如何理解嵌入式无线技术未来？

    嵌入式系统，embedded system，是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。它一般由嵌入式微处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户的应用程序等四个部分组成，用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。本文将阐述如何理解嵌入式无线技术未来？

    ZigBEE ANT、ZWave、INSTEON、Wavenis和WirelessHART共同分享了无线嵌入式控制市场，但是他们之间并没有真正的赢家。本文试图从各个角度来阐释这种现象背后的种种原因。

    ZigBee规范在刚刚过去的2007年12月推出了第三版本。自从2004年以来，ZigBee在经历了漫长的过程之后，变得更加成熟、定义更加规范，也更有针对性。具有里程碑意义的第三版本不但为我们反映了ZigBee标准目前的情况，同时也反映了整个无线嵌入式控制（WiEC）技术的进展情况。

    在过去的几年中，无线嵌入式控制（WiEC）技术的推动者们已经无数次的向设计工程师们描述了其美好愿景，但是有一个问题，我们仍然不得不问：我们真的理解嵌入式无线技术吗?

    首先，应该给出无线嵌入式控制（WiEC）技术的合理定义。在收发器层，无线嵌入式控制技术通常指的范围在是10米到50米之间的低功率无线电波，数据速率在4Mbps以下，运行在任何工业、科学和医疗（ISM）频段。

    无线嵌入式控制（WiEC）技术利用网络协议来控制无线节点之间的通信。网络的拓扑结构通常有两台机器之间（M2M）进行通信的简单的点对点拓扑，无线传感器网络（WSN）的星型拓扑，以及mesh拓扑。在所有这些拓扑结构中，节点之间都可以进行通信。

    任何沉浸在嵌入式技术多年的设计工程师都会对无线嵌入式控制技术的推动者们所描述的美好愿景历历在目。

    这些愿景会不断发生变化，但是，无一例外的，推动者们都使用了以下一些关键词来对无线嵌入式控制技术进行描述：低功率、低成本、高可靠性、高安全性、易于设计和易于使用。

    伴随着技术上的美好愿景随之而来的是对投资回报率的大胆展望生产商在短短数年内就可以卖掉上亿件产品，消费者逐渐意识到无线嵌入式控制技术所带来的效率的提高和成本的降低，整个世界被被这些小型低功率收发器所覆盖，它们将所有东西都连接在了一起。

炒作背后的真相 

    然而，不幸的是，在炒作多年之后，仍然没有一种单一的无线技术能够同时满足上述那些美好的愿景。在实际的工程中，我们看到的往往是折衷方案。

    怎么可能会有一种技术能够适合同时控制家里的电灯和控制工厂的安全阀呢?而一些无线嵌入式控制技术的推动者们的确向我们描述过这种美好的愿景。

    然而，在幻灯片陈述完这些美好的愿景之后开始的实际硬件操作时，却出现了许多意想不到的情况。或许是推动者们夸大其词了，或许是芯片和协议栈厂商太逊色了。或许，工程师们根本就不应该相信一种技术就可以解决所有问题这种鬼话。

    有几个原因可以解释为什么这些愿景会失败（尽管有一些确实实现了）。首先就是，有一些指定的性能目标从根本上就与其它一些相对立，这为工程上带来了不可逾越的挑战。比如，低成本与高可靠性。

    工程上实现低成本需要一整套方法来减少花费。首先，必须减小硅片的大小，这就需要在收发器架构（比如开环与闭环调制，后者能提供更高的可靠性，但是需要极大的增加尺寸的大小）上进行折衷。

    接下来，网络协议栈的大小需要裁减，以最小化运行RF收发器的处理器所需的代码空间的数量。而减小网络协议栈就意味着一些智能化功能（如完整的点到点路由和网络自愈合能力）将不复存在。需要这些功能吗?那你必须在硅片上花费更大的代价。

