智能家居:數(shù)字視頻監(jiān)控 門禁和燈光控制
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無線燈光控制：ZigBee最受青睞
雖然目前市場(chǎng)上已有大量可用于家庭燈光控制的無線技術(shù)，包括IrDA、藍(lán)牙、ZigBee、Z-Wave、無線USB等等，但根據(jù)目標(biāo)應(yīng)用對(duì)成本、功耗、復(fù)雜程度、可靠性、功能等要求的不同，上述各種方案分別有其最適合的市場(chǎng)。飛思卡爾無線及移動(dòng)系統(tǒng)部市場(chǎng)經(jīng)理鄺景亮坦言，IrDA和一些專有無線解決方案正主導(dǎo)著低端市場(chǎng)。但這些方案的功能十分有限，主要的缺點(diǎn)體現(xiàn)在產(chǎn)品的可擴(kuò)展性、操作范圍、由于意外干擾導(dǎo)致的工作不穩(wěn)定以及只能單向操作等。另一方面，中端和高端市場(chǎng)正在尋求能夠解決以上問題的通用型無線系統(tǒng)，專有的系統(tǒng)解決方案將被淘汰。而在藍(lán)牙、ZigBee、Z-Wave、WLAN等備選方案中，雖然藍(lán)牙和無線USB已經(jīng)擁有廣泛的市場(chǎng)接受度，但由于高功耗、低網(wǎng)絡(luò)性能以及高系統(tǒng)成本等因素，使得這兩種技術(shù)并不適合家庭無線控制。
“ZigBee是智能家庭無線燈光控制系統(tǒng)中最有前途的解決方案”。Ember公司亞太區(qū)營(yíng)銷總監(jiān)Paul Covell指出。他認(rèn)為，首先，ZigBee便于部署。與其它大多數(shù)無線技術(shù)不同的是，ZigBee可以將照明傳感器、設(shè)備和控制功能自組織到可自動(dòng)配置和自我修復(fù)的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中。其次，相對(duì)藍(lán)牙和無線USB等需要大量功率的技術(shù)，ZigBee具有節(jié)能的優(yōu)勢(shì)，利用電池供電就能讓ZigBee設(shè)備工作數(shù)年。ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的傳感器、照明開關(guān)等電池供電的終端設(shè)備在大部分時(shí)間都處于睡眠狀態(tài)，在激活時(shí)或定期的狀態(tài)更新時(shí)被喚醒。第三，ZigBee是一個(gè)開放的全球性無線標(biāo)準(zhǔn)，并得到超過225家OEM、芯片制造商和技術(shù)提供商的支持。最后，ZigBee具有比其它無線方案更高的可擴(kuò)展性和可靠性。ZigBee是為升級(jí)到支持多達(dá)65,000個(gè)設(shè)備的大型網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計(jì)的。在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)備在沒有單點(diǎn)故障的情況下實(shí)現(xiàn)相互通信，如果一條通路出現(xiàn)斷開的鏈路，則會(huì)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)并使用新的通路，而不停止系統(tǒng)工作。這種長(zhǎng)期可靠性對(duì)于許多期望使用壽命達(dá)數(shù)十年的燈光控制系統(tǒng)而言至關(guān)重要。
