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智能家居抑制系统的设计初探

发布时间:2018-11-25 01:06:05 文章来源:未来智讯    
    智能家居抑制系统的设计初探作者:未知   住宅智能化是IT技能向传统建筑家当渗透发展的必然结果。自1984年在美国诞生第一座智能大厦以来,智能建筑的发展在世界范围内一浪高过一浪。从各种特殊功用的智能大楼,到近几年已经全面向建筑行业的最基本内容――民居住宅发展,引起了住宅建筑本身智能型、舒适性的革命性变化,还带动了家用电器的操作抑制智能化,产生了信息家电家当。国外甚至出现了网络房屋,出现了与虚拟社区相对应的网络社区。国内智能小区的建设也十分火爆,这其中的最基本单元便是智能住宅。
  智能建筑在我国经过十多年的发展,正面临着前所未有的大好局势。目前,绝大多数的智能家居产品尚处在发展初级阶段,系统集成程度低、动作联动性差、智能化水平差,甚至由于其功能的不完备,系统操作反而成为一种负担。为明白决这些问题,本文详细阐述了笔者亲身设计并实现的智能家居系统――分布式智能家居系统。
  
  一、分布式智能家居系统构建背景
  
  分布式抑制系统DCS(Distributed Control System)选取多台抑制分机分辨承担不同的抑制功能和处理范围,不但其处理能力大大提高,而且将危害及系统平安的因素降低。由于智能家居系统具有监控点多、抑制动作大略、设备分布散、系统逻辑关系复杂等特点,系统运行需要协调大量被监控对象之间的关系,这就需要应用一种符合该系统特点要求的抑制理论。于是,本设计选取工业上广为使用的分布式抑制系统来构建智能家居系统。系统选取分级模块的方式,能够使处理事务分散、协调事务统一、抑制功能灵活机动、可靠性高、安装灵活方便。选取分布式抑制技能,系统分类分区的监控能够分散系统处理器运算处理事务,减小误报、误控的发生。同时,分散的子系统各自独立事务,能够避免系统一处故障全体瘫痪的情形出现。
  1. 分布式抑制系统在智能建筑中的应用现状
  DCS在智能建筑中的应用早已提出,所构建系统抑制分机选取可靠性较高的PC机作为抑制分机及主机,系统功能强大、可靠性高。然而,智能家居系统不可能选取多台PC机来构建分布式抑制系统,这就要求必须有分散的抑制处理单元。加之其处理事务繁琐但不复杂,故本文选取了处理能力大略的AVR单片机为模块处理器。所构建的系统功能适用、性价比高、功能稳定,完全能够达到要求。
  2. 分布式智能家居的构建思绪
  智能家居系统的设备量大、分布散、需要监控的数量多,以及网络经济的逐渐发展,必将改变目前这种家用电器单机运作的模式。同时又考虑到家用电器的摆放及使用的灵活性,我们研讨并提出了选取分布式抑制技能解决方案。根据DCS的特点与智能家居系统的功能需要,选用了ATMEL公司生产的8位AVR单片机――ATmega8。
  考虑到同类分机模块的功能基本相同,我们设计了环境监测分机模块、监控分机模块、抑制主机模块。最终,据各子系统不同的功能要求分辨编制对应程序进行现场录制,从而使各模块真正具有功能齐全、经济合理、维护升级方便的特点。家庭内各个被控单元与抑制功能模块连接,实现智能监控,并且各模块间建立联系,最后通过抑制主机模块与PC机及电话等连接。主人能够通过遥控器、网络、电话等监控家庭平安及住宅环境状况,遥控家用电器的运行。
  
