智能家居安防风景独好 看芯片巨头如何论道

　　虽然目前市场上已有大量可用于家庭灯光控制的无线技术，包括IrDA、蓝牙、ZigBee、Z-Wave、无线USB等等，但根据目标应用对成本、功耗、复杂程度、可靠性、功能等要求的不同，上述各种方案分别有其最适合的市场。飞思卡尔无线及移动系统部市场经理邝景亮坦言，IrDA和一些专有无线解决方案正主导着低端市场。

　　但这些方案的功能十分有限，主要的缺点体现在产品的可扩展性、操作范围、由于意外干扰导致的工作不稳定以及只能单向操作等。另一方面，中端和高端市场正在寻求能够解决以上问题的通用型无线系统，专有的系统解决方案将被淘汰。而在蓝牙、ZigBee、Z-Wave、WLAN等备选方案中，虽然蓝牙和无线USB已经拥有广泛的市场接受度，但由于高功耗、低网络性能以及高系统成本等因素，使得这两种技术并不适合家庭无线控制。

　　“ZigBee是智能家庭无线灯光控制系统中最有前途的解决方案”。Ember公司亚太区营销总监Paul Covell指出。他认为，首先，ZigBee便于部署。与其它大多数无线技术不同的是，ZigBee可以将照明传感器、设备和控制功能自组织到可自动配置和自我修复的无线网状网络中。其次，相对蓝牙和无线USB等需要大量功率的技术，ZigBee具有节能的优势，利用电池供电就能让ZigBee设备工作数年。ZigBee网络中的传感器、照明开关等电池供电的终端设备在大部分时间都处于睡眠状态，在激活时或定期的状态更新时被唤醒。

　　第三，ZigBee是一个开放的全球性无线标准，并得到超过225家OEM、芯片制造商和技术提供商的支持。最后，ZigBee具有比其它无线方案更高的可扩展性和可靠性。ZigBee是为升级到支持多达65,000个设备的大型网络而设计的。在网状网络中，设备在没有单点故障的情况下实现相互通信，如果一条通路出现断开的链路，则会自动发现并使用新的通路，而不停止系统工作。这种长期可靠性对于许多期望使用寿命达数十年的灯光控制系统而言至关重要。

　　Jennic公司应用工程副总裁Paul Chilton则强调，应将互操作性视为智能家庭的关键特性。智能家居的一个卖点应是所有的应用都能相互通信，从而提供协同效应。例如，如果用户家中安装了运动检测器，那么除执行安全任务之外，用户还希望这些设备能发送一个信息给家中的灯光系统，通知系统在某段时间房间内没有人，以便关灯。作为一个开放式的全球标准，ZigBee已基本消除了互操作性的障碍。此外，随着节点密度的提高，网状网络的可靠性也将越来越高。Jennic解决方案的独特优势在于可以提供包含32位RISC内核和2.4GHz收发器的单芯片无线微控制器。32位处理器为开发工程师提供了在ZigBee或IEEE802.15.4堆栈之上运行复杂应用所需的灵活性。

　　尽管ZigBee技术得到了业界的广泛支持，但作为其在家庭控制领域的有力竞争者，Z-Wave技术的发展势头也不容小觑。Zensys公司亚太区总监王俞乔表示，Z-Wave提供的是一种真正的网状网解决方案，该方案允许不同供应商的产品进行互操作。目前市面上已有多种Z-Wave产品推出，还有更多的商用产品很快就将面市。Z-Wave开发包还提供了一个完全的开发平台以便用户简化应用软件的开发。用户所需的学习时间短，可以在几个月内开发出产品并推向市场。

　　利用无绳DECT技术来实现灯光控制是TI的创新解决方案，这是因为无绳DECT技术具有成熟、便宜及易用等多个优点。DECT控制系统与传统家庭控制系统的不同之处在于，它可以与2.5G/3G网络连接，因此用户可以在出差、办公室等户外场合通过手机对家中的灯光设备进行控制。

　　当选择无线灯光系统的控制芯片时，MCU得到了包括飞思卡尔、Atmel、富士通微电子、Microchip、Silicon Labs在内的众多厂商的一致认同。不过，采用8位、16位还是32位MCU架构需取决于价格、功耗以及运行在网络协议栈之上的应用。富士通微电子公司的产品经理丁洁早指出，如果采用ZigBee技术来设计智能家庭的控制应用，那么从成本和资源来衡量，8位MCU已经足够。4位MCU由于其内部资源不够，无法承载ZigBee的控制协议。而16位MCU成本相对较高，难以成为主流选择。富士通微电子推出业内首个面向简单应用的802.15.4/ZigBee无线开发套件WiLeKit。该套件基于富士通微电子出色的低功耗8位微控制器MB95F108A，采用特别设计的简单网络控制协议，客户无需支付昂贵的认证费用，就可以为他们的现有产品上快速增加高可靠性的ZigBee无线控制功能。

　　Microchip的一款IEEE802.15.4无线收发器芯片MRF24J40可用于ZigBee认证的产品中。除了硅芯片，Microchip还提供了一个针对PIC微控制器优化的ZigBee协议栈。此外，Microchip提供了另一个IEEE802.15.4协议栈，被称为MiWi协议。该协议栈比ZigBee协议栈大约小70%。MiWi协议有望被用于对成本敏感的应用中，这类应用无需ZigBee协议提供的互操作性。

