发布于 2015年01月13日
只要在门口稍作中止，指纹辨认仪就能够完结身份辨认，自动开门大约是给主人发送信息提示有人来访。另外，还能够在单位进上钩络查看安防系统的摄像记载，在放工前用手机远程遥控空调、热水器开端工作，以便回家就能尽享安定环境。
是的，以上各种夸姣现象都不再是空想，而是现已或即将呈如今咱们的实践生计傍边。
智能家居的底子成效包含智能家电操控、无线灯火操控、智能遥控电动窗布、门禁操控、视频监控、防火防烟报警、煤气走漏勘探、远程抄表等。就中国商场来说，从2000年提出智能家居观点到如今，智能家居工业取得了迅猛成长并日渐渗透分泌到咱们的相同寻常生计中。一些高档的住宅小区现已配套了比力美满的智能家庭网络，并将“智能化”作为一个最大的卖点。中国自行研发拓荒的一些系统也已较为老练并逐渐进入商场，如可视门禁系统、红外报警装置等。可是，在这一新式领域，如何跳过系统巨大性和本钱较高这两道门槛，悉数广泛智能家居仍旧是摆在设置配备铺排制造厂商和系统厂商眼前的一道艰难。
这篇文章将对当时中国商场最抢手的无线灯火操控、门禁操控以及视频监控这三个部分举办剖析，探求如何将最新的技术引入智能家居产品当中，打造出真实有用、易用、高性价比的智能家居系统。
IP视频监控是将来干流
传统家用仿照摄像机的规模之一是无法经过网络传输视频数据以完结及时远程监控。日前兴起的IP摄像机是应对该标题标有用处理方案，IP摄像机将来自图画传感器的信号举办数字化，然后经过Wi-Fi、ADSL、有线电视网或蜂窝通讯网络传输至手机或互联网上，多么用户就能够经过互联网随时随地对自身的家庭举办监控。“IP摄像机的独特的当地在于远程观察和处理身手，它使得家庭监控不再是一种往后监控东西。"Micron公司项目商场司理Cliff Cheng夸张，“一旦在被监控区域检测到举动，及时警报便能够经过SMS、电子邮件和德律风发送给家庭成员。家庭成员能够从任何地址登岸来检查家中的状况。另外，在自动对家中状况举办监督的时刻、内容和办法等方面，新的IP摄像机技术为终端用户供给了许多成效。”
用户需要的不同使得对系统和设置配备铺排的标准需要和技术需要各不雷同，完结的本钱也会有所区别。海思半导体数字媒体产品处理部营销司理罗勇华认为，低端家庭监控计齐截般使用家中的ADSL线路，经过PC举办远程监控，这种方案对画面的区分率和一连性需要较低，因而，低本钱、可支撑ADSL传输的IP摄像机就足以满足需要。另一方面，中高规则案对网络传输办法、画面区分率、传输一连性等提出了更高需要，俭朴的视频传输不克不及满足客户的需要。此刻必要挑选能适应多网络传输办法(如Wi-Fi、ADSL、GPRS、CDMA、3G网络等)，可使传输的图画具备更高区分率、更流转，支撑多种报警办法(如远程IE和手机短信等办法)以及俭朴人工智能成效的IP摄像机。
IP摄像机的重要构成元件包含用于捕捉图画的图画传感器、举办视频紧缩处置处分的DSP或ASIC、以及将视频数据传输至接入点的网络接口模块(比如Wi-Fi模块、ADSL调制解调器、蜂窝网络收发模块等)。跟着CMOS传感器的图画质量和低光照功能现已抵达(并有望超越)CCD传感器程度，安静监控商场正在开端步入CMOS传感器主导的时期。
除了可支撑优秀的图画质量以外，图画传感器须始末严格的测验和质量保证流程，以保证传感器能够大约在较宽的温度规模和差另外光照环境下工作。摄像机制造商还必要举办功能和规模测验，然后保证即使在被另外家用电器一连干扰的环境下视频流质量也不会下降。Micron的200万像素、1/3.2英寸图画传感器MT9D131可支撑远程监看时的电子倾斜、摇摄和彻底内插的变焦成效，是对于高端家用商场的产品。
“不同光照环境和不同温度下的图画质量和功能、总材料本钱、易于摄像机方案或安静系统的集成、终端用户的安静和操作，这些都是挑选传感器时要思量的重要要素。”
