智能家居是一個居住環(huán)境，是以住宅為平臺，裝有智能家居的場所。這個場所融合了自動化控制系統(tǒng)、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化、智能化的家居控制系統(tǒng)。
智能家居將讓用戶有更方便的手段來管理家庭設(shè)備，比如，通過觸摸屏、互聯(lián)網(wǎng)或者語音識別控制家用設(shè)備，更可以執(zhí)行場景操作，使多個設(shè)備形成互連和互動;智能家居內(nèi)的各種設(shè)備相互間可以通信，從而給用戶帶來最大程度的高效、便利、舒適與安全。
經(jīng)過近幾年的技術(shù)發(fā)展，特別是物聯(lián)網(wǎng)與云計算的迅速崛起，給智能家居行業(yè)帶來了全新的面貌，智能家居的定義也變得愈加廣闊。智能家居已經(jīng)不再僅限于視頻監(jiān)控、防盜報警、智能控制等普通的安防，而是通過物聯(lián)網(wǎng)與云計算結(jié)合整體系統(tǒng)平臺的應(yīng)用，把衣食住行的信息植入到智能家居系統(tǒng)。
在智能家居細(xì)分領(lǐng)域，智能家電、智能照明、樓宇對話、家居控制等，各種應(yīng)用在迅速發(fā)酵。中國室內(nèi)裝飾協(xié)會智能化委員會秘書長向忠宏指出，智能家居產(chǎn)業(yè)在中國已有十三年的發(fā)展歷程，目前規(guī)模已過百億，在智慧城市、物聯(lián)網(wǎng)的雙引擎推動下，未來十年內(nèi)將成長為數(shù)千億的市場。
基于MCU的智能家居系統(tǒng)呈現(xiàn)新趨勢
在智能家居系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)遠(yuǎn)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(jī)系統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)控制與接入，都需要基于MCU來實現(xiàn)。同時，由于現(xiàn)代生活中的數(shù)據(jù)交互量急劇增長，智能家居對MCU的處理能力、綠色節(jié)能、安全性也提出了新的要求。
智能家居本身有著高可靠性需求，這要求MCU本身也具有這一特性，以保證在整個人居建筑中，各個智能化子系統(tǒng)能二十四小時運(yùn)轉(zhuǎn)，系統(tǒng)的安全性、可靠性和容錯能力必須非常好。對各個子系統(tǒng)，應(yīng)以電源、系統(tǒng)備份等方面采取相應(yīng)的容錯措施，保證系統(tǒng)正常安全使用，具備應(yīng)付各種復(fù)雜環(huán)境變化的能力。
另外，智能家居的部分應(yīng)用環(huán)境可能會需要電池供電，這對MCU的低功耗特性提出更高挑戰(zhàn)。此外，智能家居中的有些應(yīng)用需要更精確的測量和控制、更好的能效，都需要有更復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型和運(yùn)算，這就要求MCU的運(yùn)算速度大幅提升，以滿足能耗和運(yùn)算的需求，因此，在一些解決方案中，MCU也在從8位、16位向32位遷移。
還有一些家居應(yīng)用要求MCU具有更強(qiáng)大的驅(qū)動能力，如LCD驅(qū)動和I/O口的驅(qū)動，更強(qiáng)的PWM輸出能力等，甚至使得MCU逐漸向SoC靠攏。
可見，智能家居系統(tǒng)中的MCU，應(yīng)當(dāng)是富有競爭力的。
飛思卡爾產(chǎn)品在智能家居中的應(yīng)用
