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浅论智能家居系统

发布时间:2018-05-09 11:32:00 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:TN915.5文献标识码: A 文章编号:
    
    目前,通常把智能家居定义为利用电脑、网络和综合布线技术,通过家庭信息管理平台与家居生活有关的各种子系统有机地结合的一个系统。也就是说,首先,它们都要在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通信息满足远程控制/监测和交换信息的需求。
    一、国内外智能家居的研究近况
    随着信息社会的发展,网络和信息家电已越来越多地出现在人们的生活之中。智能家居系统已经成为智能建筑化的一个重要研究方向。如何去建立一个高效率、低成本的智能家居系统已成为当今世界的一个热点问题。近年来,国际上许多大公司提出了相应的解决方案,但迄今为止,这一领域的国际标准尚未成熟,各国正努力研制适合于本国国情的智能家居系统。国外在探索现代化智能家居系统及其核心技术的过程中,已逐渐形成了一些相关的标准,分别受许多大公司的支持。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问题。
    二、智能家居系统发展的基础
    促进智能家居发展的两个重要的基础是嵌入式Internet技术和外部宽带接入技术的发展。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。
    此外Internet 技术的普及使智能小区出现了基于以太网总线的网络,为家居系统提供了一个对外的接入,使家居系统的设备诸如PC 和家庭信息处理平台即智能家庭网关设备能直接实现对以太网或Internet 的互联。基于上述两个重要的基础,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。构建家居系统的关键技术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WEB 的浏览器/服务器模式实现和远程浏览器的交互。
    三、智能家居系统的构建基础
    智能家居系统构建的三个重要的基础是: 布线系统、家庭信息处理平台即智能家庭网关及三种网络的支持。
    1. 布线系统,提供一个硬件平台实现数据在上面传输。由于布线往往是在施工时预先埋设,扩展和更换不便,所以当前的家庭中往往采用无线方式来解决家庭内部网络的组建,如此不仅省去布线的麻烦,同时便于设备扩展。无线方式数据通讯不存在方向的限制,决定了设备的位置是随意的,增加了家居布局的便利。
    2. 家庭信息处理平台即智能家庭网关,它是整个家居系统调度和控制的核心。它主要是用于完成协议转换,实现家庭内部网络和外部的以太网或Internet 的集成,集成方式是通过网关作为一个数据互通的桥梁。
    3. 三种网络分别是: 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,为了实现上的便利,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。
    四、智能家居系统中的网络技术
    当前网络技术多样性决定了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。
    五、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家庭智能、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。
    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系列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。
    基于上述情况,研究智能家居的目的是实现一个低成本、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,以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,使之成为一个系统实现集中控制和管理,同时网关提供一个对外接口,实现对外部以太网或Internet 的接入,完成异地的访问和控制。
    参考文献:
    [1]杨士元. 揭开智能家居的面纱[EB/OL].
    [2]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) .

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