中央控制器需要通過(guò)有線或無(wú)線連接與家用電器和傳感器通信。有線連接使用以太網(wǎng)或電力線通信 (PLC) 技術(shù)。PLC是利用電力線進(jìn)行通信和配電 。一般進(jìn)行數(shù)字信號(hào)載波調(diào)制 (~20-200 kHz) 并且通過(guò)家用電線與電力線信號(hào)一同傳輸。外設(shè)被插入到普通電源插口以建立通訊連接。但電器需要額外的調(diào)制解調(diào)器解碼接收到的信息。使用PLC技術(shù)的設(shè)計(jì)師還必需解決擁擠運(yùn)行環(huán)境中的“擴(kuò)展頻譜”和“無(wú)線電干擾”等問(wèn)題。
通過(guò)以太網(wǎng)，外設(shè)、電器和中央控制器經(jīng)局域網(wǎng) (LAN) 連接。系統(tǒng)中的每個(gè)單元通過(guò)使用幀發(fā)送串行數(shù)據(jù)流。每個(gè)幀包含來(lái)源和目的地地址、數(shù)據(jù)以及錯(cuò)誤校驗(yàn)信息。傳感器通過(guò)UART、SPI或I2C接口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)阶涌刂破鳎涌刂破魍ㄟ^(guò)以太網(wǎng)接口將信息傳輸?shù)街醒肟刂破鳌?/p>
由于解決了線纜和線纜鋪設(shè)所帶來(lái)的復(fù)雜性與成本問(wèn)題，Wi-Fi、低功耗藍(lán)牙和ZigBee等無(wú)線技術(shù)已非常普及。通過(guò)Wi-Fi (IEEE 802.11) 可以建立本地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)，并且所有外設(shè)可以通過(guò)2.4GHz或5Ghz頻帶連接該網(wǎng)絡(luò)。Wi-Fi降低了安裝成本并且非常適用于難以鋪設(shè)電纜的有限空間內(nèi)。相比傳統(tǒng)的有線網(wǎng)絡(luò)，由于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)簡(jiǎn)化了接入，因此其主要問(wèn)題在于網(wǎng)絡(luò)的安全性。在有線網(wǎng)絡(luò)中，必需直接連接網(wǎng)線才能與網(wǎng)絡(luò)連接。而在Wi-Fi中，只需要在網(wǎng)絡(luò)的范圍內(nèi)即可連接網(wǎng)絡(luò)。因此，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)需要強(qiáng)大的加密與安全策略避免數(shù)據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)。
ZigBee (IEEE 802.15.4) 無(wú)線通訊協(xié)議可以用于10-100米范圍內(nèi)的低功耗小型網(wǎng)絡(luò)。ZigBee使用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)通過(guò)中間節(jié)點(diǎn)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。ZigBee一般用于對(duì)通訊速度和安全性較低的低功耗應(yīng)用，因此適合用于住宅自動(dòng)化系統(tǒng)。
圖4 各種通訊接口和協(xié)議 (來(lái)源：賽普拉斯半導(dǎo)體)
藍(lán)牙無(wú)線技術(shù)適用于遠(yuǎn)程傳感和監(jiān)控應(yīng)用。藍(lán)牙主要用于低成本、低功耗的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。其中，中央處理器作為主設(shè)備發(fā)起與其他作為從屬設(shè)備的外設(shè)的對(duì)話。在特定的時(shí)間點(diǎn)，只有一臺(tái)從屬設(shè)備可以進(jìn)行廣播和與主機(jī)通訊。藍(lán)牙適合用于用戶接口。用戶可以遠(yuǎn)程訪問(wèn)控制系統(tǒng)并且發(fā)送輸入指令。
未來(lái)住宅自動(dòng)化的改進(jìn)
當(dāng)前的住宅自動(dòng)化趨勢(shì)是推動(dòng)節(jié)能、安全的解決方案。隨著用戶的增加及其要求的增多，設(shè)計(jì)師正面臨著如何使系統(tǒng)能夠防止各種入侵的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。同時(shí)，他們還需要降低功耗和成本?；谥悄芸ㄅcOTP (一次性授權(quán)) 的安全訪問(wèn)技術(shù)目前正在被引入住宅自動(dòng)化系統(tǒng)，而更先進(jìn)的生物識(shí)別傳感器，如指紋和視網(wǎng)膜掃描器等也正在被逐步用于訪問(wèn)授權(quán)。
除了提高安全性之外，原始設(shè)備制造商正在為系統(tǒng)尋找其他產(chǎn)生電能的來(lái)源。新推出的能量采集設(shè)備可以從振動(dòng)、體溫、太陽(yáng)光和射頻傳輸中生成電能。超高效率的住宅自動(dòng)化系統(tǒng)需要結(jié)合先進(jìn)的節(jié)能家電，以及帶有商業(yè)可再生能源系統(tǒng)的設(shè)備，如太陽(yáng)能熱水器和太陽(yáng)能發(fā)電器等。但這些功能的成本較高，而且原始設(shè)備制造商需要基于用戶需求對(duì)此進(jìn)行權(quán)衡。
乍看之下，住宅自動(dòng)化系統(tǒng)似乎復(fù)雜而昂貴。但引入智能化家電所帶來(lái)的諸多益處可以抵消這些成本。隨著技術(shù)的進(jìn)步，真正的自動(dòng)化系統(tǒng)能夠在不與我們發(fā)生直接互動(dòng)的情況下知道我們的身份、所在的位置和需求，在我們走進(jìn)房間時(shí)打開(kāi)燈光和電扇，當(dāng)我們離開(kāi)住宅時(shí)調(diào)節(jié)溫度，并且在發(fā)生各種緊急情況時(shí)發(fā)出警報(bào)。這些直觀的智能化操控方法可以節(jié)省大量電能，并且?guī)?lái)更高的便捷性。此外，住宅的安保與安全也被考慮在內(nèi)。
憑借今天的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)住宅自動(dòng)化不再是一項(xiàng)遙不可及的工作。可編程系統(tǒng)芯片的上市加快了住宅自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。高度集成的微控制器可以靈活兼容各種能力，包括ADC、模擬 OPAMP、閃存和數(shù)字通訊接口 (UART/ SPI/ I2C)。許多微控制器還支持藍(lán)牙芯片技術(shù)，這進(jìn)一步降低了系統(tǒng)復(fù)雜性與開(kāi)發(fā)成本。
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