林建和

如今，物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、人工智能（AI）等技術(shù)處于高速發(fā)展階段，人們的衣食住行都往智能化方向發(fā)展，智能家居這個(gè)行業(yè)也隨之蓬勃生長(zhǎng)，并從私人豪宅的定義逐漸走向大眾化。據(jù)相關(guān)研究組織預(yù)測(cè)，到2020年底，中國(guó)智能家居行業(yè)規(guī)模將達(dá)到3000億元，占全球規(guī)模的35%。相信隨著5G技術(shù)的到來(lái)，智能家居行業(yè)會(huì)達(dá)到另一個(gè)新的高度。

雖然智能家居是人類社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)，但是家居智能化的道路并沒(méi)有想象中的平坦。智能家居初期都是以總線技術(shù)類為主，家居所有設(shè)備的通信、控制、交互都是通過(guò)有線的方式。智能家居在老一代家居設(shè)備產(chǎn)品中無(wú)論是精裝修商品房、普通家庭、酒店等應(yīng)用場(chǎng)景，最常見(jiàn)的還是有線化布置。直到現(xiàn)在，有線智能家居產(chǎn)品依然存在，且不占少數(shù)，但這種通信方式僅適用于新裝修的建筑，對(duì)于舊房屋的推廣和普及就十分困難。單單從布線這個(gè)方面已經(jīng)是個(gè)巨大的難題，甚至還會(huì)導(dǎo)致安全方面的問(wèn)題。隨著ZigBee、BLE、WiFi 等無(wú)線通信技術(shù)的發(fā)展成熟，智能家居產(chǎn)品無(wú)線化逐漸發(fā)展壯大，吸引了越來(lái)越多得投資者、技術(shù)人員，他們看到了智能家居發(fā)展的方向和巨大市場(chǎng)，基于ZigBee、BLE、WiFi 的智能家居系統(tǒng)也越來(lái)越成熟。

ZigBee技術(shù)在智能家居行業(yè)的應(yīng)用十分廣泛，國(guó)內(nèi)像華為、綠米這樣的大公司推出的智能家居產(chǎn)品都是基于ZigBee技術(shù)。但是由于每個(gè)公司使用ZigBee定義和配置的Cluster不一樣，所以走的都是私有協(xié)議。那么，嚴(yán)重的問(wèn)題來(lái)了：不同廠商間的設(shè)備因?yàn)閰f(xié)議不同不能集成到同一個(gè)系統(tǒng)，用戶需要用不同的平臺(tái)APP分別操控。這個(gè)問(wèn)題給用戶帶來(lái)了極大的不便，除非用戶家居設(shè)備全部使用同一個(gè)廠商的，然而這并不可行。直到ZigBee聯(lián)盟規(guī)范了協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，推出了ZigBee 3.0標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，才從意義上實(shí)現(xiàn)了真正的萬(wàn)物互通、萬(wàn)物互聯(lián)。現(xiàn)階段，基本所有大公司的智能家居產(chǎn)品都已經(jīng)升級(jí)到ZigBee 3.0標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，這是一個(gè)必然趨勢(shì)。另一方面，對(duì)于國(guó)內(nèi)小公司來(lái)說(shuō)，升級(jí)ZigBee 3.0標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議能兼容其他大公司的設(shè)備，這是一個(gè)不可抵擋的誘惑。因此，ZigBee 3.0的推出，真正意義上將ZigBee技術(shù)在智能家居的應(yīng)用競(jìng)爭(zhēng)中暫時(shí)穩(wěn)定了自己的地位。

