为什么电控制器是家电智能进化的核心关键？

现代社会生活已离不开电控制器的辅助。各种各样的电控制器改变了我们的生活方式，节约了人力和时间。

GB/T 14536.1-2008《家用和类似用途电自动控制器  第1部分：通用要求》中给出了“电控制器”的定义：在设备内或与设备连用的，用于改变设备输出的装置，它包括激励、传输和操作三个部分，其中至少有一个部分是电的或电子的。

依据上述定义，电控制器囊括的范围很广，可以如纽扣大小嵌装在器具中，也可独立作为一个设备，控制其它器具；可以是简单的机械式结构，也可以是接入网络的一套复杂控制系统。

随着技术进步，控制器成为了是新型云计算、物联网、新一代人工智能等新技术领域的最核心支撑部件，是各项新技术的实现基础。它可以对各类传感器采集到的信息以及云端大数据进行分析；各类语音识别、图像识别的处理模块可搭载在控制器上以增强用户体验；无线通讯模组在发挥远程控制便捷性的同时，也需要控制器提供信息安全、网络安全的保障。

因此，家电的智能化问题归根结底是控制器的发展问题。

在终端消费市场，得益于新型电控制器的应用，各类新款电器得以创建新的智能行为模型和开发新的算法，提供更多智能化的服务。相较于传统将状态变量与受控系统中可用的传感器测量值联系起来的数学关系模型，具有非线性、连续和可微激活函数的前馈网络具有通用逼近能力的深度强化学习已经显示出其控制复杂系统的能力。

电控制器行业处于整机行业上游，直接影响着整个整机行业的发展，具有至关重要的基础性作用。但是家电零部件及元器件重要性长期被低估，偏重于重视家电产品整机的技术要求，导致国内家电相关产业在零部件基础技术话语权上一直不强。

随着近年ICT技术的迅猛发展，电控制器产业处于“由小变大、由弱变强，带动提升”的前夜，期待整饬新篇：加强标准引领，坚持问题导向，以标准化战略涤荡市场，以标准带动和促进业务发展、质量提升，提高产品利润率、创新能力、市场竞争力和品牌影响力！

SAC/TC 212 全国家用自动控制器标准化技术委员会持续推进电控制器标准化工作，欢迎产业链上专家积极参与标准化工作。

部分在研国家标准：

• 《智能语音控制器通用安全技术要求》
• 《带有远程操作功能的家用和类似用途电器自动控制器的安全要求》
• 《家用和类似用途电自动控制器空中下载（OTA）技术要求》
• 《家用和类似用途制冷器具电脑程序控制器》

部分在研行业标准：

• 《家用和类似用途智能温度敏感控制器技术要求》

部分在研团体标准：

• 《智能家电用接触式位移传感器》
• 《废弃食物处理器用过热过流保护器》
• 《多功能单端金属管状电热元件》
• 《电热水器用电子阳极控制系统》
• 《可组态编程网络控制器技术规范》
• 《可组态编程网络控制器局域网扩展总线CAN-EB通讯技术规范》

另有多个工作组正在招新，欢迎参与建设：

• SAC/TC 212 WG7无尾家用电器智能控制技术工作组
• SAC/TC 212 WG10传感器工作组
• SAC/TC 212 WG11直流控制器工作组
• SAC/TC 212 WG12电动代步工具用控制器工作组

有意参与相关项目的专家，可以在省创公众号后台留下联系方式或将意向项目名称发送到info@gdsmarthome.org.cn，将有工作人员与您联系。

语音识别技术的发展与展望

01
发展历史

语音识别（Automatic Speech Recognition，为ASR）是一项融合了数学与统计学、声学与语言学、计算机与人工智能等基础学科的前沿技术，是人机自然交互技术中的关键环节。语音识别最早可以追溯到1952年，发展到现在2022年，经历了不断的演进和发展，下图简单说明了发展的 几个阶段。

02
近十年发展

随着2009年深度学习技术尤其是DNN的兴起，语音识别精准率得到了显著提升，语音识别进入产业落地蓬勃发展的阶段，在过去的10多年中，大量的语音识别设备被生产和制造出来，进入到 大家日常生活中，下图简单说明了过去十年的一些发展历程。

03
展望

展望语音识别的发展，个人认为肯定是会越来越广泛的，以后主要的发展趋势展望如下：

• 对语音识别的关键指标例如字准确率关注会转移，而对于语意理解、情绪理解、知识理解、技能及动作的准确度要求会提升。 
• 对语音识别的理解将从语音识别能做什么能达到什么目标从而转化到，哪些人在哪些场景下会使用到语音识别，也就是主要从研究技术性能转化为研究用户对于技术性能的需求。 
• 语音识别模型将越来越细分，从使用领域，到使用场景，最终到使用用户。
• 使用方式将更多的往离在线方式发展，主功能离线，从而减少延迟，提升用户体验，而对于更智能的决策方面的功能，更多的在云端，或者在智能中控端。
• 语音发展将进入一个润物细无声的发展阶段，蓦然回首，生活周围基本都是带语音的设备和应用。