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浅谈智能终端控制界面的创新

     从遥控器到触摸面板，控制系统的其中一个目标就是要化繁为简，而要让终端用户真正享受到简单操作带来的便捷，就必须有直观简单的人机操作界面。如今，当控制系统本身越来越复杂的时候，触摸面板上的信息也随之越来越多，面对满目按钮和图标，可能反而会令一些简单的操作又变复杂，甚至还会对一些不熟悉这些操作界面的人，如老人、孩子、访客等造成新的困扰。为此，厂商也在不断创新，以求推出最容易操作和掌握的控制界面。日前，智能家居厂商Savant在其刚刚结束的经销商大会上新展示了一款“虚拟控制”(virtual control)界面，这是他们继ipod、iphone控制界面之后，又一次创新。

    Savant新推出的“虚拟控制”(virtual control)界面是一款非常cool的整体家居自动化产品，它不仅将所有控制内容直观化，同时使用了类似iPhone手机最新推出的滑动(swipe)技术。触摸面板的界面“皮肤”是房屋本身的实景照片，摄影师对每个房间进行360度视角的拍摄，用户可以使用手势来浏览和控制房间各个子系统，例如：轻轻拨动虚拟的百叶窗就可以拉伸或降低自动窗帘，同样还可以简单直接地按下照片上的灯具、窗帘、电视等等，进行开、关、调光、能源管理等操作。

    在触摸面板上，没有传统的图标，没有“区域”的提示，如果想要开一盏灯，用户可以通过在作为触摸面板皮肤的房屋实景照片上触摸并上下滑动来完成。这个动作之后，不仅房间中的灯打开了，同时通过动画效果还可以打开触摸面板上的灯。即使是来访的陌生人，也可以几乎不用指引就能直观控制这些功能。在这一设计中，可以选择整个家庭中的一个房间作为触摸面板的背景皮肤，而其它所有房间的照片则会位于屏幕底部的滚动框内，可以像在iPhone上一样向左或向右滑动并进行访问。安装只需要电源和一根普通5类线就可实现全部功能。

    对经销商来说其中一个潜在的难题就是如何在新架构解决方案中创造用户界面。最可行的方式是集成商在整个家居和个别房间尚未完工时创建界面。其中的一个办法是用建筑效果图来作为触摸面板皮肤的占位符，之后再用实景图片来代替它们。至于360度拍摄的实景图片，Savant亦提供了相关处理办法，它新近成立的专业服务部门将会协调经销商的摄影问题，并有专业人员上门进行图片数据采集。

    该产品的推出时间和价格尚未确定，但相信一定能为用户带来全新的环境控制体验。

Swipe技术
    该技术主要用于触摸屏设备比如iPhone上，类似于浏览器上的鼠标手势。它将带来更多便捷的手势操作，比如单手指向下滑动就代表“返回”命令，而向左滑动则代表“删除”。当然使用两只手指控制将带来更丰富的功能。比如单手指向左滑动代表删除一个字母，那么双手指同时向左滑动就代表删除一个单词等。

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Nico智能家居全融合技术解读

    目前关于智能家居的定义又重新成为热门话题，有人把灯光和窗帘的控制看作是智能家居，也有人背景音乐看作智能家居，有厂家偏重于安防和对讲，有厂家炒作家庭影院为智能家居等等。现在，我们从发展的眼光，站在生活者的平台上去放开看，以一个新的主题表达出来，算是对智能家居新定义的补充。

    智能家居中，核心在于系统的集成能力，即把灯光、遮阳系统、窗帘系统、HVAC暖通空调系统、中央背景音乐系统、家庭影院系统、安防系统等完美的融合起来的能力。而这个能力，很大程度上取决与该系统的开放性。这就需要一种标准，或者有一个大部分设备厂家都能认可并采用的“语言”，即控制协议。这就牵涉大自动控制领域中的“现场总线技术”，我们称之为Field Bus。这种技术要求控制与智能“本地化”与“模块化”，让控制系统的传感器与控制器都具有独立的运算、处理、发送信号的能力，相互独立又相互联系，构成一个控制网络中的“Internet”。

