智能家居新趨勢解嵌入式Internet技術(shù)

[導讀]智能家居的采用的通訊方式有三種，藍牙、藍牙、ZIGBEE，前兩者應用到家庭領(lǐng)域成本高昂，設備擴展性能較差……

　　經(jīng)過(guò)去年的風(fēng)生水起，智能家居銷(xiāo)售呈現了一個(gè)新興蓬勃的局面，房地產(chǎn)、家裝、網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商等多個(gè)渠道銷(xiāo)售火爆。有人甚至預言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，呈現了新的發(fā)展趨勢，無(wú)線(xiàn)智能家居大行其道，云計算無(wú)處不在，設備使用呈現全方位人性化等等。

　　智能家居新趨勢

　　一、技術(shù)引領(lǐng)無(wú)線(xiàn)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(xiàn)，有礙美觀(guān)，成本高昂，系統升級更新困難，售后服務(wù)也因為線(xiàn)路被埋導致故障診斷無(wú)法及時(shí)，這些都嚴重影響了消費者的滿(mǎn)意度，無(wú)法被客戶(hù)接受。

　　現在，隨著(zhù)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(hù)拿著(zhù)手機就能搞定日常的吃喝拉撒晚睡?，F在的智能家居已經(jīng)從當初的有線(xiàn)傳輸躍升為無(wú)線(xiàn)通訊，無(wú)需破墻布線(xiàn)，只要具有初中以上文化者根據自己需要組合安裝，系統自動(dòng)組網(wǎng)，擴展性能強，能夠任意嵌入家居設備，更新升級;遇到售后也能及時(shí)診斷故障，予以修復。

　　智能家居的采用的通訊方式有三種，藍牙、藍牙、ZIGBEE，前兩者應用到家庭領(lǐng)域成本高昂，設備擴展性能較差，一個(gè)網(wǎng)端最多對應10個(gè)端口。而ZIGBEE則能無(wú)限制地接入新的端口，嵌入各種家居設備。這是一種低成本、低復雜度、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，等國際ZIGBEE聯(lián)盟會(huì )員在國內已經(jīng)占據了領(lǐng)先的搶跑優(yōu)勢。

　　二、云計算牽手智能家居

　　話(huà)說(shuō)物聯(lián)網(wǎng)興起，智能家居得到了長(cháng)足的發(fā)展，從有線(xiàn)模式轉化為無(wú)線(xiàn)模式，操作更加簡(jiǎn)潔方便，安全可靠，這其中，云計算起到了極為重要的作用。云計算是基于互聯(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)部負責人表示，目前由于很多智能家居系統本身沒(méi)有數據處理能力，用戶(hù)可以將對于家中智能家居的相關(guān)信息儲藏在云端，通過(guò)連接到云端的手機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)云計算，也可以讓家庭與社交網(wǎng)絡(luò )、新聞渠道、數據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。云計算是趨勢，在不久的未來(lái)，云計算將會(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)現遠程監控以及與外部網(wǎng)絡(luò )的通信，必須要實(shí)現單片機系統的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)現遠程的控制與監測，也是信息家電要實(shí)現的主要目標。然而目前利用單片機實(shí)現嵌入式因特網(wǎng)方案的技術(shù)難點(diǎn)在于：如何利用單片機自身有限的資源對信息進(jìn)行TCP/IP協(xié)議處理，使之變成可以在因特網(wǎng)上傳輸的IP數據包。從解決這一技術(shù)出發(fā)，目前出現如下四種方案：

　　(1)32位MCU+RTOS

　　采用32位高檔單片機，在RTOS(實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統)平臺上進(jìn)行軟件開(kāi)發(fā)，在嵌入式單片機系統中集成TCP/IP協(xié)議，實(shí)現TCP/IP的協(xié)議處理，這一協(xié)議可以采用軟件來(lái)實(shí)現，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有一定的存儲空間來(lái)實(shí)施TCPIIP協(xié)議。目前國內較為流行的RTOS有VxWorks， pSOS， Nucleus， QNX， Windows CE等。

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

　　經(jīng)過(guò)去年的風(fēng)生水起，智能家居銷(xiāo)售呈現了一個(gè)新興蓬勃的局面，房地產(chǎn)、家裝、網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商等多個(gè)渠道銷(xiāo)售火爆。有人甚至預言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，呈現了新的發(fā)展趨勢，無(wú)線(xiàn)智能家居大行其道，云計算無(wú)處不在，設備...

　　(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)議的芯片組成應用系統的核心。應用系統可以直接撥號上網(wǎng)，硬件電路相對簡(jiǎn)單，但需要大容量的存儲器，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)，存儲在單片機的FLASH程序存儲器中;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位單片機系統直接與Internet相連，可以使用PC機通過(guò)Internet遠程訪(fǎng)問(wèn)單片機系統，也可以使用單片機系統將信息通過(guò)Internet發(fā)送到遠程PC或其它終端上。但應用系統的設計工程師必須熟悉TCP/IP等協(xié)議和相關(guān)接口，軟件設計量較大。另外每個(gè)電子設備都需要一個(gè)IP地址，因此需要擴充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))，在應用系統的MCU內部使用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算機、TV機頂盒或專(zhuān)用的家用電器服務(wù)器中，它支持TCP/IP協(xié)議并運行HTTP服務(wù)程序，作為用戶(hù)可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )瀏覽器遠程訪(fǎng)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)嵌入式設備相連，每個(gè)嵌入式設備的應用程序包含的一個(gè)獨立的通信任務(wù)，稱(chēng)為emMicro，監測嵌入式設備中預先定義的各個(gè)變量，并將結果反饋到emGateway中，同時(shí)emMicr。還可以解釋Gateway的命令，修改設備中的變量或進(jìn)行某種控制。EmMicro 和emGateway一起為嵌入式設備提供了Internet功能。

　　由于復雜的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議是通過(guò)emGateway在PC機上實(shí)現的，應用系統MCU只使用較簡(jiǎn)單的emNet協(xié)議，因此對MCU的要求較低。但應用系統設計工程師必須熟悉emNet協(xié)議和相關(guān)的接口，原來(lái)客戶(hù)應用系統的MCU也不一定符合要求，并且軟硬件設計的工作量仍然較大。同時(shí)，應用系統的單片機處理 emNet協(xié)議要占用一定的系統資源。

　　(4)MCU+Webchip+PC網(wǎng)關(guān)

　　所謂Webchip是獨立于各種微控制器的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )接口芯片，它通過(guò)標準的輸入、輸出口與各種MCU相連。MCU通過(guò)Webchip與網(wǎng)關(guān)連接即可接收并執行經(jīng)由Internet遠程傳來(lái)的命令或將數據交給Webchip發(fā)送出去。

　　Webchip的主要優(yōu)點(diǎn)在于：對MCU應用系統的設計工程師來(lái)說(shuō)，無(wú)需熟悉復雜的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議及其接口;對MCU芯片來(lái)說(shuō)，對運行速度和存儲器容量等方面無(wú)特殊要求;軟件設計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)化了應用設計的工作量，可以縮短MCU應用系統的設計周期。

　　以上四種方案從不同途徑實(shí)現了MCU應用系統與Internet的連接，再加上RS-232， RS-485總線(xiàn)、無(wú)線(xiàn)射頻或紅外控制模塊等擴展方案，就可以構成小型的家庭控制網(wǎng)絡(luò )。