Jennic公司應(yīng)用工程副總裁Paul Chilton則強(qiáng)調(diào)，應(yīng)將互操作性視為智能家庭的關(guān)鍵特性。智能家居的一個(gè)賣點(diǎn)應(yīng)是所有的應(yīng)用都能相互通信，從而提供協(xié)同效應(yīng)。例如，如果用戶家中安裝了運(yùn)動(dòng)檢測(cè)器，那么除執(zhí)行安全任務(wù)之外，用戶還希望這些設(shè)備能發(fā)送一個(gè)信息給家中的燈光系統(tǒng)，通知系統(tǒng)在某段時(shí)間房間內(nèi)沒有人，以便關(guān)燈。作為一個(gè)開放式的全球標(biāo)準(zhǔn)，ZigBee已基本消除了互操作性的障礙。此外，隨著節(jié)點(diǎn)密度的提高，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的可靠性也將越來越高。Jennic解決方案的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)在于可以提供包含32位RISC內(nèi)核和2.4GHz收發(fā)器的單芯片無線微控制器。32位處理器為開發(fā)工程師提供了在ZigBee或IEEE802.15.4堆棧之上運(yùn)行復(fù)雜應(yīng)用所需的靈活性。
盡管ZigBee技術(shù)得到了業(yè)界的廣泛支持，但作為其在家庭控制領(lǐng)域的有力競(jìng)爭(zhēng)者，Z-Wave技術(shù)的發(fā)展勢(shì)頭也不容小覷。Zensys公司亞太區(qū)總監(jiān)王俞喬表示，Z-Wave提供的是一種真正的網(wǎng)狀網(wǎng)解決方案，該方案允許不同供應(yīng)商的產(chǎn)品進(jìn)行互操作。目前市面上已有多種Z-Wave產(chǎn)品推出，還有更多的商用產(chǎn)品很快就將面市。Z-Wave開發(fā)包還提供了一個(gè)完全的開發(fā)平臺(tái)以便用戶簡(jiǎn)化應(yīng)用軟件的開發(fā)。用戶所需的學(xué)習(xí)時(shí)間短，可以在幾個(gè)月內(nèi)開發(fā)出產(chǎn)品并推向市場(chǎng)。
利用無繩DECT技術(shù)來實(shí)現(xiàn)燈光控制是TI的創(chuàng)新解決方案，這是因?yàn)闊o繩DECT技術(shù)具有成熟、便宜及易用等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。DECT控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)家庭控制系統(tǒng)的不同之處在于，它可以與2.5G/3G網(wǎng)絡(luò)連接，因此用戶可以在出差、辦公室等戶外場(chǎng)合通過手機(jī)對(duì)家中的燈光設(shè)備進(jìn)行控制。
當(dāng)選擇無線燈光系統(tǒng)的控制芯片時(shí)，MCU得到了包括飛思卡爾、Atmel、富士通微電子、Microchip、Silicon Labs在內(nèi)的眾多廠商的一致認(rèn)同。不過，采用8位、16位還是32位MCU架構(gòu)需取決于價(jià)格、功耗以及運(yùn)行在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧之上的應(yīng)用。富士通微電子公司的產(chǎn)品經(jīng)理丁潔早指出，如果采用ZigBee技術(shù)來設(shè)計(jì)智能家庭的控制應(yīng)用，那么從成本和資源來衡量，8位MCU已經(jīng)足夠。4位MCU由于其內(nèi)部資源不夠，無法承載ZigBee的控制協(xié)議。而16位MCU成本相對(duì)較高，難以成為主流選擇。富士通微電子推出業(yè)內(nèi)首個(gè)面向簡(jiǎn)單應(yīng)用的802.15.4/ZigBee無線開發(fā)套件WiLeKit。該套件基于富士通微電子出色的低功耗8位微控制器MB95F108A，采用特別設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議，客戶無需支付昂貴的認(rèn)證費(fèi)用，就可以為他們的現(xiàn)有產(chǎn)品上快速增加高可靠性的ZigBee無線控制功能。
Microchip的一款I(lǐng)EEE802.15.4無線收發(fā)器芯片MRF24J40可用于ZigBee認(rèn)證的產(chǎn)品中。除了硅芯片，Microchip還提供了一個(gè)針對(duì)PIC微控制器優(yōu)化的ZigBee協(xié)議棧。此外，Microchip提供了另一個(gè)IEEE802.15.4協(xié)議棧，被稱為MiWi協(xié)議。該協(xié)議棧比ZigBee協(xié)議棧大約小70%。MiWi協(xié)議有望被用于對(duì)成本敏感的應(yīng)用中，這類應(yīng)用無需ZigBee協(xié)議提供的互操作性。
