物联网产品中常见的接口类型和通信方式

物联网产品中常见的接口类型和通信方式CONTENT概述有线通信方式无线通信方式概述1概述通信技术是过去几年中物联网产业中最受关注的话题，它处于物联网产业中的核心环节，具有不可替代性，起到承上启下的作用，向上可以对接传感器等产品，向下可以对接终端产品及行业应用。此外，通信技术作为一项基础技术对于物联网产品与方案来说十分重要，目前硬件产品功能的同质化是一个非常普遍的现象。通信技术在物联网产业的地位可谓举足轻重。那么在物联网通信技术中，有哪些无线技术应用较为广泛呢，今天就带大家看下物联网中常见的始终通信技术。有线通信方式2RS232RS232是一种异步传输标准接口协议。通常RS-232接口以9个引脚(DB-9)或是25个引脚(DB-25)的型态出现。RS232最常用的连接方式是三根线：一条发送线、一条接收线及一条地线。电平信号：逻辑1(MARK)=-3V～-15V，逻辑0(SPACE)=+3～+15VTTL电平， 0V / 5V 传输距离：RS-232-C标准规定，驱动器允许有2500pF的电容负载，通信距离将受此电容限制，例如，采用150pF/m的通信电缆时，最大通信距离为15m；若每米电缆的电容量减小，通信距离可以增加。传输距离短的另一原因是RS-232属单端信号传送，存在共地噪声和不能抑制共模干扰（两条传输线上的信号同时变大或变小）等问题，因此一般用于20m以内的通信。RS232不能实现多机通信。传输速率：RS232的传输速率较慢，能够达到1Mbps的已经比较少。RS485RS485是RS232升级版的串口协议，一般采用两线制传输：A、B两条传输线。电平信号：-2V～-6V表示“0”，+2V～+6V表示“1”，电压为A-B的电压。传输距离：一般1Km以内都没有问题。理论上，通信速率在100Kpbs及以下时，RS485的最长传输距离可达1200米，但在实际应用中传输的距离也因芯片及电缆的传输特性而所差异。在传输过程中可以采用增加中继的方法对信号进行放大，最多可以加八个中继，也就是说理论上RS485的最大传输距离可以达到9.6公里。如果真需要长距离传输，可以采用光纤为传播介质，收发两端各加一个光电转换器，多模光纤的传输距离是5~10公里，而采用单模光纤可达50公里的传播距离。RS485可以实现多机通信。RJ45RJ45是布线系统中信息插座（即通信引出端）连接器的一种，连接器由插头（接头、水晶头）和插座（模块）组成，插头有8个凹槽和8个触点。RJ是RegisteredJack的缩写，意思是“注册的插座”。信息模块或RJ45连插头与双绞线端接有T568A或T568B两种结构。在T568A中，与之相连的8根线分别定义为：白绿、绿；白橙、蓝；白蓝、橙；白棕、棕。在T568B中，与之相连的8根线分别定义为：白橙、橙；白绿、蓝；白蓝、绿；白棕、棕。其中定义的差分传输线分别是白橙色和橙色线缆、白绿色和绿色线缆、白蓝色和蓝色线缆、白棕色和棕色线缆。USB通用串行总线（英语：UniversalSerialBus，缩写：USB）是一种串口总线标准，也是一种输入输出接口的技术规范，被广泛地应用于个人电脑和移动设备等信息通讯产品，并扩展至摄影器材、数字电视（机顶盒）、游戏机等其它相关领域。最新一代是USB3.1，传输速度为10Gbit/s，三段式电压5V/12V/20V，最大供电100W，新型TypeC插型不再分正反。USB协议规范1.1——支持USB低速和全速规范（12Mbps）USB协议规范2.0——支持USB高速协议规范(480Mbps)USB协议规范3.0——支持USB超高速协议规范（5Gbps）USB协议规范3.1——支持USB超高速协议规范（10Gbps）USB设备主要具有以下优点：

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1.可以热插拔。就是用户在使用外接设备时，不需要关机再开机等动作，而是在电脑工作时，直接将USB插上使用。

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2.携带方便。USB设备大多以“小、轻、薄”见长，对用户来说，随身携带大量数据时，很方便。当然USB硬盘是首要之选了。

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3.标准统一。大家常见的是IDE接口的硬盘，串口的鼠标键盘，并口的打印机扫描仪，可是有了USB之后，这些应用外设统统可以用同样的标准与个人电脑连接，这时就有了USB硬盘、USB鼠标、USB打印机等等。