智能家居互联互通协议Matter简介

2019 年 12 月，Zigbee 联盟（现更名为CSA，即连接标准联盟）启动了一个名为Project Connected Home over IP (CHIP) 的新工作组，该工作组致力于提高跨平台间智能家电的互操作性，建立安全可靠的智能家居互联互通标准协议，得到了苹果、谷歌、亚马逊、三星等200家机构的支持。

2021年5月11日，CHIP项目改名为Matter。

Matter虽是一个全新的品牌形象，但其初衷不变。

Matter规范基于IP协议实现包括物联网嵌入系统、手机应用程序、云端服务等之间的互联互通。不但简化了各种智能设备的商业开发路径也降低终端消费者的上手难度，比如一个支持Matter协议的台灯可同时接入Amazon Alexa、Google Home、Apple HomeKit等平台。

工作组发展目标：

• 易用性：易于购买和使用，简化互联体验；
• 互操作性：跨品牌设备互联互通，提供更大的兼容性；
• 安全性：保持安全连接；
• 灵活性：用户可以轻松地同时使用多个生态系统设置和控制他们的设备；
• 低功耗：协议支持资源受限设备，如MCU。

Matter协议定义了将部署在设备和控制器上的应用层以及支持的基于 IPv6 的网络，以帮助实现互操作性架构目标。

Matter首个规范将基于现有的网络技术如以太网（802.3）、WIFI（802.11）、Thread（802.15.4）运行，并且支持低功耗蓝牙（BLE）以简化设备调试和设置。

Matter开发指引

1、选择基于IP的网络技术，如WIFI、Thread

• 经过WIFI或Thread认证的终端设备，如需支持低功耗蓝牙，请确保所选设备支持蓝牙；
• Raspberry-Pi或BeagleBoard开发板；
• 如果设备需要mesh组网无线连接且对能耗敏感，建议选择Thread技术；如果没有功耗限制且希望实现最大限度多设备连接，WIFI技术无疑是最佳选择。

2、设置Matter开发环境

• Linux开发环境；
• 安卓蓝牙调试助手（官方代码仓库已提供）。

3、运行示例代码

• 示例设备包括灯开关、门锁、窗帘等可参考开发；
• 提供测试工具用以测试Matter项目。

Matter项目时间线

• 2019.12.18 CHIP工作组成立
• 2020.01.09 在CES 2020国际消费电子展上，来自立达信、南京物联、云丁和绿米联创的代表齐聚一堂共同签署协议，声明他们对CHIP项目的参与和支持
• 2021.05.11 CHIP更名为Matter，功能完善的Matter规范基本得到Matter工作组的批准，该版本规范可为工作组成员提供协议定义以构建开源实现和测试规范。
• 2021.05.18 谷歌I/O大会上，谷歌宣布安卓和Google Nest设备将支持Matter协议。
• 2021.06 官方称已有30多款产品已通过单设备一致性测试，下一步将开展Matter规范产品群协同测试。
• 2022上半年 计划发布SDK并推出第一批认证产品及官方认证规程。

2022年物联网突破奖（IoT Breakthrough A…

近日，IoT Breakthrough发布了2022年物联网突破奖IoT Breakthrough Awards的获奖榜单。

这照常又是一个雨露均沾的榜单，奖项达到100余个。不过对于正蓬勃发展的物联网产业来说，每年推出的新产品汗牛充栋，这些奖项也只能管中窥豹。

本期，我们从中攫取了数项有代表性的奖项以飨读者。

Connected Home Innovation of the Year
年度互联家居创新奖

该奖项颁给了Veego公司。

Veego是一家提供基于 SaaS 的人工智能技术公司，其提供的APP可对在家中运行的应用程序和设备进行分类，以提供有关客户体验质量的实时信息。

Veego的APP是第一个提供“能够允许家庭用户自行纠正家庭互联网问题”的解决方案，同时为电信公司/ISP提供了一种无缝传输非基础设施问题的方法，以便用户能够按需解决这些问题。该APP提供的非技术性家庭互联网解决方案，可以获得实时状态和家庭设备的预测状态，并主动改善网络体验。

与供应商通常向家庭用户提供的简单速度测试相比，这款APP提供了对互联网服务质量的了解。用户可以直接从其移动设备查看连接的家庭网络以及所有网络组件和活动设备的运行状况。通过双击任何显示的设备或组件，用户可以获得有关性能的信息：无论是来自云应用程序，、CSP服务，Wi-Fi网络，还是最终用户设备。该APP确定了体验质量问题的实际来源，消除了向服务提供商的客户服务部门打客服电话的需要。该应用程序还预测网络质量，使用户能够在重要活动（如游戏比赛或视频会议）之前检查并调整家庭网络。

Veego公司提供的产品可以生成大量新数据，这些数据可以为家庭网络提供大量有价值的信息，包括深入了解客户体验、互联网使用、性能、趋势等。

Smart Thermostat of the Year
年度智能温控器奖

该奖项颁发给了Sinopé Technologies公司的用于电加热的智能 Wi-Fi 温控器 (TH1123WF)。

除了地理围栏、时间表和场景外，这款温控器还使用智能算法优化能源消耗、舒适度和节能。有了它，消费者现在可以在提高舒适度的同时获得最佳的节能效果。同时，电力公司可以更轻松地更好地管理用电峰谷需求。它通过远程控制踢脚线加热器、对流器、辐射加热器等等各类空气调节产品，调整设备开关、降低能耗和跟踪能源消耗。

