從富士通的MCU本地化設(shè)計(jì)方案看家電的“節(jié)能/智能”化趨勢(shì)

在日前舉辦的深圳2011 MCU技術(shù)創(chuàng)新與嵌入式應(yīng)用大會(huì)（MCU!MCU!）“家用電器/智能家居”分論壇上，富士通半導(dǎo)體發(fā)布了一系列MCU產(chǎn)品的發(fā)展路線圖以及參考設(shè)計(jì)和完整解決方案，從中可管窺“32位”、“智能/節(jié)能”應(yīng)用將成為未來(lái)一年MCU的主流發(fā)展趨勢(shì)之一。

富士通半導(dǎo)體MCU市場(chǎng)部經(jīng)理彭濤在演講中表示：“家用電器、智能儀表、工業(yè)變頻器、個(gè)人醫(yī)療設(shè)備、數(shù)字外設(shè)已成為富士通MCU在中國(guó)的主要目標(biāo)應(yīng)用市場(chǎng)，特別是智能化和節(jié)能化趨勢(shì)明顯的家電市場(chǎng)，我們將其視為重中之重，發(fā)展前景廣闊。”

他指出，家用電器的創(chuàng)新方向未來(lái)將圍繞以下4個(gè)關(guān)鍵詞進(jìn)一步推進(jìn)：節(jié)能、環(huán)保、智能、網(wǎng)絡(luò)。的確從去年開(kāi)始，變頻洗衣機(jī)、智能電視、聯(lián)網(wǎng)冰箱紛紛從概念變成了賣(mài)場(chǎng)中實(shí)實(shí)在在的產(chǎn)品，各大家電廠商期望將它們變成新的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)，因而將智能、節(jié)能放到戰(zhàn)略高度加以對(duì)待，加緊相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品的創(chuàng)新和進(jìn)一步普及。“富士通半導(dǎo)體深刻了解這些變化趨勢(shì)，通過(guò)設(shè)在上海、成都、香港、臺(tái)灣的IC和方案設(shè)計(jì)中心，基于8/16/32位的MCU開(kāi)發(fā)出了針對(duì)變頻家電、信息家電、智能小家電的一系列日本品質(zhì)的本地化方案，來(lái)滿足中國(guó)和亞太市場(chǎng)客戶的需求。”彭濤表示。

 
圖1：節(jié)能、智能信息化是未來(lái)家電創(chuàng)新方向。

不過(guò)彭濤補(bǔ)充道，基于ARM Cortex內(nèi)核的32位MCU在未來(lái)是富士通半導(dǎo)體MCU產(chǎn)品的主要發(fā)展方向，因?yàn)锳RM良好的產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)使其開(kāi)發(fā)工具、中間件、驅(qū)動(dòng)器等非常容易獲得，可使富士通的獨(dú)特技術(shù)優(yōu)勢(shì)惠及更廣泛的客戶群。該公司FM3產(chǎn)品線系列于2010年11月首次面世以來(lái)已經(jīng)歷了3波擴(kuò)充，2011年10月剛推出54款高性能產(chǎn)品組和10款超低漏電產(chǎn)品組兩個(gè)類(lèi)別。據(jù)悉FM3未來(lái)還將繼續(xù)得到擴(kuò)充，到2011年底產(chǎn)品數(shù)量將增至200款，并在2012年底達(dá)到500款。

“2013年99%為變頻”

這是業(yè)界對(duì)美的空調(diào)產(chǎn)品的一個(gè)普及度預(yù)測(cè)，同時(shí)業(yè)內(nèi)人士預(yù)計(jì)格力、海爾等其他大廠到時(shí)候的空調(diào)出貨量也至少會(huì)有一半以上是變頻產(chǎn)品。不僅是空調(diào)，洗衣機(jī)、冰箱的變頻化步伐也在加快，以適應(yīng)節(jié)能低碳的社會(huì)大趨勢(shì)。富士通半導(dǎo)體在變頻控制領(lǐng)域積累了長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)，幾乎可以說(shuō)是為各種白電變頻應(yīng)用量身定做了“專(zhuān)用”的MCU產(chǎn)品和方案，如圖1所示。

