家電行業(yè)的智能化風潮在幾年前就開始了,，這幾年變得更加明顯和快速。不論是傳統(tǒng)的黑電,、白電,，還是近年來發(fā)展迅猛的廚電生活電器和智能小家電,，均不同程度地加入了智能化元素。目前智能家電添加的智能化功能包括智能控制,、遠程監(jiān)控,、自動報警、語音交互,、攝像頭等,。
隨著技術(shù)的進步和信息化程度的提高，以及人們對智能家電產(chǎn)品需求的提升,，家電產(chǎn)品的智能化將會成為未來家電產(chǎn)品的主要形態(tài),。全國家用電器工業(yè)信息中心數(shù)據(jù)顯示，2018年智能冰箱的市場份額從31.7%增長到39.7%,；智能空調(diào)的市場滲透率已超過30%,，成為了用戶選購的新趨勢；智能洗衣機（具有WiFi或者自動投放功能的型號）,，零售額份額也從36.6%上升到39.8%,。
圖1：2009~2018年家用電器營業(yè)收入及增長率情況,。（數(shù)據(jù)來源：Wind）
家電智能化促進MCU市場增長
在今年3月份上海舉辦的中國家電及消費電子博覽會（AWE）上,，我們看到了很多知名家電、消費電子和跨行企業(yè)展示的大量智能家電產(chǎn)品,，比如帶體感雷達的空調(diào),、支持觸摸屏幕的冰箱、可識別衣物材質(zhì)的洗衣機,、可自動鑒別油煙濃度來調(diào)節(jié)風力大小的抽油煙機,、帶有攝像頭和路徑規(guī)劃的掃地機器人等等。
在這些智能家電產(chǎn)品中,，空調(diào),、冰箱、洗衣機,、吸塵器等白電和小家電產(chǎn)品是增長主力,。而所有這些產(chǎn)品的智能化都離不開一個關鍵的核心器件——微控制器（MCU）,。
圖2：2018年中國冰箱的智能化份額上升到了39.7%。(來源：中國家用電器研究院)
從ICInsights公布的關于MCU的報告來看,，2018年MCU全球銷售額為186億美元,。出貨量達到306億顆，預計2019年營收將保持9%增長率,，增長至203.57億元,，并有望在2022年創(chuàng)下238.75億美元的歷史新高年收入記錄。
圖3：2019~2022年全球MCU市場規(guī)模及出貨量預測,。（來源：ICInsights）
中國的MCU廠商的出貨量也反映了這一趨勢,，以行業(yè)龍頭兆易創(chuàng)新為例，其2018年的年報顯示,，該公司當年MCU產(chǎn)品累計出貨量已經(jīng)超過了2億顆,，客戶數(shù)量超過了1萬家。其GD32MCU也很適用于智能生活體驗的產(chǎn)品開發(fā),，包括智慧家居,、智能家電、機器人,、無人機,、手持云臺和體感平衡車等。從市場情況來看,，GD32MCU是目前中國最大的Arm?Cortex?-M系列MCU產(chǎn)品家族,。GD32MCU在最高主頻、代碼執(zhí)行效率,、片上Flash和SRAM容量,、集成外設資源和功耗效率上都有著優(yōu)異的表現(xiàn)。
GD32為智能吸塵器增添動能
根據(jù)中國家用電器研究院的《2018年中國家電年度報告》顯示,，2018年吸塵器繼續(xù)擔任小家電行業(yè)中增長品類的排頭兵,，市場規(guī)模達到零售額195億元，同比增長率45.6%,。
雖然吸塵器在我國已經(jīng)發(fā)展了近20年,，但其實也就是近幾年才開始逐漸普及。吸塵器在美國,、日本等國家普及率已接近飽和,，而在我國，吸塵器的普及率目前僅為11%,，市場規(guī)模遠未打開,。
在吸塵器產(chǎn)品中，熱門的產(chǎn)品有掃地機器人和以戴森（Dyson）為代表的手持吸塵器,。
