在线访问和操控家用电器
2009-02-04 10:05:30
来源：《半导体器件应用》2009年1-2月刊
在过去几十年时间里，家用电器的控制面板和显示设计在功能上并没有多大变化。每台家电都有旋钮和按键组成的控制板，并且还有一定形式的显示界面。从机械式向数字化转变的过程中，此类输入和输出装置的具体实现也有所改善，但仍然需要走近后才能控制家电，并查看其工作状态。现在似乎应该到了将家电连接到因特网，让消费者可以随时随地访问和控制其家用电器的时候了。
设想一下能够通过网络浏览器操作的家电控制和显示系统会是什么样子吧。消费者可以通过PDA、手机或计算机访问这些家电。这样，在怀疑炉子未关的时候就可以随时核实了。如果炉子的温度超出安全范围或炉子出现一定量的烟雾，就会向您预先设定的手机发送短消息，这样您就可以远程关闭炉子和/或激活灭火系统。
根据美国国家消防协会（www.nfpa.org）的有关报告，1999-2002年之间，每年美国报告的因烹饪设备而引起的家庭火灾事故有11.4万起，每年由此导致的死亡人数达290人，受伤4380人。考虑到这些事实，家用电器的安全远程监控应用是十分必要的。除了提高安全性，消费者还可得到更为方便、更为高效的生活体验。
远程访问能力并不会替代传统控制面板和显示界面，消费者仍然需要能够走近家电进行现场控制。此外，网络化家电被市场和消费者的接受程度取决于网络基础设施及其可用性。根据Pew Internet & American Life Project的研究，美国成人拥有宽带因特网连接的数量近年来增长迅速。截止到2006年3月，42%的美国人（即8400万人）在家中拥有宽带连接。这是一个令人鼓舞的趋势，表明越来越多的美国人连接到因特网并且希望自己的家庭成为数字世界的一部分。
可通过网络监控的家电包括家庭自动化系统和家庭娱乐设备。数字电视等家庭娱乐设备对数据速率的要求较高，因此与监控灯泡这样的简单设备相比需要不同的网络媒体。可用的一些网络技术包括以太网、HomePlug（电力线通信）、802.11（Wi-Fi）和ZigBee（IEEE 802.15.4，一种数据速率较低的射频技术）。以太网和802.11广泛用于网络计算机应用。对于采用大量金属部件构成的家电应用来说，以太网这样的有线解决方案可能比无线方式要好，因为无线信号很难穿透厚金属。在缺少以太网端口的情况下，可以使用电力线通信。不过，电力线通信技术的数据速率仍然很低。ZigBee技术主要用于需要低数据速率和低功耗的无线应用。可能需要ZigBee-to-Ethernet或Wi-Fi网桥实现互连（见图1）。
选择数据速率较高的方案通常意味着实现成本会更高。每个设计人员都需要在产品要求与实现所需要的成本之间进行权衡。
无论采用哪种网络技术，上层的软件协议最终将所有设备连接到一起，允许它们与其他因特网设备实现交互和通信。其中一些协议包括IP、TCP和UDP。
上层协议还应当为网络连接的家电设备提供安全的访问。人们显然不希望陌生人能够启动或停止自己的洗衣机，或能够开关自己的车库门。安全性可以利用家电设备上的HTTP服务器来实现。用户可通过键入服务器URL或IP地址的方式实现远程访问。在允许用户对家电设备进行监控之前，登录页面可以对用户进行认证。用户界面可以是基于图形用户界面（GUI）的，也可以是基于文本的，当然也可以是两者的结合。
GUI界面可以利用简单的HTML图标或带有“热点的”图片来接受命令。同时利用在浏览器中实现的脚本可以定期查询服务器获得最新状态信息。象基于短消息服务（SMS）的文本界面可以简化用手机等小形因特网设备实现的访问。与实现采用私有技术的远程控制设备相比，利用这些基于互联网的技术可以降低成本。同时，这样还更好地兼容来自不同生产商的设备。
由于芯片生产商提供高度集成的解决方案，因此实现这些网络解决方案变得更为容易。例如，只需要利用一枚带有集成以太网接口控制器的单片机就可以实现一个嵌入式以太网设备设计（见图2）。通常这种解决方案还免费提供了与硬件解决方案形成补充的TCP/IP堆栈。
此类网络解决方案的成本对大规模市场而言，将更为经济，因此我们相信会有更多的家电设备支持网络功能。当然，光凭一种网络连接解决方案是无法满足如此广泛的家电网络化应用要求的。事实上，以太网、HomePlug、Wi-Fi、ZigBee以及其他新兴技术相结合可以提供一种优化的综合解决方案。能远程监控家用电器，即提高了安全性，也节约了消费者的时间，让我们从费时的家务琐事中解脱出来，有更多的时间尽情享受生活乐趣。