OmniVision公司安静产品商场司理Jason Wang补充道。OmniVision专门对于安静商场的具有本钱遵守、高集成度的单芯片CMOS摄像机，能够大约在低光照环境下很好地工作，这抵挡安静监控商场来说是一个不可或缺的要素。与多芯片图画传感器处理方案有所不同，OmniVision的CameraChip处理方案无需任何格外的处置处分身手即可供给高品格停止帧和视频图画。经过OmniVision专有技术将相机成效整合到单芯片中，能够减小方案尺度、筛选工作量、失落本钱并缩短上市时刻。
值得一提的是，Pixim公司根据数字像素系统(DPS)技术的视频监控摄像机在图画捕捉和处置处分技术方面取得了极大的打破，它具有高敏捷性、超宽动态规模、高区分率以及精彩的颜色保真度。Pixim公司副总裁Todd E. Rockoff博士体现，DPS是仅有的直接以数字值体现光信号的图画捕捉 系统。与之相反，CCD和CMOS传感器因而仿照值体现光信号，然后再将仿照值转换成数字值，存在着噪声大和输出时刻长等缺陷。“DPS不存在仿照读出噪声，十分妥当于家庭IP监控使用，这是因为DPS能够为紧缩处理方案供给最俭朴的输入。而且根据DPS的系统不会孕育发作任何像素和数据包之间的仿照误差。”
当然家庭监控归于本钱灵敏型使用，但耗费者并不乐意舍身任何视频质量，因而对视频信号的紧缩和剖析变成系统完结的要害要素。正如Altera耗费、轿车及播送奇观部资深总监Todd Scott所指出的，“如今家庭监控技术面临两大寻衅：视频紧缩和高档剖析成效。它们都必要接收许多的数字信号处置处分以及巨大的算法来完结任务。”
网络带宽的限制促进IP视频监控系统需要能够大约举办有用的图画紧缩。在低端摄像机中广泛接收的是MJPEG(Motion JPEG)，但跟着MPEG4和H.264编解码器本钱的不断下降，许多家用IP摄像机正转而接收这两种紧缩方案，以得到更高的带宽使用率。“除了各种毗邻协媾和硬件驱动，传输的要害是在齐截质量下码流的高低，各种带宽下图画效果的完结。作为专门为网络传输而订定的H.264应是首选方案。”海思半导体的罗勇华说。
凭证差另外商场需要，摄像机供给商可为其IP摄像机挑选差另外处置处分内核。MCU、DSP、FPGA和ASIC等处置处分芯片都具有其自身的优缺陷。比如，入门级系同相同一般需要低本钱、低功率紧缩技术，因而优化的媒体处置处分器是首选。高端系统大约会参与视频流的策画机剖析身手，然后为用户供给附加值。这种剖析使用倾向于由机动的高功能DSP完结，不过本钱高和拓荒周期较长仍是DSP难以超越的一道门槛。专用ASIC具有最好的功率和功能，可满足对本钱灵敏的大批量耗费类需要，但缺乏机动性和可晋级性。
Altera公司的Todd Scott则体现，FPGA是完结多数据流(DVR编解码)最有用的技术。一块FPGA芯片能够大约对1至16路H.264标准明白视频流举办编码。抵挡家庭使用来说，用于工业视频监控DSP芯片不但过于贵重，且用于剖析的带宽有限，相同一般只能处置处分4路甚至更少的视频流。FPGA能够用于摄像头编码和剖析，十分妥当多摄像头就事器和DVR的编解码。另外，FPGA成效机动，除了编解码以外，还能够大约完结各种剖析任务。当产值上升时，FPGA能够转换为HardCopy ASIC(Altera的规划化ASIC处理方案)，然后有用失落摄像头或就事器/DVR的本钱和功耗。
上海杰得微电子有限公司商务拓宽司理罗霖的观点代表了另一种处理思绪。他认为：“高集成度的双核SoC将能够大约担任视频监控的处置处分焦点。此中一个核用于器材操控和处理，另一个核用作策画麋集的视频和音频处置处分。这种芯片能够在供给高处置处分功能一起满足对本钱的限制，这在大规模铺排的系统中十分重要。”
