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篇1

l引言

隨著國民經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)水平的提高，特別是計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)的迅猛發(fā)展與提高，促使了家庭實現(xiàn)了生活現(xiàn)代化，居住環(huán)境舒適化、安全化。這些高科技已經(jīng)影響到人們生活的方方面面，改變了人們生活習(xí)慣，提高了人們生活質(zhì)量，家居智能化也正是在這種形勢下應(yīng)運而生的。

2智能家居控制系統(tǒng)概述

智能家庭控制系統(tǒng)是以HFC、以太網(wǎng)、現(xiàn)場總線、公共電話網(wǎng)、無線網(wǎng)的傳輸網(wǎng)絡(luò)為物理平臺，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為技術(shù)平臺，現(xiàn)場總線為應(yīng)用操作平臺，構(gòu)成一個完整的集家庭通信、家庭設(shè)備自動控制、家庭安全防范等功能的控制系統(tǒng)。

智能家居控制系統(tǒng)的總體目標(biāo)是通過采用計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、控制技術(shù)和集成技術(shù)建立一個由家庭到小區(qū)乃至整個城市的綜合信息服務(wù)和管理系統(tǒng)，以此來提高住宅高新技術(shù)的含量和居民居住環(huán)境水平。

系統(tǒng)通常由系統(tǒng)服務(wù)器、家庭控制器(各種模塊)、各種路由器、電纜調(diào)制解調(diào)器頭端設(shè)備CMTS、交換機(jī)、通訊器、控制器、無線收發(fā)器、各種探測器、各種傳感器、各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)、打印機(jī)等主要部分組成。

3智能家居控制系統(tǒng)功能

智能家庭控制系統(tǒng)的主要功能包括家庭通信、家庭設(shè)備自動控制、家庭安全防范三個方面。

3．1家庭通信

家庭通信可采用電話線路、計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)、CATV線路、無線局域網(wǎng)等方式。

(1)電話線路

通過電話線路實現(xiàn)雙向傳輸語音信號和數(shù)據(jù)信號。

(2)計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)

通過互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)信息交互、綜合信息查詢、網(wǎng)上教育、醫(yī)療保健、電子郵件、電子購物等。

(3)CATV線路

通過CATV線路實現(xiàn)VOD點播和多媒體通信。

(4)無線局域網(wǎng)

通過無線收發(fā)器、天線、各種無線終端，實現(xiàn)雙向傳輸數(shù)據(jù)信號。

3．2家庭設(shè)備自動監(jiān)控

家庭設(shè)備自動監(jiān)控包括電器設(shè)備的集中、遙控、遠(yuǎn)距離異地(通過電話或Internet)的監(jiān)視、控制及數(shù)據(jù)采集。

(1)家用電器的監(jiān)視和控制

按照預(yù)先所設(shè)定程序的要求對熱水器、微波爐、視像音響等家用電器進(jìn)行監(jiān)視和控制。

(2)熱能表、燃?xì)獗怼⑺?、電度表的?shù)據(jù)采集、計量和傳送根據(jù)小區(qū)物業(yè)管理的要求所設(shè)置數(shù)據(jù)采集程序，通過傳感器對熱能表、燃?xì)獗?、水表、電度表的用量進(jìn)行自動數(shù)據(jù)采集、計量，并將采集結(jié)果遠(yuǎn)程傳送給小區(qū)物業(yè)管理系統(tǒng)。

(3)空調(diào)機(jī)的監(jiān)視、調(diào)節(jié)和控制

按照預(yù)先所設(shè)定的程序，根據(jù)時間、溫度、濕度等參數(shù)對空調(diào)機(jī)進(jìn)行監(jiān)視、調(diào)節(jié)和控制。

(4)照明設(shè)備的監(jiān)視、調(diào)節(jié)和控制按照預(yù)先設(shè)定的時間程序，分別對各個房間照明設(shè)備的開、關(guān)進(jìn)行控制，并可自動調(diào)節(jié)各個房間的照度。

(5)窗簾的控制

按照預(yù)先設(shè)定的時間程序，對窗簾的開啟／關(guān)閉進(jìn)行控制。

3．3家庭安全防范

家庭安全防范主要包括多火災(zāi)報警、可燃?xì)怏w泄漏報警、防盜報警、緊急求救、多防區(qū)的設(shè)置、訪客對講等。家庭控制器內(nèi)按等級預(yù)先設(shè)置若干個報警電話號碼(如家人單位電話號碼、手機(jī)電話號碼、尋呼機(jī)電話號碼和小區(qū)物業(yè)管理安全保衛(wèi)部門電話號碼等)，在有報警發(fā)生時，按等級的次序依次不停地?fù)芡ㄉ鲜鲭娫掃M(jìn)行報警(可報出家中是哪個系統(tǒng)報警了)。同時，各種報警信號通過控制網(wǎng)絡(luò)傳送至小區(qū)物業(yè)管理中心，并可與其它功能模塊實現(xiàn)可編程的聯(lián)動(如可燃?xì)怏w泄漏報警后，聯(lián)動關(guān)閉燃?xì)夤艿郎系碾姶砰y)。

(1)防火災(zāi)發(fā)生

通過設(shè)置在廚房的感溫探測器和設(shè)置在客廳、臥室等的感煙探測器，監(jiān)視各個房間內(nèi)有無火災(zāi)的發(fā)生。如有火災(zāi)發(fā)生家庭控制器發(fā)出聲光報警信號，通知家人及小區(qū)物業(yè)管理部門。家庭控制器還可以根據(jù)有人在家或無人在家的情況，自動調(diào)節(jié)感溫探測器和感煙探測器的靈敏度。

