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智慧家庭的使用範例刺激MCU的成長

  • 洪千惠
華碩智慧管家(ASUS SmartHome Gateway)支援Amazon的Alexa的功能。ASUS

DIGITIMES企劃

驅動MCU發展的動力在於關鍵應用的發展,物聯網、工業4.0與智慧家庭三大應用領域將持續引領未來的成長,新興的技術如人工智慧、機器學習、自動駕駛的要求,也會更大幅度的推動產業的變革,對晶片性能的要求越來越高。

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Silicon Labs的網狀網路的應用,示範智慧家庭的應用。Silicon Labs

NXP使用不同的MPU晶片做為Amazon與Google的語音助理的參考設計。NXP

對MCU廠商來說,除了需要考慮到更多橫向擴充方面的要求,包進不同的無線通信模組或是IP到晶片中之外,遇到超出MCU功能所能承擔的新應用時,部分的MCU大廠則會選擇使用微處理器(MPU)晶片的整合來因應,這也是因為看到ARM的A5、A7核心的MPU產品的價格與省電效能逐漸接近MCU的晶片,所以善用MPU和 MCU的核心技術,可以充分發揮在軟體環境上分享共用的開發工具與資源的優勢,有效縮短產品開發的過程,畢竟ARM架構下的應用愈來愈廣泛,這個由軟體來決定價值,由軟體趨動與定義一切的時代,完整的軟體開發往往決定產品的成敗。

以下三個應用範例,提供一些產業界發展的重要縮影。

語音助理協助智慧家庭的普及應用

四大語音助理的平台,包含Amazon的Alexa、Google Assistant (Google Home)、Apple Siri (HomeKit)以及Microsoft Cortana,吸引媒體的大量報導。最具指標性的事件就是2017年初的CES Show,Amazon根本沒有參展,但是大會的光環幾乎被內建Amazon語音助理Alexa產品給完全壟罩,實在是用語音來控制或是這種獨樹一格的使用者體驗太吸引人,這個趨勢仍持續發酵中,市場上醞釀著新一波的改變。

以市面上已經可以買得到Amazon的Echo裝置來說,使用者只要說「Alexa, Turn on the light」,系統就會從使用者預先設定schema sample utterances file,經過辨識解析之後,再產生連結至AWS雲端平台,就可以啟動而點亮家中的LED燈,最後以Alexa回答使用者成功點亮LED的語音訊息,做為結束。

這個使用情境需要在語音助理裝置中,佈署特定的應用設計,包含主要的MPU(Micro Processing Unit,微處理器)做為主要控制單元,裝置的前端需要陣列式麥克風收音,也需要有喇叭輸出做為聲音裝置,接著後面直接連到雲端的連網晶片。

以NXP所提供的參考設計為例,使用NXP的i.MX 6UL的MPU晶片,前端聲音輸入部分因為與陣列式麥克風的連接,除了配置ADC(類比數位訊號轉換器),以及AEC(Acoustic Echo Cancellation)的回音消除晶片,以維持清晰的自然對話品質,並擁有環境噪音抑制的效果,增加使用者體驗。

展望下一個重點就是包括中文在內的語言支持的問題,何時語音助理可以開始講中文呢?部分的答案都是放在這些網路巨擘2018年的計劃中,但是就像教老外講中文一樣,挑戰畢竟不小,讓人期待,當然也怕受傷害。

智慧家庭IoT閘道器的地位益顯重要

IoT閘道器(IoT Gateway)是智慧家庭的中控台,是各式各樣的智慧家庭裝置間的資料溝通與控制的核心角色,早期在數位家庭(Digital Home)的時代,因為各種不同數位內容的多樣式來源,充斥著來自於DVD、PC,甚至是數位相機與攝影機,這些來自各種高傳真時代的數位資產,需要一個閘道器來負責承接或是轉換,才能在電視或是不同的播放裝置上呈現於使用者的眼前。

但是隨著雲端服務的盛行,各種網路媒體與數位內容都整合到雲端平台,從雲端下載的數位串流資料,已經可以在各式各樣的行動裝置中播放,媒體產業與雲端平台供應商的戰火,早就遍及大小新聞頻道與市場研究報告之中,所以閘道器裝置的地位,也跟隨著做了不同的改變。

隨著智慧家庭的發展,更多不同的雲端平台、無線通訊協定,以及家庭感測器、安全監控攝影機等裝置,都需要透過IoT閘道器與你手上的智慧型手機App來連接,以便於進行控制,再加上2017年開始竄升的語音助理的裝置問世,利用語音來做不同的家用裝置的智慧型控制,智慧型IoT閘道器所扮演的角色,於是更是水漲船高。

以華碩的智慧家庭產品線上的智慧管家(ASUS SmartHome Gateway)為例,其支援Amazon的Alexa的功能,圖中的使用者,只要對著Amazon的Echo裝置說「Alexa, Turn on the kitchen light」,雲端平台解析了語音指令後,會連接到華碩智慧管家,再一舉點亮廚房的LED燈,類似的語音助理的整合,會在市場上看到更多的應用,下一階段的整合將聚焦於大數據分析的技術,後續的應用則更有可觀的服務,等待新的使用者典範,來為每一個人的智慧家庭點亮智慧的火炬。

無線網狀網路打造智慧照明與智慧電錶的使用典範與應用情境

無線網狀網路(Wireless Mesh Network)在智慧家庭的應用,已經是智慧裝置之間控制的重要技術,這種使用動態路由的方式,在網路節點間傳遞控制指令,可以視為是一種點對點的架構,由於在網狀拓蹼架構中允許使用「跳躍」方式形成新的訊號傳遞路徑,做為當網路中有某節點失效或無法服務時的應變,保持每個節點間的連線完整,而將訊息送達到目的裝置的技術。

對於使用者體驗要求特別高的家庭應用場景,其所展現的連網技術的韌性,獲得使用者的認可,這種類似網路自我修復與調整的連網機制,即使在網路處於過於忙碌而導致節點無法服務的狀況時,網路還是可以正常運作,因而形成一個高度可信賴的網路架構,贏得家庭使用者的高度推崇。

無線網狀網路,尤其以ZigBee的網狀網路最為常見,參加這次微控器論壇的Silicon Labs就是一家具備指標性的晶片供應商,在網狀網路中,所有節點都可與拓撲中所有節點進行連線,而形成一個「區域網路」,但通常以非移動式裝置為主,今年特別火紅發燙的智慧照明裝置,就是一個重要的典範案例,大都是使用ZigBee的網狀網路所建立,是智慧家庭應用的一個重要推手。

除了智慧家庭的應用之外,部分城市已經發展出使用ZigBee的網狀網路在智慧電錶或是水錶上,這些電錶可以一個串接著一個傳送其刻度讀數,直到智慧電網上的資料擷取節點上,因此可以大量節省需要抄表人員爬上爬下,當年上窮碧落下黃泉才拿得到的抄表數據,以後可以省事一點了。