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
雖然目前市場上已有大量可用于家庭燈光控制的無線技術(shù)，包括IrDA、藍牙、ZigBee、Z-Wave、無線USB等等，但根據(jù)目標應用對成本、功耗、復雜程度、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。飛思卡爾無線及移動系統(tǒng)部市場經(jīng)理鄺景亮坦言，IrDA和一些專有無線解決方案正主導著低端市場。但這些方案的功能十分有限，主要的缺點體現(xiàn)在產(chǎn)品的可擴展性、操作范圍、由于意外干擾導致的工作不穩(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。而在藍牙、ZigBee、Z-Wave、WLAN等備選方案中，雖然藍牙和無線USB已經(jīng)擁有廣泛的市場接受度，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)營銷總監(jiān)Paul Covell指出。他認為，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配置和自我修復的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中。其次，相對藍牙和無線USB等需要大量功率的技術(shù)，ZigBee具有節(jié)能的優(yōu)勢，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)備在大部分時間都處于睡眠狀態(tài)，在激活時或定期的狀態(tài)更新時被喚醒。第三，ZigBee是一個開放的全球性無線標準，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展性和可靠性。ZigBee是為升級到支持多達65,000個設(shè)備的大型網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計的。在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)備在沒有單點故障的情況下實現(xiàn)相互通信，如果一條通路出現(xiàn)斷開的鏈路，則會自動發(fā)現(xiàn)并使用新的通路，而不停止系統(tǒng)工作。這種長期可靠性對于許多期望使用壽命達數(shù)十年的燈光控制系統(tǒng)而言至關(guān)重要。
Jennic公司應用工程副總裁Paul Chilton則強調(diào)，應將互操作性視為智能家庭的關(guān)鍵特性。智能家居的一個賣點應是所有的應用都能相互通信，從而提供協(xié)同效應。例如，如果用戶家中安裝了運動檢測器，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)送一個信息給家中的燈光系統(tǒng)，通知系統(tǒng)在某段時間房間內(nèi)沒有人，以便關(guān)燈。作為一個開放式的全球標準，ZigBee已基本消除了互操作性的障礙。此外，隨著節(jié)點密度的提高，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的可靠性也將越來越高。Jennic解決方案的獨特優(yōu)勢在于可以提供包含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堆棧之上運行復雜應用所需的靈活性。
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)域的有力競爭者，Z-Wave技術(shù)的發(fā)展勢頭也不容小覷。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商的產(chǎn)品進行互操作。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)包還提供了一個完全的開發(fā)平臺以便用戶簡化應用軟件的開發(fā)。用戶所需的學習時間短，可以在幾個月內(nèi)開發(fā)出產(chǎn)品并推向市場。
利用無繩DECT技術(shù)來實現(xiàn)燈光控制是TI的創(chuàng)新解決方案，這是因為無繩DECT技術(shù)具有成熟、便宜及易用等多個優(yōu)點。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、辦公室等戶外場合通過手機對家中的燈光設(shè)備進行控制。
當選擇無線燈光系統(tǒng)的控制芯片時，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同。不過，采用8位、16位還是32位MCU架構(gòu)需取決于價格、功耗以及運行在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧之上的應用。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)計智能家庭的控制應用，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成本相對較高，難以成為主流選擇。富士通微電子推出業(yè)內(nèi)首個面向簡單應用的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)計的簡單網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議，客戶無需支付昂貴的認證費用，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認證的產(chǎn)品中。除了硅芯片，Microchip還提供了一個針對PIC微控制器優(yōu)化的ZigBee協(xié)議棧。此外，Microchip提供了另一個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)議有望被用于對成本敏感的應用中，這類應用無需ZigBee協(xié)議提供的互操作性。
