智能家居無疑是近年來最炙手可熱的概念。讓我們來設(shè)想一下這樣的場景：當(dāng)汽車駛?cè)胄^(qū)大門，傳感器立刻將信息傳送到控制中心，通知家中的燈光、空調(diào)等設(shè)備進(jìn)入預(yù)定工作狀態(tài)。只要在門口稍作停留，指紋識別儀就可以完成身份識別，自動開門或者是給主人發(fā)送信息提醒有人來訪。此外，還可以在辦公室進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)查看安防系統(tǒng)的攝像記錄，在下班前用手機(jī)遠(yuǎn)程遙控空調(diào)、熱水器開始工作，以便回家就能盡享舒適環(huán)境。……是的，以上種種美妙情景都不再是夢想，而是已經(jīng)或即將出現(xiàn)在我們的現(xiàn)實生活當(dāng)中。

智能家居的基本功能包括智能家電控制、無線燈光控制、智能遙控電動窗簾、門禁控制、視頻監(jiān)控、防火防煙報警、煤氣泄露探測、遠(yuǎn)程抄表等。就中國市場來說，從2000年提出智能家居概念到現(xiàn)在，智能家居產(chǎn)業(yè)取得了迅猛發(fā)展并日漸滲透到我們的日常生活中。一些高檔的住宅小區(qū)已經(jīng)配套了比較完善的智能家庭網(wǎng)絡(luò)，并將“智能化”作為一個最大的賣點。我國自行研制開發(fā)的一些系統(tǒng)也已較為成熟并逐漸進(jìn)入市場，如可視門禁系統(tǒng)、紅外報警裝置等。但是，在這一新興領(lǐng)域，如何越過系統(tǒng)復(fù)雜性和成本較高這兩道門檻，全面普及智能家居仍然是擺在設(shè)備制造廠商和系統(tǒng)廠商面前的一道難題。

本文將對當(dāng)前我國市場最熱點的無線燈光控制、門禁控制以及視頻監(jiān)控這三個部分進(jìn)行剖析，探討如何將最新的技術(shù)引入智能家居產(chǎn)品之中，打造出真正實用、易用、高性價比的智能家居系統(tǒng)。

IP視頻監(jiān)控是未來主流

傳統(tǒng)家用模擬攝像機(jī)的局限之一是無法通過網(wǎng)絡(luò)傳輸視頻數(shù)據(jù)以實現(xiàn)實時遠(yuǎn)程監(jiān)控。日前興起的IP攝像機(jī)是應(yīng)對該問題的有效解決方案，IP攝像機(jī)將來自圖像傳感器的信號進(jìn)行數(shù)字化，然后通過Wi-Fi、ADSL、有線電視網(wǎng)或蜂窩通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸至手機(jī)或互聯(lián)網(wǎng)上，這樣用戶就可以通過互聯(lián)網(wǎng)隨時隨地對自己的家庭進(jìn)行監(jiān)控。“IP攝像機(jī)的獨特之處在于遠(yuǎn)程觀察和管理能力，它使得家庭監(jiān)控不再是一種事后監(jiān)控工具。"Micron公司項目市場經(jīng)理Cliff Cheng強調(diào)，“一旦在被監(jiān)控區(qū)域檢測到動作，實時警報便可以通過SMS、電子郵件和電話發(fā)送給家庭成員。家庭成員可以從任何地點登陸來檢查家中的狀況。此外，在主動對家中狀況進(jìn)行監(jiān)視的時間、內(nèi)容和方式等方面，新的IP攝像機(jī)技術(shù)為終端用戶提供了諸多功能。”

