智能家居無線技術(shù)分析及其解決方案對(duì)比 - 全文

　　智能化家居這個(gè)概念早在十幾年前就出現(xiàn)了，1998年比爾蓋茨就為自己建造過一座智能化的豪宅。早期的智能家居是有線的，這在很大程度上，限制了其的自身發(fā)展：首先是布線問題，需要開墻破洞，使得多數(shù)已裝修好的房子不愿加入進(jìn)來；其次，將線布好埋于墻體內(nèi)，檢修維護(hù)非常不便，一旦出現(xiàn)問題，意味著要再次開墻破洞；最后，就是造價(jià)不菲，以至于早期的智能家居只適合高端人群，而非平民消費(fèi)品。

　　無線解決方案為家居自動(dòng)化帶來了曙光，剪掉了這些繁瑣的線，就減去了很多麻煩。就目前而言，無線智能家居根據(jù)所使用的技術(shù)不同，主要分為藍(lán)牙、Wi-Fi、Zwave和ZigBee四種，無線技術(shù)讓人們得以實(shí)現(xiàn)對(duì)家居的遠(yuǎn)程控制。

　　WiFi、Zigbee、Zwave及藍(lán)牙對(duì)比分析

　　WiFi技術(shù)

　　基于WiFi技術(shù)的智能家居產(chǎn)品最為常見，其優(yōu)勢(shì)在于傳輸速率快，且產(chǎn)品成本低，生活中也最為普及，對(duì)用戶來說，基于WiFi的智能家居組合最為省事，購(gòu)買設(shè)備直接組網(wǎng)即可。

　　凡事都存在兩面性，WiFi雖然傳輸快、普及廣，但也存在著自身的技術(shù)劣勢(shì)：其最大的問題要屬安全性非常低，無線穩(wěn)定性弱；功耗大也是其弱點(diǎn)之一，將導(dǎo) 致其在家居領(lǐng)域的應(yīng)用受限，例如智能門鎖、紅外轉(zhuǎn)發(fā)控制器、各種傳感器等不適宜使用；此外，WiFi的組網(wǎng)能力也相對(duì)較低，目前WiFi網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際規(guī)模一 般不超過16個(gè)設(shè)備，而實(shí)際家居環(huán)境中，僅開關(guān)、照明、家電的數(shù)量就已遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于16個(gè)，顯然發(fā)展空間受到了一定的限制。

　 　相較于普及較廣的WiFi技術(shù)，下面要說的ZigBee技術(shù)，其研發(fā)和應(yīng)用的門檻相對(duì)要高，并不是隨便什么人都能駕馭，像施耐德、西門子、索尼、通用電 氣、松下等一些全球500強(qiáng)企業(yè)，都已加入到ZigBee的陣營(yíng)當(dāng)中，而華為、物聯(lián)傳感等國(guó)內(nèi)企業(yè)也在ZigBee陣營(yíng)之中。

　　Zigbee技術(shù)

　 　首先，ZigBee技術(shù)的安全性很高，至今全球尚未出現(xiàn)一起破解先例。其安全性源于其系統(tǒng)性的設(shè)計(jì)：采用AES加密（高級(jí)加密系統(tǒng)），嚴(yán)密程度相當(dāng)于銀 行卡加密技術(shù)的12倍；其次，Zigbee采用蜂巢結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，每個(gè)設(shè)備均能通過多個(gè)方向與網(wǎng)關(guān)通信，網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性高；另外，其網(wǎng)絡(luò)容量理論節(jié)點(diǎn)為65300 個(gè)，足夠滿足家庭網(wǎng)絡(luò)覆蓋需求，即便是智能小區(qū)、智能樓宇等仍能全面覆蓋；最后，Zigbee具備雙向通訊的能力，不僅能發(fā)送命令到設(shè)備，同時(shí)設(shè)備也會(huì)把 執(zhí)行狀態(tài)反饋回來，這對(duì)終端使用體驗(yàn)至關(guān)重要，尤其是安防設(shè)備，倘若你點(diǎn)擊了關(guān)門，卻不知道門是否真的已經(jīng)鎖上，將會(huì)帶來多大的安全隱患；此 外，Zigbee采用了極低功耗設(shè)計(jì)，可以全電池供電，理論上一節(jié)電池能使用10年以上，節(jié)能環(huán)保。

　　Zwave技術(shù)

