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智能家居系统的应用研究

发布时间:2018-07-18 01:08:33 文章来源:未来智库    
    关键词:智能家居; 智能家庭网关; 嵌入式设备
    中图分类号:TB381 文献标识码:A 文章编号:
    前言:
    智能家居的定义:利用电脑、网络和综合布线技术,通过家庭信息管理平台,将家居生活有关的各种子系统有机地结合的一个系统,实现安全、舒适、便利、高效、节能、环保的居家环境。
    智能家居的目标:将家庭中的照明系统、安全防范系统、视频监控系统、暖通系统、音视频系统、家用电器等相关的系统,通过家庭总线技术连接到一个智能化系统上进行整合,在同一个控制界面下,对整合后的系统进行控制和事务性管理,保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调。
    家庭信息管理平台――智能家庭网关,作为家庭内部各子系统之间;内部网络和外部网络之间数据互联互通的桥梁,起着至关重要的作用。
    一、智能家居系统的组成
    智能家居系统由三个重要部分组成:布线系统、智能家庭网关、网络。
    1. 布线系统,提供一个硬件平台,实现数据传输。
    由于布线往往是在施工时预先埋设,扩展和更换不便,所以新建建筑多选择有线方式,预埋线缆,为功能实现提供硬件平台。已经装修完毕的建筑多采用无线方式,来解决家庭内部网络的组建问题。如此不仅省去布线的麻烦,而且便于设备扩展,增加布局的便利性。
    2. 智能家庭网关,它是整个家居系统调度和控制的核心。
    智能家庭网关主要用于完成协议转换。实现家庭内部网络不同设备之间的互联互通;实现家庭内部设备和外部以太网或 Internet 的互联,将家庭单位连接到外部网络,起到数据互通的桥梁作用。
    3. 网络。
    外部宽带接入即外部的互联网,提供家居系统的外部接入;
    家庭内部互联网,存在于家庭内部的信息网络和控制网络,通常采用二者合一的方式;家庭低一级的控制子网,该种网络存在于家庭和设备直接连接的控制子网,实现的方式
    主要是通过控制器进行家庭内部的分级子网组建,子网中的各设备通过控制器实现对网关的接入。
    二、智能家居系统的发展现状
    促进智能家居发展的两个重要基础:
    1. 嵌入式 Internet 技术。
    嵌入式 Internet 技术是近几年出现的新兴技术,主要是随着嵌入式系统应用的普及,更多的嵌入式设备已经出现在当前的工业控制领域和家庭中。而 Internet 技术的普及,使网络逐渐延伸到地球的每一个角落,嵌入式设备也逐渐摆脱了传统的单机运作模式,实现了对以太网和 Internet 的接入。因而互联网的终端设备不仅仅是 PC 终端,更多的嵌入式“瘦”服务器将出现以取代原有 PC 这样的“胖”服务器。家居系统的控制也逐渐由原以 PC 为控制中心的方式,逐渐转向了以嵌入式家庭网关设备实现控制管理的嵌入式系统领域。
    2. 外部宽带接入技术的发展。
    Internet 技术的普及使住宅小区的网络日益完善,为智能家居系统提供了对外接入的基础。智能家居系统的重要设备――PC 或智能家庭网关,能直接实现对以太网或 Internet 的互联,对外部信息做出响应和反馈,实现远程控制。
    基于上述两个重要的基础,智能家居系统中也逐渐产生了很多能直接实现网络接入的设备,如信息家电、智能家庭网关、机顶盒等。构建智能家居系统的关键设备――智能家庭网关,不仅能实现对内部网络的互联,使家居系统中所有设备互联成一个系统,实现统一管理和控制,同时网关被设计成嵌入式服务器完成对外部网络的接入,响应远程客户端的请求,以BS模式或CS模式,实现和远端访问的交互。
    三、智能家居系统中的网络技术
    当前网络技术多样性决定了智能家居系统中网络实现的多样性。对于家庭局域网构建,如何选择家庭内部的物理层接口技术和以太网的接入技术是至关重要的。目前采用的主要网络技术有:
    1. 互联网接入:以电话线、无线通讯、有线电视同轴线及专用线居多。
    2. 家庭内部网络:以电话线、无线通讯、电力线通讯、红外线及专用线居多。
    3. 家庭底层控制网络:以无线、电力线及控制线居多。
