电子技术的进步增强了消费者对在家庭中集成消费电子产品和增加自动化功能的渴望。不过，初始的智能家庭将是自动化系统而不是交互型智能系统。

预计到2011年家庭自动化市场的规模将达到850亿美元，远高于2005年的140亿美元(据2006年5月ABI Research的报告)。越来越多的公司正在发布从照明模块、遥控汽车起动器、车库门开门器到无线路由器等各种产品，这些产品是对各种家庭自动化接口标准(例如X10、Insteon和Z-Wave)的认可。如果家庭自动化市场要达到预计的快速增长，这些产品及其接口标准将是关键的因素。

图1：家庭自动化系统中的典型产品。

可编程逻辑器件开启智能家庭

幸运的是，可编程逻辑器件(PLD)能够支持所有的接口标准。可编程逻辑是作为快速修复的电子创可贴而诞生，通常称为“粘合逻辑”。最初，可编程逻辑器件帮助了无数设计工程师实现生产计划，通过加入一些简单的粘合逻辑来修复ASIC的缺陷，从而避免重新设计电路板的昂贵费用。

现场可编程门阵列(FPGA)PLD是桥接各种接口标准或提供微处理器接口的理想选择。此外，知识产权(IP)核提供预定义的接口标准，这些标准十分易于集成到FPGA中，从而缩短开发时间。例如，无线接口IP，802.11可以很容易地用于FPGA中。

对于任何系统设计而言，元器件成本通常都是一个关键因素，家庭自动化产品也是如此。现今的FPGA器件为设计工程师提供了低成本逻辑结构，并具有较好的性能。低成本FPGA器件提供的宽范围逻辑超过100,000LUT(4输入查找表)，并具有板上存储器、DSP和SERDES功能以应对许多复杂的设计。此外，可以使用低成本的微处理器IP软核来取代利用外部微处理器的高成本、传统实现方法。

图2(a)展示了一个采用家庭自动化协议的低成本、灵活桥接的实例。

图2(a)：一个家庭自动化网络的实例；图2(b)：设备控制器实例。

在图2(a)的家庭自动化系统例子中，各种家用设备都与插入到标准电源插座的本地设备控制器相连接。这些本地控制器将通过电力线通信协议(例如X10和Insteon)管理与家庭自动化系统网关之间的通信。其它装载Z-Wave协议的家用设备可通过低功率9.6kbps Z-Wave通信协议进行无线通信。在自动化系统网关的内部，FPGA被用来集成和桥接所有家庭通信接口，以及可实现互联网访问的802.11无线协议。

每个独立的本地设备控制器都使用复杂的可编程器件(CPLD)实现控制功能，并提供额外的逻辑以整合其它家务管理功能，例如设备状态管理(图2b)。

近期值得注意的家庭自动化应用是非常经济的遥控(Z-Wave)系统和通过互联网实现无线家庭监控。后者需要在家庭控制协议和以太网之间进行桥接。可以把以太网IP、软处理器和家庭网络协议应用层集成到一个FPGA上。最后得到一个小型、低成本的家庭控制桥接应用解决方案。

图3是一个多区域HVAC家庭自动化应用的例子。每个区域的温度调节装置与主温度调节装置通信，然后再与家庭自动化系统网关进行通信。这种方案允许通过互联网遥控独立的区域。该应用的核心是智能家庭温度调节装置。这个系统具有本地和远距离温度监控功能，以及可显示图像和视频信息的本地LCD。所有数字功能都嵌入在非易失的FPGA里，FPGA桥接所有家庭自动化通信标准。

一个HVAC家庭自动化系统的实现实例。

应对变化的标准

当接口标准改变时，FPGA固有的灵活性和重编程能力允许在单个平台上实现系统，这使得制造商能够利用相同的FPGA订购序号针对每个自动化系统网关模型选择功能(从最基本的到完整功能)。此外，FPGA制造商提供具有相同封装引脚的密度迁移功能，即在初始PCB设计中可容纳更多的逻辑，从而在系统需求改变时延长电子平台的寿命。这样能够简化库存并实现批量定价，从而节省开发、生产、服务和物流费用。

对消费电子产品的接受度和消费产品的增长催生了新的产业，并改变着那些已有的产业，同时也缩短了其它产品的寿命。汽车产业是从消费电子产品的快速发展中获益的其中之一。在过去的二十年里，汽车中的电子设备占总价格的百分比已经越来越大。车载电子设备的集成以及家庭自动化系统使得消费者的生活更加简单，而对设计工程师来说却是更加复杂。

目前已诞生了繁荣的智能家庭产业，可以为热衷于家庭自动化的消费者提供产品。每年都有越来越多的家庭自动化产品被引入，例如安全系统、家用设备、自动窗帘、灯控和家用视频及音频设备，可编程逻辑器件为所有这些产品提供了桥接解决方案。

创建智能家庭

智能家庭的最终目标是使居住者拥有完全控制家庭环境的能力。通过快速的网络连接，居住者能够遥控他们的住宅，监控所有室内活动，以及在世界任何地方开关家中的电灯或设备，等等。现在实现家庭自动化的步伐正在加快。类似Georgia Tech的Aware Home这样的学术研究将有助于交互式智能家庭成为现实。智能家庭将能够监控和记录每个人的日常活动，设置动作触发机制并记住个人的偏好，以便为每个居住者选择合适的家庭环境和设备(从室温、灯光强度到视频和音频)。

无论是今天的遥控家庭，或是将来的交互式智能家庭，可编程逻辑器件都是家庭自动化设计的理想选择。可编程逻辑为寻求改进家庭生活质量的产品的设计工程师提供可行的、灵活的解决方案。

作者：Trien Doan
莱迪思半导体公司

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