该温控器可以与HomeKit、SmartThings、Siri、Alexa 和 Google Assistant等管理平台和语音助手兼容，并提供详细的应用程序内图表，显示室外温度以及消费金额和电力消耗，以帮助家庭实时跟踪他们的用量。此外，它还能完全锁定手动控制或使用应用程序通过手动控制锁定特定温度。通过激活这些设置，房东即使在出租他们的房产时也可以避免高额的能源费用。

Sinopé Technologies 是加拿大最大的住宅领域智能设备制造商。它专注于打造智能设备和能源管理解决方案已有十余年。

Smart Appliance Product of the Year
年度智能家电产品奖

该奖项颁给了iQSTEL, Inc.旗下的物联网子公司IoT Labs。

IoTLabs面向各类企业提供物联网解决方案，可以提供快速原型设计，如通讯、物联网和区块链等产品和服务，并在产品设计完成后协助快速实施。

本次获奖的IoT Smart Tank号称是世界上第一个适用于任何行业的智能储罐适配器，可以将任何化学、液体或气体工业储罐转变为具有活动状态报告的安全物联网设备和平台。其提供的技术能让用户轻松收集各类数据，从而实现资产跟踪和数据分析，以最大限度地提高成本和效率。

Voice Activated Assist Product of the Year
年度语音激活辅助产品

该奖项颁发给了JOSH.ai公司。

Josh的自然语言交互的语音产品包括了多个组件：

Josh Core ——充当智能家居的大脑

带有两个 VoiceLink 输出的中控系统，可同时向安装了 Josh Nanos 或 Josh Micros 的家庭区域提供语音反馈，可扩展支持多达百个的外部设备。

Josh Nano——极致小巧的麦克风

仅3mm厚度的小巧设计，可以安装于房间的任何位置，方便进行语音控制。其不会明显占用空间，从而融入日常生活。

Josh Micro——带有触控功能的智能音箱

配有有定位感知功能，能够依此区分控制不同区域的设备。它还配备了远场麦克风阵列，实现较远距离交互；并有触敏开关，能够进行功能自定义；还可根据语音命令进行触控功能变化，比如当说“打开灯”时，触摸拨盘自动转换为调光器，而说“播放一些音乐”时，则变成音量控制。

物联网物联网代表了我们在多个行业见证的数字化转型的重要和关键部分。在全球范围内，与物联网相关的软件和硬件支出预计将快速增长，从 2019 年的 7260 亿美元增长到2023年的1.1万亿美元。

智能家居已经存在多年了，不再像过去那样处于炒作或预期阶段，现在已经确定进入主流消费者、商业和工业用途。虽然它仍有很大的发展空间，但智能家居已在很大程度上摆脱了最初的新奇阶段。2022 年，智能家居将朝着成熟迈出新的一步。

关于物联网突破奖
About IoT Breakthrough Awards

作为全球技术领先的市场情报和认可平台Tech Breakthrough的一部分，物联网突破奖致力于表彰在物联网技术、服务、公司和产品方面的卓越表现。该奖项的使命是表彰卓越并认可物联网公司、技术和产品的创造力、辛勤工作和成功。物联网突破奖为公众认可物联网公司和产品在互联家庭和家庭自动化、互联汽车、工业物联网和智能城市、消费者物联网等类别中的成就提供了一个平台。本届物联网突破奖是第六届，来自世界各地的参赛项目达到3850项。

三向融合（The Trivergence）：区块链、人工智能…

前言

智能家电作为人工智能和物联网的重要落地领域，正愈发显示出重要战略价值。同时，区块链的作用持续被开发出来，其特殊属性正不断颠覆传统的技术架构。广东省智能家电创新中心致力于推动这些技术融合，为家电产业打开一扇新的大门。

什么是Trivergence

数字时代的第一个时代跨越了大型计算机、小型计算机、个人计算机、传真、互联网、移动性、万维网、社交媒体、移动网络、云和大数据的崛起。

我们现在正在迈进第二个时代，即数字技术渗透到一切和每一个事务中。我们都熟悉机器学习、机器人技术、无人机、加密货币、分布式账本、5G、增材制造、虚拟现实和合成生物学等创新如何重塑社会和经济格局。而人工智能、区块链和物联网这三者的融合则是此等创新的基础，我们可以称之为三向融合（Trivergence）。

物联网（IoT, Internet of Things）

物联网描述了日常物品和物理世界与互联网间不断增长的连接。无线传感器和智能设备的激增催生了一个无缝计算网络，将地球上的每个生物和无生命物体连接到全球万物互联。现在的物联网应用范围很广，从普通的日常事务（如您可以通过冰箱从京东平台订购牛奶）到新事务（如联网血糖监测仪可以提醒糖尿病患者服用胰岛素，同时通过数据传播医生可以实时监测病人的身体状况）。

