与家庭网络的长时间连接；MB300蓝牙微控制器适合于装置之间的“互动”；MZ100ZigBee微控制器在智能照明以及多终端互联方面的优势明显。
　　二.集成MCU和无线功能的模块
　　1.Microchip RN4020蓝牙智能模块可连接主机MCU使用或独立运行
　　支持最新的蓝牙4.1，具有功耗低、发射距离远、尺寸紧凑等特点，它可以连接到任意一款具有UART接口的单片机（包括数百款PIC？ MCU），也可以无需MCU地独立运行。
　　Microchip 在收购Roving Networks公司后不久的2012年9月份，就快速推出了WiFi无线模块 RN-171和RN-131，可连接任何PIC MCU，2013年又陆续发布 MRF24WG0MA/MB WiFi模块，集成无线模块和PIC MCU，支持低数据速率的Wi-Fi传感器网络，家庭自动化，楼宇自动化和消费电子应用。
　　2014年6月份，Microchip蓝牙 4.1低功耗模块RN4020发布，提供一个发射功率为7 dBm、接收灵敏度为-92.5 dBm的内置PCB天线，使模块的有效工作距离超过100米，而尺寸却非常紧凑仅为11.5×19.5×2.5mm。RN4020是一种板载协议栈模块，它可以连接到任意一款具有UART接口的单片机（包括数百款PIC？ MCU），也可以无需MCU地独立运行，进行基本的数据采集和通信，其应用如灯标或传感器等。独立运行模式基于Microchip独特的非编译脚本而实现，它使用简单的ASCII命令接口来进行模块配置，而无需工具或编译。
　　应用场景：适用于家庭自动化和家用电器，照明类应用，以及医疗设备、可穿戴设备，玩具、标签、表链和遥控装置，基于脉冲和接近传感器的系统，甚至各种工业应用。
　　2.Atmel SmartConnect SAM W23模块 融合无线与控制优势
　　集成了WiFi连接、网络协议、安全等功能，以及Atmel的ARM Cortex M0+微控制器技术，既可将SAM W23 平台作为独立系统使用，也可将其作为功能扩展方案使用，从而在当前设计中实现WiFi连接。
　　鉴于物联网市场的强大攻势，Atmel在融合其在无线与控制两方面的强大优势，2014年6月份，Atmel推出了全新的MCU品牌--Atmel SMART以及SmartConnect SAM W23模块，该模块基于 Atmel超低功率WiFi系统芯片，实现了低功率MCU与Wi-Fi解决方案的结合。SAM W23模块整合了WiFi功能，设计人员无需再学习WiFi堆栈，从而能够专注于提升产品功能。
　　SAM W23模块是为那些寻求将WiFi连接与IEEE802.11、RTOS、IP堆栈或RF进行整合的设计人员提供的理想解决方案，此外，该模块可提供应用和安全协议（如TLS）、集成网络服务（TCP/IP堆栈）和标准的实时操作系统（RTOS），这些全部可以在Atmel Studio 6的集成开发平台（IDP）通过简单的串联主机接口（SPI、UART）实现。
　　应用场景：适用于为广泛的住宅、医疗、工业、消费、智能能源和可穿戴设备市场。
　　3.飞思卡尔 Kinetis W系列无线模块 在Zigbee领域有优势
Kinetis KW2X无线模块降低功耗，集成了在高端处理器中才提供的高级安全特性，支持高级加密方法，如密钥生成、安全存储器和篡改检测功能，提供512KB闪存和 64KB RAM，以及64K的FlexMemory，方便用户灵活使用，搭配Kinetis开发工具，可进一步加快产品开发速度。
　　Kinetis KW2X无线模块降低功耗，集成了在高端处理器中才提供的高级安全特性，支持高级加密方法，如密钥生成、安全存储器和篡改检测功能，提供512KB闪存和 64KB RAM，以及64K的FlexMemory，方便用户灵活使用，搭配Kinetis开发工具，可进一步加快产品开发速度。
　　MCU 是飞思卡尔的战略重点，在物联网时代，飞思卡尔也打起了物联网的算盘，通过整合MCU和Zigbee无线技术和RF收发器，推出了一系列的整合式MCU— Kinetis W系列，可为2.4GHZ Zigbe/ IEEE 802.15.4应用和低于1GHZ的IEEE 802.15.4提供灵活的产品选择。
　　2013年年底，飞思卡尔推出了Kinetis系列KW2x无线MCU。KW2x是一款低功耗、紧凑型集成式器件， 由一个高性能可兼容IEEE 802.15.4的2.4 GHz无线收发器和一个强大的ARM Cortex-M4 MCU系统组成，并配有数据连接和高精度混合信号模拟外设。
