智能家居:數字視頻監控 門禁和燈光控制
加入技術交流群
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，包括IrDA、藍牙、ZigBee、Z-Wave、無線USB等等，但根據目標應用對成本、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部市場經理鄺景亮坦言，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，主要的缺點體現在產品的可擴展性、操作范圍、由于意外干擾導致的工作不穩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，專有的系統解決方案將被淘汰。而在藍牙、ZigBee、Z-Wave、WLAN等備選方案中，雖然藍牙和無線USB已經擁有廣泛的市場接受度，但由于高功耗、低網絡性能以及高系統成本等因素，使得這兩種技術并不適合家庭無線控制。
“ZigBee是智能家庭無線燈光控制系統中最有前途的解決方案”。Ember公司亞太區營銷總監Paul Covell指出。他認為，首先，ZigBee便于部署。與其它大多數無線技術不同的是，ZigBee可以將照明傳感器、設備和控制功能自組織到可自動配置和自我修復的無線網狀網絡中。其次，相對藍牙和無線USB等需要大量功率的技術，ZigBee具有節能的優勢，利用電池供電就能讓ZigBee設備工作數年。ZigBee網絡中的傳感器、照明開關等電池供電的終端設備在大部分時間都處于睡眠狀態，在激活時或定期的狀態更新時被喚醒。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個設備的大型網絡而設計的。在網狀網絡中，設備在沒有單點故障的情況下實現相互通信，如果一條通路出現斷開的鏈路，則會自動發現并使用新的通路，而不停止系統工作。這種長期可靠性對于許多期望使用壽命達數十年的燈光控制系統而言至關重要。
Jennic公司應用工程副總裁Paul Chilton則強調，應將互操作性視為智能家庭的關鍵特性。智能家居的一個賣點應是所有的應用都能相互通信，從而提供協同效應。例如，如果用戶家中安裝了運動檢測器，那么除執行安全任務之外，用戶還希望這些設備能發送一個信息給家中的燈光系統，通知系統在某段時間房間內沒有人，以便關燈。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，隨著節點密度的提高，網狀網絡的可靠性也將越來越高。Jennic解決方案的獨特優勢在于可以提供包含32位RISC內核和2.4GHz收發器的單芯片無線微控制器。32位處理器為開發工程師提供了在ZigBee或IEEE802.15.4堆棧之上運行復雜應用所需的靈活性。
盡管ZigBee技術得到了業界的廣泛支持，但作為其在家庭控制領域的有力競爭者，Z-Wave技術的發展勢頭也不容小覷。Zensys公司亞太區總監王俞喬表示，Z-Wave提供的是一種真正的網狀網解決方案，該方案允許不同供應商的產品進行互操作。目前市面上已有多種Z-Wave產品推出，還有更多的商用產品很快就將面市。Z-Wave開發包還提供了一個完全的開發平臺以便用戶簡化應用軟件的開發。用戶所需的學習時間短，可以在幾個月內開發出產品并推向市場。
利用無繩DECT技術來實現燈光控制是TI的創新解決方案，這是因為無繩DECT技術具有成熟、便宜及易用等多個優點。DECT控制系統與傳統家庭控制系統的不同之處在于，它可以與2.5G/3G網絡連接，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備進行控制。
當選擇無線燈光系統的控制芯片時，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架構需取決于價格、功耗以及運行在網絡協議棧之上的應用。富士通微電子公司的產品經理丁潔早指出，如果采用ZigBee技術來設計智能家庭的控制應用，那么從成本和資源來衡量，8位MCU已經足夠。4位MCU由于其內部資源不夠，無法承載ZigBee的控制協議。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內首個面向簡單應用的802.15.4/ZigBee無線開發套件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，采用特別設計的簡單網絡控制協議，客戶無需支付昂貴的認證費用，就可以為他們的現有產品上快速增加高可靠性的ZigBee無線控制功能。
Microchip的一款IEEE802.15.4無線收發器芯片MRF24J40可用于ZigBee認證的產品中。除了硅芯片，Microchip還提供了一個針對PIC微控制器優化的ZigBee協議棧。此外，Microchip提供了另一個IEEE802.15.4協議棧，被稱為MiWi協議。該協議棧比ZigBee協議棧大約小70%。MiWi協議有望被用于對成本敏感的應用中，這類應用無需ZigBee協議提供的互操作性。
意法半導體低數據速率網絡技術市場經理Olivier Rouy則認為，16位或32位MCU更有望成為ZigBee SoC的標準內核，其原因是同時管理ZigBee網絡(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(無需路由功能)，此時對ZigBee棧的要求不是很高。但是這類設備將無法從ZigBee網狀網絡的靈活性中獲益。
Atmel公司RFID高級市場經理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設計成本。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規范的RF器件，可提供出色的靈活性。目前客戶可根據應用要求選用帶有4Kb到256Kb閃存的微控制器，使設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品上市的軟硬件工具。組件集成功能有助于簡化工程設計、減小BOM，簡化庫存管理等。同時選用PSoC作為控制處理器，這款動態可配置的器件集成了模擬和數字組件，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環境(IDE)，以及無需編寫代碼的PSoC Express設計工具。Cypress高級產品市場工程師Leon Tan表示，“通過結合使用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取得了長足的進步，作為一種新型的現代化安全管理系統，門禁控制系統已被大量用于家庭環境，并且隨著技術的不斷進步，系統的類型也日漸豐富，出現了從磁條卡、智能卡、數字鍵盤到生物特征識別等一系列多元化的產品。數字鍵盤通過檢驗輸入密碼是否正確來判斷出入權限，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，智能卡和數字鍵盤更有發展空間。”Silicon Labs MCU市場總監Ross Bannatyne指出，“不過，以上所有選擇的成本都將隨著技術的發展而降低，并且尺寸更小，功能更強。”
楚亞(Atrua)電子技術副總裁、總經理邱倫紀博士對此也有認同，他認為數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主導地位。邱倫紀解釋道，給一個設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的部署成本最高，但是這些識別技術不會給用戶帶來任何相對指紋識別的精確性優勢，使用起來也不如指紋識別方便。
控制器是門禁系統的核心部分，其功能相當于計算機的CPU，負責整個系統的輸入、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，并根據規則判斷其有效性，如果信息有效則對執行部件發出信號。因此，門禁控制器性能的好壞直接影響著系統的可靠性。
Atrua的邱倫紀稱，16/32位MCU是最適合的控制和處理內核，特別是基于ARM架構的產品，因為這種架構廣受供應商的支持，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勢，這是因為其數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。其自適應電容技術具有最高精確度，可確保理想的用戶體驗。基于標準的解決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。”臺灣福華先進微電子公司(FameG)產品經理陳圣泓表示，“FameG已推出高達160MHz的超高速8位MCU產品，在對運算機制進行優化后，利用超高速8位MCU產品即可完成系統設計。”Silicon Labs提供的8位MCU平臺同樣可實現各種安全應用，這是因為其處于業界領先地位的高性能8051內核具有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Ross Bannatyne表示，在設計一個嵌入式系統時，工程師重點考慮的事項包括易于使用的工具以及系統的整體成本。對于這些日益普遍的應用必須便于客戶設計，以便客戶能將精力集中在其專有技術上。當然，成本也是一個重要因素，雖然門禁控制技術的成本已經大幅降低，但進一步降低系統成本將有利于安全系統得到更廣泛的采用。此外還應考慮的是產品是否易于實現。利用Silicon Labs和Cypress提供的混合信號MCU可以實現低成本目標，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來延長8位設計的壽命。 光控開關相關文章:光控開關原理 聲光控開關相關文章:聲光控開關原理
評論