一. 系統(tǒng)組成
典型的應用場景中家居電器聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)由微控制器、網(wǎng)關、受控物品和接入控制設備組成。孤立的物品(冰箱、空調(diào)、汽車、儀表等)接入網(wǎng)絡世界，互相之間可以交流，形成智能網(wǎng)絡。用戶通過平板電腦或手機實現(xiàn)對受控物體信息采集分析和智能化管理，也可以上線進行遠程操作。
圖一 智能家居聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)圖
從上圖可看出，家庭自動化系統(tǒng)將嵌入式微控制器技術、無線連接、接入網(wǎng)絡融合為一體。Apps軟件能夠使用戶發(fā)現(xiàn)家里的設備，予以設置，或者創(chuàng)建一個動作加以控制。
遠程管控讓你不管走到哪兒，都不會與家里失聯(lián)，隨時隨地“發(fā)現(xiàn)、管理、控制”。例如，旅游在外，你仍可監(jiān)視住宅的安全環(huán)境和調(diào)節(jié)家舍的室內(nèi)溫度。
微控制器單芯片將無線連接功能包含在內(nèi)，按照不同的無線連接協(xié)議分類，可構(gòu)成WiFi，藍牙(Bluetooth)，Zigbee等系列。
二. 關鍵部件
微控制器是家居智能化的關鍵部件。MCU和Wi-Fi是最基本的兩個元素。以Marvell MW300 Wi-Fi微控制器為例，它是內(nèi)置全功能微控制器的單芯片SoC，支持802.11n Wi-Fi。
圖二 Wi-Fi微控制器單芯片SOC示意圖
MW300 Wi-Fi微控制器單芯片解決方案的主要性能特點如下：
內(nèi)置全功能微控制器MCU + WLAN的單芯片SoC;
支持802.11n Wi-Fi,無線頻段2.4GHz;
采用支持DSP和浮點運算的32位Cortex-M4 CPU，性能高達200MHz;
3.3V輸入電源，適用于各種基于電池供電的應用場景;
極低的RBOM，僅需要一個晶體、一塊QSPI閃存和單軌功率輸入天線;
支持全套I/O接口，包括SPI、I2C、UART、I2S、ADC/DAC、PWM，易于與傳感器和起動器連接，減少了額外的組件和PCB面積;
大容量SRAM以及支持USB視頻(UVC)和USB音頻(UAC)的高速USB2.0 OTG接口，對任何裝置均支持音頻和視頻數(shù)據(jù)傳送;
實現(xiàn)了深度低功耗狀態(tài)，同時降低了正常工作時的功耗;
采用先進的40納米半導體工藝，集成度高，體積小;
適用溫度范圍為-40 - 85oC。
圖三 典型的MCU單芯片內(nèi)部體系結(jié)構(gòu)圖
三. 軟件特點
無線技術具有較高門檻，僅有IP還難以集成為成品。設備制造商需要在IoT應用上創(chuàng)新，并縮短設計周期快速推向市場。作為微控制器的提供商，有必要為應用集成商奉獻設計工具和技術，支持ODM、OEM的生態(tài)系統(tǒng)。所以，軟件開發(fā)工具也是不可或缺的部分。
軟件平臺應包括軟件開發(fā)工具包(SDK)和應用編程接口(API)，以幫助開發(fā)人員充分挖掘SoC解決方案中內(nèi)置微控制器的潛力，從而令系統(tǒng)集成商易于整合，推出成熟穩(wěn)定的系統(tǒng)，而且大大減少產(chǎn)品投放市場時間。
Marvell推出的EZ-Connect是生產(chǎn)就緒型軟件，支持業(yè)界標準通信協(xié)議。EZ-Connect軟件包括易用的軟件開發(fā)工具包(SDK)和應用編程接口(API)，能使集成商將精力和資源專注于為消費者及最終用戶開發(fā)創(chuàng)新性服務和應用。
面向Wi-Fi微控制器的EZ-Connect軟件具備以下功能：
通過專有工具，實現(xiàn)對Wi-Fi 無頭(Headless)設備簡單快速的配置部署;
與IoT云服務提供商的服務實現(xiàn)內(nèi)置集成，全套中間件組件支持業(yè)界標準Web協(xié)議，包括HTTP、TLS/SSL、BSD Socket、Web-Socket、JSON以及XML語法分析程序，以實現(xiàn)與云服務的有效銜接;
支持空中固件升級，僅通過編寫幾行代碼，就可將該功能添加到任何應用上;
靈活的通信模式可實現(xiàn)P2P應用、設備至設備通信、與移動客戶端及云服務無縫集成;
從WiFi到應用層具有多層安全機制，實現(xiàn)安全部署，防止損害用戶隱私;
經(jīng)過場測驗證，支持包括測試在內(nèi)的產(chǎn)品制造所需程序，以使產(chǎn)品快速上市。
四.應用場景
不同的應用場景會選用不同的微控制器。常用的無線連接有三大類，以構(gòu)成一個完整的平臺。除了支持Wi-Fi 802.11n以外,還有支持雙模藍牙4.1和支持802.15.4/ZigBee的微控制器。
Wi-Fi微控制器應用場景最為普遍，主要適用于智能家居中冰箱、制冷空調(diào)等白色家電與家庭網(wǎng)絡的長時間連接。
藍牙(Bluetooth)連接模式適合在近距短時間情況下使用，例如裝置之間的“互動”。藍牙微控制器是支持雙模藍牙4.1、集成了微控制器和無線連接的單芯片SoC，實現(xiàn)經(jīng)典藍牙與智能藍牙并存運行，內(nèi)置語音功能支持高分辨率ADC以及與麥克風的直連。
ZigBee連接模式適用于大量的結(jié)點例如照明路燈構(gòu)建網(wǎng)狀網(wǎng)絡。結(jié)點數(shù)可高達6萬個。ZigBee微控制器是支持802.15.4/ZigBee、集成了微控制器和無線連接的單芯片SoC，易于與傳感器、起動器以及其他組件連接，減少了外部組件和PCB面積。
五.產(chǎn)業(yè)服務
為了滿足越來越多致力于實現(xiàn)智能化的企業(yè)需求，服務商和開發(fā)商攜手合作相得益彰，推出一站式服務，引入開放式開發(fā)平臺將家電產(chǎn)品與智能平臺連接起來，在技術和應用上為企業(yè)提供Wi-Fi模塊+云服務+APP的打包服務。從0到產(chǎn)品上線，構(gòu)建一條完整的產(chǎn)業(yè)鏈，包括產(chǎn)品方案制定、模塊集成、功能定義、聯(lián)動測試、云服務搭建、上線發(fā)布等，這一過程無需技術人員參與，自主通過在線平臺即可完成。
圖四 智能家居產(chǎn)業(yè)鏈
家電企業(yè)可以選擇多個超級APP來控制設備實現(xiàn)跨品牌、跨門類產(chǎn)品的互通。場景化體驗可讓用戶DIY不同場景，觸發(fā)各種智能產(chǎn)品的管理和運行。
總之，智能家居聯(lián)網(wǎng)是發(fā)展趨勢。基于全方位的無線MCU硬件平臺，搭配軟件開發(fā)套件(SDK)，構(gòu)成了全面完整又靈活易用的核心資源。ODM/OEM受益于厚積薄發(fā)的微控制器技術，在提高性能、降低功耗、減少用料的同時，借力開發(fā)平臺，可輕松地推出創(chuàng)新的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，形成貼近生活的智能解決方案。
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