目前,，在掃地機器人領域,，市場參與者既有科沃斯、戴森,、iRobot,、Neato、?，斕氐葘Ｗ⒂谖鼔m器品類的廠商,，也有飛利浦、海爾,、松下,、美的等傳統(tǒng)家電廠商，此外,，包括小米在內(nèi)的一些智能硬件廠商也在分羹一杯,。據(jù)業(yè)內(nèi)資深人士透露，目前市面上絕大部分廠商的掃地機器人均有采用GD32MCU,。原因在于GD32MCU能為掃地機器人帶來卓越的電機驅(qū)動和操控能力,，使機器具備強勁動力、超強靜音,、節(jié)能省電等特性的同時,，還能進一步提升其智能化水平、降低生產(chǎn)成本,。
GD32成為智能家電的電機控制核心
戴森的手持吸塵器可謂這兩年市場上的爆款產(chǎn)品,，其最大的特點是超高速，最新的CycloneV11無繩吸塵器使用的數(shù)碼電機轉(zhuǎn)速高達12.5萬轉(zhuǎn)每分鐘,，輸出功率達到了525W,。
圖4：戴森V11數(shù)碼電機每分鐘轉(zhuǎn)速高達12.5萬轉(zhuǎn)。（來源：戴森官網(wǎng)）
這幾年,，國產(chǎn)品牌也推出過一些和戴森類似的吸塵器產(chǎn)品,，雖然外觀差不多，但是吸力還是不在一個等級上,，究其原因,，一是高速電機設計問題,，另一個就是硬件驅(qū)動控制電路設計方面存在不足,。
國產(chǎn)品牌要想獲得突破，除了要有高速電機外,，還需要選擇有高速開關和低損耗特性的MOSFET器件,，以及具有高代碼執(zhí)行效率的MCU的支持。雖然國產(chǎn)低損耗特性的MOSFET器件還沒有突破國外技術(shù)壁壘,，但是MCU器件方面,，一些國產(chǎn)的MCU器件在規(guī)格和性能上已經(jīng)超過國外品牌的同類產(chǎn)品,；以兆易創(chuàng)新的GD32F350和GD32E230產(chǎn)品為例，其產(chǎn)品規(guī)格和性能很適用于手持吸塵器控制板的設計,。GD32E230系列產(chǎn)品采用了業(yè)界最新ARMv8架構(gòu)的Cortex-M23內(nèi)核,，超值型產(chǎn)品的主頻高達72MHz，并配備了大容量的嵌入式存儲器,，配合內(nèi)置的硬件乘法器,、除法器和高速硬件比較器，工作性能最高可達55DMIPS,。就同主頻下的代碼執(zhí)行效率來看,，相比市場同類Cortex-M0+產(chǎn)品提高了30%以上，再配合片上集成的12位2.6MSPS高速采樣率的ADC閉環(huán)檢測,，就能夠驅(qū)動無刷直流電機輕松上10w轉(zhuǎn)每分鐘,。除此之外，GD32E230系列產(chǎn)品可進入低功耗的睡眠模式,，大大降低手持吸塵器產(chǎn)品在待機時的靜態(tài)功耗,，保證吸塵器產(chǎn)品在不使用情況下的待機時間。
傳統(tǒng)白色家電的智能化新趨勢
與生活電器等小家電市場相似,，白色家電也在升級迭代,，由于變頻化已經(jīng)成為主流，直流無刷電機的使用量正在逐年高速成長,。預計2019年白色家電的變頻化將達到40%,，2022年會達到70%！
MCU也開始踏上了AIoT的技術(shù)整合之路,，從專業(yè)的主“控制”開始向“智能互聯(lián)”目標邁進,。在AIoT時代，MCU將不再只是負責核心控制,，推理和運算等AI能力將成為MCU的標配,，更將各種人工智能算法，如圖像分析,、生物識別等引入家電領域,，使得傳統(tǒng)家電更具智慧。
韓國白色家電行業(yè)的領軍企業(yè)三星和LG在本國推廣多年的雙驅(qū)動雙轉(zhuǎn)變頻洗衣機,，近年來也開始逐漸滲透進入國內(nèi)市場,，這種將滾筒與波輪兩種洗滌方式巧妙結(jié)合的雙驅(qū)內(nèi)筒設計可大大提升洗凈能力，而且脫水也更加高效,，可大大縮短洗滌時間,。
圖5：三星QuickDrive多維雙驅(qū)洗衣機原理。（來源：三星官網(wǎng)）