设想一下能够通过网络浏览器操作的家电控制和显示系统会是什么样子吧。消费者可以通过PDA、手机或计算机访问这些家电。这样，在怀疑炉子未关的时候就可以随时核实了。如果炉子的温度超出安全范围或炉子出现一定量的烟雾，就会向您预先设定的手机发送短消息，这样您就可以远程关闭炉子和/或激活灭火系统。
根据美国国家消防协会（www.nfpa.org）的有关报告，1999-2002年之间，每年美国报告的因烹饪设备而引起的家庭火灾事故有11.4万起，每年由此导致的死亡人数达290人，受伤4380人。考虑到这些事实，家用电器的安全远程监控应用是十分必要的。除了提高安全性，消费者还可得到更为方便、更为高效的生活体验。
远程访问能力并不会替代传统控制面板和显示界面，消费者仍然需要能够走近家电进行现场控制。此外，网络化家电被市场和消费者的接受程度取决于网络基础设施及其可用性。根据Pew Internet & American Life Project的研究，美国成人拥有宽带因特网连接的数量近年来增长迅速。截止到2006年3月，42%的美国人（即8400万人）在家中拥有宽带连接。这是一个令人鼓舞的趋势，表明越来越多的美国人连接到因特网并且希望自己的家庭成为数字世界的一部分。
可通过网络监控的家电包括家庭自动化系统和家庭娱乐设备。数字电视等家庭娱乐设备对数据速率的要求较高，因此与监控灯泡这样的简单设备相比需要不同的网络媒体。可用的一些网络技术包括以太网、HomePlug（电力线通信）、802.11（Wi-Fi）和ZigBee（IEEE 802.15.4，一种数据速率较低的射频技术）。以太网和802.11广泛用于网络计算机应用。对于采用大量金属部件构成的家电应用来说，以太网这样的有线解决方案可能比无线方式要好，因为无线信号很难穿透厚金属。在缺少以太网端口的情况下，可以使用电力线通信。不过，电力线通信技术的数据速率仍然很低。ZigBee技术主要用于需要低数据速率和低功耗的无线应用。可能需要ZigBee-to-Ethernet或Wi-Fi网桥实现互连（见图1）。
选择数据速率较高的方案通常意味着实现成本会更高。每个设计人员都需要在产品要求与实现所需要的成本之间进行权衡。
无论采用哪种网络技术，上层的软件协议最终将所有设备连接到一起，允许它们与其他因特网设备实现交互和通信。其中一些协议包括IP、TCP和UDP。
上层协议还应当为网络连接的家电设备提供安全的访问。人们显然不希望陌生人能够启动或停止自己的洗衣机，或能够开关自己的车库门。安全性可以利用家电设备上的HTTP服务器来实现。用户可通过键入服务器URL或IP地址的方式实现远程访问。在允许用户对家电设备进行监控之前，登录页面可以对用户进行认证。用户界面可以是基于图形用户界面（GUI）的，也可以是基于文本的，当然也可以是两者的结合。
GUI界面可以利用简单的HTML图标或带有“热点的”图片来接受命令。同时利用在浏览器中实现的脚本可以定期查询服务器获得最新状态信息。象基于短消息服务（SMS）的文本界面可以简化用手机等小形因特网设备实现的访问。与实现采用私有技术的远程控制设备相比，利用这些基于互联网的技术可以降低成本。同时，这样还更好地兼容来自不同生产商的设备。
由于芯片生产商提供高度集成的解决方案，因此实现这些网络解决方案变得更为容易。例如，只需要利用一枚带有集成以太网接口控制器的单片机就可以实现一个嵌入式以太网设备设计（见图2）。通常这种解决方案还免费提供了与硬件解决方案形成补充的TCP/IP堆栈。
此类网络解决方案的成本对大规模市场而言，将更为经济，因此我们相信会有更多的家电设备支持网络功能。当然，光凭一种网络连接解决方案是无法满足如此广泛的家电网络化应用要求的。事实上，以太网、HomePlug、Wi-Fi、ZigBee以及其他新兴技术相结合可以提供一种优化的综合解决方案。能远程监控家用电器，即提高了安全性，也节约了消费者的时间，让我们从费时的家务琐事中解脱出来，有更多的时间尽情享受生活乐趣。
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