用戶需求的不同使得對系統(tǒng)和設(shè)備的規(guī)格要求和技術(shù)要求各不相同，實現(xiàn)的成本也會有所區(qū)別。海思半導(dǎo)體數(shù)字媒體產(chǎn)品管理部營銷經(jīng)理羅勇華認(rèn)為，低端家庭監(jiān)控方案通常利用家中的 ADSL線路，通過PC進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，這種方案對畫面的分辨率和連續(xù)性要求較低，因此，低成本、可支持ADSL傳輸?shù)腎P攝像機(jī)就足以滿足要求。另一方面，中高端方案對網(wǎng)絡(luò)傳輸方式、畫面分辨率、傳輸連續(xù)性等提出了更高要求，簡單的視頻傳輸不能滿足客戶的需求。此時需要選擇能適應(yīng)多網(wǎng)絡(luò)傳輸方式(如 Wi-Fi、ADSL、GPRS、CDMA、3G網(wǎng)絡(luò)等)，可使傳輸?shù)膱D像具備更高分辨率、更流暢，支持多種報警方式(如遠(yuǎn)程IE和手機(jī)短信等方式)以及簡單人工智能功能的IP攝像機(jī)。

IP攝像機(jī)的主要組成元件包括用于捕獲圖像的圖像傳感器、進(jìn)行視頻壓縮處理的DSP或ASIC、以及將視頻數(shù)據(jù)傳輸至接入點的網(wǎng)絡(luò)接口模塊(例如Wi-Fi模塊、ADSL調(diào)制解調(diào)器、蜂窩網(wǎng)絡(luò)收發(fā)模塊等)。隨著 CMOS傳感器的圖像質(zhì)量和低光照性能已經(jīng)達(dá)到(并有望超過)CCD傳感器水平，安全監(jiān)控市場正在開始步入CMOS傳感器主導(dǎo)的時代。

除了可支持優(yōu)異的圖像質(zhì)量之外，圖像傳感器須經(jīng)過嚴(yán)格的測試和質(zhì)量保證流程，以確保傳感器能夠在較寬的溫度范圍和不同的光照環(huán)境下工作。攝像機(jī)制造商還需要進(jìn)行性能和范圍測試，從而保證即使在被其它家用電器連續(xù)干擾的情況下視頻流質(zhì)量也不會下降。Micron的200萬像素、1/3.2英寸圖像傳感器 MT9D131可支持遠(yuǎn)程監(jiān)看時的電子傾斜、搖攝和完全內(nèi)插的變焦功能，是針對高端家用市場的產(chǎn)品。

“不同光照情況和不同溫度下的圖像質(zhì)量和性能、總材料成本、易于攝像機(jī)設(shè)計或安全系統(tǒng)的集成、終端用戶的安全和操作，這些都是選擇傳感器時要考慮的重要因素。”

OmniVision公司安全產(chǎn)品市場經(jīng)理Jason Wang補充道。OmniVision專門針對安全市場的具有成本效率、高集成度的單芯片CMOS攝像機(jī)，能夠在低光照環(huán)境下很好地工作，這對于安全監(jiān)控市場來說是一個不可或缺的因素。與多芯片圖像傳感器解決方案有所不同，OmniVision的CameraChip解決方案無需任何額外的處理能力即可提供高品質(zhì)靜止幀和視頻圖像。通過OmniVision專有技術(shù)將相機(jī)功能整合到單芯片中，可以減小設(shè)計尺寸、減少工作量、降低成本并縮短上市時間。

值得一提的是，Pixim公司基于數(shù)字像素系統(tǒng)(DPS)技術(shù)的視頻監(jiān)控攝像機(jī)在圖像捕獲和處理技術(shù)方面取得了極大的突破，它具有高靈敏性、超寬動態(tài)范圍、高分辨率以及出色的色彩保真度。Pixim公司副總裁Todd E. Rockoff博士表示，DPS是唯一的直接以數(shù)字值表示光信號的圖像捕獲 系統(tǒng)。與之相反，CCD和CMOS傳感器是以模擬值表示光信號，然后再將模擬值轉(zhuǎn)換成數(shù)字值，存在著噪聲大和輸出時間長等缺點。“DPS不存在模擬讀出噪聲，非常適合于家庭IP監(jiān)控應(yīng)用，這是因為DPS可以為壓縮解決方案提供最簡單的輸入。并且基于DPS的系統(tǒng)不會產(chǎn)生任何像素和數(shù)據(jù)包之間的模擬誤差。”