(2)防可燃?xì)怏w泄漏

通過設(shè)置在廚房的可燃?xì)怏w探測器，監(jiān)視燃?xì)夤艿?、灶具有無燃?xì)庑孤?。如有燃?xì)庑孤┘彝タ刂破靼l(fā)出聲光報警信號，并聯(lián)動關(guān)閉燃?xì)夤艿郎系碾姶砰y，同時通知家人及小區(qū)物業(yè)管理部門。

(3)防盜報警

防盜報警的防護(hù)區(qū)域分成兩部分，即住宅周界防護(hù)和住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)。住宅周界防護(hù)是指在住宅的門、窗上安裝門磁開關(guān)，在對外的玻璃窗、門附近安裝玻璃破碎探測器；住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)是指在主要通道、重要的房間內(nèi)安裝被動紅外探測器或被動紅外／微波雙技術(shù)探測器。當(dāng)家中有人時，住宅周界防護(hù)的防盜報警設(shè)備(門磁開關(guān)、玻璃破碎探測器)設(shè)防，住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)的防盜報警設(shè)備(紅外探測器或被動紅外／微波雙技術(shù)探測器)撤防。當(dāng)家人出門后，住宅周界防護(hù)的防盜報警設(shè)備(門磁開關(guān)、玻璃破碎探測器)和住宅內(nèi)區(qū)域防護(hù)的防盜報警設(shè)備(被動紅外探測器或被動紅外／微波雙技術(shù)探測器)均設(shè)防。當(dāng)有非法侵入時，家庭控制器發(fā)出聲光報警信號，并通知家人及小區(qū)物業(yè)管理部門。另外，通過程序可設(shè)定報警裝置的等級和報警器的靈敏度。

(4)訪客對講

住宅的主人通過訪客對講設(shè)備與來訪者進(jìn)行雙向通話或可視通話，確認(rèn)是否允許來訪者進(jìn)人。住宅的主人利用訪客對講設(shè)備，可以對大樓入口門或單元門的門鎖進(jìn)行開啟和關(guān)閉控制。

(5)緊急求救

當(dāng)遇到意外情況(如疾病或有人非法侵入)發(fā)生時，按動報警按鈕向小區(qū)物業(yè)管理部門進(jìn)行緊急求救報警。緊急求救信號在網(wǎng)絡(luò)傳輸中具有最高的優(yōu)先級別，由于是人在緊急情況下的求救信號，其誤報的可能性很小。

智能家居控制系統(tǒng)類型

4．1系統(tǒng)類型

智能家庭控制系統(tǒng)可分成采用公共電話網(wǎng)的智能家庭控制系統(tǒng)、HFC的智能家庭控制系統(tǒng)、以太網(wǎng)的智能家庭控制系統(tǒng)、LonWorks的智能家庭控制系統(tǒng)、KS485的智能家庭控制系統(tǒng)、無線網(wǎng)的智能家庭控制系統(tǒng)等類型。

4．2基本特點、功能、適用范圍

(1)采用公共電話網(wǎng)的智能家庭控制系統(tǒng)采用公共電話網(wǎng)的智能家庭控制系統(tǒng)圖參見國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計<智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計施工圖集》03X602第14頁。

·基本特點：家庭智能控制器內(nèi)配置了與電話線連接的收發(fā)器，利用電話網(wǎng)絡(luò)作為信息傳輸網(wǎng)。該系統(tǒng)不僅在功能上能完全滿足要求，而且大大地簡化了布線，可以節(jié)省布線的投資。

·系統(tǒng)組成：系統(tǒng)由系統(tǒng)服務(wù)器、家庭控制器(內(nèi)置了與電話線連接的收發(fā)器)、路由器、收發(fā)器、各種探測器、各種傳感器、各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)、打印機(jī)等組成。

·系統(tǒng)功能：實現(xiàn)家庭通信、家庭設(shè)備自動控制、家庭安全防范。

·適用范圍：該系統(tǒng)適用于新建、擴(kuò)建的智能化住宅(小區(qū))工程，且特別適用于改造的智能化住宅(小區(qū))工程，利用原有的電話線就可實現(xiàn)數(shù)據(jù)信號的共網(wǎng)傳輸。

(2)采用HFC的智能家庭控制系統(tǒng)

采用HFC的智能家庭控制系統(tǒng)圖參見國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計<智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計施工圖集》03X602第15頁。

·基本特點：家庭智能控制器內(nèi)配置了CableModem，利用有線電視的HFC網(wǎng)絡(luò)作為信息傳輸網(wǎng)。該系統(tǒng)不僅在功能上能完全滿足要求，而且大大地簡化了布線，可以節(jié)省布線的投資。

HFC網(wǎng)絡(luò)采用共享方式，其共享帶寬為36Mbps。當(dāng)上網(wǎng)人數(shù)較多時，上網(wǎng)的速度會變慢。由于CableModem設(shè)備費用較高，用戶網(wǎng)絡(luò)的開通費用高。

·系統(tǒng)組成：系統(tǒng)由系統(tǒng)服務(wù)器、家庭控制器(內(nèi)置了CableModem)、路由器、電纜調(diào)制解調(diào)器頭端設(shè)備CMTS、有線電視傳輸網(wǎng)絡(luò)、各種探測器、各種傳感器、各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)、打印機(jī)等組成o

·系統(tǒng)功能：實現(xiàn)家庭通信、家庭設(shè)備自動控制、家庭安全防范。

·適用范圍：該系統(tǒng)適用于新建、擴(kuò)建的智能化住宅(小區(qū))工程，且特別適用于改造的智能化住宅(小區(qū))工程，僅將原有的有線電視HFC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行雙向改造，就可實現(xiàn)數(shù)據(jù)和圖像信號的共網(wǎng)傳輸。

(3)采用以太網(wǎng)的智能家庭控制系統(tǒng)