　 　Zwave的數(shù)據(jù)傳輸速率為9.6kbps，信號(hào)的有效覆蓋在室內(nèi)30米（室外大于100米），適于窄帶寬應(yīng)用場(chǎng)合，且具備一定的安全性和穩(wěn)定性，不過 目前只應(yīng)用于家庭自動(dòng)化方面。究其缺點(diǎn)主要三：一是節(jié)點(diǎn)較少，理論值為256個(gè)，實(shí)際值可能只有150個(gè)左右，算是其能容納設(shè)備數(shù)量的上限，實(shí)際上很多廠 商能做到容納20、30個(gè)設(shè)備就不錯(cuò)了；二是樹狀組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，一旦樹枝上端斷掉，下端的所有設(shè)備將無法與網(wǎng)關(guān)通信；三是沒有加密方式，安全性差，易受到攻 擊。（Zwave所用頻段在我國(guó)是非民用的，國(guó)內(nèi)并不常見Zwave智能家居，更多的還是應(yīng)用在國(guó)外。）

　　藍(lán)牙技術(shù)

　 　大家對(duì)藍(lán)牙技術(shù)的熟知，恐怕要屬手機(jī)上的藍(lán)牙功能了。其功耗以及成本都介于WiFi與Zigbee兩者之間，但傳輸距離最短，屬于一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、短距離的 通訊方式，因在移動(dòng)設(shè)備或較短距離間傳輸，故藍(lán)牙產(chǎn)品會(huì)提供一些較為私人化的使用體驗(yàn)，例如藍(lán)牙耳機(jī)、藍(lán)牙音箱、智能秤等，由于其傳輸距離較短，所以并不 適合組建龐大的家庭網(wǎng)絡(luò)。

　　智能照明技術(shù)資料匯總——用你的設(shè)計(jì)智慧點(diǎn)亮智能照明之燈

　　1.前言

　　隨著智能終端的普及，產(chǎn)業(yè)、技術(shù)與市場(chǎng)的成熟，加之國(guó)際品牌大廠的推動(dòng)，物聯(lián)網(wǎng)（ioT）、智能家居、智能安防已經(jīng)開始走進(jìn)人們的生活，它已經(jīng)不再是一個(gè)炙手可熱的概念，而是一批批不斷涌現(xiàn)并暢銷于市場(chǎng)的產(chǎn)品。

　 　智能安防是智能家居的最為重要細(xì)分市場(chǎng)之一，而相比與其它智能家居應(yīng)用，安防的遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程報(bào)警、智能聯(lián)動(dòng)的需求更為迫切。試想一下，當(dāng)家中出現(xiàn)異常 走動(dòng)，煤氣，煙霧問題，不在家中的您可以通過移動(dòng)設(shè)備第一時(shí)間了解到家中的異常狀況，以及時(shí)采取應(yīng)對(duì)策略，減少您的財(cái)產(chǎn)損失，保護(hù)好您的家人。

　　2.智能家居的無線技術(shù)格局：（Wifi， Zigbee， 藍(lán)牙）

　　WiFi是基礎(chǔ)設(shè)施：

　　一般是用于覆蓋一定范圍（如1棟樓）的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（覆蓋范圍100米左右）。

　　現(xiàn)存的主要問題：功耗高，價(jià)格高，移動(dòng)性差，組網(wǎng)能力差。

　　ZigBee 是連接手段：

　　用于低速率、低功耗場(chǎng)合，比如無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，適用于工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能家居控制等領(lǐng)域。

　　現(xiàn)存的主要問題：推廣難度大（需要網(wǎng)關(guān)連接網(wǎng)絡(luò)，安裝調(diào)試等綜合成本高），產(chǎn)品成本高，網(wǎng)絡(luò)延時(shí)不可控。

　　藍(lán)牙服務(wù)移動(dòng)設(shè)備：

　　目前全球有超過30億個(gè)藍(lán)牙設(shè)備，其總數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了wi-fi和zigbee設(shè)備的總量，藍(lán)牙的應(yīng)用延伸到手機(jī)、游戲機(jī)、耳機(jī)、筆記本、汽車等很多應(yīng)用，藍(lán)牙4.0的推出讓藍(lán)牙的應(yīng)用領(lǐng)域更為拓廣。

