结合多种无线技术的智能家居物联网应用

来源：艾睿电子

目前市面上已经有各式各样的无线技术，各有其优缺点与其应用领域，若能结合多种无线网络技术的优点，将能使物联网（IoT）设备拥有更佳的效能表现。本文将为介绍一些无线网络技术的特性，以及艾睿电子所提供的解决方案优势。

ZigBee采用网状拓扑与网关结合组建网络

ZigBee（802.15.4）和BLE（低功耗蓝牙）是市场上最流行的两种IoT无线低功耗协议，两者都有自己的优点和缺点。ZigBee是一种网状网络协议，旨在中等距离上传输少量数据。它在网状拓扑网络上运行，这意味着来自单个传感器节点的信息会穿过一组（或“网状”）模式，直到传输到达网关。

ZigBee是一个局域网（LAN），因此，它是家庭自动化和智能照明的理想协议。尽管ZigBee的范围更广，但它仍然相当受限，并且不是工业物联网应用等高度仪表化安装的最佳选择。由于其网状拓扑，ZigBee网络具有更高的延迟，当多个节点尝试通过单个节点到达网关时，这可能会导致产生瓶颈。



BLE联网范围较短、数据速率较高

低功耗蓝牙（BLE）则是种个人局域网（PAN），目的是为了要能够连接到用户附近的设备，因此BLE的联网范围比ZigBee短得多，但它的数据速率也高得多。BLE在短爆冲（short burst）时的数据速率为2 Mbit/s。BLE可在这些短爆冲时之间“休眠”，这是ZigBee所没有的功能，它只需要使用更少的数据和电力。

许多BLE应用旨在使用智能手机作为网关，但是，这仅在智能手机存在时才有效。对于智能手表或健身手环等可穿戴设备来说，还可以胜任，但在商业和工业应用中使用的传感器通常是无人值守的，这使得智能手机网关变得不切实际或无法实现。



结合BLE和ZigBee打造强大的个人和局域网

实际上BLE和ZigBee是可以相辅相成的，一些开发人员发现BLE和ZigBee的组合，可以打造非常强大的个人和局域网设备。

以智能门锁为例，使用者可以采用智能手机通过BLE链接打开。同一个门锁也可以通过ZigBee连接到家庭路由器，并通过互联网连接进行控制。因此，当主人靠近门口时，他的手机会使用移动网络或Wi-Fi与路由器通信，并使用路由器内部的ZigBee堆栈自动开门。但是，如果互联网连接中断，用户则可以使用智能手机通过BLE打开门锁。



支持双协议的物联网平台参考设计

艾睿电子还提供了一个使用支持Zigbee和BLE的STM32WB的参考设计。该解决方案可以使用相同的硬件支持Zigbee和BLE堆栈，并且还集成了RF前端IC，使模块能够产生20dBm输出以用于远距离应用，参考应用也可用于同时运行Zigbee和BLE堆栈。

意法半导体（ST）推出的STM32WB是一款双核、多协议和超低功耗2.4 GHz MCU片上系统。它支持BLE 5.0以及IEEE 802.15.4协议（在单一和并发模式下），涵盖了广泛的物联网应用需求。该模块基于ST一流的超低功耗MCU，具有广泛的外设集，可缩短开发时间、降低BOM成本并延长应用电池寿命。它以小尺寸集成了完整的参考设计，将产品线集中为相同的封装，并提供广泛的认证范围。

该参考设计包括一组原理图、PCB图檔、代码示例（例如PIR控制、照明控制）和文档，旨在简化新产品设计的开发过程。开发人员可以使用包括无线安全、OTA软件更新、电池操作的低功耗待机在内的软件资源。

除了IoT控制，艾睿电子工程解决方案还将视频和音频流功能集成到STM32WB。通过使用STM32WB模块中的BLE MAC和双核MCU功能，系统可以将JPEG图像和音频传输到范围达300m的不同IoT设备。开发人员可以利用这一独特的功能来进行产品差异化。例如为门铃添加音频通信功能，以创建可以控制Zigbee设备，并与Zigbee网关通信的音频门铃产品。



结合人工智能技术的智能家居系统

持AI的深度处理和学习能力。艾睿电子提供的AI智能家居解决方案的范围从AI热侦测、视频／音频流、语音UI，和IoT控制，到AGV（无人搬运车）等应用。主要差异在于该解决方案使用低成本MCU，可用于提供在消费电子市场中，为AI智能家居应用，实现低成本、高性能的解决方案。

以下是可供所有开发人员使用的AI智能家居解决方案列表：

· 人工智能热成像解决方案
· 无线视频／音频流系统
· 类似智能手机的触摸屏幕用户接口
· 低功耗的Zigbee控制系统

艾睿电子和ST开发的智能家居解决方案用到两颗ST的MCU──STM32WB和STM32H7，便能应用在日常生活中的不同应用上，包括婴儿监控器、门铃门锁、家居智能摄像头、游戏机，以及不同的智能家电上，例如空调、家庭音响、洗衣机等等。



更便利的60GHz毫米波无线射频收发器

此外，ST推出基于60GHz毫米波开发了一系列独具创新的超低功耗无线射频收发器（ST60），也叫毫米波非接触式连接器，现已经被应用于多种领域。

ST60具备低时延通信响应的优势，响应时间是7微秒，比5G快一百倍，ST60无接触通讯速率可以达到单通道6.25Gbps，可以很容易地利用多通道组合方式达至更高速率要求。在无接触显示屏系统中，720p屏需要单通道，1080p屏需要双通道，4K屏需要四通道，可以满足各种分辨率的需求。

ST60系列有两个料号，ST60A2可支持超高数据带宽，以及工业级的温度，凭借其SLVS输入接口可以兼容DP、SATA、PCIe等的数据通道和SGMII千兆以太网，这可以让其应用领域更广。ST60A3则可支持eUSB2接口，方便适配于USB2连接的设备。

结语

市面上众多的无线传输协议，彼此之间看似具有竞争关系，但若将其结合，各自取其优点，则可以提升系统的功能与效能。艾睿电子与ST合作，推出各种结合种通信协议的影音传输系统、物联网传感系统，结合人工智能让使用界面更直觉、对象的判断更为精准，这些参考设计将可协助客户加速开发相关智能家居物联网系统的速度，值得有兴趣的厂商深入了解与参考。