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1、智能家居和小区监控系统中CAN总线的设计应用0、引言随着人类社会的进步和科学技术的迅猛发展，特别是3C技术（Computer，Communication和Control）的发展，人类开始迈入数字化和网络化为平台的智能化社会。信息化社会在改变我们生活方式与工作习惯的同时，也向传统的住宅提出了挑战。进入21世纪，人们的“衣食住行”水平日益提高，在衣食无忧的今天，居住环境的优劣成为了衡量生活水平的又一重要标准。智能小区经过多年的实际应用，已经有了长足的发展，仅仅提供安全保障的智能小区系统已经很难满足人们对于安全、方便、智能化等方面的需要。因此，智能家居必将成为一个新的市场热点。智能家居网络系统以3C
2、技术为基础，采用先进、成熟的设备和产品以及先进的管理软件，对整个家居的信息通信、安全防范、报警求助集中于统一的平台上进行管理。它不仅已经成为一个国家经济实力和科学技术的综合标志之一，而且也是人类社会住宅发展的必然趋势。1、智能家居的理念及范畴1.1智能家居的理念智能家居就是通过综合采用先进的计算机、通信和控制技术(3C)，建立一个由家庭安全防护系统、网络服务系统和家庭自动化系统组成的家庭综合服务与管理集成系统，从而实现全面的安全防护、便利的通讯网络以及舒适的居住环境的家庭住宅。智能家居是IT技术（特别是计算机技术），网络技术、控制技术向传统家电产业渗透发展的必然结果。也就是说，首先，它们都要在
3、一个家居中建立一个通讯网络，为家庭信息提供必要的通路，在家庭网络的操作系统的控制下，通过相应的硬件和执行机构，实现对所有家庭网络上的家电和设备的控制和监测。其次，它们都要通过一定的媒介平台，构成与外界的通讯通道，以实现与家庭以外的世界沟信息，满足远程控制监测和交换信息的需求。最后，它们的最终目的都是为满足人们对安全、舒适、方便和符合绿色环境保护的需求。特别要指出的是，智能家居不是一个单独的产品，也不是传统意义上的“智能小区”概念，而是基于小区的多层次家居智能化解决方案。1.2智能家居的范畴智能家居是一个多功能的技术系统，包括可视对讲、家庭内部的安全防范、家居综合布线系统、照明控制、家电控制、远
4、程的视频监控、声音监听、家庭的影音系统等。家居智能化包含的内容比较多，而且国内目前的产品主要基于总线制、电力线载波、无线等方式，在网络连接方面基本上用总线制联网、电话联网或者通过以太网方式来实现。2、智能家居系统架构与功能2.1系统架构*家居综合布线系统 家居布线系统就是把电话、有线电视、电脑网络、影音系统、家庭自动化控制系统的布线统一规划、布局、集中管理，为实现家居智能化提供网络平台，通过家居综合布线既可以实现智能化控制，又可以做到资源共享，而且采用综合布线，使家庭内部布线系统具有良好的扩展性，并可随时升级，满足用户未来的需要。*家居安防系统 家居安防系统可以有效的利用技防手段来实现居家安全
5、防范。家居安防系统包括防盗、防燃气泄漏、防火等功能，并具备远程监控，住户可以通过网络或电话随时了解家内情况，同时可远程监听或监视家庭内部情况。*家庭自动化系统 智能家居的主体在于家庭自动化，未来家庭自动化的主体是家电、照明等电气设备的控制。自动化系统采用集中或者分布式控制，住户可以通过网络或者电话远程控制家庭内部设备，家居自动化系统是智能家居的主要发展方向。*场景环境预置 随着人们对生活体验的个性化要求越来越高，家庭内部影音系统、家庭内部环境、网络虚拟环境等需求也越来越高，人们用在这方面的消费支出也将越来越高，未来的智能化家居也会更多的满足人们这些方面的需求。2.2系统功能 智能家居的平台系统
