从富士通的MCU本地化设计方案看家电的“节能/智能”化趋势

在日前举办的深圳2011 MCU技术创新与嵌入式应用大会（MCU!MCU!）“家用电器/智能家居”分论坛上，富士通半导体发布了一系列MCU产品的发展路线图以及参考设计和完整解决方案，从中可管窥“32位”、“智能/节能”应用将成为未来一年MCU的主流发展趋势之一。

富士通半导体MCU市场部经理彭涛在演讲中表示：“家用电器、智能仪表、工业变频器、个人医疗设备、数字外设已成为富士通MCU在中国的主要目标应用市场，特别是智能化和节能化趋势明显的家电市场，我们将其视为重中之重，发展前景广阔。”

他指出，家用电器的创新方向未来将围绕以下4个关键词进一步推进：节能、环保、智能、网络。的确从去年开始，变频洗衣机、智能电视、联网冰箱纷纷从概念变成了卖场中实实在在的产品，各大家电厂商期望将它们变成新的利润增长点，因而将智能、节能放到战略高度加以对待，加紧相关技术和产品的创新和进一步普及。“富士通半导体深刻了解这些变化趋势，通过设在上海、成都、香港、台湾的IC和方案设计中心，基于8/16/32位的MCU开发出了针对变频家电、信息家电、智能小家电的一系列日本品质的本地化方案，来满足中国和亚太市场客户的需求。”彭涛表示。

 
图1：节能、智能信息化是未来家电创新方向。

不过彭涛补充道，基于ARM Cortex内核的32位MCU在未来是富士通半导体MCU产品的主要发展方向，因为ARM良好的产业生态系统使其开发工具、中间件、驱动器等非常容易获得，可使富士通的独特技术优势惠及更广泛的客户群。该公司FM3产品线系列于2010年11月首次面世以来已经历了3波扩充，2011年10月刚推出54款高性能产品组和10款超低漏电产品组两个类别。据悉FM3未来还将继续得到扩充，到2011年底产品数量将增至200款，并在2012年底达到500款。

“2013年99%为变频”

这是业界对美的空调产品的一个普及度预测，同时业内人士预计格力、海尔等其他大厂到时候的空调出货量也至少会有一半以上是变频产品。不仅是空调，洗衣机、冰箱的变频化步伐也在加快，以适应节能低碳的社会大趋势。富士通半导体在变频控制领域积累了长期的经验，几乎可以说是为各种白电变频应用量身定做了“专用”的MCU产品和方案，如图1所示。

 
 
图2：富士通半导体变频应用MCU产品方案路线图。

其中，基于FM3低功耗标准系列中的MB9AF112L/K 开发的最新节能变频应用方案包括180度1-shunts无传感器型空调和180度变频冰箱；基于FM3高性能系列中的MB9BF102N/R该公司开发了180度2-shunts无传感器型变频空调方案，基于FM3高性能系列中MB9BF506/516推出了适合新兴的太阳能逆变器设备等工业应用方案。

120度/180度直流变频/低噪声类型洗衣机、最新的BLDC(直流无刷电机) 和DD DC电机变频类型洗衣机方案主要是基于富士通半导体自有内核的32位MCU MB91260/MB91470/MB91490系列开发的。

富士通半导体的这些MCU集成了变频驱动的算法，并提供源代码级别的参考和定制。这一特性较之“DSP+MCU”的模式大大降低了设计门槛和系统复杂度。由于变频技术和算法是富士通中国本地团队自主研发，因而可根据中国客户的需求改动算法，并且固件系统是拆成若干软件模块形式，客户可以灵活选择，组成自己的系统。这种本地深度技术支持服务是其他竞争对手无法做到的。

该公司目前通过两种技术支持方式来帮助中国系统厂商加快变频产品的开发和上市速度。一种是包含了硬件/软件的高性能180度变频开发平台（目前基于MB9BF104/MB9AF114/112），这种集成了MCU、IPM、PFC隔离和继电器的集成式评估板设计具备独立的三层固件结构且带有GUI控制器，适合客户进行冰箱、空调或洗衣机等不同类型的变频应用开发评估；另一种方式就是如上所述的完整方案，可直接用于生产。据彭涛介绍，这种方案一般是与实际客户合作开发出来的实际驱动板，参数文件都已调试好，公开给客户修改，并提供API接口给客户进行上层应用程序的开发。

“后一种方式我们内部要走一个流程，即客户从销售端提出需求后传递到市场部审核，然后传递到应用部门进行评估，确定合作后我们的应用团队就会直接参与到客户的开发和生产中，当然我们要签署NDA（保密）协议。”他透露。

信息家电和小家电的参考设计方案

针对本次论坛“家用电器/智能家居”的主题，彭涛还介绍了富士通半导体应用于信息家电的Zigbee家庭网络应用的演示板设计方案、半桥式电磁炉控制方案、电容式触摸按键等小家电参考设计，为中国厂商提供了多种本地化方案选择。

 
图3：富士通半导体的信息家电Zigbee家庭网络设计方案系统框图。

通过远程PC或手机来与家中各种电器进行无线联网实现“对话”是人们对智能家居生活场景的一种描绘。富士通半导体应用于信息家电的Zigbee家庭网络方案系统框图如图2所示，包括主控制板、节点控制板Demo系统。该系统实现了一个星状网络，包括1个协调器（主控制板）和16个节点。协调器支持以太网连接PC（互联网）以及通过GSM网络与手机相联。
   

  图4: 富士通半导体Zigbee家庭网络设计方案的主控制板和节点控制板实物图。

主控制板的MCU现在可根据功能扩展和升级需要采用FM3 ARM MCU系列代替，节点控制板MCU仍可沿用低成本的8位MCU F2MC-8FX系列产品。两块板上都集成了Zigbee RF模块，以实现对等通信。手机或PDA可通过主控制板上的GSM模块向它发送信息，然后主控制板又通过Zigbee网络将此信息传递到各个节点（电器）上，实现了高性价比、智能的电器物联。

图4是富士通半导体半桥式电磁炉控制板实物照片，该参考设计演示板最多可支持8个LED和一个LED模块（8段），支持8个触摸感应按钮，可实现9个功率级别:400w、800w、1200w、1600w、2000w、2300w、2700w、3000w。工作模式包括恒定功率、恒温和定时三种。该方案可选富士通半导体New 8FX MCU——MB95F434，富士通可为客户提供MCU调试接口和触摸感应芯片的调谐接口。

 
图5：富士通半导体的半桥式电磁炉控制板设计Demo实物图功能模块分析。

酷炫的智能手机和平板电脑让多点触控的电容式触摸屏名声大噪，也越来越多地应用于五花八门的数字外设产品中，如触控键盘、游戏机手柄等，这类设备出货量非常大，MCU在这里可找到广阔的应用空间。为此，富士通半导体推出了集成固件算法的触摸按键参考设计演示板，可实现矩阵、滑动、滚动触摸键，单一或多重触摸功能均可，GPIO、AD、比较器方法都可以支持。该方案支持富士通的所有New 8FX MCU，非常适合远程、面板等低成本触摸传感应用，可提供GUI以便精细调整参数。
 
图6:富士通半导体的电容式触摸按键设计方案演示板。

“不管是MCU还是我们的其它半导体产品，我们致力于提供一站式的服务，从规格定义，芯片开发，到产品解决方案和技术支持。以触摸按键设计方案为例，我们有极其适应这类产品开发需求的MCU产品，对于设计方案演示板，硬件电气原理图、Gerber和BOM单、源代码都可提供给客户，我们还可提供样机项目支持。”彭涛总结道。