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。它需要系統(tǒng)級方法來實現(xiàn)自動化，測量和安全性。將所有這些因素結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。

隨著供應商和消費者需求的增長，半導體制造商正在構建使智能家居成為現(xiàn)實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) - 這些功能對于實現(xiàn)可用的潛在獎勵至關重要。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)絡是用于描述家庭內(nèi)部和周圍任何形式的通信的通用術語。可以說，它已經(jīng)被使用，因為第一次撥號連接是在家用電腦之間共享并連接到打印機，但隨著Wi-Fi的出現(xiàn)和低成本無線接入點（WAP）的出現(xiàn)，它真的得到了應用，通過寬帶連接，迅速將家庭網(wǎng)絡的概念變?yōu)楝F(xiàn)實。

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)電視實現(xiàn)點播內(nèi)容消費，這一趨勢對包括DVD租賃在內(nèi)的傳統(tǒng)市場產(chǎn)生了負面影響。但是，變革的潮流不會停止?；ヂ?lián)網(wǎng)連接被認為是一種技術，不僅可以連接人，也可以連接對象。

預計數(shù)字將不斷修訂，但人們普遍預計到2020年可能會有超過200億臺連接設備，其中許多設備相對簡單，例如智能燈開關，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提供商的領域，但在家庭內(nèi)部，家庭區(qū)域網(wǎng)絡內(nèi)部發(fā)生的事情仍然是一個非常開放的市場。鑒于連接設備的范圍，在尋找最終解決方案時仍存在一些混亂和競爭并不奇怪;實際上，互操作性和可擴展性將是HAN和智能家居成功的關鍵。為了適應所需的互操作性水平，平均HAN拓撲結構可能至少包含一個網(wǎng)關（或集中控制單元），并且網(wǎng)關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，期望Wi-Fi在智能家居的HAN中發(fā)揮關鍵作用似乎是合理的，但它仍然是一個相對“重”的協(xié)議，因此對于許多簡單，連接的端點，如智能開關。對于這種應用，像ZigBee和Z-Wave這樣的低功耗無線協(xié)議更有可能擴散。但是，在某些情況下，可能有必要使用有線替代方案來補充無線連接，而不是安裝新的布線，例如用于以太網(wǎng)的CAT5，許多人認為電力線通信（PLC）提供了更好的解決方案。

PLC的主要優(yōu)點是它使用現(xiàn)有的電力布線進行數(shù)據(jù)傳輸，使用強大的協(xié)議和調(diào)制技術。有幾個行業(yè)聯(lián)盟支持PLC用于家庭區(qū)域網(wǎng)絡和智能家園，例如G3-PLC聯(lián)盟。為了支持在這個應用領域中使用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，符合FCC，ARIB和EN50065-1-CENELEC標準。它在標準模式下的數(shù)據(jù)速率高達7.5 kbit/s（當符合CENELEC Extreme-Robust模式使用時，降至0.625 kbit/s）。由DCSK調(diào)制技術提供的本質上不受干擾的影響，PHY還實現(xiàn)了前向短塊軟解碼糾錯和特殊同步算法。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）并針對智能家居應用。

智能控制

當然，連接智能家居的重點是它不僅收集有關其環(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，還需要遠程控制我們的家庭。 Smart Homes的主要“賣點之一”是，它允許房主通過他們的HAN從世界上任何一個連接的位置“撥入”他們的家。這種級別的自動化和遠程控制將決定對“智能設備”的需求，實現(xiàn)這一目標的一種方法是將智能改造為供電點，如燈開關和主電源插座。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?系列處理器的目標應用，包括AM335x系列。同一設備也可以構成智能網(wǎng)關的基礎，提供多種形式的連接。這甚至可以采用智能恒溫器應用的形式，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，用于提供做出關于何時轉動加熱的智能決策所需的刺激和/或基于溫度，濕度，一天中的時間甚至占用水平的通風系統(tǒng)開/關。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，因為它能夠運行Linux，Android和嵌入式Windows CE。

圖2：德州儀器（TI）設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)絡不可或缺的一部分的概念將變得司空見慣。使用此類設備創(chuàng)建網(wǎng)狀網(wǎng)絡的能力將有助于克服由外部元素引起的可能的通信問題，包括建筑物構造和節(jié)點之間的物理距離。此外，還預計會出現(xiàn)全新設備以提供新功能，這些功能也可能充當“網(wǎng)關”。一個例子是家用顯示器。

意法半導體已經(jīng)確定了對網(wǎng)關的需求，該網(wǎng)關還可以向房主和遠程房主顯示有關系統(tǒng)的重要或相關數(shù)據(jù)。為實現(xiàn)這一目標，預計像家用顯示器這樣的設備也可以集成HTTP網(wǎng)關，從而有效地使它們成為Web服務器。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)，從而實現(xiàn)遠程監(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的一個有趣特性是基于ARM Cortex-M3處理器內(nèi)核，它是自適應實時內(nèi)存加速器，當內(nèi)核運行時，它可以從閃存中實現(xiàn)零等待狀態(tài)執(zhí)行。 120 MHz，使其能夠實現(xiàn)150 DMIPS的全部潛力。它通過實現(xiàn)指令預取隊列和分支緩存來實現(xiàn)這一點，從而提高了128位閃存的程序執(zhí)行速度。使用加速器實現(xiàn)的性能已經(jīng)使用CoreMark基準測試，相當于在CPU頻率為120 MHz時從閃存執(zhí)行零等待狀態(tài)程序。

智能訪問

如圖所示，智能家居的一個重要元素，至少在最初，將是它能夠集成眾多點解決方案，可能使用開放標準協(xié)議，如ZigBee家庭自動化，或專有但專用的協(xié)議，如Z-Wave，進入HAN。如果所有設備都可以無限制地訪問網(wǎng)絡，那么容納大量協(xié)議可能會很快變得難以管理，因此設想中央“網(wǎng)關”將負責管理之間的鏈接。 HAN上的節(jié)點，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的一個組成部分和功能部分，或者它們可能是專用的獨立設備。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)絡智能網(wǎng)關。圖4顯示了網(wǎng)絡智能網(wǎng)關應用中的MPC8308。

圖4：飛思卡爾的MPC8308已被證明是構建網(wǎng)絡智能網(wǎng)關的基礎。

它是可能為互聯(lián)網(wǎng)提供遠程控制/監(jiān)控的關鍵鏈接的網(wǎng)關，因此也將在最高級別負責網(wǎng)絡安全。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，以可靠且有效地管理家庭網(wǎng)絡上的節(jié)點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。

結論

隨著聯(lián)網(wǎng)電視和機頂盒的出現(xiàn)，我們已經(jīng)通過我們的設備歡迎互聯(lián)網(wǎng)進入我們的家庭，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;預計智能手機和3G/4G網(wǎng)絡將在這方面發(fā)揮重要作用。

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