    这种总线技术比较具有开放性，如LonWorks总线。它吸引了全球4000多家著名的公司参与，采用这种技术的不同产品都可以真正“无缝”联网，做到“互操作”。

    就Nico智能家居系统，基于以上的LonWorks技术的全球标准，做灯光、遮阳、窗帘等系统比较简单，重点在于可以做到很多看似很难，其实很轻松就能实现的功能，如对家用中央空调、安防对讲、中央背景音乐、家庭影院的融合。如DAIKIN（大金）、Mitsubishi（三菱）、Toshiba（东芝）、 Fujitsu（富士通）、Hitachi（日立）、LG等著名暖通空调系统一致采用LonWorks总线作为其最先进的控制接口。Nico可以直接和这类暖通空调联网，做双向完整的控制与状态反馈。实现对空气的温度、湿度、空气健康度的融合处理，一年四季均衡温度，自动调节湿度。业主完全可以在客厅的彩色触摸屏上集中控制所有区域的空调并查看其状态。出门时按下“离家”模式，设定房间的空调会自动关机，避免了不必要的能耗。也可以在回家的路上按一下手机，即可启动系统，一回到家便是一个冷热适宜的舒适天地，而无需再忍受长达半个小时的温度升降过程。
事实上一种总线的使用厂家越多，那么就越好集成，这个和电脑中的“兼容机”的道理是一样的，越Open就越有生命力，越能为广大使用者提供更多的服务，也就没有了额外的集成的成本。

    1、在控制中央空调方面，Nico也有自己的带感温点的触摸屏面板（5106LT）和FCU（风机盘管）控制模块（3505L）。如图：

    这类面板和EIB等传统系统的解决方案一样，是用来直接控制风机盘管式空调，取代原厂家的温度控制面板，比如特灵空调这样的系统，目前办公大楼里的这类空调系统比较多。但不适合控制如DAIKIN（大金）、Mitsubishi（三菱）、Toshiba（东芝）、 Fujitsu（富士通）、Hitachi（日立）、LG这样的具有自身控制网络的VRV中央空调，这类空调目前住宅用的比较多。

    2、控制DAIKIN（大金）、Mitsubishi（三菱）、Toshiba（东芝）、 Fujitsu（富士通）、Hitachi（日立）、LG这样的具有自身控制网络的VRV中央空调，只能通过它们提供的LonWorks控制总线接口或类似的通讯接口。这时候，我们就不需要带感温点的面板了，因为我们可以和这些空调自身的面板无缝的双向通讯，读取面板上的感温点的温度，甚至回风口的感温点的温度，当然还不仅仅这些，还可以显示目前设定的温度、风速、模式、过滤网堵塞等故障警报信息等。控制的终端可以是客厅的一台触摸屏（控制所有房间），Web网络，甚至可以是iPhone或HTC的手机。 这在应用技术角度讲，是真正的无缝融合。这类成功的案例很多，大金空调的LonWorks接口DMS504B51C在国内的很多应用都是用在Nico项目上的。

    3、关于安防系统与背景音乐
    Nico有RS485-LON标准接口模块，这对保证系统的灵活性上是关键因素。
    （1）目前高级的安防系统，如美国DSC、加拿大PARADOX（枫叶）等都已经能和Nico无缝融合，可以通过Nico的触摸屏来进行安防操作。
    （2）目前高级的背景音乐系统，如Backaudio 、BOSE、NuVo等，目前都已经和Nico做了控制接口。用户可以在Nico的触摸屏上统一管理整个住宅的音乐。而Nico独有的3G融合技术，甚至允许您通过手掌中的iPhone来轻松管理音乐的播放，调节音量，选择曲目。


Nico通过iPhone手机进行灯光和音乐的控制

    继成为IEE标准和中国国家标准后，2009年Nico LonWorks总线又成为全球ISO/IEC标准，其开放和融合的趋势日益明显。针对以上内容，欢迎大家做更多有益的讨论。