下面來(lái)談?wù)勚悄芗揖訜o(wú)線技術(shù)中的另一位重要成員——BLE。藍(lán)牙其實(shí)在智能家居應(yīng)用中大多數(shù)是屬于一對(duì)多單設(shè)備連接的模式，直到藍(lán)牙SIG在2017年發(fā)布了“Mesh 標(biāo)準(zhǔn)”，規(guī)范了BLE在理論上無(wú)限多對(duì)多的特性，藍(lán)牙實(shí)現(xiàn)了從點(diǎn)對(duì)點(diǎn)到點(diǎn)對(duì)多再到Mesh的重要演進(jìn)。BLE Mesh概念的提出，對(duì)智能家居應(yīng)用市場(chǎng)帶來(lái)了重大影響，相較于ZigBee，在Mesh網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)都可以充當(dāng)發(fā)射端、中繼路由和接收端的角色。信號(hào)的發(fā)起，從一個(gè)節(jié)點(diǎn)到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，這個(gè)過(guò)程都是成發(fā)散式的，而不僅僅是點(diǎn)點(diǎn)成線這樣的線性通信，用一個(gè)形象的東西去形容，那就像是一個(gè)蜘蛛網(wǎng)，這種拓?fù)渚捅苊饬讼馴igBee網(wǎng)關(guān)一旦出現(xiàn)故障，整個(gè)系統(tǒng)癱瘓的情況。這強(qiáng)大的拓?fù)涮匦栽从谒{(lán)牙SIG對(duì)“flooding”技術(shù)的改進(jìn)，flooding有點(diǎn)類似于互聯(lián)網(wǎng)的工作方式，當(dāng)我們給一個(gè)Mesh中的節(jié)點(diǎn)發(fā)信息時(shí)，它通過(guò)“flooding”所有直接連接范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)，并會(huì)發(fā)散式地向四周不斷的“傳染”到它們所能到達(dá)的所有節(jié)點(diǎn)。因此，在系統(tǒng)中用戶可以將每個(gè)設(shè)備作為中繼路由，而不是只能依賴網(wǎng)關(guān)。另一方面，藍(lán)牙能直連用戶手機(jī)，這是ZigBee暫時(shí)不能做到的，這是藍(lán)牙的一個(gè)重大優(yōu)勢(shì)。當(dāng)然，現(xiàn)階段ZigBee、BLE雙模芯片越來(lái)越多，像NXP推出的K32W401，所以也不能百分百排除日后手機(jī)在無(wú)線方面的配置還局限于藍(lán)牙，而且 BLE Mesh技術(shù)還在發(fā)展，遠(yuǎn)還沒(méi)到ZigBee 3.0這般成熟穩(wěn)定的廣泛應(yīng)用。 同樣地，BLE Mesh目前也面臨與ZigBee一樣的不同廠商協(xié)議不兼容的問(wèn)題，不過(guò)藍(lán)牙聯(lián)盟也給出了這個(gè)協(xié)議的認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。

最后一個(gè)要提及的就是WiFi了，WiFi的應(yīng)用范圍非常廣泛，說(shuō)白了就是到了隨處可見(jiàn)的地步，這會(huì)是WiFi在智能家居應(yīng)用的一個(gè)重大優(yōu)勢(shì)。WiFi在智能家居行業(yè)中，應(yīng)用的更多的是常供電的產(chǎn)品設(shè)備，如小家電和燈。眾所周知，現(xiàn)階段WiFi的功耗比ZigBee、BLE遠(yuǎn)遠(yuǎn)大得多，在低功耗方面的應(yīng)用WiFi是力所不及的。另一方面，WiFi技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)階段最多的也是通過(guò)一對(duì)多單設(shè)備連接模式，相較于ZigBee組網(wǎng)、BLE Mesh，WiFi也有推出網(wǎng)狀Mesh組網(wǎng)的概念合計(jì)數(shù)，但目前在智能家居應(yīng)用上沒(méi)有很廣泛的應(yīng)用。WiFi 6計(jì)劃啟動(dòng)至今已經(jīng)快一年了，相信不久就會(huì)面世，WiFi 6 比WiFi 5能做到更大的帶寬、高并發(fā)、低延時(shí)，還有重要的低耗電，具體功耗能都達(dá)到ZigBee、BLE相同的級(jí)別還無(wú)法確定，WiFi 6在智能家居無(wú)線通信技術(shù)應(yīng)用上是否能有新的推動(dòng)我們還不得而知，但在一定程度上肯定會(huì)影響到智能家居的發(fā)展。

