智能家居正在改變著我們的生活、工作和聯(lián)系方式。在每一個自動電燈開關、安全攝像頭和語音控制設備的背后，都有一個嵌入式系統(tǒng)在默默地支撐著系統(tǒng)的運轉。

智能家居中的嵌入式硬件是設備內執(zhí)行特定功能的專用計算機系統(tǒng)，它集成了微控制器、傳感器和通信接口等組件，整個系統(tǒng)通過中央集線器或智能手機遠程監(jiān)控和控制智能恒溫器、燈和安全攝像頭等設備，從而創(chuàng)建一個智能的家居互聯(lián)網絡。

在人工智能驅動的智能化浪潮中，數(shù)字助理的日益普及使智能家居技術更加直觀和便利，進一步刺激了消費者對智能家居的使用熱情。Grand view research在其近期市場分析報告中表示，2024年全球智能家居市場規(guī)模為1,278億美元，在接下來的五年里將出現(xiàn)快速的增長，2025年至2030年將以復合年增長率為27.0%的速度高速發(fā)展，預計到2030年將達到5,372.7億美元的規(guī)模。面對一個與民生密切相關且發(fā)展?jié)摿薮蟮男袠I(yè)，欲進入智能家居行業(yè)的工程師人數(shù)不斷攀升。

2026年智能家居行業(yè)六大趨勢

在智能家居系統(tǒng)的強力支撐下，未來的智能家居空間將由集成化、個性化和智能化來定義。結合當下的前沿技術發(fā)展，我們認為下面六大行業(yè)趨勢將成為重塑未來互聯(lián)生活的創(chuàng)新點。

人工智能將成為下一代智能家居的關鍵驅動力

人工智能正在超越簡單的自動化，生成式人工智能（GenAI）系統(tǒng)將學習用戶行為，以自動優(yōu)化設備功能。由人工智能驅動的電器可以預測人類的需求，智能技術將實時適應個人偏好，從而調整設置以提高舒適度和效率。如睡眠追蹤器、晝夜節(jié)律照明和智能空氣質量監(jiān)測儀等設備將成為標準配置；新的基于人工智能的營養(yǎng)助手也可能出現(xiàn)，與智能冰箱和廚房電器集成，根據(jù)飲食需求、保質期和健康目標建議食譜。人工智能驅動的個性化將為智能家居注入新的活力。

健康將成為智能家居設計的核心焦點

在人口老齡化和人們不斷增強的健康意識的雙重推動下，2025年到2030年，家庭醫(yī)療保健領域預計將出現(xiàn)超過32%的復合年增長率。智能家居技術可以幫助人們實現(xiàn)健康監(jiān)測、緊急情況報警以及日常護理等任務。跌倒檢測傳感器、遠程健康監(jiān)測和智能藥物提醒等設備將越來越受歡迎。

智能家居將成為統(tǒng)一的智能生態(tài)系統(tǒng)

沿用多年的、離散的智能家居系統(tǒng)將成為過去式，取而代之的是統(tǒng)一的智能家居生態(tài)系統(tǒng)。Matter標準正在獲得越來越多的關注，所有家居互聯(lián)設備將無縫協(xié)作，從而極大地改善并增強整體智能家居體驗。

預測性維護開始進入智能家居系統(tǒng)

預測性維護系統(tǒng)不再是工業(yè)界的專利，智能家居系統(tǒng)也將引入這一概念。面部識別、運動感應以及與應急響應服務的集成正在成為常態(tài)。未來的智能家居系統(tǒng)甚至可以通過分析歷史數(shù)據(jù)和行為模式來預測并提前消除隱藏的安全漏洞。這些進步可以將家庭安全從被動服務轉變?yōu)榫哂袃戎脤崟r警報和緊急觸發(fā)器的預防性人工智能解決方案。

手勢和語音將成為智能家居的主要控制接口

語音和手勢控制能極大地簡化用戶的操作，使之輕松自然地與智能家居系統(tǒng)進行交互。除此之外，增強現(xiàn)實（AR）和虛擬現(xiàn)實（VR）也將進入家庭，這些技術將重新定義我們與生活空間的互動方式和管理智能家居設備的方式。

多模態(tài)威脅檢測助力家庭安保和安全一體化的實現(xiàn)

安全和門禁在2024年以超過29%的大份額主導了整個智能家居市場。接下來，多模態(tài)威脅檢測將讓家庭安保和安全走向一體化。智能房間傳感器網絡創(chuàng)建了全面的安全生態(tài)系統(tǒng)，遠遠超出了傳統(tǒng)的報警系統(tǒng)。

