在本系列文章的第一部分和第二部分中，我們討論了物聯網市場趨勢，探索了智能家居門鎖控制器，并通過示例實現研究了可穿戴設備應用。在第三部分中，我們將說明如何利用可穿戴實現與智能家居網絡進行交互。

通過可穿戴設備讓智能家居更智能

為了了解可穿戴設備與智能家居交互的一些方式，讓我們研究一些用例：

智能廚房：智能電器可以使對兒童有害的電器（即烤箱、爐灶、洗碗機）僅在父母附近（即父母的健身監(jiān)視器或電話在范圍內）運行時運行，從而防止事故發(fā)生。

智能車庫：自動車庫門不僅可以打開。當一個人接近車道或門時，可以觸發(fā)“I'm Home”功能，設置預先編程的功能序列，例如打開車道、車庫、走廊和廚房的燈。車庫門還可以調整家庭安全設置，解鎖內部車庫入口門，將房屋內的暖氣調節(jié)到預設溫度，并打開家庭音響系統開始播放音樂。

基于手勢的交互式控制：包括 9 軸運動感應的可穿戴設備可以確定用戶手腕的方向?？梢赃M一步處理此方向數據以檢測基于運動的手勢。此類手勢可用于控制節(jié)點。例如，當一個人靠近前門時，他或她可以平握手腕，指向門，順時針旋轉手腕以解鎖門或逆時針旋轉以鎖定門。

由于可穿戴設備中存在多個靜態(tài)BLE節(jié)點和可用的處理資源，因此可以在有用的精度范圍內對家庭中可穿戴設備用戶的位置進行三角測量。該位置以及來自 9 軸傳感器融合算法的偏航數據（方向）可以使用戶指向對象并與之交互。圖 6 顯示了用戶在多節(jié)點智能家居環(huán)境中通過指向燈泡與燈泡進行交互的示例。門鎖、燈泡和溫度節(jié)點，每個都有一個靜態(tài)位置，用于對可穿戴設備在房屋中的位置進行三角測量。偏航數據指示用戶指向的方向。手腕手勢可用于發(fā)送控制命令或以其他方式與所指向的節(jié)點進行交互。

數字6. 點和控制示例

PSoC 6 BLE具有最先進的安全功能、超低功耗規(guī)格、雙核架構和低功耗藍牙 4.2 無線電，適合可穿戴設備和智能家居設備。

為了能夠在智能家居和可穿戴設備之間實現這樣的交互功能，可穿戴設備需要具有靈活集成架構的嵌入式MCU。為了能夠與可穿戴設備中的許多傳感器接口，嵌入式MCU必須支持多種不同的標準數字和模擬接口。MCU可能還需要多個ADC進行信號采集和集成運算放大器，以減小元件和可穿戴設備外形尺寸。如果可穿戴設備支持電容式觸摸顯示屏，則需要傳感器和處理資源來實現各種觸摸組件，包括按鈕、滑塊和接近傳感器。圖7顯示了可穿戴設備可能需要的許多功能。

數字7. 適合與智能家居接口的可穿戴架構

此外，如前所述，雙核架構將使開發(fā)人員能夠提供足夠的處理能力，同時保持整體低功耗運行。圖 8 顯示了如何在低功耗內核 （Cortex-M0+） 和高性能內核 （Cortex-M4） 之間劃分函數的示例。

數字8. 低功耗內核（M0+）和高性能內核（M4）之間的功能劃分

低功耗運行和效率

低功耗對于通常由電池供電的可穿戴設備至關重要。嵌入式MCU需要支持多種工作模式，以使開發(fā)人員能夠優(yōu)化電源效率。除了極低的睡眠和休眠模式外，MCU還應該能夠動態(tài)調整內核電壓和頻率。

要了解動態(tài)電壓和頻率縮放如何節(jié)省大量功耗，請考慮指紋傳感器的示例。不使用指紋傳感器時，系統可以時鐘降至較低的頻率和電壓，例如 48 MHz 和 0.9 V （ULP） 內核操作。當指紋啟用并運行時，由指紋傳感器的“喚醒手指觸摸”中斷指示，系統時鐘到更高的頻率和電壓，以提供實時處理，大約為96 MHz和1.1 V內核操作。由于指紋操作并不頻繁，因此該器件大部分時間都以ULP模式運行，從而顯著降低了整體功耗（見圖9）。

數字9. PSoC 6 BLE – 電源管理示例

優(yōu)化電源效率的另一個例子是通過PMIC控制器的管理。例如，PSoC 6嵌入式MCU可以關閉向自身提供VDD的PMIC。PMIC 可通過按下開關機啟用。這消除了對外部控制PMIC的專用膠合邏輯的需求。在這種省電模式下，MCU幾乎不消耗電流，仍然可以保持時間。它也可以在需要時被喚醒。

安全

可穿戴設備和智能家居網絡之間的安全通信非常重要。安全性可以在嵌入式MCU中的許多級別實現：

BLE 安全性：嵌入式 MCU 需要支持 BLE 規(guī)范的最新安全更新，其中包括 LE 安全連接和鏈路層隱私。鏈路層隱私提供了一個可解析的私有地址，使黑客難以嗅探設備。

無線安全啟動 （OTA）：安全啟動可確保 MCU 僅執(zhí)行信任代碼。與無線連接可實現無線應用程序更新，并僅允許在設備中執(zhí)行受信任的代碼。

加密處理器：在硬件中處理加密方法可顯著簡化和加速復雜的安全算法，簡化開發(fā)并最大限度地減少 CPU 干預。

從外部存儲器即時解密：除了加密處理器外，嵌入式處理器還可以在串行存儲器接口上提供即時加密/解密。此功能極大地簡化了外部存儲器中加密代碼和數據的存儲，并提供了可靠的實施。

表1總結了可以在智能家電和可穿戴設備中實現的許多功能。

桌子1. 智能家電和可穿戴設備所需的功能

該系列涵蓋了智能家電/控制器和可穿戴設備設計的許多重要方面。借助雙核架構，開發(fā)人員可以提供實時分析傳感器數據所需的處理功能，同時以最高的能效管理實時系統任務。