在辦公室和住宅中建立“智能”不僅僅是添加互聯網連接和Wi-Fi網絡。它需要系統級方法來實現自動化，測量和安全性。將所有這些因素結合在一起將有助于提高能源使用效率，并為房主和辦公室工作人員提供更大的便利。但是，必須解決許多挑戰，尤其是全新功能的開發和集成。

隨著供應商和消費者需求的增長，半導體制造商正在構建使智能家居成為現實所必需的解決方案和生態系統。通用微控制器提供性能和可配置性，用于收集和分發實施通過集中決策流程支持的傳播控制所需的數據 - 這些功能對于實現可用的潛在獎勵至關重要。本文著眼于系統級需求及其解決方法。

是什么讓HAN？

HAN或家庭區域網絡是用于描述家庭內部和周圍任何形式的通信的通用術語。可以說，它已經被使用，因為第一次撥號連接是在家用電腦之間共享并連接到打印機，但隨著Wi-Fi的出現和低成本無線接入點（WAP）的出現，它真的得到了應用，通過寬帶連接，迅速將家庭網絡的概念變為現實。

家庭互聯網連接的激增也使新興的用例如通過聯網電視實現點播內容消費，這一趨勢對包括DVD租賃在內的傳統市場產生了負面影響。但是，變革的潮流不會停止。互聯網連接被認為是一種技術，不僅可以連接人，也可以連接對象。

預計數字將不斷修訂，但人們普遍預計到2020年可能會有超過200億臺連接設備，其中許多設備相對簡單，例如智能燈開關，門鎖或恒溫器。為互聯社會提供支柱最終將成為大型服務提供商的領域，但在家庭內部，家庭區域網絡內部發生的事情仍然是一個非常開放的市場。鑒于連接設備的范圍，在尋找最終解決方案時仍存在一些混亂和競爭并不奇怪;實際上，互操作性和可擴展性將是HAN和智能家居成功的關鍵。為了適應所需的互操作性水平，平均HAN拓撲結構可能至少包含一個網關（或集中控制單元），并且網關需要提供多種形式的通信，例如ZigBee，Wi- Fi和電力線通信。

智能連接

鑒于其已安裝的基礎，期望Wi-Fi在智能家居的HAN中發揮關鍵作用似乎是合理的，但它仍然是一個相對“重”的協議，因此對于許多簡單，連接的端點，如智能開關。對于這種應用，像ZigBee和Z-Wave這樣的低功耗無線協議更有可能擴散。但是，在某些情況下，可能有必要使用有線替代方案來補充無線連接，而不是安裝新的布線，例如用于以太網的CAT5，許多人認為電力線通信（PLC）提供了更好的解決方案。

PLC的主要優點是它使用現有的電力布線進行數據傳輸，使用強大的協議和調制技術。有幾個行業聯盟支持PLC用于家庭區域網絡和智能家園，例如G3-PLC聯盟。為了支持在這個應用領域中使用PLC，瑞薩開發了一款單芯片16位MCU，集成了PLC調制解調器PHY（物理層）和AFE（模擬前端），M16C/6S。

M16C/6S系列中的PHY是來自Yitran的IT800，它采用獲得專利的差分代碼移位鍵控（DCSK）調制技術，符合FCC，ARIB和EN50065-1-CENELEC標準。它在標準模式下的數據速率高達7.5 kbit/s（當符合CENELEC Extreme-Robust模式使用時，降至0.625 kbit/s）。由DCSK調制技術提供的本質上不受干擾的影響，PHY還實現了前向短塊軟解碼糾錯和特殊同步算法。該部件還由專用數據鏈路層固件支持。圖1顯示了典型應用配置中器件的框圖。

圖1：瑞薩的M16C/6S系列集成了電力線通信（PLC）物理層（PHY）并針對智能家居應用。

智能控制

當然，連接智能家居的重點是它不僅收集有關其環境的信息，還會對該信息采取行動。分布式控制不僅需要自動化管理，還需要遠程控制我們的家庭。 Smart Homes的主要“賣點之一”是，它允許房主通過他們的HAN從世界上任何一個連接的位置“撥入”他們的家。這種級別的自動化和遠程控制將決定對“智能設備”的需求，實現這一目標的一種方法是將智能改造為供電點，如燈開關和主電源插座。另一種方法是創造一種完全取代其祖先的新一代設備，例如Smart Thermostat。