　　現(xiàn)存的主要問題：組網(wǎng)能力差。

　　智能家居現(xiàn)狀：

　　Zigbee技術(shù)在智能家居推廣多年，但市場(chǎng)接受度很低，其中最大的原因1. 成本高 2. 其需要路由與網(wǎng)絡(luò)連接，使得連接設(shè)置復(fù)雜，安裝費(fèi)用高，推廣難度大。

　　3、CSR Mesh創(chuàng)新藍(lán)牙解決方案概述

　 　智能終端的普及已經(jīng)使藍(lán)牙設(shè)備握在每個(gè)消費(fèi)者的手中，因此在產(chǎn)品的推廣普及方面，相比Xigbee，藍(lán)牙具有先天的優(yōu)勢(shì)，消費(fèi)者無需改變太多，既可以享 受智能家居帶來的方便與享受；同時(shí)不同于zigbee一直應(yīng)用于銷量有限的工業(yè)市場(chǎng)，藍(lán)牙BLE自誕生之日起即服務(wù)于大眾消費(fèi)市場(chǎng)，成本及技術(shù)門檻比 zigbee要低很多，更加有利于產(chǎn)品的普及。

　　CSR Mesh創(chuàng)新藍(lán)牙解決方案特別針對(duì)智能家庭和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用所做的優(yōu)化設(shè)計(jì)，它包含了CSR自訂的組態(tài) （configuration），控制協(xié)議 （control Protocol），以及CSR 驗(yàn)證過的Bluetooth Smart組件： CSR101x和CSR8811。消費(fèi)者可在家中任何地方控制調(diào)整燈光、溫度、家電和保全系統(tǒng)等內(nèi)建Bluetooth Smart技術(shù)的設(shè)備或裝置。其中，符合CSR Mesh協(xié)議的方案并不需要復(fù)雜的設(shè)定、配對(duì)、或使用路由器等存取裝置，對(duì)消費(fèi)者而言將更為便利。

　 　CSR Mesh協(xié)議利用Bluetooth Smart傳送訊息給網(wǎng)絡(luò)上的其它Bluetooth Smart裝置，并接著往前傳送。訊息可以指定給個(gè)別裝置或群組，而裝置本身可以隸屬于多個(gè)群組?？刂乒δ芡高^標(biāo)準(zhǔn)Bluetooth Smart家電執(zhí)行，例如運(yùn)用燈光的開與關(guān)，或者藉由智能型手機(jī)或平板計(jì)算機(jī)來執(zhí)行。

　　CSR Mesh創(chuàng)新藍(lán)牙解決方案框圖

　　業(yè)界對(duì)CSR Mesh創(chuàng)新藍(lán)牙解決方案的評(píng)價(jià)

　 　CSR事業(yè)部資深副總裁Anthony Murray表示：”不同于Zigbee或Z-Wave等其它家庭自動(dòng)化連接方案的是，CSR Mesh讓消費(fèi)者能在家中任何角落透過行動(dòng)設(shè)備直接遙控，它沒有距離限制，也不需要依賴集線器。CSR致力推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新，我們相信這項(xiàng)新的 Bluetooth Smart方案將協(xié)助開發(fā)商、顛覆市場(chǎng)對(duì)于裝置控制的舊有印象，開發(fā)業(yè)者不需其它專利方案或技術(shù)就能開發(fā)出符合市場(chǎng)期望的產(chǎn)品，也帶給消費(fèi)者一個(gè)理想的家 庭自動(dòng)化環(huán)境?！?/p>

　　Murray也指出：“除了能從智能型手機(jī)控制之外，CSR Mesh也將讓開發(fā)業(yè)者能建置智能網(wǎng)絡(luò)，使裝置相互直接通訊。這就能實(shí)現(xiàn)未來物聯(lián)網(wǎng)，讓消費(fèi)者建立自動(dòng)化的智慧家庭，好比說，當(dāng)他們一走進(jìn)房間、燈光就 會(huì)自動(dòng)亮起。CSR已支持許多客戶開發(fā)符合CSR Mesh協(xié)議的產(chǎn)品，我們也期待看到這項(xiàng)方案進(jìn)一步地開啟智慧家庭市場(chǎng)?！?/p>