意法半導體低數(shù)據(jù)速率網(wǎng)絡(luò)技術(shù)市場經(jīng)理Olivier Rouy則認為，16位或32位MCU更有望成為ZigBee SoC的標準內(nèi)核，其原因是同時管理ZigBee網(wǎng)絡(luò)(安全、路由)和燈光應用本身需要一定的計算能力。8位MCU唯一可以應用的地方是最基本的開關(guān)(無需路由功能)，此時對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高級市場經(jīng)理Roland Schropp的觀點是，帶有高效軟件堆棧的標準閃存8位MCU非常適合無線燈控應用，而且不會增加不必要的系統(tǒng)設(shè)計成本。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化工程設(shè)計、減小BOM，簡化庫存管理等。同時選用PSoC作為控制處理器，這款動態(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)計工具。Cypress高級產(chǎn)品市場工程師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)取得了長足的進步，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別等一系列多元化的產(chǎn)品。數(shù)字鍵盤通過檢驗輸入密碼是否正確來判斷出入權(quán)限，其成本較低，缺點是密碼容易泄露，安全性能不高。智能卡相對來說則難以被復制，開門方便安全，并可實現(xiàn)雙向控制，但出入時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用中，指紋、臉型和虹膜識別將成為主流。在對成本更加敏感的應用中，智能卡和數(shù)字鍵盤更有發(fā)展空間?！盨ilicon Labs MCU市場總監(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。”
楚亞(Atrua)電子技術(shù)副總裁、總經(jīng)理邱倫紀博士對此也有認同，他認為數(shù)字鍵盤輸入既便宜又較為可靠，因此有可能在低端市場中最流行。而指紋識別將在中端和高端市場中占據(jù)主導地位。邱倫紀解釋道，給一個設(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算資源都已降價，這使得它們對于中端市場極具吸引力。另一個原因是，面部識別和眼睛識別系統(tǒng)的部署成本最高，但是這些識別技術(shù)不會給用戶帶來任何相對指紋識別的精確性優(yōu)勢，使用起來也不如指紋識別方便。
控制器是門禁系統(tǒng)的核心部分，其功能相當于計算機的CPU，負責整個系統(tǒng)的輸入、輸出信息的處理和儲存、控制等。它驗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，如果信息有效則對執(zhí)行部件發(fā)出信號。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，因為這種架構(gòu)廣受供應商的支持，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。他認為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爭優(yōu)勢，這是因為其數(shù)量無法與目前更流行的MCU相競爭。Atrua推出的全球最小的指紋傳感器將過流保護等電路集成到硅片中，降低了BOM材料成本。其自適應電容技術(shù)具有最高精確度，可確保理想的用戶體驗?；跇藴实慕鉀Q方案更是確保了供應商互操作性和未來的升級途徑。
“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_灣福華先進微電子公司(FameG)產(chǎn)品經(jīng)理陳圣泓表示，“FameG已推出高達160MHz的超高速8位MCU產(chǎn)品，在對運算機制進行優(yōu)化后，利用超高速8位MCU產(chǎn)品即可完成系統(tǒng)設(shè)計。”Silicon Labs提供的8位MCU平臺同樣可實現(xiàn)各種安全應用，這是因為其處于業(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市場總監(jiān)Ross Bannatyne表示，在設(shè)計一個嵌入式系統(tǒng)時，工程師重點考慮的事項包括易于使用的工具以及系統(tǒng)的整體成本。對于這些日益普遍的應用必須便于客戶設(shè)計，以便客戶能將精力集中在其專有技術(shù)上。當然，成本也是一個重要因素，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。此外還應考慮的是產(chǎn)品是否易于實現(xiàn)。利用Silicon Labs和Cypress提供的混合信號MCU可以實現(xiàn)低成本目標，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外圍模擬元件來設(shè)計復雜的電路板。通過將高性能模擬器件和高性能CPU集成，可以簡化設(shè)計，同時不會有性能上的損失，并且客戶無需采用更昂貴的架構(gòu)來延長8位設(shè)計的壽命。 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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