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M2M技术，前景无限

    在互联网普及、通信技术发达的今天，越来越的机器设备都开始具备通信功能，一个被称之为“机器对机器”(Machine to Machine，缩写为M2M)的物联网正在逐步形成。目前，地球上已存在数以百亿计的各类设备，当人与人之间的通讯网络市场趋于饱和之时，被视为最为关键未来科技之一的物联网无疑将会成为下一个极具潜力的市场。很多市场分析公司都对M2M前景作出乐观的评估，根据Harbor Research Inc.提供的相关数据显示：“如今全球有1.1亿部M2M设备在使用，并在一个‘设备互联网’中互相通信。”

    另外Berg Insight预测，到2011年世界范围的M2M总收入将达到2900亿美元，位居全球市场收入超过500亿美元行业业务的榜首。咨询机构Alexander Resources也指出：“M2M市场的容量将从2004年的240亿增长到2010年的4700亿(含RFID)美元”。M2M技术的应用几乎涵盖了各行各业，其中也包括AV行业，通过“让机器开口说话”，使机器设备不再是信息孤岛，从而实现对设备和资产有效的监控与管理，通过优化成本配置、改善服务推动社会向更加高效、安全、节能、环保的方向发展。

关于M2M
    早在2002年，Opto 22和诺基亚便开始推动M2M的解决方案，他们将其定义为“以以太网和无线网为基础，实现网络通讯中各实体间信息交流”。对于M2M应用来说，通信技术是其实现的基础和桥梁，通过多种有线或无线通信技术，如FieldBuses、RF Mesh/Zigbee/Insteon、GPRS、CDMA、WiFi、TCP/IP、蓝牙等等，连接各种末端设备或子系统，采用M2M Middleware/Web Services/SOA等标准化数据表达技术，将终端设备或子系统汇总到一个统一的管理系统，实现远程监视、自动报警、控制、诊断和维护，进而实现对设备的全局化管理和服务。目前，M2M产业链各个环节均发展迅猛。M2M的连接对象末端设备正不断增加，这些设备的数量将远远超过人和计算机的数量；实现M2M连接的通讯技术日趋成熟，Internet正向IPv6过渡，移动通信网络向3G甚至4G过渡，无线连接的选择正越来越多；此外，M2M的硬件和软件平台亦得到丰富与完善。
    基于全球M2M市场的增长势头，运营商、硬件/软件和服务提供商都积极投入，期望从中分得一杯羹。Vodafone、Orange、AT&T等欧美通信巨头均对M2M业务雄心勃勃，在中国，中国移动、中国联通、中国电信等移动营运商是M2M的主要推动者，另外在欧美除了传统的移动运营商外，还出现了专门针对M2M市场的M2M移动运营商，如：Aeris和Jasper Wireless。在硬件制造方面，M2M硬件是使机器具有通信或联网能力的部件，可以进行信息的提取，从各种机器/设备那里获取数据，并传送到通信网络硬件厂商，目前推出的无线M2M硬件产品可以满足不同环境、不同应用的移动信息处理，例如诺基亚和Sony Ericsson公司已经推出了体积很小的无线通信装置，可以镶嵌在从汽车到家庭的任何一个物品里，成为物体的“监视控制中心”。在软件管理平台方面，M2M管理软件是对末端设备和资产进行管理、控制的关键，M2M软件可包含：M2M中间件(Middleware)和(嵌入式)M2M Edgeware(也可以统称软件通讯网关)，实时数据库，M2M集成平台或框架(Framework)，通用的基础M2M应用构件库，以及行业化的应用套件等。通用M2M应用功能包括：远程监测、自动报警、控制、诊断和维护、系统联动、数据挖掘、报表与决策支持、节能分析、资产跟踪与维护等。随着整个M2M产业的发展，M2M的成本已经相应降低。

