智能家居是一個(gè)居住環(huán)境，是以住宅為平臺，裝有智能家居的場(chǎng)所。這個(gè)場(chǎng)所融合了自動(dòng)化控制系統、計算機網(wǎng)絡(luò )系統和網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò )化、智能化的家居控制系統。智能家居將讓用戶(hù)有更方便的手段來(lái)管理家庭設備，比如，通過(guò)觸摸屏、互聯(lián)網(wǎng)或者語(yǔ)音識別控制家用設備，更可以執行場(chǎng)景操作，使多個(gè)設備形成互連和互動(dòng)；智能家居內的各種設備相互間可以通信，從而給用戶(hù)帶來(lái)最大程度的高效、便利、舒適與安全。

 

經(jīng)過(guò)近幾年的技術(shù)發(fā)展，特別是物聯(lián)網(wǎng)與云計算的迅速崛起，給智能家居行業(yè)帶來(lái)了全新的面貌，智能家居的定義也變得愈加廣闊。智能家居已經(jīng)不再僅限于視頻監控、防盜報警、智能控制等普通的安防，而是通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)與云計算結合整體系統平臺的應用，把衣食住行的信息植入到智能家居系統。在智能家居細分領(lǐng)域，智能家電、智能照明、樓宇對話(huà)、家居控制等，各種應用在迅速發(fā)酵。中國室內裝飾協(xié)會(huì )智能化委員會(huì )秘書(shū)長(cháng)向忠宏指出，智能家居產(chǎn)業(yè)在中國已有十三年的發(fā)展歷程，目前規模已過(guò)百億，在智慧城市、物聯(lián)網(wǎng)的雙引擎推動(dòng)下，未來(lái)十年內將成長(cháng)為數千億的市場(chǎng)。

 

 

在智能家居系統中，為了實(shí)現遠程監控以及與外部網(wǎng)絡(luò )的通信，必須要實(shí)現單片機系統的互聯(lián)網(wǎng)控制與接入，都需要基于MCU來(lái)實(shí)現。同時(shí)，由于現代生活中的數據交互量急劇增長(cháng)，智能家居對MCU的處理能力、綠色節能、安全性也提出了新的要求。

智能家居本身有著(zhù)高可靠性需求，這要求MCU本身也具有這一特性，以保證在整個(gè)人居建筑中，各個(gè)智能化子系統能二十四小時(shí)運轉，系統的安全性、可靠性和容錯能力必須非常好。對各個(gè)子系統，應以電源、系統備份等方面采取相應的容錯措施，保證系統正常安全使用，具備應付各種復雜環(huán)境變化的能力。

另外，智能家居的部分應用環(huán)境可能會(huì )需要電池供電，這對MCU的低功耗特性提出更高挑戰。此外，智能家居中的有些應用需要更精確的測量和控制、更好的能效，都需要有更復雜的數學(xué)模型和運算，這就要求MCU的運算速度大幅提升，以滿(mǎn)足能耗和運算的需求，因此，在一些解決方案中，MCU也在從8位、16位向32位遷移。

還有一些家居應用要求MCU具有更強大的驅動(dòng)能力，如LCD驅動(dòng)和I/O口的驅動(dòng)，更強的PWM輸出能力等，甚至使得MCU逐漸向SoC靠攏。

可見(jiàn)，智能家居系統中的MCU，應當是富有競爭力的。
 

 

飛思卡爾是智能家居系統中MCU、射頻、傳感器、模擬技術(shù)與電源管理、處理器等產(chǎn)品的領(lǐng)先供應商，并致力于向市場(chǎng)提供嵌入式工業(yè)解決方案。在智能家居應用中，飛思卡爾可用的、滿(mǎn)足現實(shí)需求的產(chǎn)品和方案不斷增加，在這個(gè)領(lǐng)域積累了很多經(jīng)驗。利用這些先進(jìn)的產(chǎn)品系列，飛思卡爾提供更加智能和更具成本效益的解決方案，應用涵蓋照明、HVAC、網(wǎng)絡(luò )控制、樓宇接入、監控和安全、家居智能能源（家庭能源管理系統、家庭太陽(yáng)能逆變）、能源利用（商業(yè)太陽(yáng)能逆變器、離網(wǎng)太陽(yáng)能逆變等）等。這些方案可以滿(mǎn)足市場(chǎng)在環(huán)境、能源效率、可靠安全方面的需求。

