在辦公室和住宅中建立“智能”不僅僅是添加互聯(lián)網(wǎng)連接和Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)。它需要系統(tǒng)級方法來實(shí)現(xiàn)自動化，測量和安全性。將所有這些因素結(jié)合在一起將有助于提高能源使用效率，并為房主和辦公室工作人員提供更大的便利。但是，必須解決許多挑戰(zhàn)，尤其是全新功能的開發(fā)和集成。

隨著供應(yīng)商和消費(fèi)者需求的增長，半導(dǎo)體制造商正在構(gòu)建使智能家居成為現(xiàn)實(shí)所必需的解決方案和生態(tài)系統(tǒng)。通用微控制器提供性能和可配置性，用于收集和分發(fā)實(shí)施通過集中決策流程支持的傳播控制所需的數(shù)據(jù) - 這些功能對于實(shí)現(xiàn)可用的潛在獎勵至關(guān)重要。本文著眼于系統(tǒng)級需求及其解決方法。

是什么讓HAN？

HAN或家庭區(qū)域網(wǎng)絡(luò)是用于描述家庭內(nèi)部和周圍任何形式的通信的通用術(shù)語。可以說，它已經(jīng)被使用，因?yàn)榈谝淮螕芴栠B接是在家用電腦之間共享并連接到打印機(jī)，但隨著Wi-Fi的出現(xiàn)和低成本無線接入點(diǎn)（WAP）的出現(xiàn)，它真的得到了應(yīng)用，通過寬帶連接，迅速將家庭網(wǎng)絡(luò)的概念變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

家庭互聯(lián)網(wǎng)連接的激增也使新興的用例如通過聯(lián)網(wǎng)電視實(shí)現(xiàn)點(diǎn)播內(nèi)容消費(fèi)，這一趨勢對包括DVD租賃在內(nèi)的傳統(tǒng)市場產(chǎn)生了負(fù)面影響。但是，變革的潮流不會停止?；ヂ?lián)網(wǎng)連接被認(rèn)為是一種技術(shù)，不僅可以連接人，也可以連接對象。

預(yù)計(jì)數(shù)字將不斷修訂，但人們普遍預(yù)計(jì)到2020年可能會有超過200億臺連接設(shè)備，其中許多設(shè)備相對簡單，例如智能燈開關(guān)，門鎖或恒溫器。為互聯(lián)社會提供支柱最終將成為大型服務(wù)提供商的領(lǐng)域，但在家庭內(nèi)部，家庭區(qū)域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部發(fā)生的事情仍然是一個(gè)非常開放的市場。鑒于連接設(shè)備的范圍，在尋找最終解決方案時(shí)仍存在一些混亂和競爭并不奇怪;實(shí)際上，互操作性和可擴(kuò)展性將是HAN和智能家居成功的關(guān)鍵。為了適應(yīng)所需的互操作性水平，平均HAN拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可能至少包含一個(gè)網(wǎng)關(guān)（或集中控制單元），并且網(wǎng)關(guān)需要提供多種形式的通信，例如ZigBee，Wi- Fi和電力線通信。

智能連接

鑒于其已安裝的基礎(chǔ)，期望Wi-Fi在智能家居的HAN中發(fā)揮關(guān)鍵作用似乎是合理的，但它仍然是一個(gè)相對“重”的協(xié)議，因此對于許多簡單，連接的端點(diǎn)，如智能開關(guān)。對于這種應(yīng)用，像ZigBee和Z-Wave這樣的低功耗無線協(xié)議更有可能擴(kuò)散。但是，在某些情況下，可能有必要使用有線替代方案來補(bǔ)充無線連接，而不是安裝新的布線，例如用于以太網(wǎng)的CAT5，許多人認(rèn)為電力線通信（PLC）提供了更好的解決方案。