用于人體存在檢測的紅外運動傳感、基于聲學模式分析的玻璃破裂識別、通過磁性接觸傳感器監(jiān)控門窗以及環(huán)境危害檢測，包括煙霧和一氧化碳等，現(xiàn)代安全傳感器結合了多種檢測方法，全方位保障家庭的安全。

此外，智能安全傳感器在響應之前首先會分析上下文，而不是對每個檢測到的事件立即觸發(fā)警報。在緊急情況下，傳感器網絡可以協(xié)調多個系統(tǒng)的響應，如火災傳感器會自動解鎖智能鎖，打開通道照明，并向緊急服務發(fā)送特定位置的信息，同時通過移動應用程序提醒房主。

智能家居嵌入式系統(tǒng)中的核心組件

智能家居嵌入式系統(tǒng)通常由微控制器/微處理器、傳感器、通信接口、內存等核心組件構成。其中，微控制器和微處理器擔任設備的“大腦”，運行專用軟件來執(zhí)行任務。傳感器用來檢測環(huán)境變化或用戶輸入，如收集運動、溫度或氣體泄漏等信息，并將數(shù)據(jù)發(fā)送到中央智能家居中心或控制器。集線器或控制器則使用這些信息執(zhí)行預編程操作，例如打開燈、調節(jié)恒溫器或鎖上門等。這些硬件和軟件共同構成了智能家居系統(tǒng)“感覺”→決定→行動”的循環(huán)。

在嵌入式系統(tǒng)中，連接和通信協(xié)議同樣是重要的一環(huán)。在智能家居的世界里，連接就是一切。設備通過各種通信協(xié)議相互通信并響應命令，常見的例子包括Wi-Fi、藍牙特別是低功耗藍牙（BLE）、Zigbee、Z-Wave等通信系統(tǒng)。我們要從何處入手才能為智能傳感器選擇一種適合的無線協(xié)議以及對應的通信模塊呢？對于智能傳感器的設計師來說，下面這些信息可以幫助你做出準確的判斷：

Wi-Fi：其優(yōu)點是帶寬高，但功耗同樣也很高。Wi-Fi具有高度的通用性和廣泛的支持，這使其適用于各種智能家居設備，尤其是攝像頭和環(huán)境監(jiān)視器等數(shù)據(jù)豐富的傳感器。但Wi-Fi會干擾在不同頻率上運行的其他設備，墻壁或家具等障礙物也會影響信號強度和覆蓋范圍。此外，與低功耗協(xié)議相比，Wi-Fi的高功耗使其不太適合電池供電的智能家居設備。

Zigbee/Z-Wave：超低功耗特性使其成為電池供電傳感器的理想選擇。因具有網狀網功能，可在整個大家庭中擴展范圍。該協(xié)議在設備之間建立了可靠的通信，但不太適合有重大物理障礙的大型家庭和空間。如果你打算開發(fā)智能照明或恒溫器，可以使用它。

藍牙和BLE：電池供電智能家居設備的首選通信協(xié)議，可實現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸，并支持設備間的直接通信。雖然藍牙和BLE非常適合低功耗應用，但不適用于需要廣泛覆蓋或高數(shù)據(jù)傳輸速率的設備，原因是它的短程特性限制了在用戶家中的覆蓋范圍。如果開發(fā)智能鎖、智能燈泡等，可以使用藍牙和BLE。

Thread/Matter：Thread確保了智能家居系統(tǒng)的可擴展性，允許將設備無縫添加到網絡中，適用于電池供電的設備。與Wi-Fi或Zigbee等協(xié)議相比，Thread設備的可用性相對有限。Matter是一種新興的標準，可在不同的通信協(xié)議之間建立通信，解決了智能家居生態(tài)系統(tǒng)中設備的兼容性問題。例如，如果你有一個燈泡和一個來自不同制造商的智能恒溫器，Matter可以實現(xiàn)它們之間的數(shù)據(jù)傳輸，用戶可以通過一個應用程序控制他們的Matter設備。需要注意的是，若要將Matter用于智能家居設備，相應的產品或模塊需獲得連接標準聯(lián)盟（CSA）的認證。