 

在家庭能源管理系統中，通常需要提供綜合用戶(hù)界面和廣泛連接功能。飛思卡爾具有多種基于業(yè)界領(lǐng)先Power Architecture和ARM處理器的解決方案，非常適用于這種應用，系統方案示例見(jiàn)下圖。利用通信處理器、電源管理器件、無(wú)線(xiàn)收發(fā)器、圖形處理等廣泛的產(chǎn)品線(xiàn)，如MPC8308、MC13224、S08QE、I.MX233、I.MX6S等，飛思卡爾的解決方案使智能家居中的各個(gè)點(diǎn)都可以通過(guò)一個(gè)集中的點(diǎn)連接和控制，實(shí)現高能效和能源優(yōu)化。

在部署具有通信功能的電表后，可以向業(yè)主提供許多應用，以便優(yōu)化整體能源管理。對電力公司來(lái)說(shuō)，這可以作為一種管理電網(wǎng)負荷并防止電力需求激增的方式。此外，家庭能源管理系統的功能還可以包括：從智能電表中采集實(shí)時(shí)能耗數據，從各種家電中采集功耗數據；控制家電的開(kāi)啟/關(guān)閉；生成儀表板，以提供關(guān)于能源使用情況的反饋信息；提供控制菜單，對家電進(jìn)行有效控制；提供與電力公司和/或互聯(lián)網(wǎng)之間的鏈接……目標應用包括家庭局域網(wǎng)絡(luò )(HAN)、家庭能源網(wǎng)關(guān)以及家庭自動(dòng)化等。

 

 

圖1：基于飛思卡爾廣泛產(chǎn)品線(xiàn)的家庭能源管理系統示例

 

家庭太陽(yáng)能逆變系統中，飛思卡爾的處理器、微控制器產(chǎn)品，如MC56F84XXX、MC56F82XX、56F803X等等產(chǎn)品，為整個(gè)系統帶來(lái)可行、高效、可靠的電源轉換方案。

 

 

圖2：基于飛思卡爾MCU和DSC的家庭太陽(yáng)能轉換系統

 

上述幾種智能家居方案示例實(shí)際應用中已被采用。

 32位Kinetis E系列帶來(lái)綠色安全智能家居方案

飛思卡爾具有完善的8位、16位和32位MCU系列產(chǎn)品，廣泛應用于工業(yè)、網(wǎng)絡(luò )、能源、汽車(chē)、醫療、消費電子等眾多領(lǐng)域。Kinetis E系列器件是飛思卡爾極具特色的MCU系列之一，也是業(yè)界最具擴展能力的ARM Cortex-M0+ MCU產(chǎn)品，智能家居應用是其發(fā)揮優(yōu)勢的一大市場(chǎng)。該系列MCU具有強大的系統電磁抗噪能力(過(guò)去只有8位和16位MCU具有這種能力)，是白色家電和工業(yè)應用，如洗碗機、冰箱、家庭和樓宇控制系統、電機控制風(fēng)機、工業(yè)轉換器，以及通常在高噪聲環(huán)境中運行的其他應用的理想選擇。

利用Kinetis E系列的耐用設計和32位處理能力，系統設計人員可以只采用一個(gè)器件，而不是以前所需的多個(gè)MCU。此外，大間距封裝選件和高靜電放電保護性能支持單層板設計，減少其他電路保護組件的需求，從而降低系統成本。

