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(gè)自動(dòng)電燈開關(guān)、安全攝像頭和語音控制設(shè)備的背后，都有一個(gè)嵌入式系統(tǒng)在默默地支撐著系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。

智能家居中的嵌入式硬件是設(shè)備內(nèi)執(zhí)行特定功能的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它集成了微控制器、傳感器和通信接口等組件，整個(gè)系統(tǒng)通過中央集線器或智能手機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控和控制智能恒溫器、燈和安全攝像頭等設(shè)備，從而創(chuàng)建一個(gè)智能的家居互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。

在人工智能驅(qū)動(dòng)的智能化浪潮中，數(shù)字助理的日益普及使智能家居技術(shù)更加直觀和便利，進(jìn)一步刺激了消費(fèi)者對(duì)智能家居的使用熱情。Grand view research在其近期市場(chǎng)分析報(bào)告中表示，2024年全球智能家居市場(chǎng)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(fù)合年增長率為27.0%的速度高速發(fā)展，預(yù)計(jì)到2030年將達(dá)到5,372.7億美元的規(guī)模。面對(duì)一個(gè)與民生密切相關(guān)且發(fā)展?jié)摿薮蟮男袠I(yè)，欲進(jìn)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(shì)

在智能家居系統(tǒng)的強(qiáng)力支撐下，未來的智能家居空間將由集成化、個(gè)性化和智能化來定義。結(jié)合當(dāng)下的前沿技術(shù)發(fā)展，我們認(rèn)為下面六大行業(yè)趨勢(shì)將成為重塑未來互聯(lián)生活的創(chuàng)新點(diǎn)。

人工智能將成為下一代智能家居的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力

人工智能正在超越簡(jiǎn)單的自動(dòng)化，生成式人工智能（GenAI）系統(tǒng)將學(xué)習(xí)用戶行為，以自動(dòng)優(yōu)化設(shè)備功能。由人工智能驅(qū)動(dòng)的電器可以預(yù)測(cè)人類的需求，智能技術(shù)將實(shí)時(shí)適應(yīng)個(gè)人偏好，從而調(diào)整設(shè)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(zhì)量監(jiān)測(cè)儀等設(shè)備將成為標(biāo)準(zhǔn)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(zhì)期和健康目標(biāo)建議食譜。人工智能驅(qū)動(dòng)的個(gè)性化將為智能家居注入新的活力。

健康將成為智能家居設(shè)計(jì)的核心焦點(diǎn)

在人口老齡化和人們不斷增強(qiáng)的健康意識(shí)的雙重推動(dòng)下，2025年到2030年，家庭醫(yī)療保健領(lǐng)域預(yù)計(jì)將出現(xiàn)超過32%的復(fù)合年增長率。智能家居技術(shù)可以幫助人們實(shí)現(xiàn)健康監(jiān)測(cè)、緊急情況報(bào)警以及日常護(hù)理等任務(wù)。跌倒檢測(cè)傳感器、遠(yuǎn)程健康監(jiān)測(cè)和智能藥物提醒等設(shè)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(biāo)準(zhǔn)正在獲得越來越多的關(guān)注，所有家居互聯(lián)設(shè)備將無縫協(xié)作，從而極大地改善并增強(qiáng)整體智能家居體驗(yàn)。

預(yù)測(cè)性維護(hù)開始進(jìn)入智能家居系統(tǒng)

預(yù)測(cè)性維護(hù)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(shí)別、運(yùn)動(dòng)感應(yīng)以及與應(yīng)急響應(yīng)服務(wù)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(yù)測(cè)并提前消除隱藏的安全漏洞。這些進(jìn)步可以將家庭安全從被動(dòng)服務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂袃?nèi)置實(shí)時(shí)警報(bào)和緊急觸發(fā)器的預(yù)防性人工智能解決方案。

手勢(shì)和語音將成為智能家居的主要控制接口

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

多模態(tài)威脅檢測(cè)助力家庭安保和安全一體化的實(shí)現(xiàn)