雖然家庭監(jiān)控屬于成本敏感型應(yīng)用，但消費者并不愿意犧牲任何視頻質(zhì)量，因而對視頻信號的壓縮和分析成為系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵因素。正如Altera消費、汽車及廣播事業(yè)部資深總監(jiān)Todd Scott所指出的，“目前家庭監(jiān)控技術(shù)面臨兩大挑戰(zhàn)：視頻壓縮和高級分析功能。它們都需要采用大量的數(shù)字信號處理以及復(fù)雜的算法來完成任務(wù)。”

網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制促使IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)要求能夠進(jìn)行有效的圖像壓縮。在低端攝像機(jī)中普遍采用的是MJPEG(Motion JPEG)，但隨著MPEG4和H.264編解碼器成本的不斷下降，許多家用IP攝像機(jī)正轉(zhuǎn)而采用這兩種壓縮方案，以獲得更高的帶寬利用率。“除了各種連接協(xié)議和硬件驅(qū)動，傳輸?shù)年P(guān)鍵是在同等質(zhì)量下碼流的高低，各種帶寬下圖像效果的實現(xiàn)。作為專門為網(wǎng)絡(luò)傳輸而制定的H.264應(yīng)是首選方案。”海思半導(dǎo)體的羅勇華說。

根據(jù)不同的市場需求，攝像機(jī)供應(yīng)商可為其IP攝像機(jī)選擇不同的處理內(nèi)核。MCU、DSP、FPGA和ASIC等處理芯片都具有其自身的優(yōu)缺點。例如，入門級系統(tǒng)一般要求低成本、低功率壓縮技術(shù)，因此優(yōu)化的媒體處理器是首選。高端系統(tǒng)可能會加入視頻流的計算機(jī)分析能力，從而為用戶提供附加值。這種分析應(yīng)用傾向于由靈活的高性能DSP實現(xiàn)，不過成本高和開發(fā)周期較長仍是DSP難以跨越的一道門檻。專用ASIC具有最佳的功率和性能，可滿足對成本敏感的大批量消費類需求，但缺乏靈活性和可升級性。

Altera公司的Todd Scott則表示，F(xiàn)PGA是實現(xiàn)多數(shù)據(jù)流(DVR編解碼)最有效的技術(shù)。一塊FPGA芯片能夠?qū)?至16路H.264標(biāo)準(zhǔn)清晰視頻流進(jìn)行編碼。對于家庭應(yīng)用來說，用于工業(yè)視頻監(jiān)控DSP芯片不但過于昂貴，且用于分析的帶寬有限，一般只能處理4路甚至更少的視頻流。FPGA可以用于攝像頭編碼和分析，非常適合多攝像頭服務(wù)器和DVR的編解碼。此外，F(xiàn)PGA功能靈活，除了編解碼之外，還能夠完成各種分析任務(wù)。當(dāng)產(chǎn)量上升時，F(xiàn)PGA可以轉(zhuǎn)換為 HardCopy ASIC(Altera的結(jié)構(gòu)化ASIC解決方案)，從而有效降低攝像頭或服務(wù)器/DVR的成本和功耗。

上海杰得微電子有限公司商務(wù)拓展經(jīng)理羅霖的觀點代表了另一種解決思路。他認(rèn)為：“高集成度的雙核SoC將能夠勝任視頻監(jiān)控的處理核心。其中一個核用于器件控制和管理，另一個核用作計算密集的視頻和音頻處理。這種芯片可以在提供高處理性能同時滿足對成本的限制，這在大規(guī)模部署的系統(tǒng)中非常重要。”

“DSP SoC是最佳的候選方案，因為該器件可滿足IP攝像機(jī)對靈活編解碼能力的需求，以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制和變化。”希圖視鼎(C2 Microsystems)公司市場經(jīng)理劉明璋強調(diào)說。希圖視鼎推出的CC1100采用可編程多處理器結(jié)合硬件加速引擎的SoC體系架構(gòu)，其主CPU是主頻350MHz的超級標(biāo)量RISC處理器，視頻編解碼工作由3個可編程但不同架構(gòu)的子處理器分階段協(xié)同完成。這種創(chuàng)新的架構(gòu)使CC1100能以較低的主頻來獲取足夠的視頻處理性能。