采用以太網(wǎng)的智能家庭控制系統(tǒng)圖參見國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計<智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計施工圖集》03X602第16、17頁。

·基本特點：家庭智能控制器內(nèi)配置了以太網(wǎng)網(wǎng)卡，利用以太網(wǎng)作為信息傳輸網(wǎng)。以太網(wǎng)同時支持住戶計算機(jī)和智能家庭控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅在功能上能完全滿足要求，而且大大地簡化了布線，可以節(jié)省布線的投資。

以太網(wǎng)傳輸速率較高，傳輸速率有10Mbps、100Mbps等。根據(jù)傳輸距離的要求，由小區(qū)物業(yè)管理中心至各樓交換機(jī)采用5類以上4對對絞線、多模光纜或單模光纜，由交換機(jī)至家庭控制器采用超5類4對對絞電纜。

·系統(tǒng)組成：系統(tǒng)由系統(tǒng)服務(wù)器、家庭控制器、路由器、交換機(jī)、各種探測器、各種傳感器、各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)、打印機(jī)等組成。

·系統(tǒng)功能：實現(xiàn)家庭通信、家庭設(shè)備自動控制、家庭安全防范。

·適用范圍：該系統(tǒng)適用于新建、擴(kuò)建和改造的智能化住宅(小區(qū))工程，用以太網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)和圖像信號的雙向傳輸。

(4)采用LonWorks的智能家庭控制系統(tǒng)采用LonWorks的智能家庭控制系統(tǒng)圖參見國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計《智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計施工圖集如3X602第21、22、23頁。

·基本特點：采用一個覆蓋全部ISO／OSI標(biāo)準(zhǔn)七層通信協(xié)議、開放性的LonWork總線技術(shù)，一臺系統(tǒng)服務(wù)器最多可連接127臺LONWorks路由器，一臺LonWorks路由器最多可連接63臺家庭控制器。每臺家庭控制器為LonWork一個通道上的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點包括有神經(jīng)元(NEURON)芯片、振蕩器、電源、一個通過媒介通信的收發(fā)器和與監(jiān)控設(shè)備接口的I／O設(shè)備(電路)、存儲器等。

LonWorks直接通信距離可達(dá)2700m(雙絞線、78Kbps)，其通信傳輸速度最大可達(dá)1．25Mbps(此時有效傳輸距離為130m)。LonWorks路由器至小區(qū)物業(yè)管理中心線路長度超過2700m時，需在總線上加裝中繼器。傳輸線通常采用雙絞線，根據(jù)需要也可采用同軸電纜或電力線。

·系統(tǒng)組成：由系統(tǒng)服務(wù)器、家庭控制器、路由器、LonWorks路由器、交換機(jī)、各種探測器、各種傳感器、各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)、打印機(jī)等組成。

·系統(tǒng)功能：實現(xiàn)家庭通信、家庭設(shè)備自動控制、家庭安全防范。

·適用范圍：該系統(tǒng)特別適用于新建、擴(kuò)建的智能化住宅(小區(qū))工程。

(5)采用KS485的智能家庭控制系統(tǒng)

采用KS485的智能家庭控制系統(tǒng)圖參見國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計<智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計施工圖集>03X602第18、19、20頁。

·基本特點：KS485串行接口總線為主從式網(wǎng)絡(luò)，它的通信為半雙工、采用雙向單信道連接方式。RS485串行接口總線的傳輸介質(zhì)采用雙絞線，它可以高速地進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，傳輸速度與傳輸距離的技術(shù)指標(biāo)如下：傳輸速率為10Mbit／s時，最大傳輸距離是12m；傳輸速率為1Mbit／s時，最大傳輸距離是120m；傳輸速率為100kbit／s時，最大傳輸距離是1200m。

·系統(tǒng)組成：由系統(tǒng)服務(wù)器、家庭控制器、路由器、通訊器、控制器、各種探測器、各種傳感器、各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)、打印機(jī)等組成。

·系統(tǒng)功能：實現(xiàn)家庭通信、家庭設(shè)備自動控制、家庭安全防范。

·適用范圍：該系統(tǒng)特別適用于新建、擴(kuò)建的智能化住宅(小區(qū))工程。

(6)采用無線網(wǎng)的智能家庭控制系統(tǒng)

采用無線網(wǎng)的智能家庭控制系統(tǒng)圖參見國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計<智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計施工圖集>03X602第24、25頁。

·基本特點：利用無線作為信息傳輸網(wǎng)，該系統(tǒng)不僅在功能上能完全滿足要求，而且從系統(tǒng)服務(wù)器至家庭控制器、家庭控制器至各種現(xiàn)場末端裝置均采用無線傳輸方式，小區(qū)、樓內(nèi)、戶內(nèi)無需布線，施工簡單，可以節(jié)省施工的投資。

無線網(wǎng)的工作頻率符合IEEE802．11b標(biāo)準(zhǔn)要求。

·系統(tǒng)組成：由系統(tǒng)服務(wù)器、家庭控制器、無線收發(fā)器、各種探測器、各種傳感器、各種執(zhí)行機(jī)構(gòu)、打印機(jī)等組成。

·系統(tǒng)功能：實現(xiàn)家庭通信、家庭設(shè)備自動控制、家庭安全防范。

·適用范圍：該系統(tǒng)適用于新建、擴(kuò)建的智能化住宅(小區(qū))工程，且特別適用于改造的智能化住宅(小區(qū))工程，不用敷設(shè)線路就可實現(xiàn)數(shù)據(jù)信號的傳輸。