對(duì)比了ZigBee、BLE、WiFi 這三種智能家居應(yīng)用上比較主流的無(wú)線通信技術(shù)，它們各有長(zhǎng)短處，在智能家居高速發(fā)展中，誰(shuí)都有可能被淘汰掉，誰(shuí)都有可能獨(dú)占鰲頭。就目前而言，在BLE Mesh技術(shù)尚未成熟穩(wěn)定的在市場(chǎng)普及，ZigBee以成熟的技術(shù)和組網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)使它在智能家居系統(tǒng)占據(jù)了一個(gè)穩(wěn)定的位置，國(guó)內(nèi)許多公司都在跟隨華為、綠米的腳步進(jìn)行相關(guān)的投入設(shè)計(jì)或者升級(jí)，這很大程度拓展了ZigBee技術(shù)在智能家居市場(chǎng)的應(yīng)用，甚至是一些工業(yè)化應(yīng)用也逐漸出現(xiàn)ZigBee的身影。對(duì)于 WiFi，也許WiFi 6會(huì)是它在智能家居市場(chǎng)的一個(gè)重大轉(zhuǎn)機(jī)，讓我們拭目以待。

毫無(wú)疑問(wèn)無(wú)線通信技術(shù)在智能家居應(yīng)用發(fā)揮了重要作用，那么智能家居還有什么其他的應(yīng)用發(fā)展方向呢？智能家居產(chǎn)業(yè)鏈已經(jīng)涉及到越來(lái)越多的應(yīng)用產(chǎn)品，如 AI 人工智能、智能語(yǔ)音控制等。說(shuō)到智能語(yǔ)音控制，它在智能家居行業(yè)確實(shí)是一個(gè)火熱的發(fā)展方向，相對(duì)于手機(jī)APP操控，人們更希望直接在家里能通過(guò)語(yǔ)音交互控制家居設(shè)備，沒(méi)有人不希望回家說(shuō)一句“打開空調(diào)，溫度 25℃”就能吹到空調(diào)，智能語(yǔ)音交互的產(chǎn)品在市面上早已不足為奇，如小米的小愛(ài)同學(xué)、阿里的天貓精靈等等，用戶能夠通過(guò)語(yǔ)音交互，實(shí)現(xiàn)對(duì)家里各種設(shè)備、家電的控制，甚至是上網(wǎng)購(gòu)物，無(wú)所不能，只有用戶想不到而沒(méi)有做不到。

說(shuō)了這么多，是時(shí)候來(lái)點(diǎn)干貨了，那么世平集團(tuán)在智能家居領(lǐng)域都深耕了哪些應(yīng)用方案呢？采用了哪些智能技術(shù)？讓我們一起來(lái)看看這些技術(shù)方案，進(jìn)行更深入的探討吧。

一、 NXP i.MX RT1020 網(wǎng)關(guān)方案

圖3所示是方案模塊框圖：

眾所周知，ZigBee智能家居生態(tài)鏈就是由云、網(wǎng)關(guān)和子設(shè)備這三個(gè)重要角色構(gòu)成，而智能網(wǎng)關(guān)則是家居智能化的心臟，通過(guò)它實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)信息的采集、信息輸入、信息輸出、集中控制、遠(yuǎn)程控制、聯(lián)動(dòng)控制等功能。該方案網(wǎng)關(guān)主控方面，選用的是i.MX RT1020，它是基于Arm Cortex-M7內(nèi)核，運(yùn)行頻率高達(dá)500 MHz，擁有高達(dá)256 KB 的緊耦合存儲(chǔ)器 （TCM），實(shí)時(shí)延遲低至20 ns，為網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)提供了性能強(qiáng)大的處理能力。它的詳細(xì)框圖如圖4：

此外，它還提供了ZigBee、BLE、Thread等無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接口和豐富的外設(shè)接口，這也為該網(wǎng)關(guān)方案的產(chǎn)品形態(tài)帶來(lái)了很大的可拓展性。

無(wú)線通信模塊方案采用的是NXP推出的JN5189 ZigBee芯片，它采用了Arm Cortex-M4內(nèi)核，擁有高達(dá)640 KB Flash和152 KB RAM，具有充足的空間和較高的靈活性，適用于復(fù)雜的應(yīng)用和OTA升級(jí)功能，為高性能網(wǎng)關(guān)應(yīng)用提供了充分的保障和強(qiáng)大穩(wěn)定的組網(wǎng)能力。

WiFi模塊中，方案采用的是南方硅谷 RE706模塊 （SV6166F），與樂(lè)鑫ESP8266 模塊pin to pin，可供對(duì)接的有阿里、涂鴉、騰訊等國(guó)內(nèi)著名云平臺(tái)，對(duì)于云端對(duì)接開發(fā)十分方便。除了WiFi以外，網(wǎng)關(guān)帶有PHY KSZ8081RNB，可通過(guò)網(wǎng)線連接以太網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的通信交互。

