智能家居无线技术分析及其解决方案对比

　　智能化家居这个概念早在十几年前就出现了，1998年比尔盖茨就为自己建造过一座智能化的豪宅。早期的智能家居是有线的，这在很大程度上，限制了其的自身发展：首先是布线问题，需要开墙破洞，使得多数已装修好的房子不愿加入进来；其次，将线布好埋于墙体内，检修维护非常不便，一旦出现问题，意味着要再次开墙破洞；最后，就是造价不菲，以至于早期的智能家居只适合高端人群，而非平民消费品。

　　无线解决方案为家居自动化带来了曙光，剪掉了这些繁琐的线，就减去了很多麻烦。就目前而言，无线智能家居根据所使用的技术不同，主要分为蓝牙、Wi-Fi、Zwave和ZigBee四种，无线技术让人们得以实现对家居的远程控制。

　　WiFi、Zigbee、Zwave及蓝牙对比分析

　　WiFi技术

　　基于WiFi技术的智能家居产品最为常见，其优势在于传输速率快，且产品成本低，生活中也最为普及，对用户来说，基于WiFi的智能家居组合最为省事，购买设备直接组网即可。

　　凡事都存在两面性，WiFi虽然传输快、普及广，但也存在着自身的技术劣势：其最大的问题要属安全性非常低，无线稳定性弱；功耗大也是其弱点之一，将导 致其在家居领域的应用受限，例如智能门锁、红外转发控制器、各种传感器等不适宜使用；此外，WiFi的组网能力也相对较低，目前WiFi网络的实际规模一 般不超过16个设备，而实际家居环境中，仅开关、照明、家电的数量就已远远多于16个，显然发展空间受到了一定的限制。

　　

　 　相较于普及较广的WiFi技术，下面要说的ZigBee技术，其研发和应用的门槛相对要高，并不是随便什么人都能驾驭，像施耐德、西门子、索尼、通用电 气、松下等一些全球500强企业，都已加入到ZigBee的阵营当中，而华为、物联传感等国内企业也在ZigBee阵营之中。

　　Zigbee技术

　 　首先，ZigBee技术的安全性很高，至今全球尚未出现一起破解先例。其安全性源于其系统性的设计：采用AES加密（高级加密系统），严密程度相当于银 行卡加密技术的12倍；其次，Zigbee采用蜂巢结构组网，每个设备均能通过多个方向与网关通信，网络稳定性高；另外，其网络容量理论节点为65300 个，足够满足家庭网络覆盖需求，即便是智能小区、智能楼宇等仍能全面覆盖；最后，Zigbee具备双向通讯的能力，不仅能发送命令到设备，同时设备也会把 执行状态反馈回来，这对终端使用体验至关重要，尤其是安防设备，倘若你点击了关门，却不知道门是否真的已经锁上，将会带来多大的安全隐患；此 外，Zigbee采用了极低功耗设计，可以全电池供电，理论上一节电池能使用10年以上，节能环保。

　　

　　Zwave技术

　 　Zwave的数据传输速率为9.6kbps，信号的有效覆盖在室内30米（室外大于100米），适于窄带宽应用场合，且具备一定的安全性和稳定性，不过 目前只应用于家庭自动化方面。究其缺点主要三：一是节点较少，理论值为256个，实际值可能只有150个左右，算是其能容纳设备数量的上限，实际上很多厂 商能做到容纳20、30个设备就不错了；二是树状组网结构，一旦树枝上端断掉，下端的所有设备将无法与网关通信；三是没有加密方式，安全性差，易受到攻 击。（Zwave所用频段在我国是非民用的，国内并不常见Zwave智能家居，更多的还是应用在国外。）

　　

　　蓝牙技术

　 　大家对蓝牙技术的熟知，恐怕要属手机上的蓝牙功能了。其功耗以及成本都介于WiFi与Zigbee两者之间，但传输距离最短，属于一种点对点、短距离的 通讯方式，因在移动设备或较短距离间传输，故蓝牙产品会提供一些较为私人化的使用体验，例如蓝牙耳机、蓝牙音箱、智能秤等，由于其传输距离较短，所以并不 适合组建庞大的家庭网络。

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　　1.前言

　　随着智能终端的普及，产业、技术与市场的成熟，加之国际品牌大厂的推动，物联网（ioT）、智能家居、智能安防已经开始走进人们的生活，它已经不再是一个炙手可热的概念，而是一批批不断涌现并畅销于市场的产品。

　 　智能安防是智能家居的最为重要细分市场之一，而相比与其它智能家居应用，安防的远程监控、远程报警、智能联动的需求更为迫切。试想一下，当家中出现异常 走动，煤气，烟雾问题，不在家中的您可以通过移动设备第一时间了解到家中的异常状况，以及时采取应对策略，减少您的财产损失，保护好您的家人。

　　