對于監(jiān)控設(shè)備生產(chǎn)廠商來說，如何在較低成本下實現(xiàn)一個復(fù)雜的產(chǎn)品是當(dāng)前的主要挑戰(zhàn)之一，“用戶用來安裝IP 家庭監(jiān)控攝像機(jī)的時間應(yīng)不超過10分鐘。”Micron公司項目市場經(jīng)理Cliff Cheng說道，“一種實現(xiàn)方式是通過uPNP(Universal Plug and Play，通用即插即用)接口達(dá)到設(shè)備間的無縫連接并簡化家庭網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)。”而對于系統(tǒng)廠商而言，軟件設(shè)計的兼容性一直是開發(fā)中的困難所在。深圳高斯貝爾家居智能電子有限公司項目總監(jiān)張祖德表示，在開發(fā)視頻監(jiān)控系統(tǒng)時，須考慮不同平臺的操作系統(tǒng)、軟硬件之間的兼容性。他認(rèn)為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)基本已經(jīng)不存在問題，但由于系統(tǒng)環(huán)境以及用戶安裝的軟件千變?nèi)f化，給系統(tǒng)的兼容性造成了一定的困難，“這是我們未來需要重點解決的問題”。

無線燈光控制：ZigBee最受青睞

雖然目前市場上已有大量可用于家庭燈光控制的無線技術(shù)，包括IrDA、藍(lán)牙、ZigBee、Z-Wave、無線USB等等，但根據(jù)目標(biāo)應(yīng)用對成本、功耗、復(fù)雜程度、可靠性、功能等要求的不同，上述各種方案分別有其最適合的市場。飛思卡爾無線及移動系統(tǒng)部市場經(jīng)理鄺景亮坦言，IrDA和一些專有無線解決方案正主導(dǎo)著低端市場。

但這些方案的功能十分有限，主要的缺點體現(xiàn)在產(chǎn)品的可擴(kuò)展性、操作范圍、由于意外干擾導(dǎo)致的工作不穩(wěn)定以及只能單向操作等。另一方面，中端和高端市場正在尋求能夠解決以上問題的通用型無線系統(tǒng)，專有的系統(tǒng)解決方案將被淘汰。而在藍(lán)牙、ZigBee、Z-Wave、 WLAN等備選方案中，雖然藍(lán)牙和無線USB已經(jīng)擁有廣泛的市場接受度，但由于高功耗、低網(wǎng)絡(luò)性能以及高系統(tǒng)成本等因素，使得這兩種技術(shù)并不適合家庭無線控制。

Altera公司的Todd Scott則表示，F(xiàn)PGA是實現(xiàn)多數(shù)據(jù)流(DVR編解碼)最有效的技術(shù)。一塊FPGA芯片能夠?qū)?至16路H.264標(biāo)準(zhǔn)清晰視頻流進(jìn)行編碼。對于家庭應(yīng)用來說，用于工業(yè)視頻監(jiān)控DSP芯片不但過于昂貴，且用于分析的帶寬有限，一般只能處理4路甚至更少的視頻流。FPGA可以用于攝像頭編碼和分析，非常適合多攝像頭服務(wù)器和DVR的編解碼。此外，F(xiàn)PGA功能靈活，除了編解碼之外，還能夠完成各種分析任務(wù)。當(dāng)產(chǎn)量上升時，F(xiàn)PGA可以轉(zhuǎn)換為 HardCopy ASIC(Altera的結(jié)構(gòu)化ASIC解決方案)，從而有效降低攝像頭或服務(wù)器/DVR的成本和功耗。

