解析智能家居中的嵌入式Internet技術(shù)

經(jīng)過(guò)去年的風(fēng)生水起，智能家居銷售呈現(xiàn)了一個(gè)新興蓬勃的局面，房地產(chǎn)、家裝、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商等多個(gè)渠道銷售火爆。有人甚至預(yù)言2013年開(kāi)始悄然進(jìn)入智能家居的普及元年。不管咋樣，在智能家居走火的背后，呈現(xiàn)了新的發(fā)展趨勢(shì)，無(wú)線智能家居大行其道，云計(jì)算無(wú)處不在，設(shè)備使用呈現(xiàn)全方位人性化等等。

智能家居新趨勢(shì)

一、技術(shù)引領(lǐng)無(wú)線智能家居

幾年前，談起智能家居，人們還是想起要鑿開(kāi)墻壁，密密麻麻的布線，有礙美觀，成本高昂，系統(tǒng)升級(jí)更新困難，售后服務(wù)也因?yàn)榫€路被埋導(dǎo)致故障診斷無(wú)法及時(shí)，這些都嚴(yán)重影響了消費(fèi)者的滿意度，無(wú)法被客戶接受。

現(xiàn)在，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起，智能家居迎來(lái)的二次革命，智能化程度大幅提高，客戶拿著手機(jī)就能搞定日常的吃喝拉撒晚睡。現(xiàn)在的智能家居已經(jīng)從當(dāng)初的有線傳輸躍升為無(wú)線通訊，無(wú)需破墻布線，只要具有初中以上文化者根據(jù)自己需要組合安裝，系統(tǒng)自動(dòng)組網(wǎng)，擴(kuò)展性能強(qiáng)，能夠任意嵌入家居設(shè)備，更新升級(jí);遇到售后也能及時(shí)診斷故障，予以修復(fù)。

智能家居的采用的通訊方式有三種，藍(lán)牙、WIFI、ZIGBEE，前兩者應(yīng)用到家庭領(lǐng)域成本高昂，設(shè)備擴(kuò)展性能較差，一個(gè)網(wǎng)端最多對(duì)應(yīng)10個(gè)端口。而 ZIGBEE則能無(wú)限制地接入新的端口，嵌入各種家居設(shè)備。這是一種低成本、低復(fù)雜度、高安全的雙向通訊技術(shù)，還能支持地理定位功能。目前很多企業(yè)紛紛投入到ZIGBEE技術(shù)陣營(yíng)，其中南京物聯(lián)、深圳華為，等國(guó)際ZIGBEE聯(lián)盟會(huì)員在國(guó)內(nèi)已經(jīng)占據(jù)了領(lǐng)先的搶跑優(yōu)勢(shì)。

二、云計(jì)算牽手智能家居

話說(shuō)物聯(lián)網(wǎng)興起，智能家居得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，從有線模式轉(zhuǎn)化為無(wú)線模式，操作更加簡(jiǎn)潔方便，安全可靠，這其中，云計(jì)算起到了極為重要的作用。云計(jì)算是基于互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)服務(wù)的增加、使用和交付模式，通常涉及通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)提供動(dòng)態(tài)易擴(kuò)展且經(jīng)常是虛擬化的資源。

智能家居某企業(yè)技術(shù)部負(fù)責(zé)人表示，目前由于很多智能家居系統(tǒng)本身沒(méi)有數(shù)據(jù)處理能力，用戶可以將對(duì)于家中智能家居的相關(guān)信息儲(chǔ)藏在云端，通過(guò)連接到云端的手機(jī)或者嵌在墻上的終端，可以非常有效安全快捷地掌控家居的風(fēng)吹草動(dòng)。

事實(shí)上，智能家居就是一個(gè)家庭物聯(lián)網(wǎng)，可以通過(guò)云計(jì)算，也可以讓家庭與社交網(wǎng)絡(luò)、新聞渠道、數(shù)據(jù)分析甚至是政府決策聯(lián)系起來(lái)，在云的支撐下，一切皆有可能。云計(jì)算是趨勢(shì)，在不久的未來(lái)，云計(jì)算將會(huì)深入到生活的每一個(gè)角落里面，引發(fā)各個(gè)產(chǎn)業(yè)的徹底變革，將在2013年得到快速發(fā)展。

智能家居嵌入式Internet技術(shù)

智能家居為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控以及與外部網(wǎng)絡(luò)的通信，必須要實(shí)現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)的Internet接入，智能家居中的嵌入式Internet技術(shù)在此發(fā)揮了很大作用。單片機(jī)采用互聯(lián)網(wǎng)通訊與控制具有很好的實(shí)用價(jià)值，可以很容易地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的控制與監(jiān)測(cè)，也是信息家電要實(shí)現(xiàn)的主要目標(biāo)。然而目前利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)嵌入式因特網(wǎng)方案的技術(shù)難點(diǎn)在于：如何利用單片機(jī)自身有限的資源對(duì)信息進(jìn)行TCP/IP協(xié)議處理，使之變成可以在因特網(wǎng)上傳輸?shù)腎P數(shù)據(jù)包。從解決這一技術(shù)出發(fā)，目前出現(xiàn)如下四種方案：