世平集團(tuán)推出的基于 i.MX RT1020網(wǎng)關(guān)方案中，每一個(gè)模塊都具有獨(dú)具一格的性能優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了高性能、組網(wǎng)穩(wěn)定、拓展性豐富的強(qiáng)大網(wǎng)關(guān)。

二、基于JN5169 ZigBee智能套件

配合i.MX RT1020網(wǎng)關(guān)，世平集團(tuán)推出了基于JN5169的智能家居套件方案，主要包括智能燈，智能插座，智能開關(guān)，門磁傳感器，溫濕度傳感器和紅外傳感器等。

該系統(tǒng)對(duì)接的是世平集團(tuán)的智能家居云，通過(guò)ATU智能家居APP可以實(shí)現(xiàn)自定義功能場(chǎng)景、設(shè)備自由添加、實(shí)時(shí)操控、指示燈反饋等功能。

而且符合ZigBee 3.0標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，和其他廠商產(chǎn)品可以互聯(lián)互通，具有低功耗、傳輸距離遠(yuǎn)、自組網(wǎng)自愈、底層穩(wěn)定、成本低、開發(fā)周期短的特性。

三、NXP JN5189 開發(fā)板

方案主平臺(tái)采用的是NXP JN5189，其外圍電路簡(jiǎn)單，僅需晶振和少量電容即可搭建最小系統(tǒng)，內(nèi)部balun單射頻輸出口的設(shè)計(jì)和高達(dá) 11 dBm發(fā)射功率節(jié)省了射頻電路設(shè)計(jì)和外部PA的成本。其功能框圖如圖7所示：

JN5189 采用的是 Arm Cortex-M4 內(nèi)核，詳細(xì)的性能參數(shù)在網(wǎng)關(guān)的無(wú)線模塊已經(jīng)給大家介紹過(guò)了。此外重要的一點(diǎn)，它的發(fā)射功率高達(dá)11 dBm， 而發(fā)送電流是 20.3 mA @ 10 dBm，接收電流更是只有4.3 mA。

配合J N 5 1 8 9開發(fā)板使用的還有U S B Dongle，用戶可以輕松實(shí)現(xiàn)ZigBee組網(wǎng)測(cè)試，體驗(yàn)JN5189強(qiáng)大、穩(wěn)定的組網(wǎng)性能。

四、NXP i.MX RT106A 語(yǔ)音服務(wù)解決方案

NXP推出了面向 Amazon Alexa語(yǔ)音服務(wù)（AVS）的MCU解決方案，方案基于Arm Cortex-M7核心驅(qū)動(dòng)的 i.MX RT106A，嵌入了生產(chǎn)安全和連接終端產(chǎn)品所需的所有組件，包括TFA9894D 智能音頻放大器和可選的 A71CH 安全元件。方案框圖如圖8：

i.MX RT106A是基于RT1060平臺(tái)增加了相應(yīng)的聲學(xué)算法，基于Arm Cortex-M7核心驅(qū)動(dòng)，主頻可達(dá) 600MHZ，嵌入32 MB flash和1024 kb RAM （512KB TCM），支持3 X I2S（2M HZ采樣頻率）、大量的串行接口和 GPIO。

該方案提供完全集成的軟件算法，具有噪聲抑制、回聲消除、波束形成和語(yǔ)音打斷功能，適用于聲學(xué)條件惡劣的環(huán)境。

此外，該方案模組已通過(guò)Alexa語(yǔ)音服務(wù)（AVS）認(rèn)證，大大降低了集成Alexa 的成本，無(wú)需昂貴的微處理器、DSP、DRAM、PMIC或高層數(shù)板，是一個(gè)全面、安全和成本優(yōu)化的語(yǔ)音控制解決方案和應(yīng)用廣泛的開發(fā)環(huán)境，能讓用客戶夠快速、輕松地將 Alexa 語(yǔ)音助手功能添加到自己的產(chǎn)品，并快速進(jìn)入軟件應(yīng)用開發(fā)和市場(chǎng)生產(chǎn)。