上海杰得微電子有限公司商務(wù)拓展經(jīng)理羅霖的觀點代表了另一種解決思路。他認(rèn)為：“高集成度的雙核SoC將能夠勝任視頻監(jiān)控的處理核心。其中一個核用于器件控制和管理，另一個核用作計算密集的視頻和音頻處理。這種芯片可以在提供高處理性能同時滿足對成本的限制，這在大規(guī)模部署的系統(tǒng)中非常重要。”

“DSP SoC是最佳的候選方案，因為該器件可滿足IP攝像機(jī)對靈活編解碼能力的需求，以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制和變化。”希圖視鼎(C2 Microsystems)公司市場經(jīng)理劉明璋強調(diào)說。希圖視鼎推出的CC1100采用可編程多處理器結(jié)合硬件加速引擎的SoC體系架構(gòu)，其主CPU是主頻350MHz的超級標(biāo)量RISC處理器，視頻編解碼工作由3個可編程但不同架構(gòu)的子處理器分階段協(xié)同完成。這種創(chuàng)新的架構(gòu)使CC1100能以較低的主頻來獲取足夠的視頻處理性能。

對于監(jiān)控設(shè)備生產(chǎn)廠商來說，如何在較低成本下實現(xiàn)一個復(fù)雜的產(chǎn)品是當(dāng)前的主要挑戰(zhàn)之一，“用戶用來安裝IP 家庭監(jiān)控攝像機(jī)的時間應(yīng)不超過10分鐘。”Micron公司項目市場經(jīng)理Cliff Cheng說道，“一種實現(xiàn)方式是通過uPNP(Universal Plug and Play，通用即插即用)接口達(dá)到設(shè)備間的無縫連接并簡化家庭網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)。”而對于系統(tǒng)廠商而言，軟件設(shè)計的兼容性一直是開發(fā)中的困難所在。深圳高斯貝爾家居智能電子有限公司項目總監(jiān)張祖德表示，在開發(fā)視頻監(jiān)控系統(tǒng)時，須考慮不同平臺的操作系統(tǒng)、軟硬件之間的兼容性。他認(rèn)為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)基本已經(jīng)不存在問題，但由于系統(tǒng)環(huán)境以及用戶安裝的軟件千變?nèi)f化，給系統(tǒng)的兼容性造成了一定的困難，“這是我們未來需要重點解決的問題”。

無線燈光控制：ZigBee最受青睞

雖然目前市場上已有大量可用于家庭燈光控制的無線技術(shù)，包括IrDA、藍(lán)牙、ZigBee、Z-Wave、無線USB等等，但根據(jù)目標(biāo)應(yīng)用對成本、功耗、復(fù)雜程度、可靠性、功能等要求的不同，上述各種方案分別有其最適合的市場。飛思卡爾無線及移動系統(tǒng)部市場經(jīng)理鄺景亮坦言，IrDA和一些專有無線解決方案正主導(dǎo)著低端市場。

但這些方案的功能十分有限，主要的缺點體現(xiàn)在產(chǎn)品的可擴(kuò)展性、操作范圍、由于意外干擾導(dǎo)致的工作不穩(wěn)定以及只能單向操作等。另一方面，中端和高端市場正在尋求能夠解決以上問題的通用型無線系統(tǒng)，專有的系統(tǒng)解決方案將被淘汰。而在藍(lán)牙、ZigBee、Z-Wave、 WLAN等備選方案中，雖然藍(lán)牙和無線USB已經(jīng)擁有廣泛的市場接受度，但由于高功耗、低網(wǎng)絡(luò)性能以及高系統(tǒng)成本等因素，使得這兩種技術(shù)并不適合家庭無線控制。

“ZigBee是智能家庭無線燈光控制系統(tǒng)中最有前途的解決方案”。Ember公司亞太區(qū)營銷總監(jiān)Paul Covell指出。他認(rèn)為，首先，ZigBee便于部署。與其它大多數(shù)無線技術(shù)不同的是，ZigBee可以將照明傳感器、設(shè)備和控制功能自組織到可自動配置和自我修復(fù)的無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中。其次，相對藍(lán)牙和無線USB等需要大量功率的技術(shù)，ZigBee具有節(jié)能的優(yōu)勢，利用電池供電就能讓ZigBee設(shè)備工作數(shù)年。ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的傳感器、照明開關(guān)等電池供電的終端設(shè)備在大部分時間都處于睡眠狀態(tài)，在激活時或定期的狀態(tài)更新時被喚醒。