 人工智能（AI, Artificial Intelligence）

人工智能描述了计算机执行模拟人类智能方式做出反应的能力，包括识别复杂模式所需的视觉感知以及从海量数据集中得出推论的处理能力，并提出建议供人类在决策中考虑。在技术以指数级速度进步的推动下，人工智能系统已经超越了大容量、低复杂性的数据管理和分析，以执行越来越多的非常规和复杂的过程，这些过程传统上需要与人类认知相关的独特模式识别能力。例如，越来越复杂的语音识别、自然语言理解和图像分类系统正在使计算机能够执行基于信息的任务，如行政支持、基本信息代理、简单的软件编码，甚至是有版可依的法律工作。

 区块链（Blockchain）  

区块链是支撑加密货币革命的分布式账本技术。人们可以使用区块链进行更多操作，而不仅仅是记录加密交易。分布式账本可以以安全、私密和点对点的方式存储、管理和交换任何有价值的东西，如金钱、证券、知识产权、契约和合同、音乐、选票和个人数据。我们获得信任不一定是通过银行、证券交易所或信用卡公司等中介机构，也可以通过密码学、大规模协作和一些巧妙的代码获取。简而言之，区块链软件将交易记录聚合成批量或“块”的数据、链接和时间戳，并将这些聚合到链中，从而根据需要提供具有无限隐私或透明度级别的不可变交易记录。

Trivergence在现实世界的体现

物联网将创造普适计算时代，数十亿人、数万亿设备和无数分布式自治组织（DAOs）连接到互联网。添加区块链后，互联的人、设备和组织可以做的远不止交流沟通，还可以进行交易、创造市场及增添信任。在此基础上再添加人工智能，我们可以分析和理解这种连接产生的海量数据集。在良性治理下，我们可以利用这种力量做出更好的决策，并采取更好的行动来维持地球。

 移动开放区块链计划联盟（MOBI, Mobility Open Blockchain Initiative）   

MOBI是一个非营利性的国际智能出行联盟，全球最大规模汽车区块链技术联盟组织。MOBI致力于使用区块链、物联网、人工智能和其他相关技术，使交通更加高效、经济实惠、环保绿色、安全和顺畅。在世界上许多最大的汽车制造商（如宝马、通用、福特等）、汽车零部件制造商（如德国博世、采埃孚等）、及区块链相关机构（如埃森哲、IBM、Consensys等）的支持下，MOBI重点关注简单的基于区块链的标准，通过促进车对车和车辆对基础设施通信和支付的安全协议来简化移动交易。

为解决与停车费、收费公路计费和其他路边服务相关的问题。2019年，MOBI召集雷诺、宝马、通用、本田和福特汽车等五家主要汽车制造商，开始对基于区块链的车辆识别系统进行现场测试，该系统将使司机能够自动支付高速公路通行费和停车费。

随着时间的推移，地球上几乎每个有生命和无生命的物体都会生成数据，分布式账本记录并保护这些数据，人工智能分析数据，与物体通信，提醒其所有者并不断调整和提高经济效率及其对环境影响的可持续性。这种三向融合所带来的的新商业模式开始颠覆许多行业，并为未来几十年的经济创新提供平台。这第二个时代对每个企业、政府和个人，以及技术战略、架构和领导能力都有重大影响。

  总  结 

省创在成立后一直致力于推动ICT领域的相关技术落地智能家电产业，例如文中提及的语音识别与交互技术，目前省创已联合智能家电行业上下游企业、高等院校、科研院所、检测机构、行业协会和其他相关组织组建了智能家电产业技术创新联合体，携手推动智能家电业的高质量发展和增创竞争新优势。

欢迎更多产业链上下游企业参与到联合体建设中！

软件定义硬件时代（下）：操作系统与裸机开发模式对比

裸机开发模式

裸机开发时通常把程序分为两个部分：前台系统和后台系统。
后台系统包含一个无限循环的大循环，循环中调用API函数完成所需的操作。
前台系统通过若干个中断服务程序用于处理系统的异步事件。
一般地，前台是中断级，后台是任务级。