PLC的主要優(yōu)點(diǎn)是它使用現(xiàn)有的電力布線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使用強(qiáng)大的協(xié)議和調(diào)制技術(shù)。有幾個(gè)行業(yè)聯(lián)盟支持PLC用于家庭區(qū)域網(wǎng)絡(luò)和智能家園，例如G3-PLC聯(lián)盟。為了支持在這個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域中使用PLC，瑞薩開發(fā)了一款單芯片16位MCU，集成了PLC調(diào)制解調(diào)器PHY（物理層）和AFE（模擬前端），M16C/6S。

M16C/6S系列中的PHY是來自Yitran的IT800，它采用獲得專利的差分代碼移位鍵控（DCSK）調(diào)制技術(shù)，符合FCC，ARIB和EN50065-1-CENELEC標(biāo)準(zhǔn)。它在標(biāo)準(zhǔn)模式下的數(shù)據(jù)速率高達(dá)7.5 kbit/s（當(dāng)符合CENELEC Extreme-Robust模式使用時(shí)，降至0.625 kbit/s）。由DCSK調(diào)制技術(shù)提供的本質(zhì)上不受干擾的影響，PHY還實(shí)現(xiàn)了前向短塊軟解碼糾錯(cuò)和特殊同步算法。該部件還由專用數(shù)據(jù)鏈路層固件支持。圖1顯示了典型應(yīng)用配置中器件的框圖。

圖1：瑞薩的M16C/6S系列集成了電力線通信（PLC）物理層（PHY）并針對智能家居應(yīng)用。

智能控制

當(dāng)然，連接智能家居的重點(diǎn)是它不僅收集有關(guān)其環(huán)境的信息，還會對該信息采取行動。分布式控制不僅需要自動化管理，還需要遠(yuǎn)程控制我們的家庭。 Smart Homes的主要“賣點(diǎn)之一”是，它允許房主通過他們的HAN從世界上任何一個(gè)連接的位置“撥入”他們的家。這種級別的自動化和遠(yuǎn)程控制將決定對“智能設(shè)備”的需求，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的一種方法是將智能改造為供電點(diǎn)，如燈開關(guān)和主電源插座。另一種方法是創(chuàng)造一種完全取代其祖先的新一代設(shè)備，例如Smart Thermostat。

德州儀器（TI）引用Smart Thermostat作為其基于ARM?Cortex?-A8的Sitara?系列處理器的目標(biāo)應(yīng)用，包括AM335x系列。同一設(shè)備也可以構(gòu)成智能網(wǎng)關(guān)的基礎(chǔ)，提供多種形式的連接。這甚至可以采用智能恒溫器應(yīng)用的形式，如圖2所示，其中幾種形式的有線和無線連接與許多傳感器一起集成，用于提供做出關(guān)于何時(shí)轉(zhuǎn)動加熱的智能決策所需的刺激和/或基于溫度，濕度，一天中的時(shí)間甚至占用水平的通風(fēng)系統(tǒng)開/關(guān)。這種控制水平還可以依賴于通過HAN連接的其他智能傳感器，其也可以基于AM3352處理器。由于這個(gè)原因，可能需要高級操作系統(tǒng)，這就處理器子系統(tǒng)帶來了自己的需求。 AM3352在這方面表現(xiàn)優(yōu)異，因?yàn)樗軌蜻\(yùn)行Linux，Android和嵌入式Windows CE。

圖2：德州儀器（TI）設(shè)想的智能恒溫器示例，該公司的Sitara AM3352處理器提供核心智能。

智能反饋

使用日常物品（如恒溫器）作為智能家居網(wǎng)絡(luò)不可或缺的一部分的概念將變得司空見慣。使用此類設(shè)備創(chuàng)建網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的能力將有助于克服由外部元素引起的可能的通信問題，包括建筑物構(gòu)造和節(jié)點(diǎn)之間的物理距離。此外，還預(yù)計(jì)會出現(xiàn)全新設(shè)備以提供新功能，這些功能也可能充當(dāng)“網(wǎng)關(guān)”。一個(gè)例子是家用顯示器。