第三，ZigBee是一個開放的全球性無線標(biāo)準(zhǔn)，并得到超過225家OEM、芯片制造商和技術(shù)提供商的支持。最后，ZigBee具有比其它無線方案更高的可擴(kuò)展性和可靠性。ZigBee是為升級到支持多達(dá)65,000個設(shè)備的大型網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計的。在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)備在沒有單點故障的情況下實現(xiàn)相互通信，如果一條通路出現(xiàn)斷開的鏈路，則會自動發(fā)現(xiàn)并使用新的通路，而不停止系統(tǒng)工作。這種長期可靠性對于許多期望使用壽命達(dá)數(shù)十年的燈光控制系統(tǒng)而言至關(guān)重要。

Jennic公司應(yīng)用工程副總裁Paul Chilton則強調(diào)，應(yīng)將互操作性視為智能家庭的關(guān)鍵特性。智能家居的一個賣點應(yīng)是所有的應(yīng)用都能相互通信，從而提供協(xié)同效應(yīng)。例如，如果用戶家中安裝了運動檢測器，那么除執(zhí)行安全任務(wù)之外，用戶還希望這些設(shè)備能發(fā)送一個信息給家中的燈光系統(tǒng)，通知系統(tǒng)在某段時間房間內(nèi)沒有人，以便關(guān)燈。作為一個開放式的全球標(biāo)準(zhǔn)，ZigBee已基本消除了互操作性的障礙。此外，隨著節(jié)點密度的提高，網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的可靠性也將越來越高。Jennic解決方案的獨特優(yōu)勢在于可以提供包含32位RISC內(nèi)核和2.4GHz收發(fā)器的單芯片無線微控制器。32位處理器為開發(fā)工程師提供了在ZigBee或IEEE802.15.4堆棧之上運行復(fù)雜應(yīng)用所需的靈活性。

盡管ZigBee技術(shù)得到了業(yè)界的廣泛支持，但作為其在家庭控制領(lǐng)域的有力競爭者，Z-Wave技術(shù)的發(fā)展勢頭也不容小覷。Zensys公司亞太區(qū)總監(jiān)王俞喬表示，Z-Wave提供的是一種真正的網(wǎng)狀網(wǎng)解決方案，該方案允許不同供應(yīng)商的產(chǎn)品進(jìn)行互操作。目前市面上已有多種Z-Wave產(chǎn)品推出，還有更多的商用產(chǎn)品很快就將面市。Z-Wave開發(fā)包還提供了一個完全的開發(fā)平臺以便用戶簡化應(yīng)用軟件的開發(fā)。用戶所需的學(xué)習(xí)時間短，可以在幾個月內(nèi)開發(fā)出產(chǎn)品并推向市場。

利用無繩DECT技術(shù)來實現(xiàn)燈光控制是TI的創(chuàng)新解決方案，這是因為無繩 DECT技術(shù)具有成熟、便宜及易用等多個優(yōu)點。DECT控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)家庭控制系統(tǒng)的不同之處在于，它可以與2.5G/3G網(wǎng)絡(luò)連接，因此用戶可以在出差、辦公室等戶外場合通過手機(jī)對家中的燈光設(shè)備進(jìn)行控制。

