住所自动化将持续拓荒一个新的立异年代，为家庭与办公室环境供给老练的处理方案。运用微控制器的体系经过节能、智能、安全、控制直观且互联选项丰厚的住所自动化体系为顾客供给协助。安全与住所自动化体系范畴的最新进展运用最新的传感、互联和核算技能。比方纳米级IC技能使原设备制作商(OEMs)能够制作经济、节能的小型处理方案。
住所自动化协助控制家庭与办公室环境中的设备。前期体系只能用于调理照明、开/关电器和控制温度。现在，先进的嵌入式体系作为物联网(IoT)的一部分带来了智能电源控制与高档安全功用。经过传感器与处理器的组合，物联网(IoT)将各种设备与中心网络衔接，使设备能够在没有任何用户干涉的状况下完结作业。正是因为有了互联网、Wi-Fi和蓝牙，这些体系才干经过智能手机、平板电脑或核算机轻松操作。
住所自动化的根本组成模块
一般的住所自动化体系需求以下接口 (参见图1)：
中心处理器 (CPU)：中心处理器包含嵌入式核算所需的高功用、低功耗处理器或微控制器 (MCU)。高端微控制器支撑多种通讯接口，可衔接各种外设，包含传感器、温度控制器、家电、文娱体系、安全警报以及安保体系等。实时操作体系 (RTOS) 在中心控制器上运转，施行全天候不间断监控并采纳必要的办法。
联网和通讯接口：中心处理器中的微控制器需求衔接网络才干与外设通讯。依据顾客的需求，能够衔接有线网络或无线网络。干流的住所自动化运用运用PLC或以太网进行有线衔接，运用ZigBee、射频或低功耗蓝牙进行无线衔接。
传感器和用户界面：在住所自动化体系中，中心处理器与传感器等各种外设衔接，然后测定或检测温度、湿度、日光或运动。中心处理器还能翻开/封闭制动器和电器，而且能够衔接用户界面完成长途控制和显现体系状况。前期的用户界面选用需求触碰的机械式按钮。现在的自动化体系运用的是无需接触的电容式接触界面。
数据存储：住所自动化体系需求运用本地存储保存传感器数据、用户偏好以及体系RTOS。用于物联网(IoT)运用程序的微控制器(MCU)带有内置闪存，但这不足以保存每天产生的很多数据。假如要在微控制器(MCU)中集成更多存储，则需求添加晶粒的尺度、添加体系本钱而且影响体系功用。大型住所网络需求一个独立的空间放置存储设备。运用大型服务器作为存储设备则会添加运营与保护的本钱。开发人员所面对的应战是在存储容量与运营本钱之间作出取舍。
电源设备：住所自动化需求运用不同的电源，比方电器需求运用高压沟通电，手持式或便携式用户界面则需求运用电池。现在最先进的体系能够从光、振荡或射频传输中取得电能并用于家用电器的供电。依据当时的需求与趋势，电源也能够参加不同的电源形式而依据常用状况完成低能耗。
图1：住所自动化体系概览 (来历：赛普拉斯半导体)
体系完成
住所自动化体系实际上是一个各种外设所组成的体系。为了满意用户需求和支撑增值运用程序，需求将许多规划应战与约束考虑在内。
中心处理器：微控制器的挑选至关重要。市面上的微控制器有着不同的功耗、速度、核算才能、GPIO数量以及与各通讯协议和用户界面的兼容性等功用参数。除了传统的架构之外，微控制器在曩昔的10年产生了明显的改动。现在的微控制器配有多个内核，且具有更大存储容量、更多外围设备和更智能的功用。微控制器与可编程体系芯片 (SoC) 架构之间的界限正变得越来越含糊。
在住所自动化体系结构中，中心处理器需求依据规划的杂乱程度装备多个子控制器。子控制器与中心处理器相互作用交互并承受中心处理器的决议。能够运用多种拓扑结构完成这种交互。
