智能家居系统核心技术探讨

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1、智能家居系统核心技术探讨智能家居系统核心技术探讨基于智能手机家庭自动化系统基于智能手机家庭自动化系统GPRS 是一种基于 GSM 系统的无线分组交换技术，提供了端到端、广域的无线 IP 连接。它充分利用现有 GSM 网络资源，具有不受通信线路及地区限制、保密性好、可靠性高、使用方便、灵活等优点，为远程家电控制和安防监测系统设备间的通信提供了强大的平台支持。智能手机基本都具有 GPRS 功能。它采用开放式操作系统，第三方可根据操作系统提供的 API 为智能手机开发各种扩展应用和提供各种扩展硬件，利用智能手机这一特性再加上智能手机足够的屏幕尺寸和强大的数据、声音、图像处理能力，可轻松开发出用于远程

2、家电控制和安防监测的应用软件，方便了用户的操作。基于智能手机的远程家电控制及安防监测系统利用人们随身携带的智能手机与中央控制器进行会话，在中央控制器的控制下，通过相应的硬件和执行机构，实现对家电的远程控制和家庭内部状况的实时监测。系统总体结构如图图1所示，主要由智能手机、中央控制器、热释电人体红外探测器、温度传感器、烟感探测器、燃气泄漏探测器、摄像头、家电设备、Internet 和 GPRS 网络组成。图1 远程家居控制及安防监测系统结构图其主要功能如下：智能手机经由 GPRS 网、Internet 与中央控制器进行通信。用智能手机发送家电控制消息到中央控制器时，若所要控制的家电为红外设备，中

3、央控制器驱动红外收发器向该设备发送相应红外控制信号进行控制;若是普通设备，中央控制器驱动开关控制器对该设备进行控制。当热释电人体红外探测器检测到有人非法进入室内时，中央控制器启动摄像头拍摄入侵者照片，并发送非法入侵报警消息和入侵者照片到智能手机。当温度传感器检测到室内温度过高，并且烟雾探测器同时探测到烟雾超标时，中央控制器将火灾报警消息发送到智能手机;当燃气泄漏探测器探测到煤气等可燃气体浓度超标时，中央控制器发送气体泄漏报警消息到智能手机。智能手机接收到相应的报警消息后，播放报警音，并显示盗窃者照片或其他报警信息。控制器方式控制器方式控制器是可编程家居自动化控制处理器，它具有信息接收、贮存、发

4、送、管理和通信的功能，可以自动执行各种预设的控制程序，具有电话、网络、短信、总线、无线多种通信接口，并可实现设备的远程操作控制。控制器方式主要有拼凑型控制系统、主机式集中控制系统和智能控制中心。常用的控制器常用的控制器拼凑型(功能间无关联的孤立)控制系统，各个功能子系统独立设计、自主工作，互不相连和交换数据。其集成方式多数体现为多个独立系统互相拼合，其系统集成性、稳定性、扩展性必然下降。主机式集中控制系统，它可以是一个普通计算机、嵌入式或者单片机系统，系统的逻辑关系固定在主控制器上，有的可以通过软件修改，添加新设备需要修改主控制器。分级集中控制系统是前一种类型的扩展，如果现场采集量较大，通常在

5、中央控制单元和现场设备之间加入现场级的控制单元(PLC，单片机等)，现场控制单元与中央控制单元之间使用RS-232。常用的控制器，采用普通计算机、嵌入式或者单片机系统。如 V-Z8101B 智能控制器，采用嵌入式结构设计，32位 ARM9微处理器，8M SDRAM，8M FLASH 存储器，可扩展到64M，可外接 SD 卡、RS2321、RS4851、PUT1、USB2.01通讯端口。实现最大控制距离1200米，最大控制区域256个，最大控制设备种类256个，最大控制对象65536个。智能家居电视遥控中心智能家居电视遥控中心这是一种新型开放式家居自动化控制平台，它是一种可视、简单的家庭自动化控

