結合多種無線技術的智能家居物聯網應用
發布時間：2022-7-22 09:54
發布者：eechina
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來源：艾睿電子 目前市面上已經有各式各樣的無線技術，各有其優缺點與其應用領域，若能結合多種無線網絡技術的優點，將能使物聯網（IoT）設備擁有更佳的效能表現。本文將為介紹一些無線網絡技術的特性，以及艾睿電子所提供的解決方案優勢。 ZigBee采用網狀拓撲與網關結合組建網絡 ZigBee（802.15.4）和BLE（低功耗藍牙）是市場上最流行的兩種IoT無線低功耗協議，兩者都有自己的優點和缺點。ZigBee是一種網狀網絡協議，旨在中等距離上傳輸少量數據。它在網狀拓撲網絡上運行，這意味著來自單個傳感器節點的信息會穿過一組（或“網狀”）模式，直到傳輸到達網關。 ZigBee是一個局域網（LAN），因此，它是家庭自動化和智能照明的理想協議。盡管ZigBee的范圍更廣，但它仍然相當受限，并且不是工業物聯網應用等高度儀表化安裝的最佳選擇。由于其網狀拓撲，ZigBee網絡具有更高的延遲，當多個節點嘗試通過單個節點到達網關時，這可能會導致產生瓶頸。 
BLE聯網范圍較短、數據速率較高 低功耗藍牙（BLE）則是種個人局域網（PAN），目的是為了要能夠連接到用戶附近的設備，因此BLE的聯網范圍比ZigBee短得多，但它的數據速率也高得多。BLE在短爆沖（short burst）時的數據速率為2 Mbit/s。BLE可在這些短爆沖時之間“休眠”，這是ZigBee所沒有的功能，它只需要使用更少的數據和電力。 許多BLE應用旨在使用智能手機作為網關，但是，這僅在智能手機存在時才有效。對于智能手表或健身手環等可穿戴設備來說，還可以勝任，但在商業和工業應用中使用的傳感器通常是無人值守的，這使得智能手機網關變得不切實際或無法實現。
結合BLE和ZigBee打造強大的個人和局域網 實際上BLE和ZigBee是可以相輔相成的，一些開發人員發現BLE和ZigBee的組合，可以打造非常強大的個人和局域網設備。 以智能門鎖為例，使用者可以采用智能手機通過BLE鏈接打開。同一個門鎖也可以通過ZigBee連接到家庭路由器，并通過互聯網連接進行控制。因此，當主人靠近門口時，他的手機會使用移動網絡或Wi-Fi與路由器通信，并使用路由器內部的ZigBee堆棧自動開門。但是，如果互聯網連接中斷，用戶則可以使用智能手機通過BLE打開門鎖。
支持雙協議的物聯網平臺參考設計 艾睿電子還提供了一個使用支持Zigbee和BLE的STM32WB的參考設計。該解決方案可以使用相同的硬件支持Zigbee和BLE堆棧，并且還集成了RF前端IC，使模塊能夠產生20dBm輸出以用于遠距離應用，參考應用也可用于同時運行Zigbee和BLE堆棧。 意法半導體（ST）推出的STM32WB是一款雙核、多協議和超低功耗2.4 GHz MCU片上系統。它支持BLE 5.0以及IEEE 802.15.4協議（在單一和并發模式下），涵蓋了廣泛的物聯網應用需求。該模塊基于ST一流的超低功耗MCU，具有廣泛的外設集，可縮短開發時間、降低BOM成本并延長應用電池壽命。它以小尺寸集成了完整的參考設計，將產品線集中為相同的封裝，并提供廣泛的認證范圍。 該參考設計包括一組原理圖、PCB圖檔、代碼示例（例如PIR控制、照明控制）和文檔，旨在簡化新產品設計的開發過程。開發人員可以使用包括無線安全、OTA軟件更新、電池操作的低功耗待機在內的軟件資源。 除了IoT控制，艾睿電子工程解決方案還將視頻和音頻流功能集成到STM32WB。通過使用STM32WB模塊中的BLE MAC和雙核MCU功能，系統可以將JPEG圖像和音頻傳輸到范圍達300m的不同IoT設備。開發人員可以利用這一獨特的功能來進行產品差異化。例如為門鈴添加音頻通信功能，以創建可以控制Zigbee設備，并與Zigbee網關通信的音頻門鈴產品。
結合人工智能技術的智能家居系統 持AI的深度處理和學習能力。艾睿電子提供的AI智能家居解決方案的范圍從AI熱偵測、視頻／音頻流、語音UI，和IoT控制，到AGV（無人搬運車）等應用。主要差異在于該解決方案使用低成本MCU，可用于提供在消費電子市場中，為AI智能家居應用，實現低成本、高性能的解決方案。 以下是可供所有開發人員使用的AI智能家居解決方案列表： · 人工智能熱成像解決方案 · 無線視頻／音頻流系統 · 類似智能手機的觸摸屏幕用戶接口 · 低功耗的Zigbee控制系統 艾睿電子和ST開發的智能家居解決方案用到兩顆ST的MCU──STM32WB和STM32H7，便能應用在日常生活中的不同應用上，包括嬰兒監控器、門鈴門鎖、家居智能攝像頭、游戲機，以及不同的智能家電上，例如空調、家庭音響、洗衣機等等。
更便利的60GHz毫米波無線射頻收發器 此外，ST推出基于60GHz毫米波開發了一系列獨具創新的超低功耗無線射頻收發器（ST60），也叫毫米波非接觸式連接器，現已經被應用于多種領域。 ST60具備低時延通信響應的優勢，響應時間是7微秒，比5G快一百倍，ST60無接觸通訊速率可以達到單通道6.25Gbps，可以很容易地利用多通道組合方式達至更高速率要求。在無接觸顯示屏系統中，720p屏需要單通道，1080p屏需要雙通道，4K屏需要四通道，可以滿足各種分辨率的需求。 ST60系列有兩個料號，ST60A2可支持超高數據帶寬，以及工業級的溫度，憑借其SLVS輸入接口可以兼容DP、SATA、PCIe等的數據通道和SGMII千兆以太網，這可以讓其應用領域更廣。ST60A3則可支持eUSB2接口，方便適配于USB2連接的設備。 結語 市面上眾多的無線傳輸協議，彼此之間看似具有競爭關系，但若將其結合，各自取其優點，則可以提升系統的功能與效能。艾睿電子與ST合作，推出各種結合種通信協議的影音傳輸系統、物聯網傳感系統，結合人工智能讓使用界面更直覺、對象的判斷更為精準，這些參考設計將可協助客戶加速開發相關智能家居物聯網系統的速度，值得有興趣的廠商深入了解與參考。 |
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