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4.可以连接多个设备。Type-CMicroUSBUSBA型公口CANCAN是ControllerAreaNetwork的缩写（以下称为CAN），是ISO国际标准化的串行通信协议。在汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低公害、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN通信协议。此后，CAN通过ISO11898及ISO11519进行了标准化，在欧洲已是汽车网络的标准协议。优点废除传统的站地址编码，代之以对通信数据块进行编码，可以多主方式工作；采用非破坏性仲裁技术，当两个节点同时向网络上传送数据时，优先级低的节点主动停止数据发送，而优先级高的节点可不受影响继续传输数据，有效避免了总线冲突；采用短帧结构，每帧数据都有CRC校验及其他检错措施；节点在错误严重的情况下，具有自动关闭总线的功能，切断它与总线的联系，以使总线上其他操作不受影响；可以点对点，一对多及广播集中方式传送和接受数据。具有实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力强、成本低等优点；采用双线串行通信方式，检错能力强，可在高噪声干扰环境中工作；发送的信息遭到破坏后，可自动重发，节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能；报文不包含源地址或目标地址，仅用标志符来指示功能信息、优先级信息CAN总线的应用汽车制造中的应用大型仪器设备中的应用工业控制中的应用智能家庭和生活小区管理中的应用机器人网络互联中的应用无线通信方式3射频RF无线射频识别即射频识别技术（RadioFrequencyIdentification，RFID），是自动识别技术的一种，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，利用无线射频方式对记录媒体（电子标签或射频卡）进行读写，从而达到识别目标和数据交换的目的，其被认为是21世纪最具发展潜力的信息技术之一。

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无线射频识别技术通过无线电波不接触快速信息交换和存储技术，通过无线通信结合数据访问技术，然后连接数据库系统，加以实现非接触式的双向通信，从而达到了识别的目的，用于数据交换，串联起一个极其复杂的系统。在识别系统中，通过电磁波实现电子标签的读写与通信。根据通信距离，可分为近场和远场，为此读/写设备和电子标签之间的数据交换方式也对应地被分为负载调制和反向散射调制。RFID技术的基本工作原理并不复杂：标签进入阅读器后，接收阅读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（PassiveTag，无源标签或被动标签），或者由标签主动发送某一频率的信号（ActiveTag，有源标签或主动标签），阅读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。[4]一套完整的RFID系统，是由阅读器与电子标签也就是所谓的应答器及应用软件系统三个部分所组成，其工作原理是阅读器（Reader）发射一特定频率的无线电波能量，用以驱动电路将内部的数据送出，此时Reader便依序接收解读数据，送给应用程序做相应的处理。WIFIWi-Fi在我们的生活中非常常见，一线城市的几乎所有公共场所均设有无线网络，这是由于它的低成本和传输特性决定的。Wi-Fi是一种允许电子设备连接到一个无线局域网的技术，通常使用2.4GUHF或5GSHFISM射频频段，连接到无线局域网通常是有密码保护的;但也可是开放的，这样就允许任何在WLAN范围内的设备可以连接上。由于无线网络的频段在世界范围内是无需任何电信运营执照的，因此WLAN无线设备提供了一个世界范围内可以使用的，费用极其低廉且数据带宽极高的无线空中接口。用户可以在Wi-Fi覆盖区域内快速浏览网页，随时随地接听拨打电话，有了Wi-Fi功能我们打长途电话、浏览网页、收发电子邮件、音乐下载、数码照片传递等，再无需担心速度慢和花费高的问题。wifi6采用了许多新技术，主要有以下点：采用了OFDMA正交频分多址技术，上下行都是，传输效率提升；采用了1024-QAM，速度更快；采用了改进的无线链路控制（MAC），减少了延迟；2G/3G/4G/5G蜂窝通信是采用蜂窝无线组网方式，在终端和网络设备之间通过无线通道连接起来，进而实现用户在活动中可相互通信。NB-iot窄带物联网（NarrowBandInternetofThings,NB-IoT）成为万物互联网络的一个重要分支。NB-IoT构建于蜂窝网络，只消耗大约180kHz的带宽，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，以降低部署成本、实现平滑升级。NB-IoT是IoT领域一个新兴的技术，支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据连接，也被叫作低功耗广域网(LPWAN)。NB-IoT支持待机时间长、对网络连接要求较高设备的高效连接。据说NB-IoT设备电池寿命可以提高至少10年，同时还能提供非常全面的室内蜂窝数据连接覆盖。NB-IoT具备四大特点：一是广覆盖，将提供改进的室内覆盖，在同样的频段下，NB-IoT比现有的网络增益20dB，相当于提升了100倍覆盖区域的能力；二是具备支撑连接的能力，NB-IoT一个扇区能够支持10万个连接，支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构；三是更低功耗，NB-IoT终端模块的待机时间可长达10年；四是更低的模块成本，企业预期的单个接连模块不超过5美元NB-IoT聚焦于低功耗广覆盖（LPWA）物联网（IoT）市场，是一种可在全球范围内广泛应用的新兴技术。其具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗低、架构优等特点。NB-IoT使用License频段，可采取带内、保护带或独立载波三种部署方式，与现有网络共存。因为NB-IoT自身具备的低功耗、广覆盖、低成本、大容量等优势，使其可以广泛应用于多种垂直行业，如远程抄表、资产跟踪、智能停车、智慧农业等。包括我国运营商在内诸多运营商在开展NB-IoT和研究。就NB-IoT的发展现状，余泉详细阐述了三个精彩观点：一是NB-IoT是蜂窝产业应对万物互联的一个重要机会。二是NB-IoT要成功必须要建立开放产业平台。三是2016年是NB-IoT产业非常关键的一年，标准、芯片、网络以及商用应用场景都会走向成熟。LoRa什么是LoRaLoRa是semtech公司创建的低功耗局域网无线标准，低功耗一般很难覆盖远距离，远距离一般功耗高，要想马儿不吃草还要跑得远，好像难以办到。LoRa的名字就是远距离无线电（LongRangeRadio），它最大特点就是在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一，它在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3-5倍。LoRa的特性传输距离：城镇可达2-5Km，郊区可达15Km。工作频率：ISM频段包括433、868、915MH等。标准：IEEE802.15.4g。调制方式：基于扩频技术，线性调制扩频（CSS）的一个变种，具有前向纠错（FEC）能力，semtech公司私有专利技术。容量：一个LoRa网关可以连接上千上万个LoRa节点。电池寿命：长达10年。安全：AES128加密。传输速率：几百到几十Kbps，速率越低传输距离越长，这很像一个人挑东西，挑的多走不太远，少了可以走远。ZigBee技术特点ZigBee是一种无线连接,可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(欧洲流行)和915MHz(美国流行)3个频段上,分别具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的传输速率,它的传输距离在10-75m的范围内,但可以继续增加。