星型拓扑结构最常用于一切子控制器与一个中心处理器衔接的架构。子控制器将来自传感器的数据发送给中心处理器。中心处理器对信息进行剖析而且向子控制器发送详细的举动要求。依据所收到的指令，各子控制器控制其外设。在这种拓扑结构中，一个子控制器的毛病不会影响其他子控制器的运转。但中心控制器的毛病会使整个别系瘫痪。因而，需求全天候运转的杂乱体系应选用网状或网格拓扑结构。在这些拓扑结构中，中心控制器的数量不止一个，而且它们相互相互衔接。流程的去中心化添加了可靠性与运转时的带宽。这些控制器中的每一个个别都具有平等的智能和独立运转的才能。假如有一个控制器产生毛病，其他控制器能够顶替它以确保运转不被中止。
图2：星型网络与网状网络拓扑结构 (来历：赛普拉斯半导体)
传感器：传感器是住所自动化体系的中心。环境传感器，如温度传感器、环境光传感器、湿度传感器和气体传感器等用于收集有关室内环境的数据。中心处理器据此翻开/封闭电扇或控制空调，然后坚持室温处在舒适的状况。中心处理器还可依据用户偏好和光传感器的数据翻开/封闭灯火以及控制灯火的亮度。家用电器经过智能、直观的操作节约了电能，使体系变得节能而环保。
除了考虑用户的快捷性之外，该体系还考虑到住所的安全性。它能经过运动传感器勘探任何意外的侵略而且向住户宣布正告。中心处理器还考虑了紧急状况。假如产生电源毛病，体系会封闭电器然后避免其损坏。在产生火灾或烟雾时，中心处理器会宣布警报而且翻开喷淋器。气体传感器可用于勘探起火或烟雾。
传感器的挑选取决于体系要求和兼容性。如要勘探室温，能够运用不同类型的传感器，包含分立元件 (热敏电阻、RTD、热电偶和二极管作为温度传感器) 和集成电路 (%&&&&&%)。热敏电阻、RTD和热电偶等分立元件需求外部信号调理电路。开发人员规划信号调理电路时还需求考虑体系关于分辨率、勘探规模和运转本钱的要求。热电偶是一种能够依据相对环境温度产生温差电压的有源元件。热敏电阻和RTD是会依据绝对温度改动电阻值的无源元件。热敏电阻分为两种：PTC (正温度系数) 和NTC (负温度系数)。表2对这几种温度传感器的不同参数进行了比较。
表2：各种温度传感器 (来历：赛普拉斯半导体)
RTD的可重复性与精确度最高。温度传感器的%&&&&&%包含集成信号调理电路。大部分集成信号调理电路经过一个通用 (如UART、I2C或SPI) 接口传输数字格局的处理数据。其他电路传输模仿格局的电压或电流数据。带集成ADC的微控制器能够处理此类模仿数据并勘探温度。
图3：运用热敏电阻和RTD丈量温度 (来历：赛普拉斯半导体)
PIR (被动式红外传感器) 动作传感器能够感知运动而且用于勘探是否有人进入或脱离传感器规模。该传感器经过测定一个发热物体的红外辐射 (IR)，然后勘探到人体、动物或许其他物体的运动状况。PIR传感器一般调配透镜运用，透镜能够将长途红外辐射聚集到传感器外表。作为信号调理电路一部分的滤波器被用于约束频带和滤除意外的噪音。
湿度传感器用于勘探环境中的水分含量。它们一般依托于其他一些因湿度而产生改动的参数，如压力、温度或数量等。现代传感器能够经过测定电容或电阻的改动测定湿度的改动。电阻湿度传感器的敏感度低于电容湿度传感器，因而较少运用。电容的测定需求用到杂乱的信号调理电路，比方沟通电桥等。还可运用测定相位或频率的办法来测定电容的改动。现在的片上体系芯片(SoC)选用先进的电容传感技能直接测定电容。
环境光传感器与挨近传感器被广泛运用住所自动化体系。环境光传感器首要是光敏元件。在电阻光传感器中，电阻随光的改动而改动。二极管和晶体管等有源环境光传感器也可用于勘探光的改动。大部分挨近传感器根据%&&&&&%式丈量，但是，也有一些运用的是电感式丈量。
通讯接口