　　2.智能家居的无线技术格局：（Wifi， Zigbee， 蓝牙）

　　WiFi是基础设施：

　　一般是用于覆盖一定范围（如1栋楼）的无线网络技术（覆盖范围100米左右）。

　　现存的主要问题：功耗高，价格高，移动性差，组网能力差。

　　ZigBee 是连接手段：

　　用于低速率、低功耗场合，比如无线传感器网络，适用于工业控制、环境监测、智能家居控制等领域。

　　现存的主要问题：推广难度大（需要网关连接网络，安装调试等综合成本高），产品成本高，网络延时不可控。

　　蓝牙服务移动设备：

　　目前全球有超过30亿个蓝牙设备，其总数远远超过了wi-fi和zigbee设备的总量，蓝牙的应用延伸到手机、游戏机、耳机、笔记本、汽车等很多应用，蓝牙4.0的推出让蓝牙的应用领域更为拓广。

　　现存的主要问题：组网能力差。

　　智能家居现状：

　　Zigbee技术在智能家居推广多年，但市场接受度很低，其中最大的原因1. 成本高 2. 其需要路由与网络连接，使得连接设置复杂，安装费用高，推广难度大。

　　3、CSR Mesh创新蓝牙解决方案概述

　 　智能终端的普及已经使蓝牙设备握在每个消费者的手中，因此在产品的推广普及方面，相比Xigbee，蓝牙具有先天的优势，消费者无需改变太多，既可以享 受智能家居带来的方便与享受；同时不同于zigbee一直应用于销量有限的工业市场，蓝牙BLE自诞生之日起即服务于大众消费市场，成本及技术门槛比 zigbee要低很多，更加有利于产品的普及。

　　CSR Mesh创新蓝牙解决方案特别针对智能家庭和物联网应用所做的优化设计，它包含了CSR自订的组态 （configuration），控制协议 （control Protocol），以及CSR 验证过的Bluetooth Smart组件： CSR101x和CSR8811。消费者可在家中任何地方控制调整灯光、温度、家电和保全系统等内建Bluetooth Smart技术的设备或装置。其中，符合CSR Mesh协议的方案并不需要复杂的设定、配对、或使用路由器等存取装置，对消费者而言将更为便利。

　 　CSR Mesh协议利用Bluetooth Smart传送讯息给网络上的其它Bluetooth Smart装置，并接着往前传送。讯息可以指定给个别装置或群组，而装置本身可以隶属于多个群组。控制功能透过标准Bluetooth Smart家电执行，例如运用灯光的开与关，或者藉由智能型手机或平板计算机来执行。

　　CSR Mesh创新蓝牙解决方案框图

　　

　　业界对CSR Mesh创新蓝牙解决方案的评价

　 　CSR事业部资深副总裁Anthony Murray表示：”不同于Zigbee或Z-Wave等其它家庭自动化连接方案的是，CSR Mesh让消费者能在家中任何角落透过行动设备直接遥控，它没有距离限制，也不需要依赖集线器。CSR致力推动物联网创新，我们相信这项新的 Bluetooth Smart方案将协助开发商、颠覆市场对于装置控制的旧有印象，开发业者不需其它专利方案或技术就能开发出符合市场期望的产品，也带给消费者一个理想的家 庭自动化环境。“

　　Murray也指出：“除了能从智能型手机控制之外，CSR Mesh也将让开发业者能建置智能网络，使装置相互直接通讯。这就能实现未来物联网，让消费者建立自动化的智慧家庭，好比说，当他们一走进房间、灯光就 会自动亮起。CSR已支持许多客户开发符合CSR Mesh协议的产品，我们也期待看到这项方案进一步地开启智慧家庭市场。”

　　CSR1010/CSR1011 介绍：

　 　CSR 发表针对超低功耗连结装置需求所设计的首款单模单芯片蓝牙低功耗平台 CSR1010 和 CSR1011 。新 CSR uEnergy 平台在一颗单芯片上提供所有必要技术，以协助开发蓝牙低功耗产品，包括射频、基频、微控制器、通过认证的 BluEtooth v4.0 堆栈、以及使用者自订应用。 CSR uEnergy 蓝牙低功耗平台将让以往受限于功率消耗、尺寸和其它无线标准等复杂应用实现超低功耗连接性。

　 　CSR uEnergy 平台已实施最佳化设计，专门使用于支持蓝牙低功耗功能，协助开发小型、成本效益且能源效率的产品。 CSR 芯片只需要一颗单一钮扣型电池就可以使用多年，而且能够被建置到简单的传感器中，例如计步器、心律监测器或者车钥匙链，以及较复杂的低功耗装置，例如可控 制和显示行动电话信息的手表。该平台提供单模芯片，能够与 CSR 的双模芯片相辅相成，进而构成完整的蓝牙低功耗方案。

　　4、简单的电路设计：

　　

　　5.开发套件：

　　