 
 
圖2：富士通半導(dǎo)體變頻應(yīng)用MCU產(chǎn)品方案路線圖。[!--empirenews.page--]

其中，基于FM3低功耗標(biāo)準(zhǔn)系列中的MB9AF112L/K 開(kāi)發(fā)的最新節(jié)能變頻應(yīng)用方案包括180度1-shunts無(wú)傳感器型空調(diào)和180度變頻冰箱；基于FM3高性能系列中的MB9BF102N/R該公司開(kāi)發(fā)了180度2-shunts無(wú)傳感器型變頻空調(diào)方案，基于FM3高性能系列中MB9BF506/516推出了適合新興的太陽(yáng)能逆變器設(shè)備等工業(yè)應(yīng)用方案。

120度/180度直流變頻/低噪聲類(lèi)型洗衣機(jī)、最新的BLDC(直流無(wú)刷電機(jī)) 和DD DC電機(jī)變頻類(lèi)型洗衣機(jī)方案主要是基于富士通半導(dǎo)體自有內(nèi)核的32位MCU MB91260/MB91470/MB91490系列開(kāi)發(fā)的。

富士通半導(dǎo)體的這些MCU集成了變頻驅(qū)動(dòng)的算法，并提供源代碼級(jí)別的參考和定制。這一特性較之“DSP+MCU”的模式大大降低了設(shè)計(jì)門(mén)檻和系統(tǒng)復(fù)雜度。由于變頻技術(shù)和算法是富士通中國(guó)本地團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)，因而可根據(jù)中國(guó)客戶的需求改動(dòng)算法，并且固件系統(tǒng)是拆成若干軟件模塊形式，客戶可以靈活選擇，組成自己的系統(tǒng)。這種本地深度技術(shù)支持服務(wù)是其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手無(wú)法做到的。

該公司目前通過(guò)兩種技術(shù)支持方式來(lái)幫助中國(guó)系統(tǒng)廠商加快變頻產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和上市速度。一種是包含了硬件/軟件的高性能180度變頻開(kāi)發(fā)平臺(tái)（目前基于MB9BF104/MB9AF114/112），這種集成了MCU、IPM、PFC隔離和繼電器的集成式評(píng)估板設(shè)計(jì)具備獨(dú)立的三層固件結(jié)構(gòu)且?guī)в蠫UI控制器，適合客戶進(jìn)行冰箱、空調(diào)或洗衣機(jī)等不同類(lèi)型的變頻應(yīng)用開(kāi)發(fā)評(píng)估；另一種方式就是如上所述的完整方案，可直接用于生產(chǎn)。據(jù)彭濤介紹，這種方案一般是與實(shí)際客戶合作開(kāi)發(fā)出來(lái)的實(shí)際驅(qū)動(dòng)板，參數(shù)文件都已調(diào)試好，公開(kāi)給客戶修改，并提供API接口給客戶進(jìn)行上層應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)。

“后一種方式我們內(nèi)部要走一個(gè)流程，即客戶從銷(xiāo)售端提出需求后傳遞到市場(chǎng)部審核，然后傳遞到應(yīng)用部門(mén)進(jìn)行評(píng)估，確定合作后我們的應(yīng)用團(tuán)隊(duì)就會(huì)直接參與到客戶的開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)中，當(dāng)然我們要簽署NDA（保密）協(xié)議。”他透露。

信息家電和小家電的參考設(shè)計(jì)方案

針對(duì)本次論壇“家用電器/智能家居”的主題，彭濤還介紹了富士通半導(dǎo)體應(yīng)用于信息家電的Zigbee家庭網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的演示板設(shè)計(jì)方案、半橋式電磁爐控制方案、電容式觸摸按鍵等小家電參考設(shè)計(jì)，為中國(guó)廠商提供了多種本地化方案選擇。

 
圖3：富士通半導(dǎo)體的信息家電Zigbee家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)框圖。[!--empirenews.page--]

