解析智能家居中的嵌入式Internet技術(shù)

經(jīng)過去年的風(fēng)生水起，智能家居銷售呈現(xiàn)了一個新興蓬勃的局面，房地產(chǎn)、家裝、網(wǎng)絡(luò)運營商等多個渠道銷售火爆。有人甚至預(yù)言2013年開始悄然進入智能家居的普及元年。不管咋樣，在智能家居走火的背后，呈現(xiàn)了新的發(fā)展趨勢，無線智能家居大行其道，云計算無處不在，設(shè)備使用呈現(xiàn)全方位人性化等等。

智能家居新趨勢

一、技術(shù)引領(lǐng)無線智能家居

幾年前，談起智能家居，人們還是想起要鑿開墻壁，密密麻麻的布線，有礙美觀，成本高昂，系統(tǒng)升級更新困難，售后服務(wù)也因為線路被埋導(dǎo)致故障診斷無法及時，這些都嚴重影響了消費者的滿意度，無法被客戶接受。

現(xiàn)在，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的興起，智能家居迎來的二次革命，智能化程度大幅提高，客戶拿著手機就能搞定日常的吃喝拉撒晚睡。現(xiàn)在的智能家居已經(jīng)從當(dāng)初的有線傳輸躍升為無線通訊，無需破墻布線，只要具有初中以上文化者根據(jù)自己需要組合安裝，系統(tǒng)自動組網(wǎng)，擴展性能強，能夠任意嵌入家居設(shè)備，更新升級;遇到售后也能及時診斷故障，予以修復(fù)。

智能家居的采用的通訊方式有三種，藍牙、WIFI、ZIGBEE，前兩者應(yīng)用到家庭領(lǐng)域成本高昂，設(shè)備擴展性能較差，一個網(wǎng)端最多對應(yīng)10個端口。而 ZIGBEE則能無限制地接入新的端口，嵌入各種家居設(shè)備。這是一種低成本、低復(fù)雜度、高安全的雙向通訊技術(shù)，還能支持地理定位功能。目前很多企業(yè)紛紛投入到ZIGBEE技術(shù)陣營，其中南京物聯(lián)、深圳華為，等國際ZIGBEE聯(lián)盟會員在國內(nèi)已經(jīng)占據(jù)了領(lǐng)先的搶跑優(yōu)勢。

二、云計算牽手智能家居

話說物聯(lián)網(wǎng)興起，智能家居得到了長足的發(fā)展，從有線模式轉(zhuǎn)化為無線模式，操作更加簡潔方便，安全可靠，這其中，云計算起到了極為重要的作用。云計算是基于互聯(lián)網(wǎng)的相關(guān)服務(wù)的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯(lián)網(wǎng)來提供動態(tài)易擴展且經(jīng)常是虛擬化的資源。

智能家居某企業(yè)技術(shù)部負責(zé)人表示，目前由于很多智能家居系統(tǒng)本身沒有數(shù)據(jù)處理能力，用戶可以將對于家中智能家居的相關(guān)信息儲藏在云端，通過連接到云端的手機或者嵌在墻上的終端，可以非常有效安全快捷地掌控家居的風(fēng)吹草動。

事實上，智能家居就是一個家庭物聯(lián)網(wǎng)，可以通過云計算，也可以讓家庭與社交網(wǎng)絡(luò)、新聞渠道、數(shù)據(jù)分析甚至是政府決策聯(lián)系起來，在云的支撐下，一切皆有可能。云計算是趨勢，在不久的未來，云計算將會深入到生活的每一個角落里面，引發(fā)各個產(chǎn)業(yè)的徹底變革，將在2013年得到快速發(fā)展。

智能家居嵌入式Internet技術(shù)

智能家居為了實現(xiàn)遠程監(jiān)控以及與外部網(wǎng)絡(luò)的通信，必須要實現(xiàn)單片機系統(tǒng)的Internet接入，智能家居中的嵌入式Internet技術(shù)在此發(fā)揮了很大作用。單片機采用互聯(lián)網(wǎng)通訊與控制具有很好的實用價值，可以很容易地實現(xiàn)遠程的控制與監(jiān)測，也是信息家電要實現(xiàn)的主要目標(biāo)。然而目前利用單片機實現(xiàn)嵌入式因特網(wǎng)方案的技術(shù)難點在于：如何利用單片機自身有限的資源對信息進行TCP/IP協(xié)議處理，使之變成可以在因特網(wǎng)上傳輸?shù)腎P數(shù)據(jù)包。從解決這一技術(shù)出發(fā)，目前出現(xiàn)如下四種方案：

