再见，QWERTY键盘：智能家居用户界面迎来触摸屏时代

有线还是无线HMI连接?

当然，用户界面需要连接到更大的系统才能发挥其用途。这可通过专用硬件连接、USB端口等标准硬件接口或无线连接等来实现。具体的选择多取决于应用、位置、用户与界面的交互方式，以及成本和物理兼容性问题等常见因素。

在很多情况下，无线连接都不仅是首选，也是必需的选择。例如，智能家居控制面板/房屋入口处的用户界面需与家庭范围内的无线系统进行交互。其与系统控制器的连接本身也需要是无线形式的，这是因为在墙内进行网络布线不仅成本高昂，而且安装起来也是一件头疼的事。此外，控制面板可能还需要支持多个标准协议，如蓝牙、WiFi以及供应商定义的专用协议。对于Wi-Fi接口，Murata Electronics推出的SN820X系列Wi-Fi网络控制器模块(图6)包含一系列小型(20mm × 30mm × 2.8mm)、低功耗、独立完整的模块，能够为互联网(2.4GHz IEEE 802.11b/g/n)提供简单的串行至网络连接。

这些模块采用Broadcom公司的“嵌入式设备无线互联网连接”( WICED)架构，并具有Wi-Fi、TCP/IP网络栈、安全固件以及其他网络应用特性。在进行开发时，模块还支持Murata的简单网络接口连接(SNIC)软件和EZ Web Wizzard软件。

图6：对于即插即用的串行至Wi-Fi连接，Murata的SN820X系列网络控制器模块在一个20mm × 30mm × 2.8mm的电路板可安装模块中集成了所有必需的功能和I/O。

某些用户控制面板还需要为警报系统节点(比如门、窗和温度传感器)等专用外部点提供无线接口。这些无线连接可能会使用与Wi-Fi、Zigbee或 Bluetooth不相关的协议或频率，来节省功率并降低成本，或者保持其专有市场地位。例如，很多用于家庭自动化、智能楼宇或报警系统的传感器都采用低于1 GHz的RF频率。

对于这些情况，我们可以选择使用Analog Devices的ADF7024低功耗sub-GHz收发器之类的IC(图7)。这款5mm × 5mm的收发器支持以431 MHz至 435 MHz及 862 MHz至 928 MHz的频带、两级频移键控(FSK)和高斯频移键控(GFSK)调制及9.6 kbps至300 kbps适中的数据速率工作。因为此器件主要用于由电池或能量收集电源供电、家庭或办公场合下使用的远程传感器，所以非常需要低功耗操作，尤其是在这些场合下经常出现的长期休眠期间。

图7：工作频率低于1GHz的Analog Devices ADF7024低功耗收发器为5 mm× 5 mm IC，用于431 MHz至435 MHz及862 MHz至 928 MHz的免许可(但仍受法规约束)ISM频段，适合智能家居和楼宇中的各式各样本地传感器。

为了满足这些需求，ADF7024提供了多种休眠模式，包括电流低至0.33μA的深度休眠模式，内部32 kHz振荡器工作且0.33μA稍高电流的休眠模式，以及自主接收器“监听与智能唤醒”模式——在该模式下，ADF7024以高达300 kbps的速率检测并接收数据包，且仅需11.75μA的电流。请注意，即使无线收发器不需要满足Wi-Fi、ZigBee或 Bluetooth等标准所设定的技术要求，它仍需满足各种免许可运营的法规要求。ADF7024满足美国FCC第15部分(15.231、15.247和15.249部分)以及欧洲ETSI EN 300 220的要求。

在无线连接与相关移动技术进步备受关注的同时，其固有属性与本质特征使其可能不太适合将用户触摸屏连接到设备等情况。其中一些原因包括成本、不必要的复杂度、EMI/RFI敏感性问题(设备本身是主要噪声源，尤其在具有电机和需要瞬时打开/关闭时)、附近同频段无线设备可能的通道干扰，以及协议和设置问题。

如果控制面板在物理上是洗碗机等装置(即使装置是智能/IoT装置并具有互联网连接)的基本组成部分，建立无线内部链接也许是解决潜在的设计难题、高成本以及性能一致性问题的解决方案。设计上可通过一小段电线或电缆实现，因为互连介质通常是实现高性能、低成本及可靠操作的最简单直接的方法。

将标准USB接口用作互连将提供某些产品设计优势。市面上提供了多种开发工具，允许独立于产品其他功能的开发或与之同时进行用户面板的编程和调试。使用标准端口还能将产品系列模块化，从而能轻松提供各种设备用户界面。因此，一个用户面板硬件便可满足一个家庭中具有不同屏幕交互和软键需求的各种设备。

此外，标准USB接口允许现场服务人员断开工厂提供的用户面板，然后与具有高级诊断功能的笔记本电脑相连。在发现原始操作固件发生问题(又名bug)时，这个能力可简化现场设备固件升级操作。这类升级的潜在需求正日益成为一个扰人问题，因为就连基本设备也具备基于软件的复杂特性。即使设备在安装时没有可用的互联网连接来下载更新固件，也必须进行现场修复;因此可选择通过USB端口和服务代表来访建立物理连接。

然而，对于洗碗机和冰箱等设备，基本的USB连接器可能不够坚固耐用。即使在很多情况下家庭是一个相当温和的环境，但连接器仍可能处于振动、潮湿、布满灰尘或其他恶劣环境中。当连接器处在排水和通风不够充足的地方时，这种情况经常是免不了的。

这种情况可以使用TE Connectivity 推出的IP68防水型micro-USB 2.0连接器(见图8)。采用金属注射成型(MIM)外壳的母连接器可防止由于浸没于水下和灰尘环境下而导致的损坏。通过在该设计中配备一个与标准插头插销相匹配的凹槽，此连接器便能够如同常规Micro USB连接器始终保持与插头匹配。此外，其金属加强板可防止连接器内部包含触点的塑料片损坏，帮助避免电气短路，而这通常表现为令人懊恼的间歇性故障。螺丝式安装耳更容易将连接器整合并安装在终端应用中。这种安装方式在机械完整性方面优于依赖于引线与过孔电路板安装方式或通过表面凸块和PCB焊盘的连接方式。

图8：连接器需求往往在设计后期才会考虑，但TE Connectivity的这种耐用型micro-USB 2.0母连接器提供了在意外恶劣设备安装环境中所需的互联与安装完整性。

除了用户接口，整合性与功能上的进步也使得将触摸显示器、单独的触摸开关(如果需要)与实际控制电子器件结合起来更加实际和方便。这简化了用户能看到的设计部分与用户无法看到的电路之间的封装与连接问题。用于显示屏与前面板的接口电子器件以及系统用工作电子器件都可以是一个电路板，而非多个电路板或多个外壳，这样对于应用和安装方才有用。

即使用户接口面板与其他电子元器件在物理上是隔离的，这也是洗碗机或冰箱中的大功率电机控制和高压电子元器件通常采用的方式，设计人员在配置和封装时也有了更大的灵活性。当然，这是一个不断反复的情况，因为他们还想再添加一些其他功能和特性，这相应也就需要有更新的灵活性。