5系統(tǒng)設(shè)計及產(chǎn)品選用要點

5．1智能家庭控制系統(tǒng)類型的選用

新建、擴(kuò)建的智能化住宅(小區(qū))工程，宜采用LonWorks的智能家庭控制系統(tǒng)、以太網(wǎng)的智能家庭控制系統(tǒng)或采用RS485的智能家庭控制系統(tǒng)。改造的智能化住宅(小區(qū))工程，宜采用公共電話網(wǎng)的智能家庭控制系統(tǒng)、HFC的智能家庭控制系統(tǒng)或無線網(wǎng)的智能家庭控制系統(tǒng)。

5．2家庭控制器的選用

家庭控制器的選用主要包括功能、總線技術(shù)及模塊化設(shè)計、擴(kuò)展功能、可按用戶的基本要求進(jìn)行配置等方面的選用要求。

(1)家庭控制器功能的選用

家庭控制器通常具有以下功能：

·家庭防盜報警；

·家庭火災(zāi)報警；

·家庭燃?xì)庑孤秷缶?/p>

·家庭緊急求助；

·遠(yuǎn)程設(shè)防與撤防；

·遠(yuǎn)程報警；

·訪客對講；

·家用電器監(jiān)控；

·家用表具數(shù)據(jù)采集及處理；

·空調(diào)機(jī)監(jiān)控；

·接入網(wǎng)接口；

·小區(qū)電子公告；

·信息查詢；

·家用設(shè)備報修等。

(2)家庭控制器功能的選擇

在工程設(shè)計中，家庭控制器功能的選擇可參見下表所示。

5．3總線技術(shù)及模塊化設(shè)計

·家庭控制器要求采用總線技術(shù)，如LonWorks、R5485、BACnet、C^NBlls、CEBus、X一10；

·家庭控制器要求采用模塊化設(shè)計，以便用戶可以根據(jù)需求選擇不同的模塊完成不同的功能。

5．4擴(kuò)展功能

家庭控制器要有一定的擴(kuò)展功能，考慮能適應(yīng)今后發(fā)展的需要。

5．5可按用戶的基本要求進(jìn)行配置應(yīng)能根據(jù)用戶提出有哪些被控設(shè)備及監(jiān)視控制要求(功能要求)等因素，來對家庭控制器組成進(jìn)行配置，包含模塊種類的選擇和各種模塊數(shù)量的選擇。設(shè)備的安裝

6．1交換機(jī)、路由器、控制器、放大箱、分配箱、電話分線箱

2．在住戶內(nèi)安裝入侵報警探測器。

具有語音對講及控制開啟樓道人口處防盜門功能。

1~2點

熱能表、燃?xì)獗?、水表、電度表的自動抄收及遠(yuǎn)傳、超限判斷、自動檢查、分時計費、實時計量、管理功能。

提高級(2A)

在室內(nèi)安裝可燃?xì)怏w泄

漏自動報警裝置。且能就地

發(fā)出聲光報警信號。

1．在住戶內(nèi)兩處安裝緊急按鈕開關(guān)。

2．在住戶內(nèi)安裝入侵報警探測器，在戶門、及用臺、外窗安裝

人侵報警裝置。

具有語音對講及控鑭開啟樓道人口處防盜門功能。可實

現(xiàn)住戶與安防監(jiān)控中心的直接聯(lián)系。

2點以上

熱能表、燃?xì)獗?、水表、電度表的自動?/p>

收及遠(yuǎn)傳、超限爿斷、自動檢查、分時計費、實時計量、管理功能。

先進(jìn)級(3A)

1．在室內(nèi)安裝可燃?xì)怏w泄漏自動報警裝置，當(dāng)燃?xì)怏w泄漏報警后能自動切斷氣源、打開捧氣裝置，且能就地發(fā)出聲光報警信號。

2．在住戶內(nèi)設(shè)置火災(zāi)自動報警裝置。

1．在住戶內(nèi)不少于兩處安裝緊急按鈕開關(guān)。

2．在住戶內(nèi)安裝入侵報警探測器，在戶門及陽臺門、外窗安裝入侵報警裝置。

具有語音、可視對講及控翻開啟樓道入口處防盜門功能，可實現(xiàn)住戶與安防監(jiān)控中心的直接聯(lián)系。

2點以上

熱能表、燃?xì)獗?、水表、電度表的自動抄收及遠(yuǎn)傳、超限判斷、自動檢查、分時計費、實時計量、管理功能。

這些設(shè)備均應(yīng)安裝在電氣豎井內(nèi)或公共走道的墻上(內(nèi))。

6．2家庭控制器

暗裝(或明裝)在墻內(nèi)(上)，其底邊距地面1．4m左右。家庭控制器應(yīng)設(shè)置在住戶大門附近(宜距戶門0．5m以內(nèi))，且容易操作(包括設(shè)防與撤防)的地方。

6．3可燃?xì)怏w探測器

安裝在廚房內(nèi)的燃?xì)夤艿?、灶具附近，?dāng)住戶使用的是天然氣，燃?xì)馓綔y器吸頂棚安裝在距頂棚300ram以內(nèi)的地方；當(dāng)住戶使用的是液化石油氣，燃?xì)馓綔y器安裝在距地面300mm以內(nèi)地方。

6．4感溫探測器設(shè)置在廚房內(nèi)，它吸頂棚安裝。

6．5感煙探測器設(shè)置在起居室、臥室等房間內(nèi)，它吸頂棚安裝。

6．6緊急按鈕開關(guān)

設(shè)置在起居室沙發(fā)和主臥室床頭附近的墻上，及衛(wèi)生間的墻上。緊急按鈕開關(guān)暗裝在墻內(nèi)，其底邊距地面0．5m~1．2m。

6，門(窗)磁開關(guān)