“DSP SoC是最好的候选方案，因为该器材可满足IP摄像机对机动编解码身手的需要，以适应网络带宽的限制和革新。”企图视鼎(C2 Microsystems)公司商场司理刘明璋夸张说。企图视鼎推出的CC1100接收可编程多处置处分器联合硬件加速引擎的SoC系统架构，其主CPU是主频350MHz的超等标量RISC处置处分器，视频编解码工作由3个可编程但不同架构的子处置处分器分阶段协同完结。这种立异的架构使CC1100能以较低的主频来获取足够的视频处置处分功能。
抵挡监控设置配备铺排出产厂商来说，如何在较低本钱下完结一个巨大的产品是当时的重要寻衅之一，“用户用来安顿IP家庭监控摄像机的时刻应不超越10分钟。”Micron公司项目商场司理Cliff Cheng说道，“一种完结办法是经过uPNP(Universal Plug and Play，通用即插即用)接口抵达设置配备铺排间的无缝毗邻并简化家庭网络完结。”而抵挡系统厂商而言，软件方案的兼容性不断是拓荒中的艰难地址。深圳高斯贝尔家居智能电子有限公司项目总监张祖德体现，在拓荒视频监控系统时，须思量不同渠道的操作系统、软硬件之间的兼容性。他认为视频监控系统的硬件完结底子现已不存在标题，但因为系统环境以及用户安顿的软件变化无常，给系统的兼容性形成了必定的艰难，“这是咱们将来必要要点处理的标题”。
无线灯火操控：ZigBee最受喜爱
当然如今商场上已有许多可用于家庭灯火操控的无线技术，包含IrDA、蓝牙、ZigBee、Z-Wave、无线USB等等，但凭证方针使用对本钱、功耗、巨大程度、牢靠性、成效等需要的不同，上述各种方案别离有其最妥当的商场。飞思卡尔无线及移动系统部商场司理邝景亮坦言，IrDA和一些专有无线处理方案正主导着低端商场。
但这些方案的成效十分有限，重要的缺陷体如今产品的可扩展性、操作规模、因为意外干扰致使的工作不稳固以及只能单向操作等。另一方面，中端和高端商场正在寻求能够大约处理以上标题标通用型无线系统，专有的系统处理方案将被镌汰。而在蓝牙、ZigBee、Z-Wave、WLAN等备选方案中，当然蓝牙和无线USB现已具有广泛的商场担任度，但因为高功耗、低网络功能以及高系统本钱等要素，使得这两种技术并不妥当家庭无线操控。
“ZigBee是智能家庭无线灯火操控系统中最有出息的处理方案”。Ember公司亚太区营销总监Paul Covell指出。他认为，起首，ZigBee便于铺排。与另外大多数无线技术差另外是，ZigBee能够将照明传感器、设置配备铺排和操控成效自结构到可自动设置配备铺排和自我修正的无线网状网络中。其次，相对蓝牙和无线USB等必要许多功率的技术，ZigBee具有节能的优势，使用电池供电就能让ZigBee设置配备铺排工作数年。ZigBee网络中的传感器、照明开关等电池供电的终端设置配备铺排在大部分时刻都处于寝息状况，在激活时或定时的状况更新时被叫醒。
第三，ZigBee是一个开放的举世性无线标准，并得到超越225家OEM、芯片制造商和技术供给商的支撑。末端，ZigBee具有比另外无线方案更高的可扩展性和牢靠性。ZigBee是为晋级到支撑多达65,000个设置配备铺排的大型网络而方案的。在网状网络中，设置配备铺排在没有单点妨碍的环境下完结彼此通讯，要是一条通路呈现断开的链路，则会自动创造并使用新的通路，而不制止系统工作。这种恒久牢靠性抵挡许多期望使用寿数达数十年的灯火操控系统而言至关重要。
