以技术优势打造安全节能的住宅自动化系统 - 第2页 - 安防知识网 - 资讯

通讯接口

　　中央控制器需要通过有线或无线连接与家用电器和传感器通信。有线连接使用以太网或电力线通信 (PLC) 技术。PLC是利用电力线进行通信和配电。一般进行数字信号载波调制 (~20-200 kHz) 并且通过家用电线与电力线信号一同传输。外设被插入到普通电源插口以建立通讯连接。但电器需要额外的调制解调器解码接收到的信息。使用PLC技术的设计师还必需解决拥挤运行环境中的“扩展频谱”和“无线电干扰”等问题。

　　通过以太网，外设、电器和中央控制器经局域网 (LAN) 连接。系统中的每个单元通过使用帧发送串行数据流。每个帧包含来源和目的地地址、数据以及错误校验信息。传感器通过UART、SPI或I2C接口将数据传输到子控制器，而子控制器通过以太网接口将信息传输到中央控制器。

　　由于解决了线缆和线缆铺设所带来的复杂性与成本问题，Wi-Fi、低功耗蓝牙和ZigBee等无线技术已非常普及。通过Wi-Fi (IEEE 802.11) 可以建立本地无线网络，并且所有外设可以通过2.4GHz或5Ghz频带连接该网络。Wi-Fi降低了安装成本并且非常适用于难以铺设电缆的有限空间内。相比传统的有线网络，由于无线网络简化了接入，因此其主要问题在于网络的安全性。在有线网络中，必需直接连接网线才能与网络连接。而在Wi-Fi中，只需要在网络的范围内即可连接网络。因此，无线网络需要强大的加密与安全策略避免数据安全风险。

　　ZigBee (IEEE 802.15.4) 无线通讯协议可以用于10-100米范围内的低功耗小型网络。ZigBee使用网状网络通过中间节点发送和接收数据。ZigBee一般用于对通讯速度和安全性较低的低功耗应用，因此适合用于住宅自动化系统。

　　图4 各种通讯接口和协议 (来源：赛普拉斯半导体)

　　蓝牙无线技术适用于远程传感和监控应用。蓝牙主要用于低成本、低功耗的无线网络。其中，中央处理器作为主设备发起与其他作为从属设备的外设的对话。在特定的时间点，只有一台从属设备可以进行广播和与主机通讯。蓝牙适合用于用户接口。用户可以远程访问控制系统并且发送输入指令。

　　未来住宅自动化的改进

　　当前的住宅自动化趋势是推动节能、安全的解决方案。随着用户的增加及其要求的增多，设计师正面临着如何使系统能够防止各种入侵的严峻挑战。同时，他们还需要降低功耗和成本。基于智能卡与OTP (一次性授权) 的安全访问技术目前正在被引入住宅自动化系统，而更先进的生物识别传感器，如指纹和视网膜扫描器等也正在被逐步用于访问授权。

　　除了提高安全性之外，原始设备制造商正在为系统寻找其他产生电能的来源。新推出的能量采集设备可以从振动、体温、太阳光和射频传输中生成电能。超高效率的住宅自动化系统需要结合先进的节能家电，以及带有商业可再生能源系统的设备，如太阳能热水器和太阳能发电器等。但这些功能的成本较高，而且原始设备制造商需要基于用户需求对此进行权衡。

　　乍看之下，住宅自动化系统似乎复杂而昂贵。但引入智能化家电所带来的诸多益处可以抵消这些成本。随着技术的进步，真正的自动化系统能够在不与我们发生直接互动的情况下知道我们的身份、所在的位置和需求，在我们走进房间时打开灯光和电扇，当我们离开住宅时调节温度，并且在发生各种紧急情况时发出警报。这些直观的智能化操控方法可以节省大量电能，并且带来更高的便捷性。此外，住宅的安保与安全也被考虑在内。

　　凭借今天的技术，实现住宅自动化不再是一项遥不可及的工作。可编程系统芯片的上市加快了住宅自动化系统的实现。高度集成的微控制器可以灵活兼容各种能力，包括ADC、模拟 OPAMP、闪存和数字通讯接口 (UART/ SPI/ I2C)。许多微控制器还支持蓝牙芯片技术，这进一步降低了系统复杂性与开发成本。