智能家居中的传感器：科技带来舒适、健康和便利

作者:艾迈斯半导体 Tom Griffiths  来源:中国电子商情

发布时间:2019-08-05

新技术产品的早期用户常常发现，随着每个新“智能”产品进入家中，他们不得不学习新的控制指令，并找地方收纳新的遥控器。“智能”电视、“智能”机顶盒和“智能”多房间音频中心都具备最新的互联网连接功能，但它们也使智能家居变得更为复杂。

用户需要真正“智能”和安全的技术：智能产品能够自动了解用户的喜好，并在几乎不需要用户操作的情况下控制家居设备。如果智能家居系统配备了传感器并连接到云应用中，将为包括照明、采暖通风、门窗和家用电器等设备提供更好的本地控制环境和系统功能，以个性化、自动化的方式满足每位用户的需求和喜好。目前，人们最熟悉的具备学习技术的家居设备是Nest learning Thermostat设备，其根据用户的喜好学习和调整的方式为“智能”产品树立了典范。

对于智能家居技术而言，这一愿景比一大堆遥控器更具吸引力。随着传感器芯片（半导体）技术的不断发展，智能家居的各类操作都实现了自动化智能控制，而无需新增控制盒、控制器或电器。作为消费产品传感器芯片制造商，艾迈斯半导体对智能家居技术的未来以及传感器在未来智能家居中的部署方式有着独特的认识。

更加舒适和健康
过去50年来，半导体行业在降低成本的同时，以更小的尺寸封装了更多功能，取得了令人瞩目的成就。任何使用过不同时代个人计算机或手机的人都体验过这一发展过程（参见图1）。

图1 上世纪80年代初生产的Osbourne办公电脑，旁边是Apple  iPhone 设备。这款手机的计算能力大约是这台旧电脑的500倍，内存是这台旧电脑的16000倍（图片来源：Casey Fleser）

行业的飞速发展也影响着半导体行业的各个领域，包括智能家居的传感器芯片。如今的传感器比以往任何时候都更小、更精确，而且内部集成了更多智能技术。例如，艾迈斯半导体ENS210环境传感器可以测量温度和相对湿度，而芯片尺寸只有2mm x 2mm。类似地，CCS811是一款3mm x 4mm的气体传感器，通过测量挥发性有机物的相对浓度来测量空气质量（参见图2），而集成了颜色传感器的完整智能照明管理芯片尺寸仅为4.5mm x 4.7mm。

图2  CCS811空气质量传感器（右图）的占用面积只有12mm2。最左边的银色元器件是标准USB连接器

如果将传感器嵌入家居产品，可以实现更多种类的家居控制，这在过去是不可想象的。目前，许多家用自动供暖/空调控制仅依靠单个位置的温度传感器（恒温器）。但是，影响人们舒适度的因素不仅有温度，湿度和室内空气质量（包括空气的新鲜程度）等，其他因素也有很大影响。人们有不同的需求或喜好，因此单独调节每个房间的环境因素设置，才能为所有人提供更舒适的居家生活。

小型、低成本传感器使这一功能成为可能
在Nest Learning恒温器产品中，随着时间的推移，控制设置逐渐变得更加自动化和个性化，恒温器具备名副其实的“学习能力”（参见图3）。之所以能做到这一点，是因为它通过互联网连接到云中运行的强大Nest软件算法。同样，家中各位置环境传感器的输出也可通过宽带路由器传输到云中应用，使各房间的传感器阵列“学习”每个用户的喜好。

智能供暖和通风系统可以为儿童卧室提供更凉爽、干燥的空气，而使同一屋檐下的年迈祖父母享受更温暖、更湿润的电视房。用户携带的智能手机加上遍布全家的位置跟踪信标，可以检测出谁在哪个空间。也可将最新智能手机使用的人脸识别或语音识别技术，用于自动检测每个空间内的用户身份。

图3  Nest Learning恒温控制器（图片来源：Robert Basic）

与云连接的家居传感器还能带来其他益处。例如，Google Assistant和Apple Siri虚拟个人助理凭借强大的云计算实现了智能自然语音功能。现在可以使用虚拟助手对家居设备进行语音控制，如调暗灯光或将温度提高一度。要实现可靠的用户语音检测，复杂的微型音频传感技术必不可少，艾迈斯半导体等制造商也参与了技术的开发。

语音技术并不是家居设备使用的唯一便利技术。想象一下，将具有接近传感功能（在手机靠近用户脸部时关闭手机显示屏）的红外线传感器，用于灯具的自动开关和调光；或将摄像头自动对焦功能用于手势识别，以支持手势识别软件。

先进传感器应置于何处
因此，新型传感器可以将智能家庭打造为更舒适、更便捷的空间，带来健康的生活方式。恒温器体积小巧，几乎可以安装在任何现有的家用设备或电器中，是一种理想的选择。

然而，新一代智能照明更有可能成为新型智能家居的“连接传感器中枢”。作为传感器中枢，联网照明具备三大重要优势：

• 连接持续电源，无需担心电池更换问题
• 容易准确感知空气、气体、温度和湿度，以及人的存在、手势和声音
• 内置连接和智能技术，便于支持附加传感功能，而无需为独立传感器模块添加重复的网络和微处理器电源

因此，未来的智能照明很可能成为环保数字智能家居的新中枢，为不同空间的每位用户提供自动化舒适体验和便捷的个性化设置。

中枢功能由智能传感器实现，比如艾迈斯半导体AS722x智能照明管理系列。例如，AS7221是一种可调白光照明系统片上控制器，支持便捷的网络接口，如Wi-Fi、Zigbee、Bluetooth Mesh等网络，能处理0～10V调光信号，并支持在相同灯具中安装上述的艾迈斯半导体ENS210和CCS811等环境传感器。网络连接提供了与云的连接，复杂应用可根据多个传感器输入进行决策，并将决策传输到相应设备，如暖气/通风和照明设备。对于照明部分，AS7221内置的智能技术将自动执行必要的调整，以满足云控制的目标。

因此，实现智能家居新型联网传感功能的元器件已经出现。用户、安装人员和承包商可以期待在不久的将来，照明和其他类型设备制造商将推出集成新型传感功能的智能产品。

概述
新技术产品的早期用户常常发现，随着每个新“智能”产品进入家中，他们不得不学习新的控制指令，并找地方收纳新的遥控器。

智能技术不一定出现这一问题。例如，Nest Learning Thermostat®设备就为智能产品树立了榜样，能够自动了解用户的喜好，并在几乎不需要用户操作的情况下控制家居设备。如果智能家居系统配备了传感器并连接到云中应用，将为包括照明、采暖通风、门窗和家用电器等设备提供更好的本地控制环境和系统功能，以个性化、自动化的方式满足每位用户的需求和喜好。

对于智能家居技术而言，这一愿景比一大堆遥控器更具吸引力。随着传感器芯片（半导体）技术的不断发展，智能家居的各类操作都实现了自动化智能控制，而无需新增控制盒、控制器或电器。作为消费产品传感器芯片制造商，艾迈斯半导体对智能家居技术的未来有着独特的认识。本文介绍了艾迈斯半导体如何在未来的智能家居中部署传感器。