(1)32位MCU+RTOS

采用32位高檔單片機，在RTOS(實時多任務(wù)操作系統(tǒng))平臺上進行軟件開發(fā)，在嵌入式單片機系統(tǒng)中集成TCP/IP協(xié)議，實現(xiàn)TCP/IP的協(xié)議處理，這一協(xié)議可以采用軟件來實現(xiàn)，也可以通過硬件進行軟件的簡化。這種配置要求單片機有一定的存儲空間來實施TCPIIP協(xié)議。目前國內(nèi)較為流行的 RTOS有VxWorks， pSOS， Nucleus， QNX， Windows CE等。

由于采用高檔單片機，此方案可以完成很多復(fù)雜的功能，但成本較高，開發(fā)周期較長，需要購買昂貴的RTOS開發(fā)軟件，對開發(fā)人員的能力要求較高。

(2) 8位MCU+TCP/IP協(xié)議芯片

這個方案是由MCU和固化了TCP/IP協(xié)議的芯片組成應(yīng)用系統(tǒng)的核心。應(yīng)用系統(tǒng)可以直接撥號上網(wǎng)，硬件電路相對簡單，但需要大容量的存儲器，如果使用的TCP/IP協(xié)議芯片是軟件固化的，還要求MCU有較高的運行速度。采用這種方案的芯片有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單片機為軟件固化協(xié)議，軟件協(xié)議棧用匯編語言編寫，存儲在單片機的FLASH程序存儲器中;其它芯片則為硬件固化，硬件TCP/IP協(xié)議堆棧作為MCU和Internet之間的加速器。

這個方案的優(yōu)點是將8位單片機系統(tǒng)直接與Internet相連，可以使用PC機通過Internet遠程訪問單片機系統(tǒng)，也可以使用單片機系統(tǒng)將信息通過Internet發(fā)送到遠程PC或其它終端上。但應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計工程師必須熟悉TCP/IP等協(xié)議和相關(guān)接口，軟件設(shè)計量較大。另外每個電子設(shè)備都需要一個IP地址，因此需要擴充IP協(xié)議才能到更好的支持。

(3)MCU+EMIT協(xié)議+emGateway

利用emWare公司開發(fā)的EMIT(Embedded Micro Internetworking Technology，嵌入式微Internet網(wǎng)絡(luò)技術(shù))，在應(yīng)用系統(tǒng)的MCU內(nèi)部使用emNet協(xié)議，再通過emGateway與Internet連接。EmGateway網(wǎng)絡(luò)軟件接口可以安裝在計算機、TV機頂盒或?qū)Ｓ玫募矣秒娖鞣?wù)器中，它支持TCP/IP協(xié)議并運行HTTP服務(wù)程序，作為用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)瀏覽器遠程訪問服務(wù)器。EmGateway通過RS-232， RS-485， CAN、紅外及射頻等通信方式與多個嵌入式設(shè)備相連，每個嵌入式設(shè)備的應(yīng)用程序包含的一個獨立的通信任務(wù)，稱為emMicro，監(jiān)測嵌入式設(shè)備中預(yù)先定義的各個變量，并將結(jié)果反饋到emGateway中，同時emMicr。還可以解釋Gateway的命令，修改設(shè)備中的變量或進行某種控制。EmMicro 和emGateway一起為嵌入式設(shè)備提供了Internet功能。

由于復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是通過emGateway在PC機上實現(xiàn)的，應(yīng)用系統(tǒng)MCU只使用較簡單的emNet協(xié)議，因此對MCU的要求較低。但應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計工程師必須熟悉emNet協(xié)議和相關(guān)的接口，原來客戶應(yīng)用系統(tǒng)的MCU也不一定符合要求，并且軟硬件設(shè)計的工作量仍然較大。同時，應(yīng)用系統(tǒng)的單片機處理 emNet協(xié)議要占用一定的系統(tǒng)資源。

(4)MCU+Webchip+PC網(wǎng)關(guān)

所謂Webchip是獨立于各種微控制器的專用網(wǎng)絡(luò)接口芯片，它通過標(biāo)準(zhǔn)的輸入、輸出口與各種MCU相連。MCU通過Webchip與網(wǎng)關(guān)連接即可接收并執(zhí)行經(jīng)由Internet遠程傳來的命令或?qū)?shù)據(jù)交給Webchip發(fā)送出去。

Webchip的主要優(yōu)點在于：對MCU應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計工程師來說，無需熟悉復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及其接口;對MCU芯片來說，對運行速度和存儲器容量等方面無特殊要求;軟件設(shè)計只需要增加一小段接口程序，其它無需作大的改動，在大程序上簡化了應(yīng)用設(shè)計的工作量，可以縮短MCU應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計周期。[!--empirenews.page--]

以上四種方案從不同途徑實現(xiàn)了MCU應(yīng)用系統(tǒng)與Internet的連接，再加上RS-232， RS-485總線、無線射頻或紅外控制模塊等擴展方案，就可以構(gòu)成小型的家庭控制網(wǎng)絡(luò)。