當(dāng)選擇無線燈光系統(tǒng)的控制芯片時，MCU得到了包括飛思卡爾、Atmel、富士通微電子、Microchip、Silicon Labs在內(nèi)的眾多廠商的一致認(rèn)同。不過，采用8位、16位還是32位MCU架構(gòu)需取決于價格、功耗以及運行在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧之上的應(yīng)用。富士通微電子公司的產(chǎn)品經(jīng)理丁潔早指出，如果采用ZigBee技術(shù)來設(shè)計智能家庭的控制應(yīng)用，那么從成本和資源來衡量，8位MCU已經(jīng)足夠。4位MCU由于其內(nèi)部資源不夠，無法承載ZigBee的控制協(xié)議。而16位MCU成本相對較高，難以成為主流選擇。富士通微電子推出業(yè)內(nèi)首個面向簡單應(yīng)用的 802.15.4/ZigBee無線開發(fā)套件WiLeKit。該套件基于富士通微電子出色的低功耗8位微控制器MB95F108A，采用特別設(shè)計的簡單網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議，客戶無需支付昂貴的認(rèn)證費用，就可以為他們的現(xiàn)有產(chǎn)品上快速增加高可靠性的ZigBee無線控制功能。

Microchip 的一款I(lǐng)EEE802.15.4無線收發(fā)器芯片MRF24J40可用于ZigBee認(rèn)證的產(chǎn)品中。除了硅芯片，Microchip還提供了一個針對PIC 微控制器優(yōu)化的ZigBee協(xié)議棧。此外，Microchip提供了另一個IEEE802.15.4協(xié)議棧，被稱為MiWi協(xié)議。該協(xié)議棧比ZigBee 協(xié)議棧大約小70%。MiWi協(xié)議有望被用于對成本敏感的應(yīng)用中，這類應(yīng)用無需ZigBee協(xié)議提供的互操作性。

意法半導(dǎo)體低數(shù)據(jù)速率網(wǎng)絡(luò)技術(shù)市場經(jīng)理Olivier Rouy則認(rèn)為，16位或32位MCU更有望成為ZigBee SoC的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核，其原因是同時管理ZigBee網(wǎng)絡(luò)(安全、路由)和燈光應(yīng)用本身需要一定的計算能力。8位MCU唯一可以應(yīng)用的地方是最基本的開關(guān)(無需路由功能)，此時對ZigBee棧的要求不是很高。但是這類設(shè)備將無法從ZigBee網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的靈活性中獲益。

Atmel公司 RFID高級市場經(jīng)理Roland Schropp的觀點是，帶有高效軟件堆棧的標(biāo)準(zhǔn)閃存8位MCU非常適合無線燈控應(yīng)用，而且不會增加不必要的系統(tǒng)設(shè)計成本。這種8位解決方案可以降低材料清單成本，并減小耗電量，提供高功效解決方案。AVR Z-Link解決方案包括了Atmel的多種AVR微控制器和符合IEEE802.15.4/ZigBee規(guī)范的RF器件，可提供出色的靈活性。目前客戶可根據(jù)應(yīng)用要求選用帶有4Kb到256Kb閃存的微控制器，使設(shè)備的成本符合其特定需求。

不過，Cypress公司 近年來門禁控制技術(shù)取得了長足的進(jìn)步，作為一種新型的現(xiàn)代化安全管理系統(tǒng)，門禁控制系統(tǒng)已被大量用于家庭環(huán)境，并且隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，系統(tǒng)的類型也日漸豐富，出現(xiàn)了從磁條卡、智能卡、數(shù)字鍵盤到生物特征識別等一系列多元化的產(chǎn)品。數(shù)字鍵盤通過檢驗輸入密碼是否正確來判斷出入權(quán)限，其成本較低，缺點是密碼容易泄露，安全性能不高。智能卡相對來說則難以被復(fù)制，開門方便安全，并可實現(xiàn)雙向控制，但出入時必須攜帶卡片將造成一定的麻煩。

“在高安全性能比成本更重要的門禁應(yīng)用中，指紋、臉型和虹膜識別將成為主流。在對成本更加敏感的應(yīng)用中，智能卡和數(shù)字鍵盤更有發(fā)展空間。”Silicon Labs MCU市場總監(jiān)Ross Bannatyne指出，“不過，以上所有選擇的成本都將隨著技術(shù)的發(fā)展而降低，并且尺寸更小，功能更強。”