　　CSR1010/CSR1011 介紹：

　 　CSR 發(fā)表針對(duì)超低功耗連結(jié)裝置需求所設(shè)計(jì)的首款單模單芯片藍(lán)牙低功耗平臺(tái) CSR1010 和 CSR1011 。新 CSR uEnergy 平臺(tái)在一顆單芯片上提供所有必要技術(shù)，以協(xié)助開發(fā)藍(lán)牙低功耗產(chǎn)品，包括射頻、基頻、微控制器、通過認(rèn)證的 BluEtooth v4.0 堆棧、以及使用者自訂應(yīng)用。 CSR uEnergy 藍(lán)牙低功耗平臺(tái)將讓以往受限于功率消耗、尺寸和其它無線標(biāo)準(zhǔn)等復(fù)雜應(yīng)用實(shí)現(xiàn)超低功耗連接性。

　 　CSR uEnergy 平臺(tái)已實(shí)施最佳化設(shè)計(jì)，專門使用于支持藍(lán)牙低功耗功能，協(xié)助開發(fā)小型、成本效益且能源效率的產(chǎn)品。 CSR 芯片只需要一顆單一鈕扣型電池就可以使用多年，而且能夠被建置到簡(jiǎn)單的傳感器中，例如計(jì)步器、心律監(jiān)測(cè)器或者車鑰匙鏈，以及較復(fù)雜的低功耗裝置，例如可控 制和顯示行動(dòng)電話信息的手表。該平臺(tái)提供單模芯片，能夠與 CSR 的雙模芯片相輔相成，進(jìn)而構(gòu)成完整的藍(lán)牙低功耗方案。

　　4、簡(jiǎn)單的電路設(shè)計(jì)：

　　5.開發(fā)套件：

　　描述

　　此設(shè)計(jì)可為家庭自動(dòng)化 應(yīng)用提供 ZigBee? 家庭自動(dòng)化 （HA 1.2） 認(rèn)證的參考網(wǎng)關(guān)。由 Sitara? AM335x 處理器提供支持的功能豐富且基于 Linux 的網(wǎng)絡(luò)和 GUI 示例應(yīng)用可以使用基于 SimpleLink? ZigBee CC2531 無線 MCU 的軟件狗控制和監(jiān)控 ZigBee 節(jié)點(diǎn)。此設(shè)計(jì)包含幾十個(gè)可簡(jiǎn)化 Linux 系統(tǒng)中的 ZigBee 集成和應(yīng)用開發(fā)的 API。

　　特性

　　用于家庭自動(dòng)化的簡(jiǎn)單 API，將 TCP/IP 集成到 ZigBee 網(wǎng)橋，有助于加快應(yīng)用的開發(fā)速度和簡(jiǎn)化低功耗連接解決方案的集成

　　基于 CC2531 的運(yùn)行 ZigBee 家庭自動(dòng)化 （HA 1.2） 認(rèn)證協(xié)議堆棧的 USB 軟件狗、MAC 和 PHY，針對(duì)互操作性進(jìn)行了全面測(cè)試

　　基于 Sitara AM335x BeagleBone Black 社區(qū)支持的低成本開源開發(fā)平臺(tái)和基于小型 USB 軟件狗的 SimpleLink? ZigBee CC2531 無線 MCU

　　可從 TI 網(wǎng)上商店或通過授權(quán)經(jīng)銷商獲取所有系統(tǒng)硬件組件。還可獲取基于 Wiki 的用戶指南以生成和編譯 Linux 開源組件

　　基于 Linux 的現(xiàn)成系統(tǒng)軟件和硬件實(shí)現(xiàn)，用于通過以太網(wǎng)將 ZigBee 傳感器連接到 TCP/IP 應(yīng)用，包括所有應(yīng)用程序、Linux 中間件、ZigBee 堆棧和硬件組件

　　用于 BeagleBone Black 的 Z-Stack? Linux 網(wǎng)關(guān)安裝程序軟件包和用于 SimpleLink CC2531 軟件狗的 ZigBee 家庭自動(dòng)化堆棧是免費(fèi)的，可從 TI 的 Z-Stack? 軟件頁面進(jìn)行下載。