智能家居必備的6個智能傳感器

智能家居傳感器是一種智能設備，它們充當著系統(tǒng)的眼睛和耳朵，監(jiān)測和應對生活空間內的各種條件和變化，目標是讓我們的生活更輕松、更安全、更高效。得益于住宅和商業(yè)環(huán)境中加速的數(shù)字化轉型浪潮，以及消費者對智能互聯(lián)生活空間日益增長的需求，智能家居傳感器正在經歷范式的轉變，同時迎來了市場的快速發(fā)展。根據(jù)Market Intelo的市場情報，2024年全球智能家居傳感器市場規(guī)模約為64億美元，接下來的10年將以14.2%的強勁復合年增長率增長，預計到2033年將達到213億美元。

智能傳感器代表了傳統(tǒng)檢測設備的重大進步。與簡單地報告原始數(shù)據(jù)的基本傳感器不同，這些智能組件能在本地處理信息，與其他設備進行無線通信，并根據(jù)編程參數(shù)做出自主決策。目前，無線連接約占新智能家居傳感器安裝的72%以上。Wi-Fi、Zigbee、Z-Wave和BLE等技術可實現(xiàn)傳感器與中央集線器或云平臺之間穩(wěn)健、低延遲的通信。有線傳感器雖然在某些高安全性或傳統(tǒng)環(huán)境中仍具有競爭力，但總體趨勢是將逐漸被無線傳感器所取代。

接下來，讓我們一起來看看智能家居中必須重點關注的6種智能傳感器。

1、溫度控制與氣候管理傳感器

這些傳感器安裝在智能恒溫器等設備中，用戶可以從任何地方控制家里的溫度。這些設備還可以利用AI技術來分析和學習用戶的日常習慣和偏好，先進的算法使傳感器能夠從歷史數(shù)據(jù)和用戶行為的學習中為用戶選擇并設置舒適的溫度。借助地理圍欄技術，在感知用戶的手機位置后，可在用戶到達之前為家預熱或制冷。

一個值得注意的趨勢是，溫度傳感器技術正變得越來越復雜，已從簡單的恒溫控制發(fā)展到預測性氣候管理系統(tǒng)，可同時測量多個大氣變量，包括高精度環(huán)境溫度檢測、影響舒適度和空氣質量的相對濕度水平、表明天氣模式變化的氣壓變化、室內空氣質量評價中的二氧化碳濃度等。

2、光傳感器

自動照明控制是傳感器集成明顯的好處之一，但該技術遠遠超出了簡單的開和關。智能照明傳感器在調整照明時要考慮多種因素，包括：通過光電傳感器檢測自然光水平、通過運動和存在檢測確定占用狀態(tài)，為家庭創(chuàng)建一個自適應照明系統(tǒng)。在能源效率方面，這些傳感器可實現(xiàn)復雜的能源管理策略，在舒適性和效率之間取得平衡。

3、運動傳感器

運動傳感器采用不同的技術、人工智能甚至攝像頭來區(qū)分人類、寵物和環(huán)境變化。這項技術使用戶免受誤報的困擾，可提供更準確的警報。同時，用戶還能自定義活動區(qū)域選項，而不是將家中所有區(qū)域都列為同等的監(jiān)控水平，將監(jiān)控重點放在更敏感的區(qū)域。一些智能運動傳感器還提供了雙向音頻選項，此功能允許用戶與觸發(fā)該動作的人交談，為家庭安全增加了一個保障。此外，運動傳感器還可以與其他設備比如光傳感器聯(lián)動，當用戶走進房間時，燈會自動打開。

4、門窗傳感器

門窗傳感器是保證安全和節(jié)約能源的有效方法，它們是家庭的第一道防線。每當用戶忘記鎖門窗或有人試圖闖入時，這些傳感器都會向用戶的智能手機發(fā)送實時警報。如果連接到智能燈，這些傳感器會在有人進出時自動打開和關閉燈。

5、門鈴傳感器

智能視頻門鈴通常配備有攝像頭，它們可以讓用戶通過視頻流看到訪客、送貨員或入侵者。大多數(shù)門鈴傳感器也提供雙向音頻功能，用戶可與另一端的任何人進行通信。即使不在家中，也可以通過智能手機應用程序收到提醒，隨時了解來訪的是何人。當然，門鈴傳感器也可以連接到報警器、攝像頭等其他智能設備上，增強家庭防護。

6、煙霧/CO傳感器

火災對家庭具有毀滅性的破壞力，一提到它，人們就會不寒而栗。煙霧探測器一直是家庭的第一道防火線?，F(xiàn)代的智能煙霧/CO傳感器在功能上更是超越了傳統(tǒng)的煙霧傳感器，這些探測器不僅可以探測煙霧，還可以檢測房間中的一氧化碳（CO）含量。一氧化碳是一種無色無味的氣體，但對人來說卻是致命的物質，傳感器能在它上升到危險濃度之前檢測出來。一些智能煙霧傳感器還具有監(jiān)測房間空氣質量的能力，可以連續(xù)不停地檢查灰塵和花粉含量，甚至其他污染。有了煙霧/CO傳感器，我們可以隨時家中的空氣質量，并據(jù)此啟動空氣凈化裝置。

