全民皆享物聯網

科技世界近來的變化比以往任何時候都快，無線應用也持續導入新的技術，毫未停歇。由於傳輸標準為了因應物聯網 (IoT) 裝置而有所改變，因此對熱衷無線技術的人員而言，嘗試設計新的調變機制從未如此容易，更何況還有許多新的感測器問世，能和無線連結相互搭配。對任何人來說，這些技術也比以往更容易取得。以下將一一討論這些發展，以及如何取得這項價格低廉且能普遍獲得的技術。

低功率廣域網路 (LPWAN) 無線電技術用於行動通訊基礎架構，且已應用好幾年。窄頻帶物聯網 (NB-IoT)、長期演進技術機器類型連線 (LTE-M 與 LTE-MTC)，以及增強型機器類型通訊 (eMTC)，都是很常見的技術。這些技術的優點在於，其運用目前用於語音和大頻寬流量的行動通訊基地台。不過，只需要偶爾回報與控制的裝置並不需要大頻寬，而且由於許多裝置都是以電池驅動，因此需要這些技術標準所促成的低功率與低頻寬標準。

其他未利用現有行動通訊網路，且必須重建基礎架構的技術包括 Sigfox、LoRa/LoRaWAN 以及 NB-Fi (這裡只是列舉幾個)。其缺點在於需要上行鏈路以連接到更廣大的網際網路。雖然網路業者提供此上行鏈路的服務，但這又是另一個需要協商的電腦網路系統。

然而，行動通訊網路業者都是大公司，要跟他們有效競爭其實不切實際。最好的方法是採用符合其標準的數據機，購買其網路的「使用時間」，然後採用月租費方案。

非行動通訊網路只需適當的資金就能建構，但限制是涵蓋的地理範圍並不大。除非連接到一台能橋接到網際網路的伺服器，否則其範圍絕對無法擴及全世界。

好消息是，DigiKey 提供行動通訊網路存取方案，還有晶片與模組以利打造您專屬的低功率網路。DigiKey 也銷售行動通訊網路數據方案，每月 $3.00 美元即可取得 300 KB 數據與國際服務 (見圖 1)。只需要行動通訊業者認證的數據機，您的裝置就可在全球各地保持「上線」。此外，我們也提供數據機及其內部晶片。

圖 1：DigiKey 行動通訊數據方案。

模組式電子解決方案持續驚人地成長。您可以取得預先打造且經過認證的無線電，不需要像專家一樣懂得如何從晶片層級開始進行設計。這不只降低必備的 RF 技術敏銳度，也能讓產品更快上市。我最近查看了模組所採用的晶片，並進行抽查，然後瞭解購買各種晶片的客戶類型。令人驚訝的是，擁有必備敏銳度的公司不只購買模組上採用的晶片，也購買了模組，而且購買數量都達到上千個。這代表，利用較未經過成本最佳化的產品來替新產品試水溫，更能提早上市。如果市場夠大，便能一路延伸到晶片層級，進而達到成本最佳化。但晶片層級外還有一個更低的層級，我稱為波形層級。

軟體定義無線電 (SDR) 能讓開發人員實驗全新的調變機制。如果您有獨特的需求與專業技術，便可開發您專屬的無線電標準。就算沒有這項專業知識，進行 SDR 實驗也能讓您學到不少東西。

有個 SDR 例子就是 Analog Devices 的先進學習模組 PLUTO (ADALM-PLUTO)，已經在 DigiKey 現貨供應 (參見圖 2)。這些單元在 2019 年 8 月時的價格低於 $150 美元。此元件可透過 USB 鏈路連接到個人電腦，其中含有可輕易重新配置的 FPGA，能廣泛支援 Python 程式語言，並能達到 325 MHz 至 3.8 GHz 的訊號收發範圍。您如果真的想瞭解和使用 RF，可以從這個層級開始。

圖 2：ADALM-PLUTO SDR 可在 DigiKey 訂購。(圖片來源：Analog Devices Inc.)

讓我們回頭談談特定的產品。晶片式和模組式感測器大量激增，皆數以百計。下面提供一些可從 DigiKey 購得的感測產品，以及庫存現貨數 (SKU) (時間截至本部落格文章的發佈日期)：

• 接近感測器 (10,150 個品項)
• 感測器、傳感器 - 溫度感測器 - 類比與數位輸出 (4,256 個品項)
• 感測器、傳感器 - 專用感測器 (914 個品項)
• 感測器、傳感器 - 氣體感測器 (371 個品項)
• 感測器、傳感器 - 位置感測器 - 角度、線性位置測量 (2,961 個品項)
• 感測器、傳感器 - 壓力感測器、傳感器 (30,778 個品項)
• 感測器、傳感器 - 濕度、濕氣感測器 (570 個品項)
• 感測器、傳感器 - 電流感測器 (2,033 個品項)
• 感測器、傳感器 - 光學感測器 - 環境光、IR、UV 感測器 (1,240 個品項)
• 感測器、傳感器 - 光學感測器 - 距離測量 (137 個品項)
• 感測器、傳感器 - 評估板 - 感測器 (2,589 個品項)
• 開發板、套件、編程器 - 磁性感測器 - 位置、接近、速度 (模組) (4,266 個品項)
• 感測器、傳感器 - 光學感測器 - 光電、工業 (9,979 個品項)
• 感測器、傳感器 - 動作感測器 - 加速計 (1,730 個品項)
• 感測器、傳感器 - 影像感測器、相機 (1,551 個品項)

DigiKey 總共提供超過 210,000 款感測器。

當中任何一個感測器 (或任何感測器組合) 都能納入到產品中，並能透過眾多無線選項連至網際網路。

還有另一個工具能讓您進行無線產品開發，那就是 DK IoT Studio (參見圖 3)。這是 DigiKey 免費提供的快速應用開發 (RAD) 工具。在網路型整合式開發環境 (IDE) 中，您可以選擇現成的嵌入式微電腦板，在 IDE 中配置該板件，並將您的配置 (包含 IDE 產生的開放原始程式碼) 下載到您的板件上。無論某個元件是透過電線連接主機，還是透過藍牙或 Wi-Fi 等無線方式連接主機，都能和此板件通訊。之後，板件上的任何資料都可以傳送到網際網路，供配對的智慧型手機接收。有一些選項能幫助擴大成更大的規模，但需要酌收費用。舉例而言，maker.io 上就有個線上專案，將窗簾控制器連上網際網路。您也可在 DigiKey 的 eewiki 網站 找到修改 DK IoT Studio 的程式碼，即可添加您想要的功能。

圖 3：DigiKey 的 DK IoT Studio

祝您開發順利，也願物聯網將您的連網裝置帶到全世界。