安裝在門扇和門框內(nèi)或窗扇和窗框內(nèi)。

6．8玻璃破碎探測器

安裝在窗戶和玻璃門(陽臺)附近的墻上或吸頂棚安裝。

6．9被動紅外侵入探測器和被動紅外／微波雙技術(shù)探測器

安裝在住戶的主要通道、重要的房間內(nèi)，它吸頂棚安裝或安裝在頂棚的墻角處。

6．10紅外遙控器

安裝在被控電器設(shè)備正面附近的墻上，距離不能超過紅外線工作范圍，且與電器設(shè)備之間沒有遮擋。

7工程設(shè)計實例

以二室戶型為例介紹戶內(nèi)的智能家庭控制系統(tǒng)設(shè)計，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)采用康居住宅先進(jìn)級(3A)。采用以太網(wǎng)的家居控制系統(tǒng)，家庭控制器與戶內(nèi)各模塊之間采用R．$485總線，家庭控制器可通過電話線或計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)接收控制指令、發(fā)出信息，所選用的家庭控制器具有可視訪客對講功能。家居控制系統(tǒng)圖參見國家建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計<智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計施工圖集>03X602第17頁，二室戶型家居控制平面圖參見圖1、2所示，家庭控制器與室內(nèi)設(shè)備的連接參見圖3所示。

在起居廳、臥室設(shè)置了感煙探測器，廚房設(shè)置了感溫探測器、可燃?xì)怏w探測器，各房間的窗戶、陽臺推拉門上及附近設(shè)置了門(窗)磁開關(guān)和玻璃破碎探測器，起居廳設(shè)置了被動紅外侵入探測器，起居廳、臥室、衛(wèi)生間設(shè)置了緊急按鈕開關(guān)。對電、水、燃?xì)膺M(jìn)行計量；可對餐廳、起居廳、臥室的燈進(jìn)行控制；當(dāng)可燃?xì)怏w探測器探測到有燃?xì)庑孤┖螅?lián)動控制關(guān)閉燃?xì)夤艿郎想姶砰y、開啟排煙風(fēng)機(jī)；當(dāng)有各種探測器報警后，聯(lián)動警報發(fā)聲器發(fā)出報警聲音。

家庭控制器共提供13路輸入：電度表(電度表安裝在照明配電箱內(nèi))、燃?xì)獗怼崮鼙?、可燃?xì)怏w探測器、感溫探測器、感煙探測器、緊急按鈕開關(guān)、被動紅外侵入探測器、玻璃破碎探測器各1路，水表、門(窗)磁開關(guān)各2路。

家庭控制器共提供7路輸出：警報發(fā)聲器控制1路、燃?xì)夤艿郎想姶砰y控制1路、排煙風(fēng)機(jī)控制1路、照明控制4路。

篇2

21世紀(jì)是信息化的世紀(jì)，各種電信和互聯(lián)網(wǎng)新技術(shù)推動了人類文明的巨大進(jìn)步。數(shù)字化家居控制系統(tǒng)的出現(xiàn)使得人們可以通過手機(jī)或者互聯(lián)網(wǎng)在任何時候、任意地點對家中的任意電器（空調(diào)、熱水器、電飯煲、燈光、音響、DVD錄像機(jī)）進(jìn)行遠(yuǎn)程控制；也可以在下班途中，預(yù)先將家中的空調(diào)打開、讓熱水器提前燒好熱水、電飯煲煮好香噴噴的米飯……；而這一切的實現(xiàn)都僅僅是輕輕的點幾下鼠標(biāo)，或者打一個簡單的電話。此外，該系統(tǒng)還可使家庭具有多途徑報警、遠(yuǎn)程監(jiān)聽、數(shù)字留言等多種功能，如果不幸出現(xiàn)某種險情，您和110可以在第一時間獲得通知以便進(jìn)一步采取行動。舒適、時尚的家居生活是社會進(jìn)步的標(biāo)志，智能家居系統(tǒng)能夠在不改變家中任何家電的情況下，對家里的電器、燈光、電源、家庭環(huán)境進(jìn)行方便地控制，使人們盡享高科技帶來的簡便而時尚的現(xiàn)代生活。

1系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)及工作過程

智能家居系統(tǒng)由系統(tǒng)主機(jī)、系統(tǒng)分機(jī)、Internet服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)接口等部分組成。其中系統(tǒng)主機(jī)通過服務(wù)器（個人計算機(jī)）連入Internet，并通過自己的PSTN公用電話交換網(wǎng)接口電路連入PSTN。其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。主機(jī)與分機(jī)通過無線傳輸組成星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。系統(tǒng)主機(jī)通過本地?zé)o線傳輸網(wǎng)絡(luò)同系統(tǒng)分機(jī)進(jìn)行通訊、傳輸控制命令和反饋信息。

該系統(tǒng)正常工作時，用戶可以通過Internet和PSTN兩種網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訪問，當(dāng)通過Internet訪問時，本系統(tǒng)可提供一個界面友好的終端軟件，用戶只需登陸到運行在家中的服務(wù)器即可對家中的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制；當(dāng)通過PSTN訪問時，本系統(tǒng)將為用戶提供語音操作界面。其工作流程如圖2所示。

2系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

本系統(tǒng)的硬件主要有系統(tǒng)主機(jī)與系統(tǒng)分機(jī)兩大部分。系統(tǒng)主機(jī)由單片機(jī)AT89C52和各種接口電路組成，如圖3所示。系統(tǒng)分機(jī)由單片機(jī)AT89C52和各種接口電路、傳感器單元電路、固態(tài)繼電器控制電路組成，并由固態(tài)繼電器控制具體設(shè)備，具體硬件組成框圖如圖4所示。

通過系統(tǒng)主機(jī)的各種接口電路可將主機(jī)CPU從繁忙的計算中解脫出來，以便把主要精力運用在控制和信息傳遞上。系統(tǒng)主機(jī)主要依照各個功能電路的輸出結(jié)果進(jìn)行邏輯判斷和控制命令的輸出。系統(tǒng)分機(jī)的各種接口電路和主機(jī)相似，只是根據(jù)設(shè)備的不同（傳感器單元）有著細(xì)節(jié)上的變化。下面主要介紹系統(tǒng)主機(jī)的各種接口電路。