  二、分布式智能家居抑制系统的构建
  
  为了综合利用资源,模块的设计选取了统分联合的教导思维,实现家居智能监控能够简化为监测处理信息和实现抑制功能。为了满足家庭内所有监控功能,根据需要将所需监控对象根据位置划分,安装相应的分机模块。
  1. 系统构建整体框架
  系统功能根据监控任务的不同分为三类:环境状况监测功能;设备开关监控功能;信息处理及对外通讯功能。据此,将家庭内各处设备分类分区抑制,并且模块间均具有独立的通讯及抑制功能,能够相互协作(如图1所示)。例如,监测模块把所监测到的信息发送到总线上,抑制模块接收并判断实现抑制功能。抑制主机模块与家用PC及电话互通讯息,实现远程监控。
  2. 系统构建模块
  1)环境监测分机模块
  设计环境监测模块,主要是因为环境参数受周围电器事务和安装位置的影响较大。为了防止检测误差,单独安装减小干扰作用。该模块负责监测住宅内外的所有环境信息,包括温度、湿度、亮度、烟雾、燃气、噪音、风速、空气质量、有人活动、玻璃破碎等参数。它还能够将所有的信息进行综合分析,最终将结果归纳,决定该采取何种抑制动作并发送到总线上,比如环境监测模块检测房间内的温度,同时与总线上传来的室外温度及天气情况进行逻辑分析。如果室外温度舒适而且空气质量好,未有刮风下雨等,则该模块就会发送打开该房间窗户的下令。相反,如果天气忽然恶劣时,会发出关闭窗户的下令。
  2)设备监控分机模块
  该模块负责所分配区域所有设备的开关抑制,并且进行设备抑制效果监控。将房间内各个电器根据需要划分为若干个区域,使用一台分机抑制。抑制的内容主要为照明、空调、窗户、窗帘、电视、背景音乐及总电源开关等。分机接到下令或条件成立时,模块实施抑制动作,并且检查抑制效果。在正常运行期间,定时进行设备故障监测,并且随时报告故障结果,同时进行故障记录。比如上述情况中环境监测模块发送打开窗户的下令时,相应模块便会打开窗户,同时检查是否成功打开,并且将结果发送到抑制主机;如果有故障发生,则将故障结果发送到总线上等待处理,在未处理之前会隔一定时段再次报告。
  3)抑制主机模块
  抑制主机模块为该系统的下位机的处理中心,它负责接收处理所有分机发送的信息,与上位机或电话联系,实现报警或远程监控功能。当抑制主机配装液晶显示器时,主人能够方便查看各设备的事务状况、故障情况。并且,系统在没有上位机的情况下仍能独立的完成各项抑制事务,从而保证了系统的可靠性及对环境的适应性。当发生紧急情况时,该模块要进行电话自动拨号报警。如果PC机打开的情况下还能够通过互联网报警、监视或监听等。
  3. 系统通讯方式
  1)有线通讯方式
  该系统通讯选取了RS-485总线。由于RS-485总线的可扩展性及工程安装的大略性、廉价性等特点,使得系统能够方便的实现各并联连接功能模块之间的通讯,易于扩展、维护升级方便。保证了分机模块间的顺利通讯协调事务之后,总线能够通过一个RS-485转RS-232器件与计算机通讯,实现系统与局域网、互联网的互联。
  2)无线通讯方式
  该系统还选取了无线通讯方式。无线数据传输电路由Nordic公司的单片UHF无线数据收发芯片NRF401及其外围电路构成。NRF401选取FSK调制解调技能,其事务效率可达20kbit/s,且有两个频率通道供选择,并且支持低功耗和待机模式。它不用对数据进行曼彻斯特编码,其天线接口设计为差分天线,因而很容易用PCB来实现。选取该无线通讯方式能够实现模块间通讯,还可灵活交代无线探测器及抑制器。完全选取无线通讯方式能够方便进行旧住宅房改造安装,不会影响装修并且省去布线的事务和费用。
  
  三、系统软件设计
  
  本系统软件主要由系统主机和系统分机的AVR程序及系统上位机抑制系统与Internet网络通信程序组成。该系统正常事务时,用户能够完全不必干预,也可通过分机操作接口、上位机操作系统接口界面抑制,或通过Internet及电话方式进行远程访问监控。
  1. 下位机程序的编制
  系统主机程序主要用于实现系统的整体通讯调节抑制功能,包括无线数据传输程序、分机采集报告数据的收集处理转发、紧急电话拨号报警、双音频编解码程序、语音录放程序、串行通信程序、铃流检测与摘挂机抑制程序、系统初始化程序、意外事件处理程序及接收上位机抑制下令及报告数据等。程序编制以消息驱动为主导思维。消息由计数器停止1、外部停止0和串行停止产生,在停止服务程序中应按相应的状态位置位,而在消息循环中则应按相应的状态位调勤奋能函数,然后由功能函数将相应的状态位清0并完成所需功能,并最终返回到消息循环中。其程序流程如图5所示。该系统的分机程序和主机类似,故此不再详述。
  2. 上位机操作系统及其与Internet网络远程访问程序的编制
  上位机操作系统程序用C++语言在C++ Builder编译环境中编制,系统带有友好操作界面,能够通过鼠标方便的抑制及查询任何家居设备的事务状态等。通过Internet访问局部通信程序分为服务器和客户端两个程序。服务器程序主要完成客户端与系统主机通信的中转,即将客户端发来的抑制或者查询下令翻译成系统主机能识别的格式;或者将系统主机收到的报警等信息上传到客户端,主要通过Internet网络完成用户的抑制功能。客户端程序是运行在远端用户的抑制界面,主要用于完成家居内状态的显示以及对家居内电器的远程抑制,同时使客户端直接连接到服务器。
  
  四、结论
  
  本系统是利用8位AVR单片机Atmega8位处理器开发,利用RS-485总线实现各模块间的结合协作,配合上位机可实现网络远程监控功能。本系统充分利用了现有的网络资源,经过初期调试运行表明该方案切实可行。系统运行稳定,可以达到设计初期的各项要求。相信将在信息家电、智能小区等方面得到广泛应用。
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