如何通過德州儀器無線連接平臺(tái)創(chuàng)建強(qiáng)大的智能家居和樓宇安全系統(tǒng)

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很難想象智能手機(jī)之前的世界，曾經(jīng)是Jetson‘s的未來主義情節(jié)，現(xiàn)在已成為我們生活的現(xiàn)實(shí)。當(dāng)我們努力連接更多的生活、家庭和建筑時(shí)，設(shè)計(jì)的復(fù)雜性會(huì)迅速升級(jí)。學(xué)習(xí)無線協(xié)議和獲取射頻（RF）設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)可能是一次令人難以承受的冒險(xiǎn)。再加上網(wǎng)絡(luò)安全和電源預(yù)算，你很快就會(huì)覺得自己像一個(gè)新生走進(jìn)了大學(xué)的第一堂課。

以家庭或建筑安全系統(tǒng)為例。這里有門窗傳感器、運(yùn)動(dòng)探測(cè)器、煙霧探測(cè)器、智能鎖和安全面板，它們需要以無線方式連接，符合當(dāng)?shù)氐谋O(jiān)管要求，并以最低的功耗實(shí)現(xiàn)高精度。這是一個(gè)艱巨的任務(wù)。但以下幾點(diǎn)，或許可以幫助你避免頭疼的問題，輕松設(shè)計(jì)。

1. 選擇支持多種無線協(xié)議的平臺(tái)。

一個(gè)樓宇安防系統(tǒng)可能有多種射頻技術(shù)，并且通常會(huì)利用多種協(xié)議。這些都是樓宇安全應(yīng)用的主要參與者。

Sub 1-GHz是任何安全傳感器的主導(dǎo)技術(shù)，因?yàn)樗哂袠O遠(yuǎn)的范圍能力和室內(nèi)應(yīng)用的巨大穿墻能力。您可以使用該協(xié)議創(chuàng)建一個(gè)低功耗的傳感器星型網(wǎng)絡(luò)，將數(shù)據(jù)報(bào)告給網(wǎng)關(guān)或收集器。

Zigbee?是一種很好的設(shè)備間通信技術(shù)，因?yàn)樗蔷W(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的成熟解決方案。它在電子智能鎖、門窗傳感器和煙霧探測(cè)器中很受歡迎，有明確的安全程序來保護(hù)數(shù)據(jù)。

低功耗藍(lán)牙?是一種新興的技術(shù)，通常與Sub 1-GHz或Zigbee一起使用。低功耗藍(lán)牙固有的智能手機(jī)連接性使其成為配置網(wǎng)絡(luò)和診斷警報(bào)的絕佳選擇。藍(lán)牙5引入了增加覆蓋范圍的技術(shù)，這種低功耗協(xié)議也很適合家庭內(nèi)的電池驅(qū)動(dòng)傳感器或電子智能鎖等電器。

Thread也是一種新興技術(shù)，旨在控制和連接運(yùn)動(dòng)傳感器、氣體探測(cè)器或網(wǎng)關(guān)等產(chǎn)品。Thread使用2.4GHz工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療（ISM）頻段來創(chuàng)建一個(gè)安全的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，并基于互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第6版（IPv6），使其與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)自然連接。Thread支持設(shè)備到設(shè)備、設(shè)備到智能手機(jī)、設(shè)備到云端的通信，使用方便，擴(kuò)展性極強(qiáng)。

動(dòng)態(tài)多協(xié)議管理器（DMM）是一項(xiàng)偉大的技術(shù)，可以在單芯片解決方案中實(shí)現(xiàn)多種協(xié)議，如智能電表、鎖和恒溫器。DMM是一個(gè)軟件模塊，它可以讓一個(gè)無線電在多個(gè)無線協(xié)議之間實(shí)時(shí)切換，從而實(shí)現(xiàn)多個(gè)無線協(xié)議的同時(shí)運(yùn)行。這也被稱為 “時(shí)間復(fù)用”，其中無線電通過改變?cè)O(shè)置、通道和其他參數(shù)在兩個(gè)協(xié)議棧之間切換。

您可以使用這些技術(shù)中的任何一種或幾種技術(shù)的組合來實(shí)施樓宇安全系統(tǒng)。因此，最好的選擇是找到一個(gè)能夠解決多種協(xié)議的硬件平臺(tái)，并能根據(jù)您的應(yīng)用情況為您提供軟件靈活性。

2. 解決網(wǎng)絡(luò)安全問題。

安全是一個(gè)關(guān)鍵問題，特別是在建筑安全系統(tǒng)中。消費(fèi)者希望知道他們的個(gè)人信息將繼續(xù)受到保護(hù)。在選擇無線平臺(tái)時(shí)，安全必須是您決策的首要考慮因素。讓我們來看看我剛剛評(píng)測(cè)的無線協(xié)議的安全措施。

在Sub 1-GHz中，設(shè)計(jì)人員可以實(shí)現(xiàn)高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)（AES）算法和認(rèn)證，以及消息完整性，以確保網(wǎng)絡(luò)安全。

藍(lán)牙低能還利用AES硬件加密。藍(lán)牙低能4.2規(guī)范實(shí)現(xiàn)了更高的安全性，以防止中間人攻擊和糾正配對(duì)漏洞。

Zigbee已經(jīng)定義了程序，以確保密鑰的安全請(qǐng)求和交換，并使用安裝代碼來消除使用已知密鑰以及AES加密。

線程實(shí)現(xiàn)了基于IP的安全，具有數(shù)據(jù)報(bào)傳輸層安全（DTLS）、基于密碼的認(rèn)證和AES加密。

對(duì)于這些協(xié)議，重要的是要評(píng)估系統(tǒng)中的威脅，并使用安全啟用程序來解決這些問題。

3. 尋求高性能和低功耗。

在設(shè)計(jì)建筑安全系統(tǒng)時(shí)，覆蓋范圍和功耗都很重要。延長(zhǎng)門窗傳感器、電子智能鎖和煙霧探測(cè)器的電池壽命有助于為最終產(chǎn)品創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)的體驗(yàn)。您不僅需要評(píng)估設(shè)備的接收器和發(fā)射器電流，還必須評(píng)估睡眠電流以確保最長(zhǎng)的電池壽命。

同樣，確保家庭內(nèi)的最大覆蓋率也是最重要的。無論是在網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中控制大量設(shè)備，還是簡(jiǎn)單地使用智能手機(jī)控制一臺(tái)設(shè)備，用戶都必須保持可靠的連接。輸出功率和靈敏度是您需要確定可實(shí)現(xiàn)范圍的關(guān)鍵參數(shù)。通過利用大量的鏈路預(yù)算，安防系統(tǒng)將能夠覆蓋家庭或建筑物內(nèi)更大的距離。

總結(jié)

設(shè)計(jì)一個(gè)安全系統(tǒng)可能是具有挑戰(zhàn)性的，尤其是在涉及眾多連接選項(xiàng)、網(wǎng)絡(luò)安全和性能時(shí)。憑借支持Sub 1-GHz、藍(lán)牙低能耗、Zigbee、Thread和雙頻協(xié)議的靈活性，TI的最新一代無線微控制器（MCU）旨在為智能家居和樓宇安防系統(tǒng)提供穩(wěn)健和安全的解決方案（圖1）。

審核編輯：金巧