雙驅(qū)動雙轉(zhuǎn)變頻洗衣機與傳統(tǒng)洗衣機最大的不同是,，MCU需要同時控制兩個電機的轉(zhuǎn)動,，這對MCU的內(nèi)核運算能力,，模擬外設精度，以及片內(nèi)存儲空間的需求會不斷提高,，因此未來的洗衣機產(chǎn)品對MCU的規(guī)格和性能要求會更加苛刻,。目前能夠用一顆MCU同時控制2個BLDC電機任意轉(zhuǎn)速，任意方向運作的Arm內(nèi)核MCU產(chǎn)品,，除了國外的半導體供應商意法半導體的STM32系列MCU,另外一家就是兆易創(chuàng)新推出的GD32F3/F4系列MCU,。GD32MCU已經(jīng)成為中國最大的ArmCortexMCU家族，提供了22個產(chǎn)品系列,、320多個產(chǎn)品型號和11種不同封裝類型,，為工程師提供了靈活的方案設計選擇。
除此之外,，這里不得不提到時下頗受歡迎的按摩椅（包括家庭用的按摩椅和共享按摩椅）,。以樂摩吧共享按摩椅為例，該品牌按摩椅借助GD32MCU的多個控制板和壓力,、角度等多種傳感器同步檢測,，進而實現(xiàn)人性化的按摩手法、力度,、時間等多重控制,，更具備人工智能調(diào)節(jié)。每天在購物中心,、電影院,、車站、機場等消費場所廣泛服務約70萬用戶,。與現(xiàn)有的32位MCU相較,，GD32MCU具備了高性能、低成本及易用性的差異化優(yōu)勢,，因此目前已經(jīng)被諸多方案商所采用,。
安全性是智能家電應用的關鍵
隨著智能家電產(chǎn)品種類越來越多，產(chǎn)品功能越來越豐富,。有的產(chǎn)品會通過無線或有線網(wǎng)絡連接在一起,，有的需要連接到云端，比如智能電視,、電視盒子,、洗衣機、電飯煲等就需要與外界互聯(lián)網(wǎng)相連接,。因此,，安全性問題被提升到新的高度,，而打造安全可靠的智能家電產(chǎn)品,，需要從硬件底層做起,。對MCU系統(tǒng)而言，安全性主要包括開發(fā)的安全性,、代碼運行的安全性和應用的安全性,。
在MCU安全性方面，不同MCU廠商有不同的做法,，有的采用定制化嵌入式閃存模塊來保障代碼安全,；有的內(nèi)置硬件級AES-128/192/256加解密電路來給數(shù)據(jù)加密；有的從用戶認證,、身份管理,、安全網(wǎng)絡接入等軟件層面來進行考量……而兆易創(chuàng)新GD32MCU不僅集成了廣泛應用的AES、DES,、MD5等硬件加解密功能,，還遵循產(chǎn)業(yè)安全標準增強了內(nèi)存保護單元(MPU)和頻率安全系統(tǒng)(CSS)，并具備了底層加密防開蓋破解功能,，充分保障代碼數(shù)據(jù)的安全性和用戶的知識產(chǎn)權(quán),。
為了進一步強化MCU的安全機制，兆易創(chuàng)新正計劃推出采用ArmTrustZone技術(shù)的新一代基于ArmCortex-M23和ArmCortex-M33內(nèi)核的GD32系列安全處理器,。
人們對智能家電的要求日益提高,在智能家電產(chǎn)品升級演進的道路上,，無論可動(電機)、可視(HMI界面),，還是遠程可控(無線Wireless)和安全性能,，都對多元化應用開發(fā)提出了更高的要求。作為中國最大最完整的Arm?Cortex-M系列MCU產(chǎn)品家族,，GD32MCU提供自主可控且完善的產(chǎn)品組合與開發(fā)生態(tài),，全面促進家電產(chǎn)品實現(xiàn)智能化升級，已然成為加速智能家電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與落地的重要推動力,。