在實際應用中，一個傳感器在單個外殼內通常包含多個檢測單元，它們可以跟蹤溫度、濕度、空氣質量和光照水平，識別人體存在和運動模式等，甚至內置連接模塊，通過Wi-Fi、Zigbee等協(xié)議實現(xiàn)無線通信。這些智能傳感器內置的處理能力使其能夠過濾噪聲，通過模式識別并觸發(fā)適當?shù)捻憫?，無需完全依賴中央控制系統(tǒng)。

據(jù)MarketsandMarkets的數(shù)據(jù)，到2026年，智能傳感器市場預計將以19%的復合年增長率增長，成為極賺錢的智能家居細分市場。

快速搭建智能家居解決方案

面對高速成長的市場，想要快速搭建起符合市場預期、滿足消費者需求的智能家居解決方案，需要創(chuàng)新的嵌入式技術和產品提供支撐。

Matter是智能家居行業(yè)的一項重要標準，可實現(xiàn)設備、移動應用程序和云服務之間的無縫通信，加速互聯(lián)設備的采用。Matter 1.5中集成了基于NFC的入門功能，是對智能家居體驗的及時增強。

STMicroelectronics的ST25DA-C安全NFC芯片是支持Matter1.5新發(fā)布增強功能的產品，簡化了Matter設備的整體架構，為設備制造商提供了開發(fā)下一代智能家居產品的商業(yè)解決方案。ST25DA-C芯片允許用戶通過點擊手機，一步到位地將照明、門禁、安全攝像頭或任何物聯(lián)網設備添加到家庭網絡中。

圖：ST25DA-C安全NFC芯片簡化了Matter設備架構（圖源：STMicroelectronics）

在智能家居系統(tǒng)中，能耗是一個敏感話題，有效延長智能傳感器的電池壽命取決于許多方面，如發(fā)射功率、接收器靈敏度、數(shù)據(jù)速率、范圍、節(jié)點數(shù)量和電池容量等。

Silicon Labs的無線產品SiWx917 Wi-Fi 6 + BLE 5.4無線SoC是該公司Wi-Fi 6設備系列中具有極低功耗的產品，非常適合使用Wi-Fi、BLE、Matter和IP網絡進行安全云連接的超低功耗物聯(lián)網無線設備，也是開發(fā)需要延長電池壽命的電池供電設備的極佳選擇。

SiWx917 SoC包括一個超低功耗Wi-Fi 6 Plus BLE 5.4無線CPU子系統(tǒng)和一個集成微控制器（MCU）應用子系統(tǒng)，以及安全、外圍設備和電源管理子系統(tǒng)，所有這些都在一個7mm x 7mm的QFN封裝中。其中，無線子系統(tǒng)包括一個運行頻率高達160MHz的多線程處理器、基帶數(shù)字信號處理、模擬前端、2.4GHz射頻收發(fā)器和集成功率放大器。應用子系統(tǒng)包含一個運行頻率高達180MHz的Arm Cortex-M4F、嵌入式SRAM、FLASH、AI/ML加速器和增強的PSA-L2可認證安全引擎，為嵌入式系統(tǒng)在智能家居中的應用提供了一個集成的解決方案。

圖：SiWx917 Wi-Fi 6 + BLE 5.4無線SoC系統(tǒng)框圖（圖源：Silicon Labs）

本文小結

智能家居系統(tǒng)有效地改善了我們的日常生活，增強了家中的安全性，提高了能源效率，為家庭成員提供了更大的生活便利性和對家中環(huán)境的控制能力。通過利用智能家居自動化系統(tǒng)中傳感器的優(yōu)勢，我們可以創(chuàng)造一個無縫和智能的生活環(huán)境。

智能家居代表的不僅僅是便利和舒適這么簡單，在技術上它更是推動了嵌入式產品的快速迭代和創(chuàng)新。每一個傳感器、硬件電路和代碼都有助于實現(xiàn)家居生活的智能化。對于設計工程師來說，智能家居是一個創(chuàng)新能力與美好生活相互促進、頗具發(fā)展前景的行業(yè)，掌握并充分利用所學的嵌入式系統(tǒng)知識，工程師不僅進一步精進了技術，同時也在親手打造我們未來的智能生活。