科普知識5:智能家居新趨勢解嵌入式Internet技術

發布日期: 2013-12-04

    經過去年的風生水起,智能家居銷售呈現了一個新興蓬勃的局麵,房地產、家裝、網絡運營商等多個渠道銷售火爆。有人甚至預言2013年開始悄然進入智能家居的普及元年。不管咋樣,在智能家居走火的背後,呈現了新的發展趨勢,無線智能家居大行其道,雲計算無處不在,設備使用呈現全方位人性化等等。

  智能家居新趨勢

  一、技術引領無線智能家居

  幾年前,談起智能家居,人們還是想起要鑿開牆壁,密密麻麻的布線,有礙美觀,成本高昂,係統升級更新困難,售後服務也因為線路被埋導致故障診斷無法及時,這些都嚴重影響了消費者的滿意度,無法被客戶接受。

  現在,隨著物聯網技術的興起,智能家居迎來的二次革命,智能化程度大幅提高,客戶拿著手機就能搞定日常的吃喝拉撒玩睡。現在的智能家居已經從當初的有線傳輸躍升為無線通訊,無需破牆布線,隻要具有初中以上文化者根據自己需要組合安裝,係統自動組網,擴展性能強,能夠任意嵌入家居設備,更新升級;遇到售後也能及時診斷故障,予以修複。

  智能家居采用的通訊方式有三種,藍牙、WIFI、ZIGBEE,前兩者應用到家庭領域成本高昂,設備擴展性能較差,一個網端最多對應10個端口。而ZIGBEE則能無限製地接入新的端口,嵌入各種家居設備。這是一種低成本、低複雜度、高安全的雙向通訊技術,還能支持地理定位功能。目前很多企業紛紛投入到ZIGBEE技術陣營,其中南京物聯、深圳華為等國際ZIGBEE聯盟會員在國內已經占據了領先的搶跑優勢。

  二、雲計算牽手智能家居

  話說物聯網興起,智能家居得到了長足的發展,從有線模式轉化為無線模式,操作更加簡潔方便,安全可靠,這其中,雲計算起到了極為重要的作用。雲計算是基於互聯網的相關服務的增加、使用和交付模式,通常涉及通過互聯網來提供動態易擴展且經常是虛擬化的資源。

  智能家居某企業技術部負責人表示,目前由於很多智能家居係統本身沒有數據處理能力,用戶可以將對於家中智能家居的相關信息儲藏在雲端,通過連接到雲端的手機或者嵌在牆上的終端,可以非常有效安全快捷地掌控家居的風吹草動。

  事實上,智能家居就是一個家庭物聯網,可以通過雲計算,也可以讓家庭與社交網絡、新聞渠道、數據分析甚至是政府決策聯係起來,在雲的支撐下,一切皆有可能。雲計算是趨勢,在不久的未來,雲計算將會深入到生活的每一個角落裏麵,引發各個產業的徹底變革,將在2013年得到快速發展。

  智能家居嵌入式Internet技術

  智能家居為了實現遠程監控以及與外部網絡的通信,必須要實現單片機係統的Internet接入,智能家居中的嵌入式Internet技術在此發揮了很大作用。單片機采用互聯網通訊與控製具有很好的實用價值,可以很容易地實現遠程的控製與監測,也是信息家電要實現的主要目標。然而目前利用單片機實現嵌入式因特網方案的技術難點在於:如何利用單片機自身有限的資源對信息進行TCP/IP協議處理,使之變成可以在因特網上傳輸的IP數據包。從解決這一技術出發,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(實時多任務操作係統)平台上進行軟件開發,在嵌入式單片機係統中集成TCP/IP協議,實現TCP/IP的協議處理,這一協議可以采用軟件來實現,也可以通過硬件進行軟件的簡化。這種配置要求單片機有一定的存儲空間來實施TCP/IP協議。目前國內較為流行的RTOS有VxWorks, pSOS, Nucleus, QNX, Windows CE等。

  由於采用高檔單片機,此方案可以完成很多複雜的功能,但成本較高,開發周期較長,需要購買昂貴的RTOS開發軟件,對開發人員的能力要求較高。

  (2) 8位MCU+TCP/IP協議芯片

  這個方案是由MCU和固化了TCP/IP協議的芯片組成應用係統的核心。應用係統可以直接撥號上網,硬件電路相對簡單,但需要大容量的存儲器,如果使用的TCP/IP協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議,軟件協議棧用匯編語言編寫,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協議堆棧作為MCU和Internet之間的加速器。

  這個方案的優點是將8位單片機係統直接與Internet相連,可以使用PC機通過Internet遠程訪問單片機係統,也可以使用單片機係統將信息通過Internet發送到遠程PC或其它終端上。但應用係統的設計工程師必須熟悉TCP/IP等協議和相關接口,軟件設計量較大。另外每個電子設備都需要一個IP地址,因此需要擴充IP協議才能到更好的支持。

  (3)MCU+EMIT協議+emGateway

  利用emWare公司開發的EMIT(Embedded Micro Internetworking Technology,嵌入式微Internet網絡技術),在應用係統的MCU內部使用emNet協議,再通過emGateway與Internet連接。EmGateway網絡軟件接口可以安裝在計算機、TV機頂盒或專用的家用電器服務器中,它支持TCP/IP協議並運行HTTP服務程序,作為用戶可以通過網絡瀏覽器遠程訪問服務器。EmGateway通過RS-232, RS-485, CAN、紅外及射頻等通信方式與多個嵌入式設備相連,每個嵌入式設備的應用程序包含的一個獨立的通信任務,稱為emMicro,監測嵌入式設備中預先定義的各個變量,並將結果反饋到emGateway中,同時emMicr。還可以解釋Gateway的命令,修改設備中的變量或進行某種控製。EmMicro 和emGateway一起為嵌入式設備提供了Internet功能。

  由於複雜的網絡協議是通過emGateway在PC機上實現的,應用係統MCU隻使用較簡單的emNet協議,因此對MCU的要求較低。但應用係統設計工程師必須熟悉emNet協議和相關的接口,原來客戶應用係統的MCU也不一定符合要求,並且軟硬件設計的工作量仍然較大。同時,應用係統的單片機處理 emNet協議要占用一定的係統資源。

  (4)MCU+Webchip+PC網關

  所謂Webchip是獨立於各種微控製器的專用網絡接口芯片,它通過標準的輸入、輸出口與各種MCU相連。MCU通過Webchip與網關連接即可接收並執行經由Internet遠程傳來的命令或將數據交給Webchip發送出去。

  Webchip的主要優點在於:對MCU應用係統的設計工程師來說,無需熟悉複雜的網絡協議及其接口;對MCU芯片來說,對運行速度和存儲器容量等方麵無特殊要求;軟件設計隻需要增加一小段接口程序,其它無需作大的改動,在大程序上簡化了應用設計的工作量,可以縮短MCU應用係統的設計周期。

  以上四種方案從不同途徑實現了MCU應用係統與Internet的連接,再加上RS-232, RS-485總線、無線射頻或紅外控製模塊等擴展方案,就可以構成小型的家庭控製網絡。

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