意法半導(dǎo)體低數(shù)據(jù)速率網(wǎng)絡(luò)技術(shù)市場(chǎng)經(jīng)理Olivier Rouy則認(rèn)為，16位或32位MCU更有望成為ZigBee SoC的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核，其原因是同時(shí)管理ZigBee網(wǎng)絡(luò)(安全、路由)和燈光應(yīng)用本身需要一定的計(jì)算能力。8位MCU唯一可以應(yīng)用的地方是最基本的開關(guān)(無需路由功能)，此時(shí)對(duì)ZigBee棧的要求不是很高。但是這類設(shè)備將無法從ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的靈活性中獲益。
Atmel公司RFID高級(jí)市場(chǎng)經(jīng)理Roland Schropp的觀點(diǎn)是，帶有高效軟件堆棧的標(biāo)準(zhǔn)閃存8位MCU非常適合無線燈控應(yīng)用，而且不會(huì)增加不必要的系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本。這種8位解決方案可以降低材料清單成本，并減小耗電量，提供高功效解決方案。AVR Z-Link解決方案包括了Atmel的多種AVR微控制器和符合IEEE802.15.4/ZigBee規(guī)范的RF器件，可提供出色的靈活性。目前客戶可根據(jù)應(yīng)用要求選用帶有4Kb到256Kb閃存的微控制器，使設(shè)備的成本符合其特定需求。
不過，Cypress公司的無線USB芯片CYRF6936為無線控制方案指明了另一種解決思路。CYRF6936芯片的優(yōu)點(diǎn)包括：在2.4GHz頻段具有抗干擾能力、低功耗，具有集成的組件以及加速產(chǎn)品上市的軟硬件工具。組件集成功能有助于簡(jiǎn)化工程設(shè)計(jì)、減小BOM，簡(jiǎn)化庫存管理等。同時(shí)選用PSoC作為控制處理器，這款動(dòng)態(tài)可配置的器件集成了模擬和數(shù)字組件，是一種極具靈活性的解決方案。Cypress還提供了易于使用的工具和集成開發(fā)環(huán)境(IDE)，以及無需編寫代碼的PSoC Express設(shè)計(jì)工具。Cypress高級(jí)產(chǎn)品市場(chǎng)工程師Leon Tan表示，“通過結(jié)合使用CYRF6936與PSoC，可獲得PSoC的可編程能力和無線控制的自由性?！?
近年來門禁控制技術(shù)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，作為一種新型的現(xiàn)代化安全管理系統(tǒng)，門禁控制系統(tǒng)已被大量用于家庭環(huán)境，并且隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，系統(tǒng)的類型也日漸豐富，出現(xiàn)了從磁條卡、智能卡、數(shù)字鍵盤到生物特征識(shí)別等一系列多元化的產(chǎn)品。數(shù)字鍵盤通過檢驗(yàn)輸入密碼是否正確來判斷出入權(quán)限，其成本較低，缺點(diǎn)是密碼容易泄露，安全性能不高。智能卡相對(duì)來說則難以被復(fù)制，開門方便安全，并可實(shí)現(xiàn)雙向控制，但出入時(shí)必須攜帶卡片將造成一定的麻煩。
“在高安全性能比成本更重要的門禁應(yīng)用中，指紋、臉型和虹膜識(shí)別將成為主流。在對(duì)成本更加敏感的應(yīng)用中，智能卡和數(shù)字鍵盤更有發(fā)展空間?！盨ilicon Labs MCU市場(chǎng)總監(jiān)Ross Bannatyne指出，“不過，以上所有選擇的成本都將隨著技術(shù)的發(fā)展而降低，并且尺寸更小，功能更強(qiáng)?！?