五、海思 Hi3516DV300 人臉識(shí)別智能門鎖方案

海思 Hi3516DV300 是華為海思半導(dǎo)體推出的一款專用 Smart HD IP 攝像機(jī) SOC，集成新一代 ISP、業(yè)界最新的 H.265 視頻壓縮編碼器，同時(shí)集成高性能 NNIE 引擎，使得 Hi3516DV300在低碼率、高畫質(zhì)、智能處理和分析、低功耗等方面引領(lǐng)行業(yè)水平。集成 POR、RTC、Audio Codec 以及待機(jī)喚醒電路，為客戶極大的降低了ebom 成本。且與海思 DVR/NVR 芯片相似的接口設(shè)計(jì)，能方便支撐客戶產(chǎn)品開發(fā)和量產(chǎn)。

世平集團(tuán)主推的基于海思 Hi3516DV300的3D結(jié)構(gòu)光人臉識(shí)別智能門鎖方案框圖如圖9：

Hi3516DV300除了支持Linux開發(fā)，還可以搭載華為L(zhǎng)iteOS系統(tǒng)，做快速啟動(dòng)和低功耗，而且還具備優(yōu)秀的高清視頻數(shù)據(jù)處理能力，該方案可做門鎖+貓眼二合一功能，大大減少了消費(fèi)者另外購(gòu)買貓眼設(shè)備的成本。該方案具有專業(yè)ISP圖像處理，超強(qiáng)智能寬動(dòng)態(tài)，無(wú)畏強(qiáng)光、逆光和黑暗，適應(yīng)各復(fù)雜光線場(chǎng)景，并支持 MIPI 雙目視覺(jué)。眾所周知，人臉門鎖的痛點(diǎn)在于功耗，如果系統(tǒng)一直處于工作狀態(tài)，電池很快就耗盡電量了，所以該方案搭載了 TDK 的超聲波 ToF 接近感應(yīng)傳感器，常規(guī)模式下門鎖系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)，當(dāng)人物靠近時(shí)可自動(dòng)喚醒系統(tǒng)工作，還有算法可做到防止誤觸發(fā)，路人經(jīng)過(guò)并不會(huì)喚醒門鎖系統(tǒng)，并且不需要人為手動(dòng)喚醒，給予使用者良好的體驗(yàn)感。

基于海思 Hi3516DV300 的 3D 結(jié)構(gòu)光人臉識(shí)別智能門鎖方案會(huì)做 Total Solution，3D 人臉識(shí)別模組和 3D 結(jié)構(gòu)光算法與第三方合作提供，加速客戶的產(chǎn)品落地。

方案介紹的差不多了，那我們回歸智能家居這個(gè)話題。家居智能化是個(gè)不可阻擋的發(fā)展潮流，無(wú)論是ZigBee、BLE還是WiFi，都只是為智能家居系統(tǒng)奠定一個(gè)穩(wěn)定的通信系統(tǒng)，要主導(dǎo)智能家居的方向和市場(chǎng)，需要我們從用戶的角度出發(fā)，也就是從人的角度出發(fā)，這讓我想到了一個(gè)詞—“Sensing Home”，它也屬于Smart Home 范疇，但卻是更高于傳統(tǒng)甚至是現(xiàn)階段普遍的智能家居系統(tǒng)。什么是Sensing Home呢？顧名思義就是感應(yīng)家居，在它的智能家居系統(tǒng)中，是以Sensor為信息主導(dǎo)，用戶不再需要?jiǎng)邮稚踔潦谴蜷_手機(jī)，它的燈可以通過(guò)人體紅外感應(yīng)實(shí)現(xiàn)智能開關(guān)，它的空調(diào)系統(tǒng)可以獲取室外的溫度，在用戶到家時(shí)自動(dòng)打開并調(diào)溫等等。Sensor獲取的信息經(jīng)過(guò)智能化處理，就是用戶的想法和思維，這就是Sensing Home的概念?？偟膩?lái)說(shuō)，智能家居的發(fā)展必然與人性化不可分割，而語(yǔ)音識(shí)別、Sensor、AI等獲取用戶思想、結(jié)合用戶理念的應(yīng)用產(chǎn)品，才是真正使家居智能化的主導(dǎo)角色。雖然智能家居系統(tǒng)目前還不夠成熟，并不是概念不夠成熟，想法天馬行空的人比比皆是，只是目前的技術(shù)資本還不足以支撐如此龐大的智能家居系統(tǒng)。相信隨著技術(shù)不斷的發(fā)展和突破，智能家居會(huì)給人們的生活帶來(lái)質(zhì)的飛躍！