基于操作系统的开发模式

使用操作系统设计程序时，RTOS的内核负责管理所有的任务，内核决定了运行哪个任务，何时停止当前任务切换到其他任务，这个是内核的多任务管理能力。

多任务管理给人的感觉就好像芯片有多个CPU，多任务管理实现了CPU资源的最大化利用，多任务管理有助于实现程序的模块化开发，能够实现复杂的实时应用。

以下从并发性、模块化、实时性、代码复用性、组件丰富性五个方面对裸机开发与RTOS开发模式进行对比。

• 并发性
  裸机开发：在写裸机软件时，不可避免的在主程序中会有一个超级大的 while(1) 循环，这里面几乎包含整个项目的所有业务逻辑。因为每个业务逻辑里面都会有 delay 这样的循环等待函数，这样导致了所有的业务逻辑几乎都是串行起来工作的。这个时候 CPU 就会有很多时间都浪费在了延时函数里，一直在空转，导致软件的并发效率差。
  基于OS开发：各个线程在使用delay/事件等待这类函数时，会自动的让出 CPU 给其他有需要的线程，不仅书写 delay 延时函数省时省力，整个 CPU 的利用率也得到了提高，最终提升并发性。
• 模块化
  裸机开发：从软件工程的角度，开发时都会强调高内聚、低耦合的原则。裸机的模块化开发难度非常大，模块间的耦合较重。还是刚才 main 函数中大 while(1) 的例子，许多功能都紧紧的挤在一个函数里，不可拆分，模块化开发困难重重。再举一个贴切的例子，在使用看门狗的项目中，如果使用 delay 延时函数，那得注意点，万一延时过长，主函数来不及喂狗，看门狗就被触发了。一个简简单单的 delay 还得考虑喂狗功能，由于无法模块化，裸机开发时操的心太多了。
  基于OS开发：使用了操作系统以后，整个软件的工作被拆分成了由多个任务来构成（也会被称为线程），每个线程有自己独立的运行空间，即线程堆栈，这个时候每个线程你玩你的，我做我的，咱们大家互不干涉，模块化程度得到很好的提高。
• 实时性
  裸机开发：软件的实时性在一些领域会有一定的要求，软件的每个步骤必须在指定的时间内被触发。工控领域就是最常见到的场景，如果实时性无法保证，机械设备可能就无法按照指定时序的要求去动作，以至于发生机械事故，甚至会威胁到人的生命。回过来接着看裸机软件，如果软件变得庞大以后，可以想象到，主程序中那么大的一个 while(1) 循环，代码耦合严重，到处都是 delay 延时，要保证实时性几乎是不可能的。
  基于OS开发：各个线程都有不同的优先级别，重要的线程可以设为高优先级，不重要的线程可以降低优先级，做好全局的统筹规划后，这样整个软件的实时性也能得到保证。
• 开发效率及复用性（代码复用性）
  裸机开发：可复用性与模块化程度有直接的关系。没有人愿意做重复性的工作，同样在写代码时，也想着尽可能少写一些功能相似的代码。但由于硬件的碎片化（各式各样的芯片），想要让同样的代码，在裸机环境下同时适配不同的硬件，难度非常大。这样也就导致了裸机的代码会过多的依赖于底层硬件，重复造轮子的过程不可避免。
  基于OS开发：操作系统提供了统一的抽象接口层，对很多常见的软件功能进行了封装、抽象，比如：信号量、事件通知、邮箱、环形缓冲区、单向链表/双向链表等等，这些功能拿来即用，对于开发者非常方便。此外，操作系统通过统一封装一套标准的硬件操作接口（一般称为设备驱动框架）解耦软硬件，让同样的程序可以跑在不同芯片中，解决由于更换芯片带来的重复造轮子问题。
• 组件及中间件（组件丰富性）
  很多高级组件必须得依赖操作系统来实现。比如在各个操作系统上适配一个开源的FreeModbus主机协议栈非常容易，但若尝试着适配裸机时，就会发现难度重重，有一些函数在裸机上实现起来非常复杂，而且针对于不同的裸机环境，几乎没有通用性可言，非常耗费精力。
  生态的丰富带来了量变到质变的过程，使用操作系统所带来的软件可模块化、重用性的提升，也使得我们在做软件开发时，可以封装一套基于操作系统、适合嵌入式的可重用组件，这些组件不仅可以用在自己的项目中，还能开源出来分享给更多有需要的嵌入式开发者，把软件的价值最大化，避免重复造轮子。

软件定义硬件时代（上）：操作系统为家电智能化转型扫清障碍

智能家居的宗旨是让用户体验科技的美好，减少人们日常生活中的麻烦的流程。虽然近年来市面上开始出现越来越多的智能电器，但是大多数产品仅仅是堆叠功能，操作交互流程设计繁琐，缺乏人性化考虑，不能满足消费者对于“智能家”的期许。

智能功能无人使用，一方面是繁琐的入网流程阻塞了用户体验，另一方面是由于缺乏革新的体验。

比如一个新设备，光是配网的操作就多达五步，在不同的平台上操作流程还不一样，对于老人和小孩，要经过大量的学习才能完成控制操作。这也就造成了智能设备“没人连”（入网率仅15%），“没人用”（APP下载率仅10%，智能功能日常使用率仅5%）的尴尬局面。

目前，大部分的智能电器产品仍是单品“智能”：简单地把机器上的操控搬进APP中，并不能带来体验上的大幅提升。让智能家电主动提供服务的“主动智能”及让智能设备协同提供服务的“互联智能”或是智能家电下个阶段发展方向，而统一的互联互通协议将是这一切的前提

当前市场上，各品牌都有单独的连接协议及APP，不同品牌、生态的产品无法形成联动，极大地限制了用户体验，并为进一步的场景创新带来阻碍。。

安全性同样是智能产品设计需要考虑的重要问题。智能电器为了提升用户体验，需要不停的收集用户的信息数据。与人们关系最紧密的手机有完善的安全保护方案，物联网终端数量远远高于手机，应用和终端硬件资源更简单，而市面上智能家居产品针对用户信息安全还未有成熟的端到端解决方案，例如，需要对物体进行感知和交互的数据要强化保密性、可靠性和完整性，未经授权不能进行身份识别和跟踪等。