　　描述

　　此设计可为家庭自动化 应用提供 ZigBee® 家庭自动化 （HA 1.2） 认证的参考网关。由 Sitara™ AM335x 处理器提供支持的功能丰富且基于 Linux 的网络和 GUI 示例应用可以使用基于 SimpleLink™ ZigBee CC2531 无线 MCU 的软件狗控制和监控 ZigBee 节点。此设计包含几十个可简化 Linux 系统中的 ZigBee 集成和应用开发的 API。

　　特性

　　用于家庭自动化的简单 API，将 TCP/IP 集成到 ZigBee 网桥，有助于加快应用的开发速度和简化低功耗连接解决方案的集成

　　基于 CC2531 的运行 ZigBee 家庭自动化 （HA 1.2） 认证协议堆栈的 USB 软件狗、MAC 和 PHY，针对互操作性进行了全面测试

　　基于 Sitara AM335x BeagleBone Black 社区支持的低成本开源开发平台和基于小型 USB 软件狗的 SimpleLink™ ZigBee CC2531 无线 MCU

　　可从 TI 网上商店或通过授权经销商获取所有系统硬件组件。还可获取基于 Wiki 的用户指南以生成和编译 Linux 开源组件

　　基于 Linux 的现成系统软件和硬件实现，用于通过以太网将 ZigBee 传感器连接到 TCP/IP 应用，包括所有应用程序、Linux 中间件、ZigBee 堆栈和硬件组件

　　用于 BeagleBone Black 的 Z-Stack™ Linux 网关安装程序软件包和用于 SimpleLink CC2531 软件狗的 ZigBee 家庭自动化堆栈是免费的，可从 TI 的 Z-Stack™ 软件页面进行下载。

　　硬件设计框图

　　详细资料：AM335x ARM Cortex-A8 微处理器(MPU)详细介绍

        软件设计框图

　　相关软件与工具：CC2531 USB 评估模块套件

　　应用   家庭网关

　　一、节能环保要求

　　节能环保产业位于国家战略新兴产业发展规划之首，这表明未来国家会加大在节能环保行业的投资力度，为节能环保注入新的动力。在节能环保行业快速发展的形势下，低待机功耗产品受到了消费者的关注。据国际权威机构统计，待机能耗已占民用电力消耗的3%-13%。中标认证中心的调查显示，家电待机能耗占中国家庭电力消耗的10%左右，家庭中各种家电产品的平均待机能耗为15-30W之间。所以目前国内的消费电子产品也向着低功耗的方向发展，并率先推出产品抢占市场。

　　

　　二、智能插座的解决方案

　　

　　智能插座，现在通常指内置Wi-FI模块，通过智能手机的客户端来进行功能操作的插座，最基本的功能是通过手机客户端可以遥控插座通断电流，设定插座的定时开关。智能插座现在不主打安全方面的功能，而是强调家居的智能化，智能插座通常与家电设备配合使用，以实现定时开关等功能。

　　根据上述描述，智能插座内部包含了AC-DC电源、无线通讯单元、继电器及MCU控制单元等。无线通讯单元可以根据使用场合选择合适的通讯方式，其中有射频技术、红外技术、WIFI技术、蓝牙技术和ZigBee技术等。由于ZigBee技术具有通讯距离长、穿墙能力较强、发射功耗较低的特点，比较适合智能家居应用场合。AC-DC电源需要在满足智能开关工作时所需功率的情况下，还要满足待机工作时的低功耗问题。广州致远电子推出了小体积待机功耗的电源模块 ZY0FBxxD-2W，非常适合智能插座的应用。

　　超低待机功耗（50mW）；

　　无需外接元件可直接使用；

　　输入电压：85-265VAC（100-375VDC）；

　　工作温度：-25℃~+70℃；

　　可持续短路，自恢复；

　　超小体积：31.8mm*20.3mm*10.5mm；

　　智能插座的推荐设计方案：

　　AC-DC电源模ZY0FBxxD-2W是广州致远电子专门针对小体积低功耗应用场合研发的电源产品，同时致远电子的ZM5168P0-1是集MCU与 ZigBee收发于一体的模块类产品。仅需要将两个模块搭接在一起，就能完美实现智能插座的设计。同时由于ZM5168P0-1集成了NXP JN5168处理器，可以对此MCU进行编程，从而实现智能插座的各项功能。此方案具有设计简单、简化器件、快速实现等特点。运用此方案可以大幅简化开发过程，使产品更快的投入市场，抓住市场先机提升产品竞争力。

　　

　　输入端使用的ZY0FBxxD-2W待机空载功耗最大为0.05W，ZigBee模块ZM5168P0-1也采用低功耗设计，在收发状态的最高功耗为0.08W左右。从上面的数据来看，使用本方案能够使智能插座在待机状态下得到较低的功耗，从而达到节能环保的目的。

　　支持环保应该从设计做起，应该用我们自身的行动去影响他人，让环保成为一种习惯，成为一种时尚，成为一种社会道德。

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