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纯净的硅(中级)

如何借助德州仪器无线连接平台创建强大的智能家居和楼宇安全系统

 

 

很难想象智能手机之前的世界,曾经是Jetson's的未来主义情节,现在已成为我们生活的现实。当我们努力连接更多的生活、家庭和建筑时,设计的复杂性会迅速升级。学习无线协议和获取射频(RF)设计经验可能是一次令人难以承受的冒险。再加上网络安全和电源预算,你很快就会觉得自己像一个新生走进了大学的第一堂课。

 

以家庭或建筑安全系统为例。这里有门窗传感器、运动探测器、烟雾探测器、智能锁和安全面板,它们需要以无线方式连接,符合当地的监管要求,并以最低的功耗实现高精度。这是一个艰巨的任务。但以下几点,或许可以帮助你避免头疼的问题,轻松设计。

 

1.     选择支持多种无线协议的平台。 

 

一个楼宇安防系统可能有多种射频技术,并且通常会利用多种协议。这些都是楼宇安全应用的主要参与者。

  • Sub 1-GHz是任何安全传感器的主导技术,因为它具有极远的范围能力和室内应用的巨大穿墙能力。您可以使用该协议创建一个低功耗的传感器星型网络,将数据报告给网关或收集器。
  • Zigbee®是一种很好的设备间通信技术,因为它是网状网络的成熟解决方案。它在电子智能锁、门窗传感器和烟雾探测器中很受欢迎,有明确的安全程序来保护数据。
  • 低功耗蓝牙®是一种新兴的技术,通常与Sub 1-GHz或Zigbee一起使用。低功耗蓝牙固有的智能手机连接性使其成为配置网络和诊断警报的绝佳选择。蓝牙5引入了增加覆盖范围的技术,这种低功耗协议也很适合家庭内的电池驱动传感器或电子智能锁等电器。
  • Thread也是一种新兴技术,旨在控制和连接运动传感器、气体探测器或网关等产品。Thread使用2.4GHz工业、科学和医疗(ISM)频段来创建一个安全的网状网络,并基于互联网协议第6版(IPv6),使其与现有网络自然连接。Thread支持设备到设备、设备到智能手机、设备到云端的通信,使用方便,扩展性极强。
  • 动态多协议管理器(DMM)是一项伟大的技术,可以在单芯片解决方案中实现多种协议,如智能电表、锁和恒温器。DMM是一个软件模块,它可以让一个无线电在多个无线协议之间实时切换,从而实现多个无线协议的同时运行。这也被称为 "时间复用",其中无线电通过改变设置、通道和其他参数在两个协议栈之间切换。

您可以使用这些技术中的任何一种或几种技术的组合来实施楼宇安全系统。因此,最好的选择是找到一个能够解决多种协议的硬件平台,并能根据您的应用情况为您提供软件灵活性。

2. 解决网络安全问题。

安全是一个关键问题,特别是在建筑安全系统中。消费者希望知道他们的个人信息将继续受到保护。在选择无线平台时,安全必须是您决策的首要考虑因素。让我们来看看我刚刚评测的无线协议的安全措施。

  • 在Sub 1-GHz中,设计人员可以实现高级加密标准(AES)算法和认证,以及消息完整性,以确保网络安全。
  • 蓝牙低能还利用AES硬件加密。蓝牙低能4.2规范实现了更高的安全性,以防止中间人攻击和纠正配对漏洞。
  • Zigbee已经定义了程序,以确保密钥的安全请求和交换,并使用安装代码来消除使用已知密钥以及AES加密。
  • 线程实现了基于IP的安全,具有数据报传输层安全(DTLS)、基于密码的认证和AES加密。

 对于这些协议,重要的是要评估系统中的威胁,并使用安全启用程序来解决这些问题。

3. 寻求高性能和低功耗。

在设计建筑安全系统时,覆盖范围和功耗都很重要。延长门窗传感器、电子智能锁和烟雾探测器的电池寿命有助于为最终产品创造优质的体验。您不仅需要评估设备的接收器和发射器电流,还必须评估睡眠电流以确保最长的电池寿命。

同样,确保家庭内的最大覆盖率也是最重要的。无论是在网状网络中控制大量设备,还是简单地使用智能手机控制一台设备,用户都必须保持可靠的连接。输出功率和灵敏度是您需要确定可实现范围的关键参数。通过利用大量的链路预算,安防系统将能够覆盖家庭或建筑物内更大的距离。

总结

设计一个安全系统可能是具有挑战性的,尤其是在涉及众多连接选项、网络安全和性能时。凭借支持Sub 1-GHz、蓝牙低能耗、Zigbee、Thread和双频协议的灵活性,TI的最新一代无线微控制器(MCU)旨在为智能家居和楼宇安防系统提供稳健和安全的解决方案(图1)。

 

图1:SimpleLink™最新一代无线MCU


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