飛思卡爾是智能家居系統(tǒng)中MCU、射頻、傳感器、模擬技術(shù)與電源管理、處理器等產(chǎn)品的領(lǐng)先供應(yīng)商，并致力于向市場提供嵌入式工業(yè)解決方案。在智能家居應(yīng)用中，飛思卡爾可用的、滿足現(xiàn)實需求的產(chǎn)品和方案不斷增加，在這個領(lǐng)域積累了很多經(jīng)驗。利用這些先進(jìn)的產(chǎn)品系列，飛思卡爾提供更加智能和更具成本效益的解決方案，應(yīng)用涵蓋照明、HVAC、網(wǎng)絡(luò)控制、樓宇接入、監(jiān)控和安全、家居智能能源(家庭能源管理系統(tǒng)、家庭太陽能逆變)、能源利用(商業(yè)太陽能逆變器、離網(wǎng)太陽能逆變等)等。這些方案可以滿足市場在環(huán)境、能源效率、可靠安全方面的需求。
在家庭能源管理系統(tǒng)中，通常需要提供綜合用戶界面和廣泛連接功能。飛思卡爾具有多種基于業(yè)界領(lǐng)先Power Architecture和ARM處理器的解決方案，非常適用于這種應(yīng)用，系統(tǒng)方案示例見下圖。利用通信處理器、電源管理器件、無線收發(fā)器、圖形處理等廣泛的產(chǎn)品線，如MPC8308、MC13224、S08QE、I.MX233、I.MX6S等，飛思卡爾的解決方案使智能家居中的各個點都可以通過一個集中的點連接和控制，實現(xiàn)高能效和能源優(yōu)化。
在部署具有通信功能的電表后，可以向業(yè)主提供許多應(yīng)用，以便優(yōu)化整體能源管理。對電力公司來說，這可以作為一種管理電網(wǎng)負(fù)荷并防止電力需求激增的方式。此外，家庭能源管理系統(tǒng)的功能還可以包括：從智能電表中采集實時能耗數(shù)據(jù)，從各種家電中采集功耗數(shù)據(jù);控制家電的開啟/關(guān)閉;生成儀表板，以提供關(guān)于能源使用情況的反饋信息;提供控制菜單，對家電進(jìn)行有效控制;提供與電力公司和/或互聯(lián)網(wǎng)之間的鏈接……目標(biāo)應(yīng)用包括家庭局域網(wǎng)絡(luò)(HAN)、家庭能源網(wǎng)關(guān)以及家庭自動化等。
基于飛思卡爾廣泛產(chǎn)品線的家庭能源管理系統(tǒng)示例
家庭太陽能逆變系統(tǒng)中，飛思卡爾的處理器、微控制器產(chǎn)品，如MC56F84XXX、MC56F82XX、56F803X等等產(chǎn)品，為整個系統(tǒng)帶來可行、高效、可靠的電源轉(zhuǎn)換方案。
基于飛思卡爾MCU和DSC的家庭太陽能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)
上述幾種智能家居方案示例實際應(yīng)用中已被采用。
32位Kinetis E系列帶來綠色安全智能家居方案
飛思卡爾具有完善的8位、16位和32位MCU系列產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、網(wǎng)絡(luò)、能源、汽車、醫(yī)療、消費(fèi)電子等眾多領(lǐng)域。Kinetis E系列器件是飛思卡爾極具特色的MCU系列之一，也是業(yè)界最具擴(kuò)展能力的ARM Cortex-M0+ MCU產(chǎn)品，智能家居應(yīng)用是其發(fā)揮優(yōu)勢的一大市場。該系列MCU具有強(qiáng)大的系統(tǒng)電磁抗噪能力(過去只有8位和16位MCU具有這種能力)，是白色家電和工業(yè)應(yīng)用，如洗碗機(jī)、冰箱、家庭和樓宇控制系統(tǒng)、電機(jī)控制風(fēng)機(jī)、工業(yè)轉(zhuǎn)換器，以及通常在高噪聲環(huán)境中運(yùn)行的其他應(yīng)用的理想選擇。
利用Kinetis E系列的耐用設(shè)計和32位處理能力，系統(tǒng)設(shè)計人員可以只采用一個器件，而不是以前所需的多個MCU。此外，大間距封裝選件和高靜電放電保護(hù)性能支持單層板設(shè)計，減少其他電路保護(hù)組件的需求，從而降低系統(tǒng)成本。