M2M在AV行业的应用
    应用M2M技术，能够让AV设备实现更高效的控制和管理，使AV系统集成更加智能化和整体化。在智能家居和智能建筑方面，M2M技术可以使家居或建筑内的设备如同一部机器般协同工作。
    Sony专业系统的M2M解决方案使用业内标准的信息技术，提供远程监控、数据备份、错误纠正等功能，其中Display Control System(DCS)，可以通过一个单个的中央控制台集中控制显示器和A/V设备，使用一键式按钮，选择控制所有显示器、群组或单个的电视机。对于体育场馆来说，Sony的显示器控制系统在节省AV安装时间、控制成本方面扮演着重要的角色，同时它也是企业和校园大量显示器、监控器和信号输出设备管理的理想之选。
    Lantronix作为一家设备远程控制解决方案供应商，早在2004年就为科视提供了M2M解决方案，科视与Lantronix合作，创建了ChristieNET?产品线，它结合了Lantronix SecureBox?安全设备服务器和科视特有的固件，通过AV与IT 的融合，客户可以安全的方式，让AV设备联网，实现远程访问和监控。凭借这一方案科视在2005年获得了M2M Magazine颁发的Value Chain Award奖项。三菱电机日前也选择了Lantronix Xport嵌入式网络连接模块，进一步加强对大量投影机的远程管理和监控能力，三菱已经在其高端投影机使用了Xport提供的网络功能，他们认为这一解决方案的好处同样可以添加到低成本的、大量的投影机产品线中。Xport能够使基于串行的设备，通过局域网/广域网或者因特网进行通信。使用Xport的三菱用户不论何时何地都可通过互联网访问、监控和控制设备。
    在三菱的案例中，定制化的软件应用程序ProjectorView控制系统，可轻松显示每台投影机的状态。利用Xport内置的网络浏览器，远程用户可以通过他们的PC浏览器访问ProjectorView显示器，对每台投影机的性能进行主动、实时监控，监控内容包括灯泡、内部温度、灯泡已经运行了多长时间、上一次维护和安装时间等。此外，ProjectorView允许维护人员在互联网上远程操作每台投影机的基本功能。系统可以轻松诊断每台投影机的状态，一旦有问题发现，e-mail通知会被直接发送到每个客服人员那里，就问题进行警告，诸如投影机过热、灯泡寿命到期或命令错误。Xport允许每个客服人员大大降低定点访问的次数，削减了维护和修理成本，并能提供更为全面的客户服务。此外，Lantronix设备还可用于数字告示，以及高端的家庭AV系统控制。
    智能家居是M2M技术非常典型的应用，当所有的设备都具有了通信能力之后，智能家居的组建就会变得更加容易。美国AT&T结合它在固定电话网、移动电话网、有线电视网、互联网等网络基础设施上的优势，与杰尔系统的TrueONE解决方案相结合，为用户提供电信级的手机或PC上的视频监控应用，以及IPTV、VoIP等大数据量应用。日本的NTTdocomo推出i-mode运营模式，可以直接通过手机或PDA远程控制家中的智能家电，在远程监控上采用了“M2M远程控制”的理念，实现人和机器、机器和机器之间的远程控制。
    NTT推出了可通过因特网或FOMA手机控制的HC-1000监视摄像头，该设备采用300万像素CMOS感光器，以太网接口，支持802.11a/b/g，可拍摄QVGA画质的视频；内建“主动防御”系统，可发出刺耳的警报声吓跑盗贼，甚至还有麦克风/扬声器双向通信系统，方便用户与盗贼谈判。而通过生物认证研发的自动门识别系统，可以带来更高的安全性，人们站在安装于入口处的摄像机前，如果确认来人为公寓居民，大门就会打开，非常方便。有了M2M技术，除了人机控制外，家庭设备间也可通过交流实现更多的自动化，例如音响可以自动从电脑上下载歌曲、电影，冰箱可以在厨房的告示牌上显示食物清单以及购买清单等。另外，M2M技术应用于自动抄表系统，通过联动智能电网和住户能源分析系统，可以实现更高的能源效益。