应用场景：KW2x无线MCU主要在智能能源、家庭/楼宇自动化、医疗保健、家庭娱乐等场景使用，典型的应用有：由仪表、网关家用显示器和互连设备构成的家庭网络；联网楼宇控制以及具备灯光控制、暖通空调和安保等功能的家庭自动化应用。
　　4.恩智浦 JN516x无线MCU模块 剑指智能家庭
　　对智能照明、住宅自动化和能源管理应用而言，JN516x无线MCU模块系列汇集价格/性能、片上存储器和超低功耗及软件堆叠选择的最佳组合。尤其恩智浦还推出了LightPRO智能照明系统模块，允许构建具有多达500个节点的智能照明网络，完美涵盖商业和公共照明应用。
　　从2011年开始，恩智浦就以智能照明为突破口，进攻物联网，起初在其LPC系列MCU中并未整合无线功能。2013年年初，恩智浦推出针对物联网的JN516x系列无线MCU模块，包括JN5161、JN5164或JN5168，整合了无线功能。
　　该模块配置了高性能的32位RISC处理器，内嵌Flash和E2PROM，通过可变宽度指令、多级指令流水线、低功耗与可编程时钟速度来提高代码效率。同时片上还具有一个符合IEEE802.15.4 2.4GHz标准的无线收发器以及一系列丰富的模拟、数字外设。配合超低的工作电流和低功耗睡眠特性，可以使设备利用纽扣电池供电并延长电池的寿命。
　　应用场景： 配合恩智浦的应用商业开和评估套件，开发人员可以可在智能照明、资产管理、楼宇控制、智能能源、家庭自动化、远程控制等领域开发应用。基于JN516x，业界已经开发出众多成功的商用产品，如Cherry的无线电能采集开关，无需电池或供电连线，利用一次按压开关的动作就可以发送8个无线数据包的能量，从而实现球泡灯的开关甚至调光的功能。
　　5.ST意法半导体 SPWF系列微型智能WiFi模块 低功耗小尺寸
SPWF系列的微型智能WiFi模块具有低功耗和小尺寸，可方便地与物联网（IoT）设备及独立的802.11 b/g/n设备进行即插即用式的集成。
　　SPWF系列的微型智能WiFi模块具有低功耗和小尺寸，可方便地与物联网（IoT）设备及独立的802.11 b/g/n设备进行即插即用式的集成。
　　瞄准物联网商机，ST意法半导体除了可提供各种低功耗、低成本的ARM Cortex-M处理器系列的STM32 MCU，还整合WiFi技术，推出了SPWF系列的微型智能WiFi模块。PWF01S WIFI模块配置为单片802.11收发器，具有集成的PA和STM32 ARM Cortex-M3 32位MCU，可提供1.5MB和512KB的闪存选择以及64 KB RAM，支持广泛的GPIO，还包括时钟及稳压器，可方便地与物联网（IoT）设备及独立的802.11 b/g/n设备进行即插即用式的集成。
　　此外，ST意法半导体已增辟产品线，大举推出整合32位元Cortex-M核心MCU及2.4GHz射频收发器、蓝牙技术，拟推出支持下一代多通信协议（Multi-Protocol）的无线MCU方案，以克服各种物联网设备开发挑战。
　　应用场景：产品可在智能家电、工业控制和数据采集、家庭自动化和安全系统、无线传感器、电缆更换、医疗设备 、机器对机器的通信等应用场景下使用。
　　三.整合嵌入式处理器和无线的单芯SOC
　　1.博通 WICED平台 WiFi BCM4390+蓝牙BCM2073X 高集成低功耗
　　作为领先的半导体厂商，博通在无线领域的优势有目共睹，芯片集成度高，并显着降低功耗。WICED平台提供一站式的多样化应用，客户在上面做不同的软件开发以实现不同的应用。
　　2013 年6月份，博通发布针对物联网应用的单片WiFi解决方案--BCM4390，这也是博通嵌入式设备互联网无线连接WICED产品组合的一部分。 BCM4390 SoC符合IEEE 802.11b/g/n标准，在单一芯片集成了PA和LNA2.4GHZ RF收发器、通用异步收发器（UART）等，在应用处理器中灵活实现了实时操作系统（RTOS）、网络协议栈，为低功耗、高性能、互操作性强的无线连接功能奠定了基础，帮助微控制器嵌入式设备降低功耗、减少成本。
　　除了WiFi方案，WICED还不断发展，2014年6月份，博通发布了适应于物联网领域的WICED Smart蓝牙SoC芯片BCM20737。新品具有三大特性：支持Bluetooth Smart标准（蓝牙4.0及以上）、iBeacon技术，可以加快临近检测速度；支持A4WP无线充电；支持RSA 4000比特加密与解密，可以为产品间数据传输进行加密。