2．1nRF401無線數(shù)據(jù)傳輸電路

無線數(shù)據(jù)傳輸電路由Nordic公司的單片UHF無線數(shù)據(jù)收發(fā)芯片nRF401及其電路構(gòu)成。nRF401采用FSK調(diào)制解調(diào)技術(shù)，其工作效率可達(dá)20kbit／s，且有兩個頻率通道供選擇，并且支持低功耗和待機(jī)模式。它不用對數(shù)據(jù)進(jìn)行曼徹斯特編碼，其天線接口設(shè)計為差分天線，因而很容易用PCB來實現(xiàn)。

2．2看門狗電路

看門狗電路由MAX813L及其元件組成。通常，在單片機(jī)的工作現(xiàn)場，可能有各種干擾源。這些干擾源可能導(dǎo)致程序跑飛、造成死機(jī)或者程序不能正常運行。如果不及時恢復(fù)或使系統(tǒng)復(fù)位，就容易造成損失?？撮T狗電路的作用就是在程序跑飛或者死機(jī)時，能有效地使系統(tǒng)復(fù)位以使系統(tǒng)恢復(fù)正常運轉(zhuǎn)。因此，在程序中定期給P1．5送入看門狗信號，就可以保證在程序運行異常時，由MAX813L使單片機(jī)復(fù)位。

2．3DS1307時鐘接口電路

DS1307時鐘芯片是美國DALLAS公司生產(chǎn)的I2C總線接口實時時鐘芯片。DS1307可以獨立于CPU工作，它不受晶振和電容等的影響，并且計時準(zhǔn)確，月積累誤差一般小于10秒。此芯片還具有掉電時鐘保護(hù)功能，可自動切換到后備電源供電。同時還具有閏年自動調(diào)整功能，可以產(chǎn)生秒、分、時、日、月、年等數(shù)據(jù)，并將其保存在具有掉電保護(hù)功能的時間寄存器內(nèi)，以便CPU根據(jù)需要對其進(jìn)行讀出或?qū)懭?。由于單片機(jī)AT89C52沒有I2C總線接口，因此，要驅(qū)動DS1307，就必須采用單主機(jī)方式下的I2C總線虛擬技術(shù)。在此方式下，以單片機(jī)為主節(jié)點（主器件），主器件永遠(yuǎn)占有總線而不出現(xiàn)總線競爭，且可以用兩根I／O口線來虛擬I2C總線接口。I2C總線上的主器件（單片機(jī)）可在時鐘線（SDL）上產(chǎn)生時鐘脈沖，在數(shù)據(jù)線（SDA）上產(chǎn)生尋址信號、開始條件、停止條件以及建立數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠骷?。任何被選中的器件都將被主器件看成是從器件。在這里，DS1307作為I2C總線的從器件。I2C總線為同步串行數(shù)據(jù)傳輸總線，其內(nèi)部為雙向傳輸電路，端口輸出為開漏結(jié)構(gòu)，因此，需加上拉電阻。

2．4MT8880C雙音頻編解碼電路

由于單片機(jī)是通過MT8880C芯片得到PSTN網(wǎng)絡(luò)的雙音頻信號解碼輸出，也就是說，單片機(jī)可以識別來自PSTN網(wǎng)絡(luò)的控制信號，用戶可以根據(jù)系統(tǒng)的語音提示進(jìn)行按鍵選擇以實現(xiàn)用戶身份的識別與遠(yuǎn)程控制。因此，利用MT8880C的雙音頻編碼功能，系統(tǒng)可以在緊急時刻將用戶預(yù)置的緊急電話打到PSTN網(wǎng)絡(luò)，從而把損失減少到最低。

2．5ISD4004語音錄放電路

ISD4004是美國ISD公司生產(chǎn)的一種語音錄放芯片。它可錄制8～16分鐘的語音信號。該芯片可提供SPI標(biāo)準(zhǔn)接口和單片機(jī)進(jìn)行接口，其語音的錄放控制均通過單片機(jī)來實現(xiàn)。該芯片的一個最大特點是可以按地址編程錄放，因而可由ISD4004和單片機(jī)編程控制來構(gòu)成本系統(tǒng)與PSTN網(wǎng)絡(luò)用戶的語音平臺。由于ISD4004的INT和RAC腳輸出為開漏結(jié)構(gòu)，因此需要加上拉電阻。

2．6MAX202串行通訊電路

通訊電路可由串行通訊專用芯片MAX202組成，通過此電路可以方便地與PC機(jī)進(jìn)行串行通訊。

2．7鈴流檢測與摘掛機(jī)控制電路

當(dāng)系統(tǒng)被呼叫時，電話交換機(jī)發(fā)出鈴流信號。振鈴為25±3V的正弦波，失真小于10％，電壓有效值為90±15V。振鈴信號以5秒為周期，即1秒送，4秒斷。由于振鈴信號電壓比較高，所以先要通過高壓穩(wěn)壓二極管進(jìn)行降壓，然后輸入至光耦。再經(jīng)光耦隔離轉(zhuǎn)換后，從光耦輸出時通時斷的正弦波，最后經(jīng)RC回路進(jìn)行濾波以輸出標(biāo)準(zhǔn)的方波。該方波信號可以直接輸出至單片機(jī)的定時器1進(jìn)行計數(shù)，以實現(xiàn)對鈴流的檢測。

由于程控電話交換機(jī)在電話摘機(jī)時電話線回路電流會突然變大（約30mA），因此，交換機(jī)檢測到回路電流變大就認(rèn)為電話機(jī)已經(jīng)摘機(jī)。自動摘掛機(jī)電路可以通過單片機(jī)的P1．7來控制一個固態(tài)繼電器，固態(tài)繼電器的控制端應(yīng)連接一個大約300Ω的電阻后再接入電話線兩端，從而完成模擬摘掛機(jī)。