此外，对于制造商来说，碎片化带来的开发成本同样是不应忽视的问题。智能家居设备种类繁多，需要的芯片、协议、平台各不相同，比如对接天猫平台、京东平台的要求就不相同。开发一款新产品，若存在芯片、协议或者平台的更换，代码往往无法复用，需进行重复开发。这既增加了大量研发成本，也意味着更缓慢的产品迭代，无法把握市场先机。

操作系统将成为家电的重要一环

从功能手机到智能手机，从传统汽车中控板到智能座舱，“软件定义硬件”的设计思路开始在各个行业显现。智能家电面临的挑战，同样需要通过软件解决，不管是应用场景的创新、互联互通协议的应用，还是全面的安全体系及高效的程序开发，都离不开软件的支持。随着家电智能化探索、功能的日益复杂，未来，家用电器厂商的核心技术能力也将从硬件研发能力逐步向软硬件综合技术能力转移，传统的裸机开发模式将不再符合下一阶段的研发诉求。基于物联网操作系统的开发模式将逐步成为家电设备开发的主流方式，操作系统将作为软件架构的核心，上连应用，下接硬件，起承上启下作用。

什么是RTOS？

传统的嵌入式操作系统一般指实时操作系统(Real-time operating system, RTOS)，强调的是实时性。

实时操作系统又分为硬实时和软实时。硬实时要求在规定的时间内必须完成操作，硬实时系统不允许超时；软实时里面处理过程超时的后果就没那么严格。硬实时系统的运行正确性与其响应时限紧密相关的，一旦超过时限将导致严重的负效益后果，比如导弹控制系统、高铁自动驾驶系统等，都是需要严格的响应时限的。但是在一个软实时系统中，虽然也存在时限指标，但是如果输出响应超过时限，一般不会造成严重后果，比如DVD播放机的视频播放任务。

在实时操作系统中，我们可以把要实现的功能划分为多个任务，每个任务负责实现其中的一部分，每个任务都是很简单的程序。

1980年代时微处理器和硬件设计占主导地位，软件在系统中比例很低，随着90年代软件复杂性开始显现，RTOS开始兴起，再到2010年代，开源软件大规模采用，IoT架构和应用驱动分布实时软件回归，“物联网操作系统”的概念开始出现。

物联网操作系统是一种在RTOS基础上发展出来的、面向IoT架构和应用场景的物联网软件平台，既具有 RTOS资源占用小、响应快的特点，又对丰富的网络协议进行了支持。

典型的物联网操作系统架构

物联网操作系统架构主体由物理层（IoT硬件）、驱动层、内核层、组件层（IoT支撑、中间件）、安全框架层及应用层组成组成，整体架构如下图：

• 物理层为操作系统运行时所依赖的硬件环境，包括 ARM Cortex-M、MIPS和RISC-V等主流芯片架构。
• 驱动层提供丰富的BSP板级支撑，通过进行大规模的芯片适配解耦软硬件，降低开发难度。
• 内核层为 IOT OS 的大脑，在减少资源开销的情况下兼具优秀的实时响应特征，支持多任务管理调度，提供丰富的IPC策略，如信号量、互斥量、消息队列、邮箱等。
• 组件层提供各种面向物联网场景的组件及中间件，提升开发效率。由于采用了模块化的设计，因此各个组件相互独立，耦合性低，易于灵活裁剪。

安全管理框架提供端到端的安全保障，终端侧基于信任根实现轻量级的主动检测和可信度量，提供轻量级的密码算法库及轻量级密钥管理与密钥协商机制，实现端到端安全通信。平台侧基于大数据态势感知技术，帮助用户建立端侧安全画像，根据应用场景制定不同的安全管理策略。

智能家电如何用好气体传感器？

气体传感器主要用于针对某种气体进行检测，测量该气体在传感器附近是否存在，或多少含量。

气体传感器的种类繁多。除了按照可检测气体种类划分，还可从工作原理划分为

• 热导型
• 电化学型
• 光学型
• 半导体型
• 磁学式或气相色谱型等

金属氧化物半导体型气体传感器是一种半导体型传感器。它采用具有微纳结构的金属氧化半导体作为敏感材料，当待测气体与敏感材料发生氧化或还原反应后，电导率或表面电位会发生变化，电路也就能检测到相应的电信号。

MEMS技术进一步推动金属氧化物半导体型气体传感器往微型化方向发展。

MEMS是英文“Micro-Electro-Mechanical System”的缩写，一般译作“微机电系统”，是一种半导体加工工艺制作类型，其本质上是在硅片上制造极微小化机械系统和集成电路的集合体。因此，MEMS 器件具有低功耗、一致性高以及微小型化的特点，易于集成在大批量生产的家用电器上使用。