　　应用场景： BCM4390适用于8和16比特微控制器系统，帮助低功耗、电池供电的设备实现WiFi连接。BCM4390初步支持的应用包括运动健身、健康以及安防和自动化。基于WICED平台的创新技术可以帮助OEM实现利用单一芯片在更小型家用电器上进行连接，包括慢炖锅、灯具等。BCM20737适用于玩具、医疗设备、远程控制等方面的实际使用需求，同时对苹果iBeacon技术的支持使其在区域限定和设备检测方面具有优势。
　　2.高通Atheros 低功耗单芯片WiFi平台QCA4002/4004
QCA4002/QCA4004采用低功耗技术，如动态功率调整Green TX功能，可让设备在邻近其他设备或接入点的情况下，减少最多1/2的传输功率，搭配睡眠模式，可实现更节能的通信功能。另外，无论用户开发高端或者低端的应用，平台都可以满足需求。
　　QCA4002/QCA4004采用低功耗技术，如动态功率调整Green TX功能，可让设备在邻近其他设备或接入点的情况下，减少最多1/2的传输功率，搭配睡眠模式，可实现更节能的通信功能。另外，无论用户开发高端或者低端的应用，平台都可以满足需求。
　　2013 年9月份，高通Atheros 推出低功耗单芯片WiFi平台QCA4002/4004，以期布局飞速发展的物联网市场，这也是高通专门为物联网应用推出的基于802.11n的单芯片平台。 QCA4002/4004不但在芯片设计上采用一颗单芯片处理器和内存，无需使用其它MCU产品，还同时纳入了IP堆栈、软件中间件架构AllJoyn以及完整的网络服务，以协助客户以最低的开发成本，将低功耗WiFi功能增加至任何产品。由于采用的是单芯片设计，这两个平台的功耗非常低，而且在2.4G 和5G两个频段都可以运行。
　QCA4002与QCA4004的区别在于QCA4002是一个子系统，可用于一些要求强大的MCU或高内存的应用场景，通过搭配各种各样的MCU或内存等来实现。而QCA4004用于一些较低端的应用，内置的CPU可以独立实现很多应用。
　　应用场景：QCA4002/4004可应用于家庭和办公室的各种新设备，包括洗衣机、空调设备、热水器等家电、消费电子产品以及用于家庭照明、安全和自动化系统的传感器及智能插座。目前，海尔已在其洗衣机/烘干机和空调设备上采用了QCA4004。
　　3.MTK 单芯片wifi soc MT7688/MT7681 为智能家居而设
MTK宣称这两款新品低功耗，支持Smart Connection 智能手机应用程序，可实现照明灯具、智慧电视、智慧门锁等家电的网络连接。
　　MTK宣称这两款新品低功耗，支持Smart Connection 智能手机应用程序，可实现照明灯具、智慧电视、智慧门锁等家电的网络连接。
　　提起MTK，大家最想联想到的是移动处理器，但其实在物联网领域，MTK也积极进攻。在2014年6月份举行的台北电脑展上，MTK推出了两款智能家居系统wifi芯片MT7688及MT7681。
　　MT7688 采用Linux系统，支持802.11n，内建MIPS24KEc/580MHz处理器，256MB内存以及AES128/256加密引擎，可处理更为复杂或数据密集型的智能家居设备，比如IP投影机及家庭监控系统。而MT7681则主要针对如灯泡、门锁、插座等小型设备，支持802.11n，可轻松为嵌入式设备设计网络服务，整合电源管理单元、低频放大器、射频切换器，所有功能都整合在40针脚的5*5毫米的封装中。
　　应用场景：MT7688适合研发较为复杂的智能家居设备，而MT7681适合灯泡、门锁、插座等小型设备的应用研发。
　　4.ST意法半导体 单片蓝牙4.0芯片BlueNRG处理器高能效
BlueNRG具有同类中最佳的电流消耗、出色的无线链路性能和片上非易失性存储器芯片，不仅耗电量更低，而且体积也更小，更适合应用在穿戴式装置上。
　　BlueNRG具有同类中最佳的电流消耗、出色的无线链路性能和片上非易失性存储器芯片，不仅耗电量更低，而且体积也更小，更适合应用在穿戴式装置上。
　　2013 年，ST发布了集成Cortex M0以及蓝牙功能的BlueNRG处理器芯片，内置专用射频接口、处理器和蓝牙固件，支持蓝牙4.0标准。BlueNRG能够让设计人员灵活地选择最喜欢的MCU，并配备在外部应用处理器上运行的 Bluetooth Low-Energy协议栈。片上非易失性存储器可轻松实现固件升级，确保应用始终兼容最新版本的蓝牙标准。
　　应用场景：新芯片可为健身护腕、智能眼镜或互动服装等各种无线智能应用配件实现更长得的电池使用寿命，及更小、更轻的电池尺寸。