智能家居嵌入式Internet技术
安娜PARKER 2022-12-02

  经过去年的风生水起,智能家居销售呈现了一个新兴蓬勃的局面,房地产、家装、网络运营商等多个渠道销售火爆。有人甚至预言2013年开始悄然进入智能家居的普及元年。不管咋样,在智能家居走火的背后,呈现了新的发展趋势,无线智能家居大行其道,云计算无处不在,设备使用呈现全方位人性化等等。

  智能家居新趋势

  一、技术引领无线智能家居

  几年前,谈起智能家居,人们还是想起要凿开墙壁,密密麻麻的布线,有碍美观,成本高昂,系统升级更新困难,售后服务也因为线路被埋导致故障诊断无法及时,这些都严重影响了消费者的满意度,无法被客户接受。

  现在,随着物联网技术的兴起,智能家居迎来的二次革命,智能化程度大幅提高,客户拿着手机就能搞定日常的吃喝拉撒晚睡。现在的智能家居已经从当初的有线传输跃升为无线通讯,无需破墙布线,只要具有初中以上文化者根据自己需要组合安装,系统自动组网,扩展性能强,能够任意嵌入家居设备,更新升级;遇到售后也能及时诊断故障,予以修复。

  智能家居的采用的通讯方式有三种,蓝牙、WIFI、ZIGBEE,前两者应用到家庭领域成本高昂,设备扩展性能较差,一个网端最多对应10个端口。而ZIGBEE则能无限制地接入新的端口,嵌入各种家居设备。这是一种低成本、低复杂度、高安全的双向通讯技术,还能支持地理定位功能。目前很多企业纷纷投入到ZIGBEE技术阵营,其中南京物联、深圳华为,等国际ZIGBEE联盟会员在国内已经占据了领先的抢跑优势。

  二、云计算牵手智能家居

  话说物联网兴起,智能家居得到了长足的发展,从有线模式转化为无线模式,操作更加简洁方便,安全可靠,这其中,云计算起到了极为重要的作用。云计算是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式,通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。

  智能家居某企业技术部负责人表示,目前由于很多智能家居系统本身没有数据处理能力,用户可以将对于家中智能家居的相关信息储藏在云端,通过连接到云端的手机或者嵌在墙上的终端,可以非常有效安全快捷地掌控家居的风吹草动。

  事实上,智能家居就是一个家庭物联网,可以通过云计算,也可以让家庭与社交网络、新闻渠道、数据分析甚至是政府决策联系起来,在云的支撑下,一切皆有可能。云计算是趋势,在不久的未来,云计算将会深入到生活的每一个角落里面,引发各个产业的彻底变革,将在2013年得到快速发展。

  智能家居嵌入式Internet技术

  智能家居为了实现远程监控以及与外部网络的通信,必须要实现单片机系统的Internet接入,智能家居中的嵌入式Internet技术在此发挥了很大作用。单片机采用互联网通讯与控制具有很好的实用价值,可以很容易地实现远程的控制与监测,也是信息家电要实现的主要目标。然而目前利用单片机实现嵌入式因特网方案的技术难点在于:如何利用单片机自身有限的资源对信息进行TCP/IP协议处理,使之变成可以在因特网上传输的IP数据包。从解决这一技术出发,目前出现如下四种方案:

  (1)32位+RTOS

  采用32位高档单片机,在RTOS(实时多任务操作系统)平台上进行软件开发,在嵌入式单片机系统中集成TCP/IP协议,实现TCP/IP的协议处理,这一协议可以采用软件来实现,也可以通过硬件进行软件的简化。这种配置要求单片机有一定的存储空间来实施TCPIIP协议。目前国内较为流行的RTOS有VxWorks, pSOS, Nucleus, QNX, Windows CE等。

  由于采用高档单片机,此方案可以完成很多复杂的功能,但成本较高,开发周期较长,需要购买昂贵的RTOS开发软件,对开发人员的能力要求较高。

  (2) 8位MCU+TCP/IP协议芯片

  这个方案是由MCU和固化了TCP/IP协议的芯片组成应用系统的核心。应用系统可以直接拨号上网,硬件电路相对简单,但需要大容量的存储器,如果使用的TCP/IP协议芯片是软件固化的,还要求MCU有较高的运行速度。采用这种方案的芯片有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单片机为软件固化协议,软件协议栈用汇编语言编写,存储在单片机的FLASH程序存储器中;其它芯片则为硬件固化,硬件TCP/IP协议堆栈作为MCU和Internet之间的加速器。

  这个方案的优点是将8位单片机系统直接与Internet相连,可以使用PC机通过Internet远程访问单片机系统,也可以使用单片机系统将信息通过Internet发送到远程PC或其它终端上。但应用系统的设计工程师必须熟悉TCP/IP等协议和相关接口,软件设计量较大。另外每个电子设备都需要一个IP地址,因此需要扩充IP协议才能到更好的支持。

  (3)MCU+T协议+emGateway

  利用emWare公司开发的EMIT(Embedded Micro Internetworking Technology,嵌入式微Internet网络技术),在应用系统的MCU内部使用emNet协议,再通过emGateway与Internet连接。EmGateway网络软件接口可以安装在计算机、TV机顶盒或专用的家用电器服务器中,它支持TCP/IP协议并运行HTTP服务程序,作为用户可以通过网络浏览器远程访问服务器。EmGateway通过RS-232, RS-485, CAN、红外及射频等通信方式与多个嵌入式设备相连,每个嵌入式设备的应用程序包含的一个独立的通信任务,称为emMicro,监测嵌入式设备中预先定义的各个变量,并将结果反馈到emGateway中,同时emMicr。还可以解释Gateway的命令,修改设备中的变量或进行某种控制。EmMicro 和emGateway一起为嵌入式设备提供了Internet功能。

  由于复杂的是通过emGateway在PC机上实现的,应用系统只使用较简单的emNet协议,因此对MCU的要求较低。但应用系统设计工程师必须熟悉emNet协议和相关的接口,原来客户应用系统的MCU也不一定符合要求,并且软硬件设计的工作量仍然较大。同时,应用系统的单片机处理 emNet协议要占用一定的系统资源。

  (4)MCU+Webchip+PC网关

  所谓Webchip是独立于各种的专用网络接口芯片,它通过标准的输入、输出口与各种MCU相连。MCU通过Webchip与网关连接即可接收并执行经由Internet远程传来的命令或将数据交给Webchip发送出去。

  Webchip的主要优点在于:对MCU应用系统的设计工程师来说,无需熟悉复杂的网络协议及其接口;对MCU芯片来说,对运行速度和存储器容量等方面无特殊要求;软件设计只需要增加一小段接口程序,其它无需作大的改动,在大程序上简化了应用设计的工作量,可以缩短MCU应用系统的设计周期。

  以上四种方案从不同途径实现了MCU应用系统与Internet的连接,再加上RS-232, RS-485总线、或红外控制模块等扩展方案,就可以构成小型的家庭控制网络。

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