    以上列出的各种技术中有的已经比较成熟,甚至在有些地区已经开始应用,而有的还在研发阶段。一个技术能否成为某个领域的标准,关键在于这个技术是否能够满足这个领域目前的发展需求、具体特点以及经济性和可实现性。在家庭网络这个领域中,必须考虑目前的发展状况和家庭生活的特点,以及家庭的经济承受能力。
    四、智能家居系统实现的关键技术――智能家庭网关
    智能家庭网关是一个独立、智能、灵活多变、标准化的家居网络系统接口单元。它是通过各种途径( 如 Internet、WAP、电话、手机等) 从多种多样的外部网络接收通讯信号,然后通过家庭内部网络将信号传送到特定的设备上,并将相应信号反馈给外部通讯节点实现远程交互。智能家庭网关是智能家庭局域网的核心部分,主要完成家庭内部网络各种不同通讯协议之间的转换和信息共享,同时网关一般还负责设备的管理和控制。由于嵌入式Internet 技术的发展,家庭网关实现上也逐渐从 PC 机实现转向嵌入式设备的实现上。
    智能家庭网关硬件上的结构决定了其内部的物理层接口的模式,外部的接口决定外部的接入方式。其中物理层接口是实现家庭局域网内部网络结构的底层硬件协议接口,是智能家庭局域网的最基本部件。目前国际上流行的物理层接口主要包含:无线射频、电力载波、双绞线、蓝牙技术、无线以太网技术等,这些接口涵盖了以智能设备监控为代表的低速数据链路接口和以家庭多媒体娱乐和视频监控为代表的高速数据链路接口。其中以现场总线为特征的家庭自动化子网的物理层接口形式比较多样,且大量的新型接口标准正处于探索和标准化之中,这些方面一直是智能家居最热门,也是最有活力的研究内容之一。
    就当前智能家居系统现状而言,真正意义上实现了家居智能化的很少,大部分只是实现了某一方面的集中控制功能。例如:照明控制器、窗帘控制器、时序电源、三表数据采集控制器,但各种控制器独立存在,功能单一,相互之间没有互联集成。家庭内部网络的物理层接口主要以有线居多。网络互联方面,家居系统基本上是孤立于 Internet 之外。
    基于上述情况,研究智能家居应用研究的目的应该是:实现一个低成本、高效率、简捷便利的智能家庭网关,基于此网关实现一个智能家居系统,解决当前家庭中存在的大量传统家电设备和信息家电的互联,使之成为一个有机的整体,实现照明、安防、监控、暖通、音视频、家电的集中控制和管理,并完成对外部以太网或 Internet 的接入,达到异地的访问和控制。
    五、智能家居系统应用展望
    近年来,国际上许多大公司纷纷提出了各自的智能家居解决方案,智能家居系统已由开始时以 PC 为控制中心逐渐转向以嵌入式家庭网关为核心的嵌入式系统领域。而智能家居系统物理层的接口标准和数据传输协议则是大部分国内外学术机构和厂商关注的热点。
    到目前为止,接口的标准和通讯协议的技术标准还难以统一,这给智能家居的迅速普及造成了很大的障碍。从智能家居概念的提出到推广实现将会有一个过程,不会一蹴而就。但是,随着技术的不断进步,智能家居正逐步改变着我们的生活方式,也影响着包括传感器、执行器、专用电源、及Internet 嵌入式应用相关专业领域,推动了相关产业在研发、生产、制造方面的发展。
    以智能家居为最基本构成单元的一个有序化网络体系结构的诞生,会为 Internet 注入新的生机和活力。家居系统发展趋势必然是:多种技术标准的相互竞争,更具开放性和包容性的技术将被市场所认可。同时随着芯片价格的下降和专利保护的到期,智能家居系统的技术选择上可能性增多,更多有潜力的技术和解决方案,将被应用到智能家居系统中。
    参考文献:
    [1]杨士元. 揭开智能家居的面纱[EB/OL]. http: / /www.smarthomecn. com /.
    [2]杨春芝. 未来家居就在“家庭网关”[EB/OL]. http: / /www. china - 5a. com /.
    [3]陈学良,关宇东. 嵌入式 TCP/IP 协议单片机技术在网络通信中的应用[J]. 电子技术应用,2002,( 8) .
    [4]齐美彬,杨艳芳,蒋建国. TMS320C54x DSP 的以太网接口设计[J]. 电子技术应用,2002,( 8) .

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