(1)32位MCU+RTOS

采用32位高檔單片機(jī)，在RTOS(實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng))平臺(tái)上進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，在嵌入式單片機(jī)系統(tǒng)中集成TCP/IP協(xié)議，實(shí)現(xiàn)TCP/IP的協(xié)議處理，這一協(xié)議可以采用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)硬件進(jìn)行軟件的簡(jiǎn)化。這種配置要求單片機(jī)有一定的存儲(chǔ)空間來(lái)實(shí)施TCPIIP協(xié)議。目前國(guó)內(nèi)較為流行的 RTOS有VxWorks， pSOS， Nucleus， QNX， Windows CE等。

由于采用高檔單片機(jī)，此方案可以完成很多復(fù)雜的功能，但成本較高，開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng)，需要購(gòu)買昂貴的RTOS開(kāi)發(fā)軟件，對(duì)開(kāi)發(fā)人員的能力要求較高。

(2) 8位MCU+TCP/IP協(xié)議芯片

這個(gè)方案是由MCU和固化了TCP/IP協(xié)議的芯片組成應(yīng)用系統(tǒng)的核心。應(yīng)用系統(tǒng)可以直接撥號(hào)上網(wǎng)，硬件電路相對(duì)簡(jiǎn)單，但需要大容量的存儲(chǔ)器，如果使用的TCP/IP協(xié)議芯片是軟件固化的，還要求MCU有較高的運(yùn)行速度。采用這種方案的芯片有Scenix Semiconductor公司的SX-stack， Seiko公司的57600A，iReady公司的Internet Tuner， Connect One公司的iChip等。其中Scenix單片機(jī)為軟件固化協(xié)議，軟件協(xié)議棧用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，存儲(chǔ)在單片機(jī)的FLASH程序存儲(chǔ)器中;其它芯片則為硬件固化，硬件TCP/IP協(xié)議堆棧作為MCU和Internet之間的加速器。

這個(gè)方案的優(yōu)點(diǎn)是將8位單片機(jī)系統(tǒng)直接與Internet相連，可以使用PC機(jī)通過(guò)Internet遠(yuǎn)程訪問(wèn)單片機(jī)系統(tǒng)，也可以使用單片機(jī)系統(tǒng)將信息通過(guò)Internet發(fā)送到遠(yuǎn)程PC或其它終端上。但應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工程師必須熟悉TCP/IP等協(xié)議和相關(guān)接口，軟件設(shè)計(jì)量較大。另外每個(gè)電子設(shè)備都需要一個(gè)IP地址，因此需要擴(kuò)充IP協(xié)議才能到更好的支持。

(3)MCU+EMIT協(xié)議+emGateway

利用emWare公司開(kāi)發(fā)的EMIT(Embedded Micro Internetworking Technology，嵌入式微Internet網(wǎng)絡(luò)技術(shù))，在應(yīng)用系統(tǒng)的MCU內(nèi)部使用emNet協(xié)議，再通過(guò)emGateway與Internet連接。EmGateway網(wǎng)絡(luò)軟件接口可以安裝在計(jì)算機(jī)、TV機(jī)頂盒或?qū)Ｓ玫募矣秒娖鞣?wù)器中，它支持TCP/IP協(xié)議并運(yùn)行HTTP服務(wù)程序，作為用戶可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器遠(yuǎn)程訪問(wèn)服務(wù)器。EmGateway通過(guò)RS-232， RS-485， CAN、紅外及射頻等通信方式與多個(gè)嵌入式設(shè)備相連，每個(gè)嵌入式設(shè)備的應(yīng)用程序包含的一個(gè)獨(dú)立的通信任務(wù)，稱為emMicro，監(jiān)測(cè)嵌入式設(shè)備中預(yù)先定義的各個(gè)變量，并將結(jié)果反饋到emGateway中，同時(shí)emMicr。還可以解釋Gateway的命令，修改設(shè)備中的變量或進(jìn)行某種控制。EmMicro 和emGateway一起為嵌入式設(shè)備提供了Internet功能。

由于復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是通過(guò)emGateway在PC機(jī)上實(shí)現(xiàn)的，應(yīng)用系統(tǒng)MCU只使用較簡(jiǎn)單的emNet協(xié)議，因此對(duì)MCU的要求較低。但應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師必須熟悉emNet協(xié)議和相關(guān)的接口，原來(lái)客戶應(yīng)用系統(tǒng)的MCU也不一定符合要求，并且軟硬件設(shè)計(jì)的工作量仍然較大。同時(shí)，應(yīng)用系統(tǒng)的單片機(jī)處理 emNet協(xié)議要占用一定的系統(tǒng)資源。

(4)MCU+Webchip+PC網(wǎng)關(guān)

所謂Webchip是獨(dú)立于各種微控制器的專用網(wǎng)絡(luò)接口芯片，它通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的輸入、輸出口與各種MCU相連。MCU通過(guò)Webchip與網(wǎng)關(guān)連接即可接收并執(zhí)行經(jīng)由Internet遠(yuǎn)程傳來(lái)的命令或?qū)?shù)據(jù)交給Webchip發(fā)送出去。

Webchip的主要優(yōu)點(diǎn)在于：對(duì)MCU應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工程師來(lái)說(shuō)，無(wú)需熟悉復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及其接口;對(duì)MCU芯片來(lái)說(shuō)，對(duì)運(yùn)行速度和存儲(chǔ)器容量等方面無(wú)特殊要求;軟件設(shè)計(jì)只需要增加一小段接口程序，其它無(wú)需作大的改動(dòng)，在大程序上簡(jiǎn)化了應(yīng)用設(shè)計(jì)的工作量，可以縮短MCU應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)周期。