解析智能家居中的嵌入式Internet技术

　　经过去年的风生水起，智能家居销售呈现了一个新兴蓬勃的局面，房地产、家装、网络运营商等多个渠道销售火爆。有人甚至预言2013年开始悄然进入智能家居的普及元年。不管咋样，在智能家居走火的背后，呈现了新的发展趋势，无线智能家居大行其道，云计算无处不在，设备使用呈现全方位人性化等等。

　　智能家居新趋势

　　一、技术引领无线智能家居

　　几年前，谈起智能家居，人们还是想起要凿开墙壁，密密麻麻的布线，有碍美观，成本高昂，系统升级更新困难，售后服务也因为线路被埋导致故障诊断无法及时，这些都严重影响了消费者的满意度，无法被客户接受。

　　现在，随着物联网技术的兴起，智能家居迎来的二次革命，智能化程度大幅提高，客户拿着手机就能搞定日常的吃喝拉撒晚睡。现在的智能家居已经从当初的有线传输跃升为无线通讯，无需破墙布线，只要具有初中以上文化者根据自己需要组合安装，系统自动组网，扩展性能强，能够任意嵌入家居设备，更新升级；遇到售后也能及时诊断故障，予以修复。

　　智能家居的采用的通讯方式有三种，蓝牙、WIFI、ZIGBEE，前两者应用到家庭领域成本高昂，设备扩展性能较差，一个网端最多对应10个端口。而ZIGBEE则能无限制地接入新的端口，嵌入各种家居设备。这是一种低成本、低复杂度、高安全的双向通讯技术，还能支持地理定位功能。目前很多企业纷纷投入到ZIGBEE技术阵营，其中南京物联、深圳华为，等国际ZIGBEE联盟会员在国内已经占据了领先的抢跑优势。

　　二、云计算牵手智能家居

　　话说物联网兴起，智能家居得到了长足的发展，从有线模式转化为无线模式，操作更加简洁方便，安全可靠，这其中，云计算起到了极为重要的作用。云计算是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式，通常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。

　　智能家居某企业技术部负责人表示，目前由于很多智能家居系统本身没有数据处理能力，用户可以将对于家中智能家居的相关信息储藏在云端，通过连接到云端的手机或者嵌在墙上的终端，可以非常有效安全快捷地掌控家居的风吹草动。

　　事实上，智能家居就是一个家庭物联网，可以通过云计算，也可以让家庭与社交网络、新闻渠道、数据分析甚至是政府决策联系起来，在云的支撑下，一切皆有可能。云计算是趋势，在不久的未来，云计算将会深入到生活的每一个角落里面，引发各个产业的彻底变革，将在2013年得到快速发展。

　　智能家居嵌入式Internet技术

　　智能家居为了实现远程监控以及与外部网络的通信，必须要实现单片机系统的Internet接入，智能家居中的嵌入式Internet技术在此发挥了很大作用。单片机采用互联网通讯与控制具有很好的实用价值，可以很容易地实现远程的控制与监测，也是信息家电要实现的主要目标。然而目前利用单片机实现嵌入式因特网方案的技术难点在于：如何利用单片机自身有限的资源对信息进行TCP/IP协议处理，使之变成可以在因特网上传输的IP数据包。从解决这一技术出发，目前出现如下四种方案：

　　（1）32位MCU+RTOS

　　采用32位高档单片机，在RTOS（实时多任务操作系统）平台上进行软件开发，在嵌入式单片机系统中集成TCP/IP协议，实现TCP/IP的协议处理，这一协议可以采用软件来实现，也可以通过硬件进行软件的简化。这种配置要求单片机有一定的存储空间来实施TCPIIP协议。目前国内较为流行的RTOS有VxWorks， pSOS， Nucleus， QNX， Windows CE等。

　　由于采用高档单片机，此方案可以完成很多复杂的功能，但成本较高，开发周期较长，需要购买昂贵的RTOS开发软件，对开发人员的能力要求较高。

　　（2） 8位MCU+TCP/IP协议芯片

　　这个方案是由MCU和固化了TCP/IP协议的芯片组成应用系统的核心。应用系统可以直接拨号上网，硬件电路相对简单，但需要大容量的存储器，如果使用的TCP/IP协议芯片是软件固化的，还要求MCU有较高的运行速度。采用这种方案的芯片有Scenix Semiconductor公司的SX-stack， Seiko公司的57600A，iReady公司的Internet Tuner， Connect One公司的iChip等。其中Scenix单片机为软件固化协议，软件协议栈用汇编语言编写，存储在单片机的FLASH程序存储器中；其它芯片则为硬件固化，硬件TCP/IP协议堆栈作为MCU和Internet之间的加速器。

　　这个方案的优点是将8位单片机系统直接与Internet相连，可以使用PC机通过Internet远程访问单片机系统，也可以使用单片机系统将信息通过Internet发送到远程PC或其它终端上。但应用系统的设计工程师必须熟悉TCP/IP等协议和相关接口，软件设计量较大。另外每个电子设备都需要一个IP地址，因此需要扩充IP协议才能到更好的支持。

　　（3）MCU+EMIT协议+emGateway

　　利用emWare公司开发的EMIT（Embedded Micro Internetworking Technology，嵌入式微Internet网络技术），在应用系统的MCU内部使用emNet协议，再通过emGateway与Internet连接。EmGateway网络软件接口可以安装在计算机、TV机顶盒或专用的家用电器服务器中，它支持TCP/IP协议并运行HTTP服务程序，作为用户可以通过网络浏览器远程访问服务器。EmGateway通过RS-232， RS-485， CAN、红外及射频等通信方式与多个嵌入式设备相连，每个嵌入式设备的应用程序包含的一个独立的通信任务，称为emMicro，监测嵌入式设备中预先定义的各个变量，并将结果反馈到emGateway中，同时emMicr。还可以解释Gateway的命令，修改设备中的变量或进行某种控制。EmMicro 和emGateway一起为嵌入式设备提供了Internet功能。

　　由于复杂的网络协议是通过emGateway在PC机上实现的，应用系统MCU只使用较简单的emNet协议，因此对MCU的要求较低。但应用系统设计工程师必须熟悉emNet协议和相关的接口，原来客户应用系统的MCU也不一定符合要求，并且软硬件设计的工作量仍然较大。同时，应用系统的单片机处理 emNet协议要占用一定的系统资源。

　　（4）MCU+Webchip+PC网关

　　所谓Webchip是独立于各种微控制器的专用网络接口芯片，它通过标准的输入、输出口与各种MCU相连。MCU通过Webchip与网关连接即可接收并执行经由Internet远程传来的命令或将数据交给Webchip发送出去。

　　Webchip的主要优点在于：对MCU应用系统的设计工程师来说，无需熟悉复杂的网络协议及其接口；对MCU芯片来说，对运行速度和存储器容量等方面无特殊要求；软件设计只需要增加一小段接口程序，其它无需作大的改动，在大程序上简化了应用设计的工作量，可以缩短MCU应用系统的设计周期。

　　以上四种方案从不同途径实现了MCU应用系统与Internet的连接，再加上RS-232， RS-485总线、无线射频或红外控制模块等扩展方案，就可以构成小型的家庭控制网络。