該系列產(chǎn)品可在復雜電氣噪聲環(huán)境和要求高可靠性的應用中保持高穩定性，而且有豐富的內存、外設和產(chǎn)品包可供選擇。它們具有通用的外設和引腳數量，使開(kāi)發(fā)人員能夠輕松實(shí)現相同MCU系列內或多個(gè)MCU系列間的遷移，以利用更多存儲器或特性集成。這種可擴展性使開(kāi)發(fā)人員能夠在Kinetis E系列上實(shí)現其終端產(chǎn)品平臺的標準化，最大程度地提高硬件和軟件的再利用，縮短產(chǎn)品上市所需的時(shí)間。

Kinetis E系列是32位MCU。32位MCU一直以來(lái)都以低電壓運行，人們通常會(huì )認為，32位MCU在工廠(chǎng)等惡劣電磁環(huán)境中甚至很多家庭中并不可靠。但是Kinetis E系列打破這一認知開(kāi)創(chuàng )新局面，將低成本、高性能、先進(jìn)的電磁兼容性（EMC）和靜電放電（ESD）保護功能完美結合，符合工業(yè)級的可靠性和溫度要求。

 

 

32位ARM Cortex-M0+ 內核

存儲空間可以從8 KB閃存/1 KB SRAM擴展到128 KB閃存/16 KB SRAM

具備片上模擬比較器和12位ADC，具有精確的混合信號處理能力

強大的定時(shí)器，面向包括電機控制在內的廣泛的應用

串行通信接口，如UART、SPI、I2C等

高安全性，帶有內部看門(mén)狗和可編程CRC模塊

單電源(2.7–5.5 V)，具備完整的閃存編程/擦除/讀取功能

工作環(huán)境溫度范圍：-40℃–105℃

 

根據產(chǎn)品特性可以看出，飛思卡爾智能家居解決方案可為市場(chǎng)帶來(lái)綠色、安全、節能、靈活等優(yōu)勢。

以Kinetis子系列KE02 MCU為例來(lái)看。KE02 MCU以ARM Cortex-M0+為內核，該內核以其低功耗特性深獲市場(chǎng)贊譽(yù)。KE02也是Kinetis E系列的入門(mén)級產(chǎn)品，引腳與整個(gè)E系列兼容，擴展靈活，另外，它們還與8位S08P系列兼容。

這個(gè)子系列擁有一系列強大的外設，其中包含模擬、通信、定時(shí)器與控制等，同時(shí)也有多種規格的閃存和引腳。該系列是提供低功耗、高耐用性和高能效的MCU，為開(kāi)發(fā)人員提供適合的入門(mén)級32位解決方案。

作為新一代MCU解決方案，該系列特別增強了ESD/EMC性能，廣泛適用于強電氣干擾環(huán)境下對成本、高可靠性有特殊要求的應用場(chǎng)合中，比如家用電器、DC風(fēng)機、計量/PLC、后備式UPS、模擬電源、DC/DC等。其中，電源管理模塊（PMC）提供三種電源模式：運行、等待和停止模式，可以在保障能源效率的情況下運行。內置看門(mén)狗和可編程CRC模塊、每芯片64位唯一識別碼（ID）可提供更高的安全性。

 

 

圖3：KE02 MCU家族框圖

 

對各系列MCU，飛思卡爾為工程師提供了強大的設計工具和設計資源，對Kinetis E系列也不例外。這些資源包括FRDM-KE02Z Freescale Freedom開(kāi)發(fā)平臺、Processor Expert軟件以及軟件開(kāi)發(fā)工具包，可輕松訪(fǎng)問(wèn)樣本軟件庫。采用低成本Freescale Freedom開(kāi)發(fā)平臺，客戶(hù)可以輕松、快速評估并原型設計飛思卡爾MCU。此外，Kinetis E系列MCU還獲益于廣泛的ARM生態(tài)體系支持，包括現成軟件、工具和培訓，以及合作伙伴開(kāi)發(fā)的解決方案，如IAR Embedded Workbench和Keil MDK-ARM微控制器開(kāi)發(fā)工具包。其他開(kāi)發(fā)資源包括具有高性能和最佳功率效率CoreMark?/mA的中間件和軟件庫。在Kinetis MCU社區，工程師還可以實(shí)現快速設計入門(mén)指導。