意法半導(dǎo)體已經(jīng)確定了對網(wǎng)關(guān)的需求，該網(wǎng)關(guān)還可以向房主和遠(yuǎn)程房主顯示有關(guān)系統(tǒng)的重要或相關(guān)數(shù)據(jù)。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，預(yù)計(jì)像家用顯示器這樣的設(shè)備也可以集成HTTP網(wǎng)關(guān)，從而有效地使它們成為Web服務(wù)器。通過這種方式，他們將能夠在互聯(lián)網(wǎng)上安全地發(fā)布系統(tǒng)數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。 ST為其STM32 F2處理器創(chuàng)建了基于評估套件（圖3）的家用顯示器應(yīng)用說明。

圖3：ST的評估板演示了其STM32 F2處理器用于啟用帶有HTTP連接的家用顯示器。

STM32 F2的一個(gè)有趣特性是基于ARM Cortex-M3處理器內(nèi)核，它是自適應(yīng)實(shí)時(shí)內(nèi)存加速器，當(dāng)內(nèi)核運(yùn)行時(shí)，它可以從閃存中實(shí)現(xiàn)零等待狀態(tài)執(zhí)行。 120 MHz，使其能夠?qū)崿F(xiàn)150 DMIPS的全部潛力。它通過實(shí)現(xiàn)指令預(yù)取隊(duì)列和分支緩存來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，從而提高了128位閃存的程序執(zhí)行速度。使用加速器實(shí)現(xiàn)的性能已經(jīng)使用CoreMark基準(zhǔn)測試，相當(dāng)于在CPU頻率為120 MHz時(shí)從閃存執(zhí)行零等待狀態(tài)程序。

智能訪問

如圖所示，智能家居的一個(gè)重要元素，至少在最初，將是它能夠集成眾多點(diǎn)解決方案，可能使用開放標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，如ZigBee家庭自動化，或?qū)Ｓ械珜Ｓ玫膮f(xié)議，如Z-Wave，進(jìn)入HAN。如果所有設(shè)備都可以無限制地訪問網(wǎng)絡(luò)，那么容納大量協(xié)議可能會很快變得難以管理，因此設(shè)想中央“網(wǎng)關(guān)”將負(fù)責(zé)管理之間的鏈接。 HAN上的節(jié)點(diǎn)，公用事業(yè)（智能）儀表和互聯(lián)網(wǎng)。

Smart Gateways將采用多種形式。如上所述，它們可能是HAN的一個(gè)組成部分和功能部分，或者它們可能是專用的獨(dú)立設(shè)備。飛思卡爾已經(jīng)確定了對解決方案的需求，并開發(fā)了一種評估套件，采用基于MPC8308和QorIQ P1010處理器的網(wǎng)絡(luò)智能網(wǎng)關(guān)。圖4顯示了網(wǎng)絡(luò)智能網(wǎng)關(guān)應(yīng)用中的MPC8308。

圖4：飛思卡爾的MPC8308已被證明是構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)智能網(wǎng)關(guān)的基礎(chǔ)。

它是可能為互聯(lián)網(wǎng)提供遠(yuǎn)程控制/監(jiān)控的關(guān)鍵鏈接的網(wǎng)關(guān)，因此也將在最高級別負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)安全。由于家庭可能具有用于不同公用事業(yè)的若干智能電表，例如天然氣，電力和水，它將落入家庭網(wǎng)關(guān)，以可靠且有效地管理家庭網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)與智能電表之間的相互通信。這可能需要共享數(shù)據(jù)，因此安全性將成為比現(xiàn)在更高的優(yōu)先級。

結(jié)論

隨著聯(lián)網(wǎng)電視和機(jī)頂盒的出現(xiàn)，我們已經(jīng)通過我們的設(shè)備歡迎互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)入我們的家庭，盡管今天主要是單向交通。在不久的將來，只要我們能夠訪問互聯(lián)網(wǎng)連接，就能夠從任何地方監(jiān)控我們的房屋變得司空見慣;預(yù)計(jì)智能手機(jī)和3G/4G網(wǎng)絡(luò)將在這方面發(fā)揮重要作用。

提供與家庭連接所需的基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)到位，它現(xiàn)在依賴于安全高效的家庭區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)，以便完全實(shí)現(xiàn)智能家居愿景。