6、制新技术。它把家用电器的所处位置和状态信号用电视机屏幕显示出来，用电视机的遥控器在电视屏幕上选择电器进行遥控操作的家庭自动控制系统。它由“智能家居电视遥控中心”和配套的功能模块组成，使用一个标准电视遥控器，实现电视机收看功能和家用电器控制功能，在观看电视的同时可以进行电器控制而不影响电视节目收看，而图形化的控制界面操作简单、使用方便。用于会议系统的中控产品用于会议系统的中控产品在目前高档别墅住宅中，内容和功能相对比较完整的家居智能化系统，其智能化系统集成平台主要采用用于会议系统的中控产品。家庭网关家庭网关高端应用中常采用家庭网关。家庭网关(Home Gateway)是户内控制和网络协议转换的中

7、心，利用家庭网关(Home Gateway)使所有可能的设备信息互通，实现环境自动控制、就地集中监控、网络远程监控。如“波创科技”的数字网关，嵌入式 LINUX 操作系统，32位350MHz CPU，又如海尔U-home 数字家庭系统，以家庭网关为控制中心，集散式网络控制系统，采用星形的网络拓扑结构，一个中央控制单元，采用 e 家佳联盟标准无线通讯协议。霍尼韦尔 HS-5000系统完全基于 TCP/IP 协议和以太网平台运行，所有的音频、视频、控制、监视、状态等信息全部数字化传输。家庭网关通过唯一的 RJ-45接口连接到小区局域网，成为以太网上的一个普通节点，进而路由到 Internet，网络

8、成为全部信息流的通道。在户内，家庭网关将所用可能的设备整合为一个系统，成为就地集中控制和 WAP/WEB 和电话远程控制的基础。其支持户内多系统多协议接入，如霍尼韦尔灯控系统以 H-BUS 总线接入，各分机以 RS-485形式接入，信息家电通过 PLC 或 RS-485总线接入，安防探头直接接入防区扩展模块等等，把各种设备和功能无缝整合一个家庭网络系统，为未来业主实现了真正意义的高舒适度的智慧家居。新一代智能家居系统数字家庭，家庭网络以 i Home 为例，家庭服务网关有四个数据接口，即 WAN、LAN、COM1和 COM2。其通过主网关实现家庭内部网络与外部网络的互联，通过子网关实现控制网络

9、与信息网络的互联。在实际应用上，主网关和子网关通常在物理上是合为一体的，多协议的网关具有外部网络接口、内部局域网接口、控制网接口。家庭服务网络整合了 AP Bus 和 Q Bus 两种控制总线、有线和无线局域网、固定和移动互联网。PLC 控制器控制器ASE 控制系统是一款可编程逻辑控制器(PLC)，通过指令表中设置控制指令的方式，完成编程设计的一款多用途控制器。同时具备与短信收发设备的通讯功能，通过普通手机短信远程控制系统和报告系统状态。其功能：16个数字量输入点，16个数字量输出点，共32个端口;内部共6个指令表，共682=96个控制指令行;每个指令行均可调用系统任意一个功能，例如：发送短信

10、、控制继电器操作、延时计时等;8个独立手机号码设置;8个独立远程控制指令行;8条警示短信设置;系统启动初始化设置;防断电记忆设置。其技术优势：强抗干扰设计，与强电设备安装在同一个配电箱中;将可编程控制器与手机短信收发机集成起来，特别是支持中英文短信的自动双向收发功能， 拓宽了编程器的远程控制能力，在经济性、安全性和可靠性上，相对于目前市场上以电话语音报警和控制的方式，有了相当大的提高;在编程方面突破传统的工业 PLC 编程方式，对编程员的要求很低，不需要掌握任何编程经验和语言基础，有利于产品大规模的推广和应用。全中文编程界面，编程极其简单方便;定位于建筑电气控制领域，根据这个领域的要求而设计的

