何利用可穿戴实现与智能家居网络进行交互

在本系列文章的第一部分和第二部分中，我们讨论了物联网市场趋势，探索了智能家居门锁控制器，并通过示例实现研究了可穿戴设备应用。在第三部分中，我们将说明如何利用可穿戴实现与智能家居网络进行交互。

通过可穿戴设备让智能家居更智能

为了了解可穿戴设备与智能家居交互的一些方式，让我们研究一些用例：

智能厨房：智能电器可以使对儿童有害的电器（即烤箱、炉灶、洗碗机）仅在父母附近（即父母的健身监视器或电话在范围内）运行时运行，从而防止事故发生。

智能车库：自动车库门不仅可以打开。当一个人接近车道或门时，可以触发“I'm Home”功能，设置预先编程的功能序列，例如打开车道、车库、走廊和厨房的灯。车库门还可以调整家庭安全设置，解锁内部车库入口门，将房屋内的暖气调节到预设温度，并打开家庭音响系统开始播放音乐。

基于手势的交互式控制：包括 9 轴运动感应的可穿戴设备可以确定用户手腕的方向。可以进一步处理此方向数据以检测基于运动的手势。此类手势可用于控制节点。例如，当一个人靠近前门时，他或她可以平握手腕，指向门，顺时针旋转手腕以解锁门或逆时针旋转以锁定门。

由于可穿戴设备中存在多个静态BLE节点和可用的处理资源，因此可以在有用的精度范围内对家庭中可穿戴设备用户的位置进行三角测量。该位置以及来自 9 轴传感器融合算法的偏航数据（方向）可以使用户指向对象并与之交互。图 6 显示了用户在多节点智能家居环境中通过指向灯泡与灯泡进行交互的示例。门锁、灯泡和温度节点，每个都有一个静态位置，用于对可穿戴设备在房屋中的位置进行三角测量。偏航数据指示用户指向的方向。手腕手势可用于发送控制命令或以其他方式与所指向的节点进行交互。

数字6. 点和控制示例

PSoC 6 BLE具有最先进的安全功能、超低功耗规格、双核架构和低功耗蓝牙 4.2 无线电，适合可穿戴设备和智能家居设备。

为了能够在智能家居和可穿戴设备之间实现这样的交互功能，可穿戴设备需要具有灵活集成架构的嵌入式MCU。为了能够与可穿戴设备中的许多传感器接口，嵌入式MCU必须支持多种不同的标准数字和模拟接口。MCU可能还需要多个ADC进行信号采集和集成运算放大器，以减小元件和可穿戴设备外形尺寸。如果可穿戴设备支持电容式触摸显示屏，则需要传感器和处理资源来实现各种触摸组件，包括按钮、滑块和接近传感器。图7显示了可穿戴设备可能需要的许多功能。

数字7. 适合与智能家居接口的可穿戴架构

此外，如前所述，双核架构将使开发人员能够提供足够的处理能力，同时保持整体低功耗运行。图 8 显示了如何在低功耗内核 （Cortex-M0+） 和高性能内核 （Cortex-M4） 之间划分函数的示例。

数字8. 低功耗内核（M0+）和高性能内核（M4）之间的功能划分

低功耗运行和效率

低功耗对于通常由电池供电的可穿戴设备至关重要。嵌入式MCU需要支持多种工作模式，以使开发人员能够优化电源效率。除了极低的睡眠和休眠模式外，MCU还应该能够动态调整内核电压和频率。

要了解动态电压和频率缩放如何节省大量功耗，请考虑指纹传感器的示例。不使用指纹传感器时，系统可以时钟降至较低的频率和电压，例如 48 MHz 和 0.9 V （ULP） 内核操作。当指纹启用并运行时，由指纹传感器的“唤醒手指触摸”中断指示，系统时钟到更高的频率和电压，以提供实时处理，大约为96 MHz和1.1 V内核操作。由于指纹操作并不频繁，因此该器件大部分时间都以ULP模式运行，从而显著降低了整体功耗（见图9）。

数字9. PSoC 6 BLE – 电源管理示例

优化电源效率的另一个例子是通过PMIC控制器的管理。例如，PSoC 6嵌入式MCU可以关闭向自身提供VDD的PMIC。PMIC 可通过按下开关机启用。这消除了对外部控制PMIC的专用胶合逻辑的需求。在这种省电模式下，MCU几乎不消耗电流，仍然可以保持时间。它也可以在需要时被唤醒。

安全

可穿戴设备和智能家居网络之间的安全通信非常重要。安全性可以在嵌入式MCU中的许多级别实现：

BLE 安全性：嵌入式 MCU 需要支持 BLE 规范的最新安全更新，其中包括 LE 安全连接和链路层隐私。链路层隐私提供了一个可解析的私有地址，使黑客难以嗅探设备。

无线安全启动 （OTA）：安全启动可确保 MCU 仅执行信任代码。与无线连接可实现无线应用程序更新，并仅允许在设备中执行受信任的代码。

加密处理器：在硬件中处理加密方法可显著简化和加速复杂的安全算法，简化开发并最大限度地减少 CPU 干预。

从外部存储器即时解密：除了加密处理器外，嵌入式处理器还可以在串行存储器接口上提供即时加密/解密。此功能极大地简化了外部存储器中加密代码和数据的存储，并提供了可靠的实施。

表1总结了可以在智能家电和可穿戴设备中实现的许多功能。

桌子1. 智能家电和可穿戴设备所需的功能

物联网要求	功能/实现	智能家居	耐磨
安全	通过片上加密处理器提供个人数据的安全存储和传输 通过安全启动过程实现可编程硬件和固件的安全无线 （OTA） 升级	必须有	好有可无
始终开启或低功耗	超低泄漏架构可在不牺牲性能的情况下实现“始终在线”应用 动态电压和频率调节可实现性能和功耗关键型处理	好有可无	必须有
灵活性和集成性	双核 MCU 架构，可在不牺牲性能的情况下实现“始终在线”应用 电容式传感技术可实现复杂的用户界面 可编程模拟模块，包括运算放大器、DAC和差分ADC 易于使用、固件可配置的外设	好有可无	必须有
无线连接	集成的 BLE 无线电和免版税 BLE 协议栈，具有增强的安全性、隐私性和吞吐量	必须有	必须有

该系列涵盖了智能家电/控制器和可穿戴设备设计的许多重要方面。借助双核架构，开发人员可以提供实时分析传感器数据所需的处理功能，同时以最高的能效管理实时系统任务。