安全和門禁在2024年以超過29%的大份額主導(dǎo)了整個(gè)智能家居市場(chǎng)。接下來，多模態(tài)威脅檢測(cè)將讓家庭安保和安全走向一體化。智能房間傳感器網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建了全面的安全生態(tài)系統(tǒng)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了傳統(tǒng)的報(bào)警系統(tǒng)。

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

此外，智能安全傳感器在響應(yīng)之前首先會(huì)分析上下文，而不是對(duì)每個(gè)檢測(cè)到的事件立即觸發(fā)警報(bào)。在緊急情況下，傳感器網(wǎng)絡(luò)可以協(xié)調(diào)多個(gè)系統(tǒng)的響應(yīng)，如火災(zāi)傳感器會(huì)自動(dòng)解鎖智能鎖，打開通道照明，并向緊急服務(wù)發(fā)送特定位置的信息，同時(shí)通過移動(dòng)應(yīng)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(nèi)存等核心組件構(gòu)成。其中，微控制器和微處理器擔(dān)任設(shè)備的“大腦”，運(yùn)行專用軟件來執(zhí)行任務(wù)。傳感器用來檢測(cè)環(huán)境變化或用戶輸入，如收集運(yùn)動(dòng)、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(yù)編程操作，例如打開燈、調(diào)節(jié)恒溫器或鎖上門等。這些硬件和軟件共同構(gòu)成了智能家居系統(tǒng)“感覺”→決定→行動(dòng)”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(shè)備通過各種通信協(xié)議相互通信并響應(yīng)命令，常見的例子包括Wi-Fi、藍(lán)牙特別是低功耗藍(lán)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(duì)應(yīng)的通信模塊呢？對(duì)于智能傳感器的設(shè)計(jì)師來說，下面這些信息可以幫助你做出準(zhǔn)確的判斷：

Wi-Fi：其優(yōu)點(diǎn)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(shè)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(huì)干擾在不同頻率上運(yùn)行的其他設(shè)備，墻壁或家具等障礙物也會(huì)影響信號(hào)強(qiáng)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(shè)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(wǎng)狀網(wǎng)功能，可在整個(gè)大家庭中擴(kuò)展范圍。該協(xié)議在設(shè)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(lán)牙和BLE：電池供電智能家居設(shè)備的首選通信協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸，并支持設(shè)備間的直接通信。雖然藍(lán)牙和BLE非常適合低功耗應(yīng)用，但不適用于需要廣泛覆蓋或高數(shù)據(jù)傳輸速率的設(shè)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(lán)牙和BLE。

Thread/Matter：Thread確保了智能家居系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，允許將設(shè)備無縫添加到網(wǎng)絡(luò)中，適用于電池供電的設(shè)備。與Wi-Fi或Zigbee等協(xié)議相比，Thread設(shè)備的可用性相對(duì)有限。Matter是一種新興的標(biāo)準(zhǔn)，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(shè)備的兼容性問題。例如，如果你有一個(gè)燈泡和一個(gè)來自不同制造商的智能恒溫器，Matter可以實(shí)現(xiàn)它們之間的數(shù)據(jù)傳輸，用戶可以通過一個(gè)應(yīng)用程序控制他們的Matter設(shè)備。需要注意的是，若要將Matter用于智能家居設(shè)備，相應(yīng)的產(chǎn)品或模塊需獲得連接標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟（CSA）的認(rèn)證。

智能家居必備的6個(gè)智能傳感器

智能家居傳感器是一種智能設(shè)備，它們充當(dāng)著系統(tǒng)的眼睛和耳朵，監(jiān)測(cè)和應(yīng)對(duì)生活空間內(nèi)的各種條件和變化，目標(biāo)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(zhuǎn)型浪潮，以及消費(fèi)者對(duì)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(jīng)歷范式的轉(zhuǎn)變，同時(shí)迎來了市場(chǎng)的快速發(fā)展。根據(jù)Market Intelo的市場(chǎng)情報(bào)，2024年全球智能家居傳感器市場(chǎng)規(guī)模約為64億美元，接下來的10年將以14.2%的強(qiáng)勁復(fù)合年增長率增長，預(yù)計(jì)到2033年將達(dá)到213億美元。