通過(guò)遠(yuǎn)程PC或手機(jī)來(lái)與家中各種電器進(jìn)行無(wú)線聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)“對(duì)話”是人們對(duì)智能家居生活場(chǎng)景的一種描繪。富士通半導(dǎo)體應(yīng)用于信息家電的Zigbee家庭網(wǎng)絡(luò)方案系統(tǒng)框圖如圖2所示，包括主控制板、節(jié)點(diǎn)控制板Demo系統(tǒng)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)星狀網(wǎng)絡(luò)，包括1個(gè)協(xié)調(diào)器（主控制板）和16個(gè)節(jié)點(diǎn)。協(xié)調(diào)器支持以太網(wǎng)連接PC（互聯(lián)網(wǎng)）以及通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)與手機(jī)相聯(lián)。
   

  圖4: 富士通半導(dǎo)體Zigbee家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案的主控制板和節(jié)點(diǎn)控制板實(shí)物圖。

主控制板的MCU現(xiàn)在可根據(jù)功能擴(kuò)展和升級(jí)需要采用FM3 ARM MCU系列代替，節(jié)點(diǎn)控制板MCU仍可沿用低成本的8位MCU F2MC-8FX系列產(chǎn)品。兩塊板上都集成了Zigbee RF模塊，以實(shí)現(xiàn)對(duì)等通信。手機(jī)或PDA可通過(guò)主控制板上的GSM模塊向它發(fā)送信息，然后主控制板又通過(guò)Zigbee網(wǎng)絡(luò)將此信息傳遞到各個(gè)節(jié)點(diǎn)（電器）上，實(shí)現(xiàn)了高性?xún)r(jià)比、智能的電器物聯(lián)。

圖4是富士通半導(dǎo)體半橋式電磁爐控制板實(shí)物照片，該參考設(shè)計(jì)演示板最多可支持8個(gè)LED和一個(gè)LED模塊（8段），支持8個(gè)觸摸感應(yīng)按鈕，可實(shí)現(xiàn)9個(gè)功率級(jí)別:400w、800w、1200w、1600w、2000w、2300w、2700w、3000w。工作模式包括恒定功率、恒溫和定時(shí)三種。該方案可選富士通半導(dǎo)體New 8FX MCU——MB95F434，富士通可為客戶提供MCU調(diào)試接口和觸摸感應(yīng)芯片的調(diào)諧接口。

 
圖5：富士通半導(dǎo)體的半橋式電磁爐控制板設(shè)計(jì)Demo實(shí)物圖功能模塊分析。

酷炫的智能手機(jī)和平板電腦讓多點(diǎn)觸控的電容式觸摸屏名聲大噪，也越來(lái)越多地應(yīng)用于五花八門(mén)的數(shù)字外設(shè)產(chǎn)品中，如觸控鍵盤(pán)、游戲機(jī)手柄等，這類(lèi)設(shè)備出貨量非常大，MCU在這里可找到廣闊的應(yīng)用空間。為此，富士通半導(dǎo)體推出了集成固件算法的觸摸按鍵參考設(shè)計(jì)演示板，可實(shí)現(xiàn)矩陣、滑動(dòng)、滾動(dòng)觸摸鍵，單一或多重觸摸功能均可，GPIO、AD、比較器方法都可以支持。該方案支持富士通的所有New 8FX MCU，非常適合遠(yuǎn)程、面板等低成本觸摸傳感應(yīng)用，可提供GUI以便精細(xì)調(diào)整參數(shù)。
 
圖6:富士通半導(dǎo)體的電容式觸摸按鍵設(shè)計(jì)方案演示板。

“不管是MCU還是我們的其它半導(dǎo)體產(chǎn)品，我們致力于提供一站式的服務(wù)，從規(guī)格定義，芯片開(kāi)發(fā)，到產(chǎn)品解決方案和技術(shù)支持。以觸摸按鍵設(shè)計(jì)方案為例，我們有極其適應(yīng)這類(lèi)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)需求的MCU產(chǎn)品，對(duì)于設(shè)計(jì)方案演示板，硬件電氣原理圖、Gerber和BOM單、源代碼都可提供給客戶，我們還可提供樣機(jī)項(xiàng)目支持。”彭濤總結(jié)道。