　　硬件設(shè)計(jì)框圖

　　詳細(xì)資料：AM335x ARM Cortex-A8 微處理器(MPU)詳細(xì)介紹

??????? 軟件設(shè)計(jì)框圖

　　相關(guān)軟件與工具：CC2531 USB 評(píng)估模塊套件

　　一、節(jié)能環(huán)保要求

　　節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)位于國(guó)家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃之首，這表明未來國(guó)家會(huì)加大在節(jié)能環(huán)保行業(yè)的投資力度，為節(jié)能環(huán)保注入新的動(dòng)力。在節(jié)能環(huán)保行業(yè)快速發(fā)展的形勢(shì)下，低待機(jī)功耗產(chǎn)品受到了消費(fèi)者的關(guān)注。據(jù)國(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，待機(jī)能耗已占民用電力消耗的3%-13%。中標(biāo)認(rèn)證中心的調(diào)查顯示，家電待機(jī)能耗占中國(guó)家庭電力消耗的10%左右，家庭中各種家電產(chǎn)品的平均待機(jī)能耗為15-30W之間。所以目前國(guó)內(nèi)的消費(fèi)電子產(chǎn)品也向著低功耗的方向發(fā)展，并率先推出產(chǎn)品搶占市場(chǎng)。

　　二、智能插座的解決方案

　　智能插座，現(xiàn)在通常指內(nèi)置Wi-FI模塊，通過智能手機(jī)的客戶端來進(jìn)行功能操作的插座，最基本的功能是通過手機(jī)客戶端可以遙控插座通斷電流，設(shè)定插座的定時(shí)開關(guān)。智能插座現(xiàn)在不主打安全方面的功能，而是強(qiáng)調(diào)家居的智能化，智能插座通常與家電設(shè)備配合使用，以實(shí)現(xiàn)定時(shí)開關(guān)等功能。

　　根據(jù)上述描述，智能插座內(nèi)部包含了AC-DC電源、無線通訊單元、繼電器及MCU控制單元等。無線通訊單元可以根據(jù)使用場(chǎng)合選擇合適的通訊方式，其中有射頻技術(shù)、紅外技術(shù)、WIFI技術(shù)、藍(lán)牙技術(shù)和ZigBee技術(shù)等。由于ZigBee技術(shù)具有通訊距離長(zhǎng)、穿墻能力較強(qiáng)、發(fā)射功耗較低的特點(diǎn)，比較適合智能家居應(yīng)用場(chǎng)合。AC-DC電源需要在滿足智能開關(guān)工作時(shí)所需功率的情況下，還要滿足待機(jī)工作時(shí)的低功耗問題。廣州致遠(yuǎn)電子推出了小體積待機(jī)功耗的電源模塊 ZY0FBxxD-2W，非常適合智能插座的應(yīng)用。

　　超低待機(jī)功耗（50mW）；

　　無需外接元件可直接使用；

　　輸入電壓：85-265VAC（100-375VDC）；

　　工作溫度：-25℃~+70℃；

　　可持續(xù)短路，自恢復(fù)；

　　超小體積：31.8mm*20.3mm*10.5mm；

　　智能插座的推薦設(shè)計(jì)方案：

　　AC-DC電源模ZY0FBxxD-2W是廣州致遠(yuǎn)電子專門針對(duì)小體積低功耗應(yīng)用場(chǎng)合研發(fā)的電源產(chǎn)品，同時(shí)致遠(yuǎn)電子的ZM5168P0-1是集MCU與 ZigBee收發(fā)于一體的模塊類產(chǎn)品。僅需要將兩個(gè)模塊搭接在一起，就能完美實(shí)現(xiàn)智能插座的設(shè)計(jì)。同時(shí)由于ZM5168P0-1集成了NXP JN5168處理器，可以對(duì)此MCU進(jìn)行編程，從而實(shí)現(xiàn)智能插座的各項(xiàng)功能。此方案具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、簡(jiǎn)化器件、快速實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。運(yùn)用此方案可以大幅簡(jiǎn)化開發(fā)過程，使產(chǎn)品更快的投入市場(chǎng)，抓住市場(chǎng)先機(jī)提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。

　　輸入端使用的ZY0FBxxD-2W待機(jī)空載功耗最大為0.05W，ZigBee模塊ZM5168P0-1也采用低功耗設(shè)計(jì)，在收發(fā)狀態(tài)的最高功耗為0.08W左右。從上面的數(shù)據(jù)來看，使用本方案能夠使智能插座在待機(jī)狀態(tài)下得到較低的功耗，從而達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的。

　　支持環(huán)保應(yīng)該從設(shè)計(jì)做起，應(yīng)該用我們自身的行動(dòng)去影響他人，讓環(huán)保成為一種習(xí)慣，成為一種時(shí)尚，成為一種社會(huì)道德。

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