11、专业控制系统。个人技术见解个人技术见解笔者长期关注和潜心探索智能家居系统技术发展，深入分析其核心技术通讯网络架构和控制器，现提出个人拙见如下。智能家居系统技术多元化智能家居系统技术多元化由于智能家居宏大产业发展和市场井喷，商家和媒体过分渲染，智能家居系统技术推陈出新、层出不穷，大有后者迅速淘汰前者之势。其实不然，如无线技术，最典型的无线射频或红外技术，它的特点是无须布设任何线路，安装方便，但传输距离短、穿墙能力差、安全性较差，信号可能会受到墙体和障碍物的阻碍，因为无线射频信号一般只能穿透两层左右的墙体，则容易出现控制“死角”。电力载波可以用在光环境的控制、多媒体信息传输与三表远抄等方面，电力线

12、的布线方便，但价格较高，受电力线上电器的干扰较大。这三种技术都有自己的优势与特点，都有它最适合的应用环境。可能谁也无法完全替代谁，只是不同技术在各种场合的适应性不同。各种技术的发展不是适用所有的应用，而是根据内容和环境需要，选择最合适的网络。也可以将不同技术交叉应用，这主要应用的是先进的无线技术与电力载波技术，它们之间可以互相协调。利用电力载波技术来弥补无线技术的缺陷，应用在无线网关控制、智能安防、环境温湿度自控制与多媒体中心等，而最终有一个总的控制平台，对各智能家居系统进行统筹参观、协调工作。智能家居系统的性能价格比智能家居系统的性能价格比据悉，美国 ABB、GE、德国莫顿、美国 Honey

13、well、澳洲奇胜的一般别墅配置价基本最少为10万元，舒适型一般都需要几十万元，这些产品目前主要是为国内顶级富翁服务。国内目标消费者主要为：有权有势和有钱人占70%，白领级技术爱好者占20%，相对富裕的老年人及行动不便者占10%左右，目标主要锁定富人群族。如果定位于大众消费，必然会遇到市场阻力甚至市场投资风险。因此，个人认为国内目标应主要定位于大众消费，智能家居系统的性能价格比成为“重中之重”。同一功能实现可有不同的技术手段，如几种远程报警和控制实现方式如表表2所示。表2 几种远程报警和控制实现方式比较在智能小区的实际应用中，在完全整合多个系统的全带宽解决方案中，多数将多媒体信号与控制信号的传

14、输集成在一起，在高速带宽中传输低速的控制信号，不但是对网络资源的浪费，其成本也较高。因此，该解决方案的性能价格比低。以总线而言，比起成本相对较低的 RS-485总线，CAN 总线虽然有较高的传输速率，但价格偏高，而且与 RS-485总线一样网络结构较单一;Lon Works 总线、以太网等方式的网络平台虽然有很高的带宽，具有较完善的拓扑性能，但是在目前小区采用这样高带宽的平台显然有高速公路上跑马车的感觉;现在小区局域网虽已成为智能化配套设施，但由于其网络设备的产权属性，使得这样的网络平台很难为智能化系统平台所用。因此，TP-Bus 总线、具有自主知识产权的 AP Bus 总线和 Q-BUS 总

15、线的性能价格比较高，后者能够实现低速控制与高带宽用户的无缝连接，即在具备低速控制系统为主的智能小区内，家庭用户可以随时扩展高带宽的应用，并能和小区控制中心无缝连接，就既能满足全带宽用户的需求，也能满足智能小区对成本控制的要求，值得推荐。同样，工业领域的 PLC 控制技术基本上都是95%以上国外进口，操作复杂，价格高昂。由于建筑领域和工业领域要求和目标不同，况且从工业领域上简单移植到建筑领域，工业PLC 系统既不可避免存在功能上的冗余，又不能实现建筑领域的监控需要。而定位于建筑电气控制领域并根据这个领域的要求而设计的专业 PLC 控制系统，使本来担任现场级控制单元角色的 PLC，充分发挥潜能，担纲重任升格为主控制器，系统性能价格比则必然提高;笔者曾有将工业领域的 PLC 移植到建筑领域的单项尝试实践，有所体验。深知既要精通PLC 控制系统，又要通晓建筑领域现场需求，方能实现跨学科的移植，其技术含量之高不言而喻。因其技术优势见长和性能价格比较高，自然具有强大的生命力和发展前景。