3系統(tǒng)軟件編制

本系統(tǒng)軟件主要由系統(tǒng)主機(jī)和系統(tǒng)分機(jī)的C51程序和系統(tǒng)與Internet網(wǎng)絡(luò)通訊程序組成。

3．1系統(tǒng)主機(jī)程序的編制

系統(tǒng)主機(jī)程序主要用于實現(xiàn)系統(tǒng)的總體功能。包括無線數(shù)據(jù)傳輸程序、看門狗程序、時間戳程序、雙音頻編解碼程序、語音錄放程序、串行通訊程序、鈴流檢測與摘掛機(jī)控制程序、系統(tǒng)初始化程序、意外事件處理程序等。程序編制以消息驅(qū)動為主導(dǎo)思想。消息由計數(shù)器中斷1、外部中斷0和串行中斷產(chǎn)生，在中斷服務(wù)程序中，應(yīng)將相應(yīng)的狀態(tài)位置位，而在消息循環(huán)中則應(yīng)按相應(yīng)的狀態(tài)位調(diào)用功能函數(shù)，然后由功能函數(shù)將相應(yīng)的狀態(tài)位清0并完成所需功能，并最后返回到消息循環(huán)中。其程序流程如圖5所示。該系統(tǒng)的分機(jī)程序和主機(jī)類似，故此不再詳述。

3．2系統(tǒng)與Internet網(wǎng)絡(luò)通訊程序的編制

這部分通訊程序分為服務(wù)器和客戶端兩個程序，主要通過Internet網(wǎng)絡(luò)完成用戶的控制功能。

服務(wù)器程序主要完成客戶端與系統(tǒng)主機(jī)通訊的中轉(zhuǎn)，即將客戶端發(fā)來的控制或者查詢命令翻譯成系統(tǒng)主機(jī)能識別的格式，或者將系統(tǒng)主機(jī)收到的報警等信息上傳到客戶端。服務(wù)器程序使用Socket與客戶端進(jìn)行Internet通訊。

篇3

關(guān)鍵詞：智能家居；FPGA；ZigBee；無線傳感器節(jié)點

Key words： smart home；FPGA；ZigBee；wireless sensor node

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）18-0068-02

0 引言

智能家居系統(tǒng)的概念起源于上世紀(jì)70年代的美國，隨后，傳播到歐洲、日本等國并且得到了很好的發(fā)展。在我國，智能家居這一概念推廣較晚，約在90年代末家居智能化系統(tǒng)才得以進(jìn)入國內(nèi)，但發(fā)展速度驚人。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，根據(jù)人們需求而開發(fā)設(shè)計的智能家居系統(tǒng)擁有更加優(yōu)越及復(fù)雜的配置，可以將家庭中各種通信設(shè)備、家用電器以及家庭保安裝置通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)連接起來，實現(xiàn)環(huán)境控制、養(yǎng)魚養(yǎng)花、燒水煮飯、多媒體控制及安全報警等功能，并可以異地監(jiān)控、管理、報警，為住戶提供安全舒適、高效便利的學(xué)習(xí)生活及工作環(huán)境。

由于智能家居系統(tǒng)還缺乏統(tǒng)一明確的國際標(biāo)準(zhǔn)，許多公司開發(fā)出的產(chǎn)品都是基于自己組網(wǎng)和信息交換協(xié)議，很多產(chǎn)品是針對特定的組網(wǎng)環(huán)境開發(fā)的，部分核心技術(shù)沒有對外公布，技術(shù)復(fù)雜，直接導(dǎo)致了使用范圍的局限性。再者，缺乏對應(yīng)的第三方產(chǎn)品，各個接入設(shè)備之間不能兼容，互操作性差，不利于產(chǎn)品的擴(kuò)充，因而進(jìn)一步局限了產(chǎn)品的發(fā)展。再加上有的系統(tǒng)成本過高，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的普及。本文通過FPGA構(gòu)建了一個嵌入式控制處理平臺，利用FPGA技術(shù)低功耗、定制性高、擴(kuò)展性強(qiáng)、接口靈活等優(yōu)點，實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)智能家居控制部分的設(shè)計，能夠滿足家居需要。

1 FPGA在物聯(lián)網(wǎng)智能家居中的應(yīng)用

目前常見的智能家居系統(tǒng)大多基于ARM的嵌入式系統(tǒng)，這類系統(tǒng)并不能同時支持多種無線通信協(xié)議。通過整合多種無線通信控制方式，來實現(xiàn)基于FPGA的物聯(lián)網(wǎng)智能家居控制器，為智能家居的控制領(lǐng)域探索了一種新可行性的方法。利用FPGA芯片可自由定制以及接口靈活性的特點，設(shè)計智能家居控制器各個模塊，相比ARM單片機(jī)支持串口少的短板，可以使系統(tǒng)在同一時刻支持多種通信方式，從而使系統(tǒng)具有更高的適應(yīng)性和可擴(kuò)展性，能夠同時控制多達(dá)31個家用電器，基本滿足日常家居需要?；贔PGA的物聯(lián)網(wǎng)智能家居在設(shè)計實現(xiàn)的過程中，使用了Quartus II等集成開發(fā)環(huán)境，以及ModelSim專業(yè)仿真工具，利用Verilog HDL硬件描述語言，在Altera公司的DE2開發(fā)板上進(jìn)行開發(fā)設(shè)計。