楚亞(Atrua)電子技術(shù)副總裁、總經(jīng)理邱倫紀(jì)博士對(duì)此也有認(rèn)同，他認(rèn)為數(shù)字鍵盤輸入既便宜又較為可靠，因此有可能在低端市場(chǎng)中最流行。而指紋識(shí)別將在中端和高端市場(chǎng)中占據(jù)主導(dǎo)地位。邱倫紀(jì)解釋道，給一個(gè)設(shè)備增加指紋功能的成本包括指紋閱讀器以及嵌入式微控制器。閱讀器的成本及其需要的計(jì)算資源都已降價(jià)，這使得它們對(duì)于中端市場(chǎng)極具吸引力。另一個(gè)原因是，面部識(shí)別和眼睛識(shí)別系統(tǒng)的部署成本最高，但是這些識(shí)別技術(shù)不會(huì)給用戶帶來任何相對(duì)指紋識(shí)別的精確性優(yōu)勢(shì)，使用起來也不如指紋識(shí)別方便。
控制器是門禁系統(tǒng)的核心部分，其功能相當(dāng)于計(jì)算機(jī)的CPU，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的輸入、輸出信息的處理和儲(chǔ)存、控制等。它驗(yàn)證門禁讀卡器輸入信息的可靠性，并根據(jù)規(guī)則判斷其有效性，如果信息有效則對(duì)執(zhí)行部件發(fā)出信號(hào)。因此，門禁控制器性能的好壞直接影響著系統(tǒng)的可靠性。
Atrua的邱倫紀(jì)稱，16/32位MCU是最適合的控制和處理內(nèi)核，特別是基于ARM架構(gòu)的產(chǎn)品，因?yàn)檫@種架構(gòu)廣受供應(yīng)商的支持，且具有高功效特性。MCU的靈活性也很高，而且與DSP相比具有成本優(yōu)勢(shì)。他認(rèn)為ASIC和FPGA在門禁控制中幾乎沒有用武之地，任何需要特別與ASIC搭配的解決方案都沒有成本競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，這是因?yàn)槠鋽?shù)量無法與目前更流行的MCU相競(jìng)爭(zhēng)。Atrua推出的全球最小的指紋傳感器將過流保護(hù)等電路集成到硅片中，降低了BOM材料成本。其自適應(yīng)電容技術(shù)具有最高精確度，可確保理想的用戶體驗(yàn)?；跇?biāo)準(zhǔn)的解決方案更是確保了供應(yīng)商互操作性和未來的升級(jí)途徑。
“但從降低成本的角度來考慮，高速8位MCU就已足夠滿足需求?！迸_(tái)灣福華先進(jìn)微電子公司(FameG)產(chǎn)品經(jīng)理陳圣泓表示，“FameG已推出高達(dá)160MHz的超高速8位MCU產(chǎn)品，在對(duì)運(yùn)算機(jī)制進(jìn)行優(yōu)化后，利用超高速8位MCU產(chǎn)品即可完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)?！盨ilicon Labs提供的8位MCU平臺(tái)同樣可實(shí)現(xiàn)各種安全應(yīng)用，這是因?yàn)槠涮幱跇I(yè)界領(lǐng)先地位的高性能8051內(nèi)核具有100MIPS的處理性能。此外，集成的高性能模擬性能也降低了客戶的成本。
Silicon Labs的MCU市場(chǎng)總監(jiān)Ross Bannatyne表示，在設(shè)計(jì)一個(gè)嵌入式系統(tǒng)時(shí)，工程師重點(diǎn)考慮的事項(xiàng)包括易于使用的工具以及系統(tǒng)的整體成本。對(duì)于這些日益普遍的應(yīng)用必須便于客戶設(shè)計(jì)，以便客戶能將精力集中在其專有技術(shù)上。當(dāng)然，成本也是一個(gè)重要因素，雖然門禁控制技術(shù)的成本已經(jīng)大幅降低，但進(jìn)一步降低系統(tǒng)成本將有利于安全系統(tǒng)得到更廣泛的采用。此外還應(yīng)考慮的是產(chǎn)品是否易于實(shí)現(xiàn)。利用Silicon Labs和Cypress提供的混合信號(hào)MCU可以實(shí)現(xiàn)低成本目標(biāo)，混合器件中集成了放大、ADC、DAC等模擬元件，因此客戶無需再采用多個(gè)外圍模擬元件來設(shè)計(jì)復(fù)雜的電路板。通過將高性能模擬器件和高性能CPU集成，可以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，同時(shí)不會(huì)有性能上的損失，并且客戶無需采用更昂貴的架構(gòu)來延長(zhǎng)8位設(shè)計(jì)的壽命。 光控開關(guān)相關(guān)文章:光控開關(guān)原理 聲光控開關(guān)相關(guān)文章:聲光控開關(guān)原理
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