中心控制器需求经过有线或无线衔接与家用电器和传感器通讯。有线衔接运用以太网或电力线通讯 (PLC) 技能。PLC是运用电力线进行通讯和配电 。一般进行数字信号载波调制 (~20-200 kHz) 而且经过家用电线与电力线信号一起传输。外设被刺进到一般电源插口以树立通讯衔接。但电器需求额定的调制解调器解码接纳到的信息。运用PLC技能的规划师还必需处理拥堵运转环境中的“扩展频谱”和“无线电搅扰”等问题。
经过以太网，外设、电器和中心控制器经局域网 (LAN) 衔接。体系中的每个单元经过运用帧发送串行数据流。每个帧包含来历和目的地地址、数据以及过错校验信息。传感器经过UART、SPI或I2C接口将数据传输到子控制器，而子控制器经过以太网接口将信息传输到中心控制器。
因为处理了线缆和线缆铺设所带来的杂乱性与本钱问题，Wi-Fi、低功耗蓝牙和ZigBee等无线技能已十分遍及。经过Wi-Fi (IEEE 802.11) 能够树立本地无线网络，而且一切外设能够经过2.4GHz或5Ghz频带衔接该网络。Wi-Fi下降了装置本钱而且十分适用于难以铺设电缆的有限空间内。比较传统的有线网络，因为无线网络简化了接入，因而其首要问题在于网络的安全性。在有线网络中，必需直接衔接网线才干与网络衔接。而在Wi-Fi中，只需求在网络的规模内即可衔接网络。因而，无线网络需求强壮的加密与安全策略避免数据安全危险。
ZigBee (IEEE 802.15.4) 无线通讯协议能够用于10-100米规模内的低功耗小型网络。ZigBee运用网状网络经过中心节点发送和接纳数据。ZigBee一般用于对通讯速度和安全性较低的低功耗运用，因而合适用于住所自动化体系。
图4 各种通讯接口和协议 (来历：赛普拉斯半导体)
蓝牙无线技能适用于长途传感和监控运用。蓝牙首要用于低本钱、低功耗的无线网络。其间，中心处理器作为主设备建议与其他作为隶属设备的外设的对话。在特定的时刻点，只要一台隶属设备能够进行播送和与主机通讯。蓝牙合适用于用户接口。用户能够长途拜访控制体系而且发送输入指令。
未来住所自动化的改善
当时的住所自动化趋势是推进节能、安全的处理方案。跟着用户的添加及其要求的增多，规划师正面对着怎么使体系能够避免各种侵略的严峻应战。一起，他们还需求下降功耗和本钱。根据智能卡与OTP (一次性授权) 的安全拜访技能现在正在被引进住所自动化体系，而更先进的生物辨认传感器，如指纹和视网膜扫描器等也正在被逐渐用于拜访授权。
除了前进安全性之外，原始设备制作商正在为体系寻觅其他产生电能的来历。新推出的能量收集设备能够从振荡、体温、太阳光和射频传输中生成电能。超高功率的住所自动化体系需求结合先进的节能家电，以及带有商业可再生能源体系的设备，如太阳能热水器和太阳能发电器等。但这些功用的本钱较高，而且原始设备制作商需求根据用户需求对此进行权衡。
乍看之下，住所自动化体系好像杂乱而贵重。但引进智能化家电所带来的许多好处能够抵消这些本钱。跟着技能的前进，真实的自动化体系能够在不与咱们产生直接互动的状况下知道咱们的身份、地点的方位和需求，在咱们走进房间时翻开灯火和电扇，当咱们脱离住所时调理温度，而且在产生各种紧急状况时宣布警报。这些直观的智能化控制办法能够节约很多电能，而且带来更高的快捷性。此外，住所的安保与安全也被考虑在内。
凭仗今日的技能，完成住所自动化不再是一项遥不行及的作业。可编程体系芯片的上市加快了住所自动化体系的完成。高度集成的微控制器能够灵敏兼容各种才能，包含ADC、模仿 OPAMP、闪存和数字通讯接口 (UART/ SPI/ I2C)。许多微控制器还支撑蓝牙芯片技能，这进一步下降了体系杂乱性与开发本钱。