2 基于FPGA的物聯(lián)網(wǎng)智能家居設(shè)計

2.1 系統(tǒng)功能

基于FPGA的物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)能夠最大限度地使家居更加智能化，其三大關(guān)鍵功能是通過網(wǎng)絡(luò)信息終端進(jìn)行信息的獲取、處理以及，進(jìn)行信息的及時反饋；對相應(yīng)的單元以及一些機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，實現(xiàn)實時監(jiān)測；兼容性一定要足夠強(qiáng)大。該系統(tǒng)特色功能具體如下：

①環(huán)境控制系統(tǒng)：對室內(nèi)溫度、濕度、亮度進(jìn)行實時測量，通過人設(shè)模式控制空調(diào)、加濕器、窗簾、燈光等設(shè)備達(dá)到宜居的室內(nèi)環(huán)境；②智能養(yǎng)花系統(tǒng)：通過測量相關(guān)參數(shù)，提供澆水、施肥、遮蓋陽光等功能，可以遠(yuǎn)程監(jiān)控養(yǎng)花，或者自動養(yǎng)花；③智能養(yǎng)魚系統(tǒng)：通過測量相關(guān)參數(shù)，提供補氧、喂食、控溫、換水等功能，可以遠(yuǎn)程監(jiān)控養(yǎng)魚，或者自動養(yǎng)魚；④智能餐飲系統(tǒng)：通過控制燒水壺、微波爐、電飯鍋等設(shè)備電源及煤氣開關(guān)，完成燒水、蒸煮、烹飪等功能，可以遠(yuǎn)程監(jiān)控完成或自動完成；⑤多媒體系統(tǒng)：通過開關(guān)控制，可以遠(yuǎn)程操控電視、音響、電腦等設(shè)備；⑥完全報警系統(tǒng)：通過測量相關(guān)水電氣參數(shù)或者紅外感知參數(shù)，對室內(nèi)實時監(jiān)控，如有危險提示則報警。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

該系統(tǒng)是以單個家庭為單位進(jìn)行安裝，智能家居控制臺采用大唐移動公司研制的智能家居控制試驗箱，ZigBee中心節(jié)點采集環(huán)境信息。FPGA相當(dāng)于智能家居系統(tǒng)中的管理中心，其核心是采用Altera公司推出的32位高性能軟處理器nios2與每個子節(jié)點連接。管理中心通過串口可根據(jù)接收到的ZigBee中心節(jié)點數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并通過家庭總線系統(tǒng)與其他節(jié)點設(shè)備進(jìn)行關(guān)聯(lián)操作，實現(xiàn)家庭環(huán)境的監(jiān)測與管理，從而為用戶提供安全、舒適的生活或工作環(huán)境。智能家居控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2.3 硬件結(jié)構(gòu)

2.3.1 FPGA部分

系統(tǒng)的核心控制部分由FPGA實現(xiàn)，其設(shè)計思路是：采用Altera公司DE2-70開發(fā)平臺來完成系統(tǒng)設(shè)計，從ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳輸過來的數(shù)據(jù)經(jīng)過串口后存儲到DE2-70開發(fā)板上的SDRAM中，在FPGA控制平臺上，由Altera的IP核構(gòu)成Nios II軟核，并植入FPGA芯片中，然后通過軟件編寫來實現(xiàn)FPGA控制平臺的功能，然后系統(tǒng)從SDRAM中讀取數(shù)據(jù)后將溫度、濕度等信息顯示在LCD液晶屏上。FPGA系統(tǒng)的Nios II軟核結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.3.2 無線傳感器節(jié)點

無線傳感器模塊由ATMEGA128和CC2420組成，CC2420通過SPI總線連接到ATMEGA128。CC2420是Chipcon As公司推出的首款符合2.4GHz IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的射頻收發(fā)器，該器件包括眾多額外功能，是第一款適用于ZigBee產(chǎn)品的RF器件。該模塊能夠在低電壓低頻率模式下開始工作，同時能夠進(jìn)行低功耗操作，還能夠支持許多種不同的低功耗模式，例如睡眠模式以及深度睡眠模式等，都是可以實現(xiàn)的，從而達(dá)到系統(tǒng)更加智能化的目的。無線傳感器模塊如圖3所示。

2.3.3 ZigBee中心節(jié)點

ZigBee中心節(jié)點使用大唐移動公司研制的智能家居控制試驗箱配套產(chǎn)品，模塊內(nèi)嵌工作頻率2.4GHz基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的ZigBee通信協(xié)議，支持最新的RS232串行模式，在此標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議下，經(jīng)測試，ZigBee中心節(jié)點每次接力通信都能在75m范圍內(nèi)提供250kbps的速率，能在網(wǎng)狀或多次跳接無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)支持串行數(shù)據(jù)路由，速率最高可達(dá)38.4kbps，能夠達(dá)到目前國內(nèi)產(chǎn)品的最好性能，完整體現(xiàn)了最新ZigBee網(wǎng)絡(luò)層的強(qiáng)大功能。

3 結(jié)論

本系統(tǒng)通過FPGA構(gòu)建了一個嵌入式控制處理平臺， 利用FPGA技術(shù)低功耗、定制性高、擴(kuò)展性強(qiáng)、接口靈活等優(yōu)點，實現(xiàn)了物聯(lián)網(wǎng)智能家居控制部分的設(shè)計。最終通過Altera公司的DE2開發(fā)板驗證，本控制系統(tǒng)在板載50MHz的時鐘頻率下穩(wěn)定運行，實驗結(jié)果達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。該系統(tǒng)中的部分模塊已在我學(xué)院SMT實訓(xùn)基地自主開發(fā)研制并生產(chǎn)。另外以該系統(tǒng)項目為例，通過翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式激發(fā)了學(xué)生的實踐操作能力、創(chuàng)新能力，對在研課題具有較好的理論價值和實際意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]韓德強(qiáng).嵌入式家庭控制器系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2008（3）：23-25.