ZigBee是一种高可靠的无线数传网络，类似于CDMA和GSM网络。ZigBee数传模块类似于移动网络基站。ZigBee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线网络平台，在整个网络范围内，每一个网络模块之间可以相互通信，每个网络节点间的距离可以从标准的75m无限扩展。通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展（依靠节点数增加）。与移动通信的CDMA网或GSM网不同的是，ZigBee网络主要是为工业现场自动化控制数据传输而建立，因而，它必须具有简单，使用方便，工作可靠，价格低的特点；而移动通信网主要是为语音通信而建立，每个基站价值一般都在几十万甚至上百万元人民币，而每个ZigBee网络“基站”（节点）却不到1000元人民币。作为一种无线通信技术,ZigBee具有如下特点:(1)低功耗(2)成本低(3)时延短(4)网络容量大(5)可靠(6)安全应用领域（1）家庭和建筑物的自动化控制：照明、空调、窗帘等家具设备的远程控制；（2）消费性电子设备：电视、DVD、CD机等电器的远程遥控。（3）PC外设：无线键盘、鼠标、游戏操纵杆等；（4）工业控制：使数据的自动采集、分析和处理变得更加容易；（5）医疗设备控制：医疗传感器、病人的紧急呼叫按钮等；（6）交互式玩具。NFC近场通信（NearFieldCommunication，简称NFC），是一种新兴的技术，使用了NFC技术的设备（例如移动电话）可以在彼此靠近的情况下进行数据交换，是由非接触式射频识别（RFID）及互连互通技术整合演变而来的，通过在单一芯片上集成感应式读卡器、感应式卡片和点对点通信的功能，利用移动终端实现移动支付、电子票务、门禁、移动身份识别、防伪等应用。NFC是一种短距高频的无线电技术，NFCIP-1标准规定NFC的通信距离为10厘米以内，运行频率13.56MHz，传输速度有106Kbit/s、212Kbit/s或者424Kbit/s三种。主要应用形式点对点形式读卡器模式卡模拟形式近场通信技术的主要特征如下：

（1）用于近距离（10cm以内）安全通信的无线通信技术。

（2）射频频率：13.56MHz。

（3）射频兼容：ISO1444