如何借助德州儀器無線連接平臺創(chuàng)建強大的智能家居和樓宇安全系統(tǒng)

很難想象智能手機之前的世界，曾經(jīng)是Jetson‘s的未來主義情節(jié)，現(xiàn)在已成為我們生活的現(xiàn)實。當我們努力連接更多的生活、家庭和建筑時，設計的復雜性會迅速升級。學習無線協(xié)議和獲取射頻（RF）設計經(jīng)驗可能是一次令人難以承受的冒險。再加上網(wǎng)絡安全和電源預算，你很快就會覺得自己像一個新生走進了大學的第一堂課。

以家庭或建筑安全系統(tǒng)為例。這里有門窗傳感器、運動探測器、煙霧探測器、智能鎖和安全面板，它們需要以無線方式連接，符合當?shù)氐谋O(jiān)管要求，并以最低的功耗實現(xiàn)高精度。這是一個艱巨的任務。但以下幾點，或許可以幫助你避免頭疼的問題，輕松設計。

1. 選擇支持多種無線協(xié)議的平臺。

一個樓宇安防系統(tǒng)可能有多種射頻技術，并且通常會利用多種協(xié)議。這些都是樓宇安全應用的主要參與者。

Sub 1-GHz是任何安全傳感器的主導技術，因為它具有極遠的范圍能力和室內(nèi)應用的巨大穿墻能力。您可以使用該協(xié)議創(chuàng)建一個低功耗的傳感器星型網(wǎng)絡，將數(shù)據(jù)報告給網(wǎng)關或收集器。

Zigbee?是一種很好的設備間通信技術，因為它是網(wǎng)狀網(wǎng)絡的成熟解決方案。它在電子智能鎖、門窗傳感器和煙霧探測器中很受歡迎，有明確的安全程序來保護數(shù)據(jù)。

低功耗藍牙?是一種新興的技術，通常與Sub 1-GHz或Zigbee一起使用。低功耗藍牙固有的智能手機連接性使其成為配置網(wǎng)絡和診斷警報的絕佳選擇。藍牙5引入了增加覆蓋范圍的技術，這種低功耗協(xié)議也很適合家庭內(nèi)的電池驅(qū)動傳感器或電子智能鎖等電器。

Thread也是一種新興技術，旨在控制和連接運動傳感器、氣體探測器或網(wǎng)關等產(chǎn)品。Thread使用2.4GHz工業(yè)、科學和醫(yī)療（ISM）頻段來創(chuàng)建一個安全的網(wǎng)狀網(wǎng)絡，并基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第6版（IPv6），使其與現(xiàn)有網(wǎng)絡自然連接。Thread支持設備到設備、設備到智能手機、設備到云端的通信，使用方便，擴展性極強。

動態(tài)多協(xié)議管理器（DMM）是一項偉大的技術，可以在單芯片解決方案中實現(xiàn)多種協(xié)議，如智能電表、鎖和恒溫器。DMM是一個軟件模塊，它可以讓一個無線電在多個無線協(xié)議之間實時切換，從而實現(xiàn)多個無線協(xié)議的同時運行。這也被稱為 “時間復用”，其中無線電通過改變設置、通道和其他參數(shù)在兩個協(xié)議棧之間切換。

您可以使用這些技術中的任何一種或幾種技術的組合來實施樓宇安全系統(tǒng)。因此，最好的選擇是找到一個能夠解決多種協(xié)議的硬件平臺，并能根據(jù)您的應用情況為您提供軟件靈活性。

2. 解決網(wǎng)絡安全問題。

安全是一個關鍵問題，特別是在建筑安全系統(tǒng)中。消費者希望知道他們的個人信息將繼續(xù)受到保護。在選擇無線平臺時，安全必須是您決策的首要考慮因素。讓我們來看看我剛剛評測的無線協(xié)議的安全措施。

在Sub 1-GHz中，設計人員可以實現(xiàn)高級加密標準（AES）算法和認證，以及消息完整性，以確保網(wǎng)絡安全。

藍牙低能還利用AES硬件加密。藍牙低能4.2規(guī)范實現(xiàn)了更高的安全性，以防止中間人攻擊和糾正配對漏洞。

Zigbee已經(jīng)定義了程序，以確保密鑰的安全請求和交換，并使用安裝代碼來消除使用已知密鑰以及AES加密。

線程實現(xiàn)了基于IP的安全，具有數(shù)據(jù)報傳輸層安全（DTLS）、基于密碼的認證和AES加密。

對于這些協(xié)議，重要的是要評估系統(tǒng)中的威脅，并使用安全啟用程序來解決這些問題。

3. 尋求高性能和低功耗。

在設計建筑安全系統(tǒng)時，覆蓋范圍和功耗都很重要。延長門窗傳感器、電子智能鎖和煙霧探測器的電池壽命有助于為最終產(chǎn)品創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)的體驗。您不僅需要評估設備的接收器和發(fā)射器電流，還必須評估睡眠電流以確保最長的電池壽命。

同樣，確保家庭內(nèi)的最大覆蓋率也是最重要的。無論是在網(wǎng)狀網(wǎng)絡中控制大量設備，還是簡單地使用智能手機控制一臺設備，用戶都必須保持可靠的連接。輸出功率和靈敏度是您需要確定可實現(xiàn)范圍的關鍵參數(shù)。通過利用大量的鏈路預算，安防系統(tǒng)將能夠覆蓋家庭或建筑物內(nèi)更大的距離。

總結

設計一個安全系統(tǒng)可能是具有挑戰(zhàn)性的，尤其是在涉及眾多連接選項、網(wǎng)絡安全和性能時。憑借支持Sub 1-GHz、藍牙低能耗、Zigbee、Thread和雙頻協(xié)議的靈活性，TI的最新一代無線微控制器（MCU）旨在為智能家居和樓宇安防系統(tǒng)提供穩(wěn)健和安全的解決方案。