　　意法半导体低数据速率网络技术市场经理Olivier Rouy则认为，16位或32位MCU更有望成为ZigBee SoC的标准内核，其原因是同时管理ZigBee网络(安全、路由)和灯光应用本身需要一定的计算能力。8位MCU唯一可以应用的地方是最基本的开关(无需路由功能)，此时对ZigBee栈的要求不是很高。但是这类设备将无法从ZigBee网状网络的灵活性中获益。

　　Atmel公司RFID高级市场经理Roland Schropp的观点是，带有高效软件堆栈的标准闪存8位MCU非常适合无线灯控应用，而且不会增加不必要的系统设计成本。这种8位解决方案可以降低材料清单成本，并减小耗电量，提供高功效解决方案。AVR Z-Link解决方案包括了Atmel的多种AVR微控制器和符合IEEE802.15.4/ZigBee规范的RF器件，可提供出色的灵活性。目前客户可根据应用要求选用带有4Kb到256Kb闪存的微控制器，使设备的成本符合其特定需求。

　　不过，Cypress公司 近年来门禁控制技术取得了长足的进步，作为一种新型的现代化安全管理系统，门禁控制系统已被大量用于家庭环境，并且随着技术的不断进步，系统的类型也日渐丰富，出现了从磁条卡、智能卡、数字键盘到生物特征识别等一系列多元化的产品。数字键盘通过检验输入密码是否正确来判断出入权限，其成本较低，缺点是密码容易泄露，安全性能不高。智能卡相对来说则难以被复制，开门方便安全，并可实现双向控制，但出入时必须携带卡片将造成一定的麻烦。

　　“在高安全性能比成本更重要的门禁应用中，指纹、脸型和虹膜识别将成为主流。在对成本更加敏感的应用中，智能卡和数字键盘更有发展空间。”Silicon Labs MCU市场总监Ross Bannatyne指出，“不过，以上所有选择的成本都将随着技术的发展而降低，并且尺寸更小，功能更强。”

　　楚亚(Atrua)电子技术副总裁、总经理邱伦纪博士对此也有认同，他认为数字键盘输入既便宜又较为可靠，因此有可能在低端市场中最流行。而指纹识别将在中端和高端市场中占据主导地位。邱伦纪解释道，给一个设备增加指纹功能的成本包括指纹阅读器以及嵌入式微控制器。阅读器的成本及其需要的计算资源都已降价，这使得它们对于中端市场极具吸引力。另一个原因是，面部识别和眼睛识别系统的部署成本最高，但是这些识别技术不会给用户带来任何相对指纹识别的精确性优势，使用起来也不如指纹识别方便。

　　控制器是门禁系统的核心部分，其功能相当于计算机的CPU，负责整个系统的输入、输出信息的处理和储存、控制等。它验证门禁读卡器输入信息的可靠性，并根据规则判断其有效性，如果信息有效则对执行部件发出信号。因此，门禁控制器性能的好坏直接影响着系统的可靠性。

　　Atrua的邱伦纪称，16/32位MCU是最适合的控制和处理内核，特别是基于ARM架构的产品，因为这种架构广受供应商的支持，且具有高功效特性。MCU的灵活性也很高，而且与DSP相比具有成本优势。他认为ASIC和FPGA在门禁控制中几乎没有用武之地，任何需要特别与ASIC搭配的解决方案都没有成本竞争优势，这是因为其数量无法与目前更流行的MCU相竞争。Atrua推出的全球最小的指纹传感器将过流保护等电路集成到硅片中，降低了BOM材料成本。其自适应电容技术具有最高精确度，可确保理想的用户体验。基于标准的解决方案更是确保了供应商互操作性和未来的升级途径。

　　“但从降低成本的角度来考虑，高速8位MCU就已足够满足需求。”台湾福华先进微电子公司(FameG)产品经理陈圣泓表示，“FameG已推出高达160MHz的超高速8位MCU产品，在对运算机制进行优化后，利用超高速8位MCU产品即可完成系统设计。”Silicon Labs提供的8位MCU平台同样可实现各种安全应用，这是因为其处于业界领先地位的高性能8051内核具有100MIPS的处理性能。此外，集成的高性能模拟性能也降低了客户的成本。

　　Silicon Labs的MCU市场总监Ross Bannatyne表示，在设计一个嵌入式系统时，工程师重点考虑的事项包括易于使用的工具以及系统的整体成本。对于这些日益普遍的应用必须便于客户设计，以便客户能将精力集中在其专有技术上。当然，成本也是一个重要因素，虽然门禁控制技术的成本已经大幅降低，但进一步降低系统成本将有利于安全系统得到更广泛的采用。此外还应考虑的是产品是否易于实现。利用Silicon Labs和Cypress提供的混合信号MCU可以实现低成本目标，混合器件中集成了放大、ADC、DAC等模拟元件，因此客户无需再采用多个外围模拟元件来设计复杂的电路板。通过将高性能模拟器件和高性能CPU集成，可以简化设计，同时不会有性能上的损失，并且客户无需采用更昂贵的架构来延长8位设计的寿命。

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