得益于大规模制造能力，基于MEMS技术的气体传感器成本低、价格有竞争力，迅速获得消费品市场的青睐，是智能家电应用的首选类型。

金属氧化物MEMS气体传感器工作原理

金属氧化物MEMS气体传感器所用气敏材料主要是微纳结构的SnO₂、WO₃、ZnO、In₂O₃等半导体材料。微纳结构气敏材料比表面积大，空隙结构丰富，表面和内部活性高。在空气中，其表面能大量吸附氧分子，在一定的加热温度下，其化学吸附的氧将以O^–或O^2-的形态存在，由于这些负氧离子的吸附，材料表面形成一定的电子耗散层，导致材料粒子间产生高势垒，引起材料表面电阻增大。当遇到还原性气体（如 H₂、CO、CH₄ 等）后，还原气体与吸附在表面的负氧离子发生反应，并将氧捕获的电子释放回半导体材料表面，从而使材料电阻降低。为了有效提高半导体材料对气体的选择性和灵敏度，通常采用复合、掺杂、活化等方式提高材料的响应特性。

金属氧化物MEMS气体传感器在家电领域的应用

当前，用户对家居环境空气污染、冰箱和洗衣机等使用中异味问题关注度越来越高。气体传感器作为检测气体气味的核心部件，已被广泛用于空调、空气化净器、油烟机等产品中，也被集成为空气盒子专门用于气体检测。随着家电产业不断往智能方向升级，气体传感器的使用量将会飞速增长。

在家电场景，气体传感器感应的气体类型主要有：

• 挥发性有机化合物（VOC）气体，如甲醛、苯等VOC。
• 可燃气体，如CH₄、CH₂F₂（R32）、C₃H₈（R290）、C₂H₄等。
• 毒性气体，如CO、H₂S、SO₂、NOx等。
• 其它特定功能气体，如O₃、NH₃等。

目前市面上常见有空调、空气净化器等针对甲醛、苯、甲苯等挥发性有机物增加气体检测模块，当污染气体超标时，适时启动空气净化功能（如联动新风系统或者打开负氧离子设备等），达到室内污染检测与治理相结合的目的。

还有一些高端冰箱可以通过气体传感器感应腐坏变质的食物释放出的气体，分析果蔬新鲜度，甚至结合AI算法，进行气味感知。

气体传感器在家电领域的创新性应用不断被开发出来，需求量也发生数量级的改变。展望气体传感器发展前景，日益多元的应用将创造更加庞大的市场规模。

目前，虽然对于家用级别的应用，金属氧化物MEMS气体传感器已能满足需求，但是尚还存在着检测精度低、抗干扰（稳定性）差的问题。尽管这些器件固有的问题可能短时间内无法解决，但还是可以采用算法进行补偿提升，将多个相同或者不同类型气体传感器组成传感器阵列，对其信号进行加工处理，采用先进的算法，获得更多有价值的信息等方式，提高测量模组的性能。

选择一款金属氧化物MEMS气体传感器的主要技术参数

灵敏度误差
气体传感器在规定浓度标准气体下稳态输出值与洁净空气中稳态输出值的比值S，相对灵敏度标称值S0的偏离程度。当然是误差越小，表示产品越好。

灵敏度漂移
气体传感器使用一段时间后其灵敏度会发生变化，变化的越小，表示其性能越稳定。

零点漂移
在洁净的空气中，气体传感器上电充分预热达到稳态后，在规定的时间内其输出值的变化。一般情况下，气体传感器选取洁净空气时的输出作为基线，但在长期工作中，相关性能会发生变化，导致该基线发生漂移，从而发生误检测。因此，一款好的气体传感器应保持输出值的稳定。

响应时间
气体浓度阶跃变化一定量时，气体传感器输出达到其输出变化量的规定百分比（如63%，90%等）时所需要的时间。响应时间越短，表示感知的越快。

恢复时间
气体传感器脱离被测气体至传感器恢复到脱离前在被测气体中输出稳定值的10%时所需的时间。

此外，还应针对气体传感器的使用环境，进行环境适应性试验，以确定其是否能满足应用需求。

未来，气体传感器行业将继续往低成本、功能化、集成化、微型化、智能化等方向发展，升级换代速度持续加快。

盘点火出圈的电器语音交互产品，我们发现这些前景和难点

语音是人类沟通交流和获取信息最自然便捷的方式。家用电器带有语音交互功能的产品越来越多。

用户可以通过语音唤醒和操作不同的终端设备，大幅改善交互的便利性，提升用户体验。

语音交互是人机交互技术中最吻合人类自身交流形态的技术：

• 解放双眼、双手，无需借助于外物；
• 自然语言交互；
• 类似于人际间的人性化交流。

家居场景因为环境比较私密和封闭，噪音较少，是很好的实现语音交互的场景。而且家用电器一般长期带电，满足语音交互功能的基本要求，因此语音交互一度被认为是未来人与家居交互的主要入口路径。

按照控制模式，语音交互主要可以分为两种模式：

这种模式下，人对智能音箱说话，智能音箱将信号发到云端解析后，将控制指令再发给电器。一般只有同一生态的产品才能够实现这类互联控制。

这种模式下，人直接对着电器说话，电器也直接完成语音识别。

按照后台处理方式，可以分为离线语音和在线语音两种技术实现形式。

离线语音是在电器产品上嵌入语音模块实现简单的语音激活、语音识别、语义理解等功能。特点是能识别的语句内容有限，无需联网，反应较快。

在线语音通过互联网将语音信息发送到云端的语音处理系统，将语义理解交由云端强大的计算机处理，并可从网络中检索到更多信息（比如天气、音乐、故事等）反馈给用户。在线语音的特点是：语义识别能力强，可提供海量服务内容。