Jennic公司使用工程副总裁Paul Chilton则夸张，应将互操作性视为智能家庭的要害特性。智能家居的一个卖点应是悉数的使用都能彼此通讯，然后供给协同效应。比如，要是用户家中安顿了活动检测器，那么除实施安静任务以外，用户还期望这些设置配备铺排能发送一个信息给家中的灯火系统，关照系统在某段时刻房间内没有人，以便关灯。作为一个开放式的举世标准，ZigBee已底子消除了互操作性的停滞。另外，跟着节点密度的前进，网状网络的牢靠性也将越来越高。Jennic处理方案的独特优势在于能够供给包含32位RISC内核和2.4GHz收发器的单芯片无线微操控器。32位处置处分器为拓荒工程师供给了在ZigBee或IEEE802.15.4货仓之上运转巨大使用所需的机动性。
只管ZigBee技术得到了业界的广泛支撑，但作为其在家庭操控领域的有力竞赛者，Z-Wave技术的成长气势也不容小觑。Zensys公司亚太区总监王俞乔体现，Z-Wave供给的是一种真实的网状网处理方案，该方案容许不同供给商的产品举办互操作。如今市道市情上已有多种Z-Wave产品推出，还有更多的商用产品很快就将面市。Z-Wave拓荒包还供给了一个彻底的拓荒渠道以便用户简化使用软件的拓荒。用户所需的学习时刻短，能够在几个月内拓荒出产品并推向商场。
使用无绳DECT技术来完结灯火操控是TI的立异处理方案，这是因为无绳DECT技术具有老练、克己及易用等多个利益。DECT操控系统与传统家庭操控系统的差另外当地在于，它能够与2.5G/3G网络毗邻，因而用户能够在出差、单位等户外场所经过手机对家中的灯火设置配备铺排举办操控。
当挑选无线灯火系统的操控芯顷刻，MCU得到了包含飞思卡尔、Atmel、富士通微电子、Microchip、Silicon Labs在内的浩繁厂商的平等认同。不过，接收8位、16位仍是32位MCU架构需取决于价值、功耗以及运转在网络协议栈之上的使用。富士通微电子公司的产品司理丁洁早指出，要是接收ZigBee技术来方案智能家庭的操控使用，那么从本钱和资本来权衡，8位MCU现已足够。4位MCU因为其内部资本不敷，无法承载ZigBee的操控协议。而16位MCU本钱相对较高，难以变成干流挑选。富士通微电子推出业界首个面向俭朴使用的802.15.4/ZigBee无线拓荒套件WiLeKit。该套件根据富士通微电子精彩的低功耗8位微操控器MB95F108A，接收格外方案的俭朴网络操控协议，客户无需支付贵重的认证用度，就能够为他们的现有产品上快速增加高牢靠性的ZigBee无线操控成效。
Microchip的一款IEEE802.15.4无线收发器芯片MRF24J40可用于ZigBee认证的产品中。除了硅芯片，Microchip还供给了一个对于PIC微操控器优化的ZigBee协议栈。另外，Microchip供给了另一个IEEE802.15.4协议栈，被称为MiWi协议。该协议栈比ZigBee协议栈约莫小70%。MiWi协议有望被用于对本钱灵敏的使用中，这类使用无需ZigBee协议供给的互操作性。
意法半导体低数据速率网络技术商场司理Olivier Rouy则认为，16位或32位MCU更有望变成ZigBee SoC的标准内核，其原因原由是一起处理ZigBee网络(安静、路由)和灯火使用自身必要必定的策画身手。8位MCU仅有能够使用的当地是最底子的开关(无需路由成效)，此刻对ZigBee栈的需要不是很高。可是这类设置配备铺排将无法从ZigBee网状网络的机动性中获益。
Atmel公司RFID高档商场司理Roland Schropp的观点是，带有高效软件货仓的标准闪存8位MCU十分妥当无线灯控使用，而且不会增加不必要的系统方案本钱。这种8位处理方案能够失落材料清单本钱，并减小耗电量，供给高效果处理方案。AVR Z-Link处理方案包含了Atmel的多种AVR微操控器和切合IEEE802.15.4/ZigBee典范的RF器材，可供给精彩的机动性。如今客户可凭证使用需要选用带有4Kb到256Kb闪存的微操控器，使设置配备铺排的本钱切合其特定需要。