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智能建筑的性质影响下的建筑设计

    根据智能建筑的性质，建筑设计一般应注意以下几方面。
    1、智能建筑对项目策划及建筑设计的影响
    （1）首先，设计师要准确界定所建建筑智能化的标准，这一方面需要设计师根据建筑物功能需要、国内智能化水平的程度及建筑物的规模进行定位。从规模上看，一般来讲建筑物的建筑面积达到2万m2以上用于智能建筑会更经济、实用。
    （2）智能建筑的目标要尽量创造舒适的工作和生活环境。智能建筑内的温度、空气质量、光线、独立而又安全的工作和生活环境、计算机网络、符合人体工学的办公家具、休息空间及建筑物外的景致和适当的隔离等等方面，都应充分体现设计师独具匠心的构思。设计时尽量避免大进深的平面布局，进深控制在10m左右，保证办公区充足的阳光和室外景观。外墙可以布置成凹凸状，利用这样的平面做成所谓的corner office.在办公区要适当安排一些带有自然风味的工作人员休息的角落。设计时应避免做固定扇的外窗。
    （3）采用合理的结构形式、柱网和层高。采用框架结构、框剪结构可以提供灵活多变的环境，一般9m的柱网对停车、空间分割及结构设计都比较适宜。由于智能建筑内部要求舒适的环境，所以所有管线均不能暴露，考虑到中央空调的管道、综合布线的要求、空调排水的坡度及架空地面等方面，建筑物的层高应大于3.6m，只有这样才能保证办公区域的净空不小于2.6m，走廊里的净空不小于2.3m。
    （4）智能建筑内还要求行之有效的布线，而建筑物内的设备会产生热量、噪音，设备的维修及各个办公区和生活空间的不同性质还要求合理的区域划分，智能设施还要能根据气候、季节、光照变化自动调节建筑内的各项控制指标，以达到居住的最佳处境。
    （5）设计师在设计过程中还要考虑智能建筑内的变化、发展及新增项目的可能性。

    2、智能建筑的地面、天花板及墙面设计
    2.1地面
    智能建筑内的地面可采用架空地面、预制线槽的楼板面层及地毯地面等。架空地面布线方便，容量大，双层地面可以分开布设强、弱电，更可以用于旧楼改造，但会造成地面高差，使人感到不方便。楼板面层预制线槽可在办公自动化房间内任何地方做接口，不会产生高差，施工方便，可布设在面层10cm内。在方块地毯下布置布线系统，一般是在层高受限制时使用，要求线路少、交叉点少的分支线路，采用扁平线，施工同样方便，但要注意与办公家具的配合，做防静电处理。

    2.2墙面
    智能建筑内的墙体除了做隔断以外，墙面上还可以做出线口，墙内空间还能布置各种传感器和控制设施。

    2.3天花板
    智能建筑内的天花板需要负责照明、送风、出风、烟感、喷洒等的走线及出口任务。

    3、专用机能室的设计
（1）中央控制室。中央控制室是整幢智能建筑的心脏部分，负责设备运转监控及安全保卫监控等。
（2）咨询中心。咨询中心中需要配备电脑、多功能工作站、电子档案、影像设备的输入和输出装置、微缩阅读及闭路电视等。
（3）电视会议室中需要考虑音响、光源、照度及配电等的设计。
（4）决策室需要考虑音像、声音、会议、电脑及通信系统的综合设计。另外，接待柜台、电脑机房等机能室都需要给予充分的考虑。

    4、屋顶的设计
    建筑物屋顶是直接平面敞开的接触大自然的空间，智能建筑的屋顶会被布置上大量的设备，所以设计师在进行设计时，除要考虑屋顶美观绿化以外，还可以布置吸取太阳能和风能以采集热能、收集降水等等，充分吸收和利用自然界提供的一切能量和物质。

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