楚亞(Atrua)電子技術(shù)副總裁、總經(jīng)理邱倫紀(jì)博士對此也有認(rèn)同，他認(rèn)為數(shù)字鍵盤輸入既便宜又較為可靠，因此有可能在低端市場中最流行。而指紋識別將在中端和高端市場中占據(jù)主導(dǎo)地位。邱倫紀(jì)解釋道，給一個設(shè)備增加指紋功能的成本包括指紋閱讀器以及嵌入式微控制器。閱讀器的成本及其需要的計算資源都已降價，這使得它們對于中端市場極具吸引力。另一個原因是，面部識別和眼睛識別系統(tǒng)的部署成本最高，但是這些識別技術(shù)不會給用戶帶來任何相對指紋識別的精確性優(yōu)勢，使用起來也不如指紋識別方便。

控制器是門禁系統(tǒng)的核心部分，其功能相當(dāng)于計算機(jī)的CPU，負(fù)責(zé)整個系統(tǒng)的輸入、輸出信息的處理和儲存、控制等。它驗證門禁讀卡器輸入信息的可靠性，并根據(jù)規(guī)則判斷其有效性，如果信息有效則對執(zhí)行部件發(fā)出信號。因此，門禁控制器性能的好壞直接影響著系統(tǒng)的可靠性。

Atrua的邱倫紀(jì)稱，16/32位MCU是最適合的控制和處理內(nèi)核，特別是基于ARM架構(gòu)的產(chǎn)品，因為這種架構(gòu)廣受供應(yīng)商的支持，且具有高功效特性。 MCU的靈活性也很高，而且與DSP相比具有成本優(yōu)勢。他認(rèn)為ASIC和FPGA在門禁控制中幾乎沒有用武之地，任何需要特別與ASIC搭配的解決方案都沒有成本競爭優(yōu)勢，這是因為其數(shù)量無法與目前更流行的MCU相競爭。Atrua推出的全球最小的指紋傳感器將過流保護(hù)等電路集成到硅片中，降低了BOM材料成本。其自適應(yīng)電容技術(shù)具有最高精確度，可確保理想的用戶體驗?；跇?biāo)準(zhǔn)的解決方案更是確保了供應(yīng)商互操作性和未來的升級途徑。

“但從降低成本的角度來考慮，高速8位MCU就已足夠滿足需求。”臺灣福華先進(jìn)微電子公司(FameG)產(chǎn)品經(jīng)理陳圣泓表示，“FameG已推出高達(dá) 160MHz的超高速8位MCU產(chǎn)品，在對運算機(jī)制進(jìn)行優(yōu)化后，利用超高速8位MCU產(chǎn)品即可完成系統(tǒng)設(shè)計。”Silicon Labs提供的8位MCU平臺同樣可實現(xiàn)各種安全應(yīng)用，這是因為其處于業(yè)界領(lǐng)先地位的高性能8051內(nèi)核具有100MIPS的處理性能。此外，集成的高性能模擬性能也降低了客戶的成本。

Silicon Labs的MCU市場總監(jiān)Ross Bannatyne表示，在設(shè)計一個嵌入式系統(tǒng)時，工程師重點考慮的事項包括易于使用的工具以及系統(tǒng)的整體成本。對于這些日益普遍的應(yīng)用必須便于客戶設(shè)計，以便客戶能將精力集中在其專有技術(shù)上。當(dāng)然，成本也是一個重要因素，雖然門禁控制技術(shù)的成本已經(jīng)大幅降低，但進(jìn)一步降低系統(tǒng)成本將有利于安全系統(tǒng)得到更廣泛的采用。此外還應(yīng)考慮的是產(chǎn)品是否易于實現(xiàn)。利用Silicon Labs和Cypress提供的混合信號MCU可以實現(xiàn)低成本目標(biāo)，混合器件中集成了放大、ADC、DAC等模擬元件，因此客戶無需再采用多個外圍模擬元件來設(shè)計復(fù)雜的電路板。通過將高性能模擬器件和高性能CPU集成，可以簡化設(shè)計，同時不會有性能上的損失，并且客戶無需采用更昂貴的架構(gòu)來延長8位設(shè)計的壽命。