6、通过其核心设备-智能终端来实现家庭智能化的功能。家庭智能终端用来实现家庭智能化的各项功能。因此，家庭智能终端是智能家居的心脏，通过它才能实现系统信息的采集、信息输入、逻辑处理、信息输出、联动控制等功能。其系统功能实际上是说明智能家居其“智能”在何处的说明。智能家居所要实现的主要的系统功能有：*家电控制 通过系统灵活多样的控制方式(如按键开关、遥控器、电话、Internet等)，您随时可开启家中空调、电动窗帘、电饭煲等电器设备，功能实用方便。系统设置的“全关模式”，可以在您出门或就寝时，非常方便的关闭室内灯光、电器设备的电源，方便、安全又省电。*沟通黑色家电和其他视频设备之间以及与外部世界之间的
7、信息通道，其中包括：台式手持计算机、电视、录摄像机、VCDDVD和数码照相机等；同时还可以实现对它们的控制和监测。*安防、防盗报警 智能家居系统兼容目前大多数的防盗产品（红外探测器、煤气探头、门磁开关、声光报警装置等），且具有逻辑判断，多防区设置，电话报警功能。系统设有“在家”、“离家”两种布防模式，并可通过电话远程布、撤防，并带有语音提示及系统自检功能。一旦检测到报警信号，系统立即将警情报至小区保安中心，引发灯光闪烁、警号鸣响等动作，并启动电话远程告警功能。*电话远程遥控与无线遥控通过对外的接口，实现远程控制和信息交换，如：电活线、有线电视电缆、市电电源线、双绞线和无线通讯方式等。电话远程控
8、制功能灵活实用，无论何时何地，您都可方便的通过电话或手机按键远程控制家中的各种灯光、电器设备。无线遥控通过遥控器，您可以方便地控制家中所有的灯光、电器设备。当您在客厅看电视时，您可通过遥控方便地关掉厨房、走廊、阳台和房间里不必要的灯光电器，而不用因起身而错过剧情。3、关于智能家居系统主要核心技术：3.1计算机软件技术与计算机网络技术在数字家庭网络中涉及的计算机软件，除一般的用户程序外，最突出的有二个方面：首先是网络操作系统，这个操作系统应该具有占存储器小、使用方便、配置灵活、容错性能好等特点；其次是数据结构，这是由于一般的家庭控制网络中，不可能使用各种体积庞大的数据库，而实际使用时又需要处理大
9、量的数据，因此需要设计者设计一个适合于家庭网络使用的数据库。这里比较突出的是家庭网关。家庭网关是智能家庭网络上的一个重要部分，它是将单个家庭网络与外部世界（如局域网、Internet网或智能小区的子网络）沟通起来的关键部件。例如与Internet或Ethernet的接入、路由的选择、浏览器的设计网页的制作，此外还有编码压缩技术和网络接口技术等。3.2信息网络系统技术当今各地的有线电视主干网已大规模采用光纤。利用有线电视网作为信息传输平台，基于有线电视HFC网建设智能小区已成为许多城市的成功案例。 HFC接入技术是一新成熟技术，能综合传输图像、数据和语言等多媒体业务。高速数据传输采用QAMQPS
10、K调制，低速数据采用FSKASK调制。图1为信息网络系统技术应用举例-HFC接入技术与应用原理示意图。图1 HFC接入技术与应用原理示意图。用户终端机顶盒拥有Internet接入能力并能够将家庭设备包括报警探头、水电气表、家电等接入互联网，不仅满足了用户交互或快速上网等的要求，而且为住户提供了能适应将来科技发展的人性化接口，其实施的保证是由有线电视中心完成的。最为关键的是基于HFC网能够节省大量的利用光纤及五(六)类线组网的费用，并免去了网络运行维护的费用。3.3图像处理技术图像处理技术是属于信息技术中一个层次比较高的技术，目前它也已经走人了数字家庭之中。其中最典型的例子是智能型防盗门，这种防
11、盗门是不需要用普通钥匙的，它的“钥匙”是该家庭每个人员自己身上的某个器官特征：比如，手指的指纹，或人脸的特写，或眼睛中的虹膜等。这些人体的自身的特征，首先需要通过一些专用的装置将它们采集到，然后对这些采集到的图像信息作必要的处理，并提取相应需要的特征，最后根据这些特征来识别出“是否是本家居中的成员”。3.4 传感器技术在一个数字家庭中，为保证完善的控制，需要测量的物理量是多种多样的（例如流量、电量、温度、湿度、微量气体含量等），这都需要传感器技术。一般说来，家庭中的物理量的测量精度要求不高，测量设备的体积和重量也没有苛刻的要求，因此还需要研究和开发适应家庭网络控制用的价格低、稳定、可靠和多功能