德州儀器（TI）引用Smart Thermostat作為其基于ARM?Cortex?-A8的Sitara?系列處理器的目標應用，包括AM335x系列。同一設備也可以構成智能網關的基礎，提供多種形式的連接。這甚至可以采用智能恒溫器應用的形式，如圖2所示，其中幾種形式的有線和無線連接與許多傳感器一起集成，用于提供做出關于何時轉動加熱的智能決策所需的刺激和/或基于溫度，濕度，一天中的時間甚至占用水平的通風系統開/關。這種控制水平還可以依賴于通過HAN連接的其他智能傳感器，其也可以基于AM3352處理器。由于這個原因，可能需要高級操作系統，這就處理器子系統帶來了自己的需求。 AM3352在這方面表現優異，因為它能夠運行Linux，Android和嵌入式Windows CE。

圖2：德州儀器（TI）設想的智能恒溫器示例，該公司的Sitara AM3352處理器提供核心智能。

智能反饋

使用日常物品（如恒溫器）作為智能家居網絡不可或缺的一部分的概念將變得司空見慣。使用此類設備創建網狀網絡的能力將有助于克服由外部元素引起的可能的通信問題，包括建筑物構造和節點之間的物理距離。此外，還預計會出現全新設備以提供新功能，這些功能也可能充當“網關”。一個例子是家用顯示器。

意法半導體已經確定了對網關的需求，該網關還可以向房主和遠程房主顯示有關系統的重要或相關數據。為實現這一目標，預計像家用顯示器這樣的設備也可以集成HTTP網關，從而有效地使它們成為Web服務器。通過這種方式，他們將能夠在互聯網上安全地發布系統數據，從而實現遠程監控。 ST為其STM32 F2處理器創建了基于評估套件（圖3）的家用顯示器應用說明。

圖3：ST的評估板演示了其STM32 F2處理器用于啟用帶有HTTP連接的家用顯示器。

STM32 F2的一個有趣特性是基于ARM Cortex-M3處理器內核，它是自適應實時內存加速器，當內核運行時，它可以從閃存中實現零等待狀態執行。 120 MHz，使其能夠實現150 DMIPS的全部潛力。它通過實現指令預取隊列和分支緩存來實現這一點，從而提高了128位閃存的程序執行速度。使用加速器實現的性能已經使用CoreMark基準測試，相當于在CPU頻率為120 MHz時從閃存執行零等待狀態程序。

智能訪問

如圖所示，智能家居的一個重要元素，至少在最初，將是它能夠集成眾多點解決方案，可能使用開放標準協議，如ZigBee家庭自動化，或專有但專用的協議，如Z-Wave，進入HAN。如果所有設備都可以無限制地訪問網絡，那么容納大量協議可能會很快變得難以管理，因此設想中央“網關”將負責管理之間的鏈接。 HAN上的節點，公用事業（智能）儀表和互聯網。

Smart Gateways將采用多種形式。如上所述，它們可能是HAN的一個組成部分和功能部分，或者它們可能是專用的獨立設備。飛思卡爾已經確定了對解決方案的需求，并開發了一種評估套件，采用基于MPC8308和QorIQ P1010處理器的網絡智能網關。圖4顯示了網絡智能網關應用中的MPC8308。

圖4：飛思卡爾的MPC8308已被證明是構建網絡智能網關的基礎。

它是可能為互聯網提供遠程控制/監控的關鍵鏈接的網關，因此也將在最高級別負責網絡安全。由于家庭可能具有用于不同公用事業的若干智能電表，例如天然氣，電力和水，它將落入家庭網關，以可靠且有效地管理家庭網絡上的節點與智能電表之間的相互通信。這可能需要共享數據，因此安全性將成為比現在更高的優先級。

結論

隨著聯網電視和機頂盒的出現，我們已經通過我們的設備歡迎互聯網進入我們的家庭，盡管今天主要是單向交通。在不久的將來，只要我們能夠訪問互聯網連接，就能夠從任何地方監控我們的房屋變得司空見慣;預計智能手機和3G/4G網絡將在這方面發揮重要作用。

提供與家庭連接所需的基礎設施已經到位，它現在依賴于安全高效的家庭區域網絡的開發，以便完全實現智能家居愿景。