不过，Cypress公司 比年来门禁操控技术取得了长足的前进，作为一种新式确今世化安静处理系统，门禁操控系统已被许多用于家庭环境，而且跟着技术的不断前进，系统的典范也日渐富厚，呈现了从磁条卡、智能卡、数字键盘到生物特性辨认等一系列多元化的产品。数字键盘经过查验输入暗码是不是精确来决断出入权限，其本钱较低，缺陷是暗码简单走漏，安静功能不高。智能卡相对来说则难以被复制，开门便利安静，并可完结双向操控，但出入时有必要带着卡片将形成必定的贫穷。
“在高安静功能比本钱更重要的门禁使用中，指纹、脸型和虹膜辨认将变成干流。在对本钱越发灵敏的使用中，智能卡和数字键盘更有生漫空间。”Silicon Labs MCU商场总监Ross Bannatyne指出，“不过，以上悉数挑选的本钱都将跟着技术的成长而失落，而且尺度更小，成效更强。”
楚亚(Atrua)电子技术副总裁、总司理邱伦纪博士对此也有认同，他认为数字键盘输入既克己又较为牢靠，因而有大约在低端商场中最盛行。而指纹辨认将在中端和高端商场中占有主导职位当地。邱伦纪表明道，给一个设置配备铺排增加指纹成效的本钱包含指纹阅读器以及嵌入式微操控器。阅读器的本钱及其必要的策画资本都已贬价，这使得它们抵挡中端商场极具吸引力。另一个原因原由是，脸部辨认和双眼辨认系统的铺排本钱最高，可是这些辨认技术不会给用户带来任何相对指纹辨认的精确性优势，使用起来也不如指纹辨认便利。
操控器是门禁系统的焦点部分，其成效相等于策画机的CPU，卖力整单个系的输入、输出信息的处置处分和贮存、操控等。它验证门禁读卡器输入信息的牢靠性，并凭证规则决断其有用性，要是信息有用则对实施部件宣布信号。因而，门禁操控器功能的优劣直接影响着系统的牢靠性。
Atrua的邱伦纪称，16/32位MCU是最妥当的操控和处置处分内核，格外是根据ARM架构的产品，因为这种架构广受供给商的支撑，且具有高效果特性。MCU的机动性也很高，而且与DSP比较具有本钱优势。他认为ASIC和FPGA在门禁操控中几乎没有用武之地，任何需要格外与ASIC搭配的处理方案都没有本钱竞赛优势，这是因为其数目无法与如今更盛行的MCU相竞赛。Atrua推出的举世最小的指纹传感器将过流保护等电路集成到硅片中，失落了BOM材料本钱。其自适应电容技术具有最高精确度，可保证抱负的用户体会。根据标准的处理方案更是保证了供给商互操作性和将来的晋级路径。
“但从失落本钱的视点来思量，高速8位MCU就已足够满足需要。”台湾福华前辈微电子公司(FameG)产品司理陈圣泓体现，“FameG已推出高达160MHz的超高速8位MCU产品，在对运算机制举办优化后，使用超高速8位MCU产品即可完结系统方案。”Silicon Labs供给的8位MCU渠道相同可完结各种安静使用，这是因为其处于业界抢先职位当地的高功能8051内核具有100MIPS的处置处分功能。另外，集成的高功能仿照功能也失落了客户的本钱。
Silicon Labs的MCU商场总监Ross Bannatyne体现，在计齐截个嵌入式系统时，工程师要点思量的事变包含易于使用的东西以及系统的团体本钱。抵挡这些日益广泛的使用有必要便于客户方案，以便客户能将精神会集在其专有技术上。当然，本钱也是一个重要要素，当然门禁操控技术的本钱现已大幅失落，但进一步失落系统本钱将有利于安静系统得到更广泛的接收。另外还应思量的是产品是不是易于完结。使用Silicon Labs和Cypress供给的混杂信号MCU能够完结低本钱方针，混杂器材中集成了扩大、ADC、DAC等仿照元件，因而客户无需再接收多个外围仿照元件来方案巨大的电路板。经过将高功能仿照器材和高功能CPU集成，能够简化方案，一起不会有功能上的损失，而且客户无需接收更贵重的架构来延伸8位方案的寿数。