目前市场上已开始出现离在线语音混合处理的模式：简单的命令在本地处理，复杂的语句再上传云端分析。取长补短，提升用户体验。

与音箱、手机等对比，电器设备工作时，除了家居环境噪声，还有自身工作产生的本体噪声。想要获得好的语音识别效果，从麦克风和扬声器的选型到结构安装，都需要满足严格的声学标准；只有在满足了基础器件选型和结构设计要求的前提下，麦克风才能捕捉到最优的语音信号，只有最优的语音信号送到识别引擎才能获得最好的识别效果。

家电品类繁多，覆盖日常生活的方方面面。各年龄段、各地域的用户都会使用家电，甚至没有主次之分，因此需要适配不同年龄段、不同地域人群的声音特征，对声学模型鲁棒性具有较大的挑战。

针对每种方言都需要专门构建声学模型和语言模型，训练流程非常复杂。目前的方言识别方案都只是支持几种群体较大的方言，比如粤语、四川话等，但即便是只支持几种方言，识别的难度依旧较大。

对于用户来说，语音交互产品越来越多，唤醒词和口令也越来越多。

对于家电企业来说，目前还面临着一些技术上的难题：

• 传统家电与新兴技术的跨界融合缺乏经验积累，需大量技术开发和验证经验共享

• 新兴产业没有统一标准，需要行业第三方牵头

• 家居领域语音大数据，录制成本较高

• 平台和供应商卡脖子，数据积累掌握在平台手中

但是相信通过技术不断的迭代发展，未来，语音交互技术将与各种传感器相结合，通过声纹识别，定向拾音，分布式唤醒等技术，不断提升用户体验。

2021年智能家电技术峰会即将回归，敬请关注！

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• 各路大咖共探：智能语音技术如何与家电产品深度融合

（参考资料：《2020 智能家电语音识别与交互技术白皮书》）

美国政府终于认真对待物联网安全问题

新立法将是全世界IoT设备的福音

美国政府是IoT产品的大客户，甚至超乎人们的想象。例如，退伍军人事务部（Veterans Affairs）为其医院购买可连接的IV泵，而环境保护局则购买水传感器用来测量水污染。

为了保护所有这些设备的潜在价值数据不被黑客攻击，美国于去年12月通过了一项精心设计的网络安全法规。《2020年物联网网络安全改进法案》，该法案不但为美国提供了一个优秀的物联网安全框架，还将影响全世界的物联网安全。

大多数IoT公司不会投入资源来开发单独的产品线–一条符合美国政府安全要求的产品线和一条不符合美国政府安全要求的产品线。也很难想象为什么其他客户会选择安全性较低的选项，特别是当法律要求的许多安全要求在所有行业都广泛有用的时候。因此，虽然法律只规定了美国政府可以购买的物联网设备，但随着企业在政府和非政府物联网部署中使用相同的安全设备，我们会看到连锁反应。

那么，这个法律有什么可取之处呢？事实证明，有两点。

首先，该法律并没有把重点放在通过规定密码要求或加密标准来保护单个设备的安全，这两者都需要不断发展。相反，它依靠美国国家标准技术研究所（NIST）制定了许多政府机构在购买联网设备时必须遵守的要求。这些政策将整体安全拆分为几个部分，要求对设备、云和通信安全做出具体规定。

NIST的初始规则包括当今的最佳实践，例如拥有OTA设备更新程序，每个设备的唯一ID（以便在网络上被标识），以及授权用户更改与访问和安全性相关的功能的方法。这些建议还包括记录IoT设备或其相关应用程序所采取的操作，并明确地向用户传达设备安全的详细信息。

其次，该法律要求NIST每五年对联网设备的网络安全最佳实践进行评估，从而保持了适应性和灵活性。黑客从本质上讲也具备适应性和灵活性，因此预防黑客攻击同样需要具备适应性的法规。例如，购买具备OTA软件更新的物联网设备，可以修补任何新发现的漏洞。

遗憾的是，该法律并不严密。虽然它禁止政府机构购买不符合安全要求的设备，但它确实为国家安全或研究所需的设备以及使用有效替代方法保护的任何设备保留了豁免程序。

这不得不让人担心美国政府机构可能会滥用豁免程序。作为一个国家，美国倾向于将很多日常活动纳入国家安全范畴，这意味着政府机构容易提出他们不需要遵守NIST要求的理由。

同样令人担忧的是法律的漏洞，即免除了使用 “替代和有效方法 “保护的设备。法律没有说明由哪个机构来评估这些替代方法的效力，也没有说明如何进行评估。

尽管存在这些漏洞，但不得不令人觉得，制造商已经意识到在现场使用不安全设备所花费的成本，因此他将遵守一套解释如何保护和更新这些设备的规则。此外，大多数物联网公司不会冒着因为不符合NIST的标准而失去美国政府这个潜在客户的风险，这可能会让他们付出更多的代价。