12、集成的测量技术和传感器技术以及相应的产品。4、总线式的控制系统的智能家居系统解决方案智能家居是一个综合性的系统工程，要从其功能、性能、成本、扩充能力及与现代相关技术的应用等多方面来考虑。不仅要考虑到系统初期建设的投资成本，更要考虑到系统在未来运行的实用性、可操作性，以及系统的运行与维护的成本。所以，在各项系统的设计选型时要全面考虑各个方面的因素，选用技术成熟、可靠性高并且有较好性价比的产品是至关重要的。总线是一种灵活方便、可靠性好、通信速率高和价格低廉的控制方式，它适用于生产过程控制，智能家居等。采用总线式的控制系统的智能家居系统，不需要像传统方式那样重新连线，它又区别于集中控制模式，可以通过
13、修改软件改变按键与灯光等设备的对应关系，有着它无可比拟的扩展灵活性。基于这样的需求，采用CAN技术所设计的家庭智能管理控制系统比较适合用于多表远传、防盗、防火、防可燃气体泄漏、环境监测、紧急救援、家电控制等方面。4.1系统特点CAN总线是一种多主总线系统，网络上任一节点可在任一时刻主动地向网上其它节点发送信息。不分主从，便于构建分布式控制系统；通信介质可以是双绞线、同轴电缆或光纤；通信速率可达1Mbps；通讯距离远，可达10km。CAN总线控制器中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，特别是循环冗余检验和优先级判别等功能，保证了数据通信的可靠性，可满足不同的实时
14、要求；CAN协议的最大特点是网络内的节点数在理论上不受限制，可任意挂接或拆除节点，增强了系统的灵活性和扩展性；CAN总线采用了统一的标准和规范，使各设备间具有较好的互操作性和互换性，系统的通用性好。CAN以其在可扩展性强，能进行优先级判别等方面的优越性，可靠性高及设计独特的特性，在国际和国内都得到越来越广泛的应用，成为最有前途的现场总线之一。这种网络以其对等式的通讯网络，各节点地位均等，无主节点，实时性好，可靠性高等优势为楼宇自动化、智能家居等应用提供了良好的控制网络。CAN现场总线是一种应用范围较广的现场总线，具有灵活方便、可靠性高、通信速率高和价格低廉等特点，在生产过程控制和交通工具仪器仪
15、表互连中有较广泛应用。在一些数据流量不是很大，要求系统灵活可靠的情况下，CAN总线会得到满意的效果。在智能家居系统中，整个控制系统除了要求灵活可靠外，还要求系统具有较好的可扩展性，首先使添置的家居设备很方便地接入到系统之中，其次是在小区扩建时能够使新增加的智能节点很方便地并入网络。CAN总线的优先级判别功能在智能家居系统中更是至关重要的。CAN总线采用的是非破坏性总线仲裁，在该系统中若将火灾报警设为最高优先级别，当载有火灾信息的数据块与其它信息的数据块在总线上发生冲突时，能使火灾信息的数据块安全通过，这样就可很好地满足火灾报警的高度实时性要求。且其低成本更容易被人们所采用。4.2系统功能智能家
16、居系统产品取代传统的灯光及家电控制模式，为您提供安全保障的同时，让您轻松享受生活。*灵活的控制模式：互联网网上控制、电话远程控制、预置时间控制、遥控器控制、主控键盘控制、手动直接控制。*简易的用户编程：用户可自行编程，预设多种灯光场景及家电的控制功能。*随心的控制效果：既可远程查询和控制，又可以一键式场景预置和操控。4.21室内照明控制室内照明主要由日光灯、吊灯、壁灯、射灯和落地台灯等组成，除日光灯外，所有其它灯均可作亮度调节，以满足不同的需要。客厅和起居室具有多种灯光组合，使环境光线更为舒适，同时刃；可作较多的变化，以适应不同的情况，例如在客人探访、聚会畅谈时可能需要较明亮的灯光，而在欣赏古典音乐或轻音乐时，柔和的灯光会显得较为写意；而要把客厅变为家庭影院观看精彩影片时，灯光便需要调得更为暗淡。所有的灯光都由高科技的轻触式电子开关控制，只需要轻触一个按钮便可产生一种预先设定