智能傳感器代表了傳統(tǒng)檢測(cè)設(shè)備的重大進(jìn)步。與簡(jiǎn)單地報(bào)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(shè)備進(jìn)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(shù)可實(shí)現(xiàn)傳感器與中央集線器或云平臺(tái)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(jìng)爭(zhēng)力，但總體趨勢(shì)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(diǎn)關(guān)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(shè)備中，用戶可以從任何地方控制家里的溫度。這些設(shè)備還可以利用AI技術(shù)來分析和學(xué)習(xí)用戶的日常習(xí)慣和偏好，先進(jìn)的算法使傳感器能夠從歷史數(shù)據(jù)和用戶行為的學(xué)習(xí)中為用戶選擇并設(shè)置舒適的溫度。借助地理圍欄技術(shù)，在感知用戶的手機(jī)位置后，可在用戶到達(dá)之前為家預(yù)熱或制冷。

一個(gè)值得注意的趨勢(shì)是，溫度傳感器技術(shù)正變得越來越復(fù)雜，已從簡(jiǎn)單的恒溫控制發(fā)展到預(yù)測(cè)性氣候管理系統(tǒng)，可同時(shí)測(cè)量多個(gè)大氣變量，包括高精度環(huán)境溫度檢測(cè)、影響舒適度和空氣質(zhì)量的相對(duì)濕度水平、表明天氣模式變化的氣壓變化、室內(nèi)空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)中的二氧化碳濃度等。

2、光傳感器

自動(dòng)照明控制是傳感器集成明顯的好處之一，但該技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了簡(jiǎn)單的開和關(guān)。智能照明傳感器在調(diào)整照明時(shí)要考慮多種因素，包括：通過光電傳感器檢測(cè)自然光水平、通過運(yùn)動(dòng)和存在檢測(cè)確定占用狀態(tài)，為家庭創(chuàng)建一個(gè)自適應(yīng)照明系統(tǒng)。在能源效率方面，這些傳感器可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的能源管理策略，在舒適性和效率之間取得平衡。

3、運(yùn)動(dòng)傳感器

運(yùn)動(dòng)傳感器采用不同的技術(shù)、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(xiàng)技術(shù)使用戶免受誤報(bào)的困擾，可提供更準(zhǔn)確的警報(bào)。同時(shí)，用戶還能自定義活動(dòng)區(qū)域選項(xiàng)，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(diǎn)放在更敏感的區(qū)域。一些智能運(yùn)動(dòng)傳感器還提供了雙向音頻選項(xiàng)，此功能允許用戶與觸發(fā)該動(dòng)作的人交談，為家庭安全增加了一個(gè)保障。此外，運(yùn)動(dòng)傳感器還可以與其他設(shè)備比如光傳感器聯(lián)動(dòng)，當(dāng)用戶走進(jìn)房間時(shí)，燈會(huì)自動(dòng)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(dāng)用戶忘記鎖門窗或有人試圖闖入時(shí)，這些傳感器都會(huì)向用戶的智能手機(jī)發(fā)送實(shí)時(shí)警報(bào)。如果連接到智能燈，這些傳感器會(huì)在有人進(jìn)出時(shí)自動(dòng)打開和關(guān)閉燈。

5、門鈴傳感器

智能視頻門鈴?fù)ǔＥ鋫溆袛z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(jìn)行通信。即使不在家中，也可以通過智能手機(jī)應(yīng)用程序收到提醒，隨時(shí)了解來訪的是何人。當(dāng)然，門鈴傳感器也可以連接到報(bào)警器、攝像頭等其他智能設(shè)備上，增強(qiáng)家庭防護(hù)。