該系列產(chǎn)品可在復(fù)雜電氣噪聲環(huán)境和要求高可靠性的應(yīng)用中保持高穩(wěn)定性，而且有豐富的內(nèi)存、外設(shè)和產(chǎn)品包可供選擇。它們具有通用的外設(shè)和引腳數(shù)量，使開發(fā)人員能夠輕松實現(xiàn)相同MCU系列內(nèi)或多個MCU系列間的遷移，以利用更多存儲器或特性集成。這種可擴(kuò)展性使開發(fā)人員能夠在Kinetis E系列上實現(xiàn)其終端產(chǎn)品平臺的標(biāo)準(zhǔn)化，最大程度地提高硬件和軟件的再利用，縮短產(chǎn)品上市所需的時間。
Kinetis E系列是32位MCU。32位MCU一直以來都以低電壓運(yùn)行，人們通常會認(rèn)為，32位MCU在工廠等惡劣電磁環(huán)境中甚至很多家庭中并不可靠。但是Kinetis E系列打破這一認(rèn)知開創(chuàng)新局面，將低成本、高性能、先進(jìn)的電磁兼容性(EMC)和靜電放電(ESD)保護(hù)功能完美結(jié)合，符合工業(yè)級的可靠性和溫度要求。
Kinetis E系列特性：
32位ARM Cortex-M0+ 內(nèi)核
存儲空間可以從8 KB閃存/1 KB SRAM擴(kuò)展到128 KB閃存/16 KB SRAM
具備片上模擬比較器和12位ADC，具有精確的混合信號處理能力
強(qiáng)大的定時器，面向包括電機(jī)控制在內(nèi)的廣泛的應(yīng)用
串行通信接口，如UART、SPI、I2C等
高安全性，帶有內(nèi)部看門狗和可編程CRC模塊
單電源(2.7–5.5 V)，具備完整的閃存編程/擦除/讀取功能
工作環(huán)境溫度范圍：-40℃–105℃
根據(jù)產(chǎn)品特性可以看出，飛思卡爾智能家居解決方案可為市場帶來綠色、安全、節(jié)能、靈活等優(yōu)勢。
以Kinetis子系列KE02 MCU為例來看。KE02 MCU以ARM Cortex-M0+為內(nèi)核，該內(nèi)核以其低功耗特性深獲市場贊譽(yù)。KE02也是Kinetis E系列的入門級產(chǎn)品，引腳與整個E系列兼容，擴(kuò)展靈活，另外，它們還與8位S08P系列兼容。
這個子系列擁有一系列強(qiáng)大的外設(shè)，其中包含模擬、通信、定時器與控制等，同時也有多種規(guī)格的閃存和引腳。該系列是提供低功耗、高耐用性和高能效的MCU，為開發(fā)人員提供適合的入門級32位解決方案。
作為新一代MCU解決方案，該系列特別增強(qiáng)了ESD/EMC性能，廣泛適用于強(qiáng)電氣干擾環(huán)境下對成本、高可靠性有特殊要求的應(yīng)用場合中，比如家用電器、DC風(fēng)機(jī)、計量/PLC、后備式UPS、模擬電源、DC/DC等。其中，電源管理模塊(PMC)提供三種電源模式：運(yùn)行、等待和停止模式，可以在保障能源效率的情況下運(yùn)行。內(nèi)置看門狗和可編程CRC模塊、每芯片64位唯一識別碼(ID)可提供更高的安全性。
KE02 MCU家族框圖
飛思卡爾的設(shè)計資源
對各系列MCU，飛思卡爾為工程師提供了強(qiáng)大的設(shè)計工具和設(shè)計資源，對Kinetis E系列也不例外。這些資源包括FRDM-KE02Z Freescale Freedom開發(fā)平臺、Processor Expert軟件以及軟件開發(fā)工具包，可輕松訪問樣本軟件庫。采用低成本Freescale Freedom開發(fā)平臺，客戶可以輕松、快速評估并原型設(shè)計飛思卡爾MCU。
此外，Kinetis E系列MCU還獲益于廣泛的ARM生態(tài)體系支持，包括現(xiàn)成軟件、工具和培訓(xùn)，以及合作伙伴開發(fā)的解決方案，如IAR Embedded Workbench和Keil MDK-ARM微控制器開發(fā)工具包。其他開發(fā)資源包括具有高性能和最佳功率效率CoreMark?/mA的中間件和軟件庫。在Kinetis MCU社區(qū)，工程師還可以實現(xiàn)快速設(shè)計入門指導(dǎo)。