6、煙霧/CO傳感器

火災(zāi)對(duì)家庭具有毀滅性的破壞力，一提到它，人們就會(huì)不寒而栗。煙霧探測(cè)器一直是家庭的第一道防火線。現(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(cè)器不僅可以探測(cè)煙霧，還可以檢測(cè)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(duì)人來說卻是致命的物質(zhì)，傳感器能在它上升到危險(xiǎn)濃度之前檢測(cè)出來。一些智能煙霧傳感器還具有監(jiān)測(cè)房間空氣質(zhì)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(shí)家中的空氣質(zhì)量，并據(jù)此啟動(dòng)空氣凈化裝置。

在實(shí)際應(yīng)用中，一個(gè)傳感器在單個(gè)外殼內(nèi)通常包含多個(gè)檢測(cè)單元，它們可以跟蹤溫度、濕度、空氣質(zhì)量和光照水平，識(shí)別人體存在和運(yùn)動(dòng)模式等，甚至內(nèi)置連接模塊，通過Wi-Fi、Zigbee等協(xié)議實(shí)現(xiàn)無線通信。這些智能傳感器內(nèi)置的處理能力使其能夠過濾噪聲，通過模式識(shí)別并觸發(fā)適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)，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(chǎng)預(yù)計(jì)將以19%的復(fù)合年增長率增長，成為極賺錢的智能家居細(xì)分市場(chǎng)。

快速搭建智能家居解決方案

面對(duì)高速成長的市場(chǎng)，想要快速搭建起符合市場(chǎng)預(yù)期、滿足消費(fèi)者需求的智能家居解決方案，需要?jiǎng)?chuàng)新的嵌入式技術(shù)和產(chǎn)品提供支撐。

Matter是智能家居行業(yè)的一項(xiàng)重要標(biāo)準(zhǔn)，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備、移動(dòng)應(yīng)用程序和云服務(wù)之間的無縫通信，加速互聯(lián)設(shè)備的采用。Matter 1.5中集成了基于NFC的入門功能，是對(duì)智能家居體驗(yàn)的及時(shí)增強(qiáng)。

STMicroelectronics的ST25DA-C安全NFC芯片是支持Matter1.5新發(fā)布增強(qiáng)功能的產(chǎn)品，簡(jiǎn)化了Matter設(shè)備的整體架構(gòu)，為設(shè)備制造商提供了開發(fā)下一代智能家居產(chǎn)品的商業(yè)解決方案。ST25DA-C芯片允許用戶通過點(diǎn)擊手機(jī)，一步到位地將照明、門禁、安全攝像頭或任何物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備添加到家庭網(wǎng)絡(luò)中。

圖：ST25DA-C安全NFC芯片簡(jiǎn)化了Matter設(shè)備架構(gòu)（圖源：STMicroelectronics）

在智能家居系統(tǒng)中，能耗是一個(gè)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(diǎn)數(shù)量和電池容量等。

Silicon Labs的無線產(chǎn)品SiWx917 Wi-Fi 6 + BLE 5.4無線SoC是該公司W(wǎng)i-Fi 6設(shè)備系列中具有極低功耗的產(chǎn)品，非常適合使用Wi-Fi、BLE、Matter和IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行安全云連接的超低功耗物聯(lián)網(wǎng)無線設(shè)備，也是開發(fā)需要延長電池壽命的電池供電設(shè)備的極佳選擇。

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

智能家居系統(tǒng)有效地改善了我們的日常生活，增強(qiáng)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(duì)家中環(huán)境的控制能力。通過利用智能家居自動(dòng)化系統(tǒng)中傳感器的優(yōu)勢(shì)，我們可以創(chuàng)造一個(gè)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(jiǎn)單，在技術(shù)上它更是推動(dòng)了嵌入式產(chǎn)品的快速迭代和創(chuàng)新。每一個(gè)傳感器、硬件電路和代碼都有助于實(shí)現(xiàn)家居生活的智能化。對(duì)于設(shè)計(jì)工程師來說，智能家居是一個(gè)創(chuàng)新能力與美好生活相互促進(jìn)、頗具發(fā)展前景的行業(yè)，掌握并充分利用所學(xué)的嵌入式系統(tǒng)知識(shí)，工程師不僅進(jìn)一步精進(jìn)了技術(shù)，同時(shí)也在親手打造我們未來的智能生活。