時間：2023-03-16 16:29:21
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摘要：簡要介紹了電力線通信技術，分析了對利用電力線通信技術實現智能家居網絡的載波技術、網絡控制技術等組網關鍵問題，介紹了一種基于LonWorks技術的電力線智能家居網絡解決方案。
基于電力線通信技術的智能家居網絡系統，利用電力線通信技術通過電源插座完成家庭聯網，并為家庭網絡提供互聯網接入和多媒體音視頻業務，通過家庭服務器對接入家庭網絡的信息家電、安全系統實行監控和管理。
一、電力線通信技術概述
電力線通信技術(PLC)是把載有信息的高頻加載于電流，用電力線傳輸，通過調制解調器將高頻信號從電流中分離出來，傳送到計算機或其他信息家電，以實現信息傳遞的一種通信方式。目前PLC技術已經形成寬帶接入型與家庭網絡型兩種發展模式，家庭網絡型是指通過電力線在用戶家中組建高速LAN。這種模式的PLC只提供家庭內部聯網，即通過家庭的內部的普通電力線，進行組網連接家庭內部局域網。電力線通信技術有以下優點：信息家電可以通過電力線進行通信，無需另外布線，利用電源線實現智能家居網絡成本較低；電力網是覆蓋范圍最廣的網絡，PLC技術可以輕松地滲透到每個家庭，其應用范圍廣泛；網絡的接入點是電源插座，電源插座隨處可見，數目較多且接插方便；不需要撥號，接入電源插座即接入網絡；電力線載波通信較容易實現自動抄表、家居監控等功能。利用電力線載波通信技術實現智能家居網絡最方便。
二、電力線智能家居網絡的關鍵問題
2.1載波技術1)正交頻分多路復用技術。低壓電力線載波信道的傳輸特性的特點是具有時變性，衰減較大，而且各種干擾噪聲復雜。為提高電力線網絡的傳輸質量，電力線通信大都采用正交頻分多路復用技術(OFDM)進行調制。即將串行數據轉化為N個并行數據分配給N個不同的正交子載波，實現并行數據傳輸。這樣既可得到很高的數據傳送速率，又能夠有效地抑制碼間干擾。應用OFDM技術于電力線通信中具有明顯的優越性。OFDM頻帶不僅利用率高，而且抗干擾性強，可以克服電力線上固有的高噪聲、多徑效應和頻率衰減等現象，有效利用現有低壓電力線實現高速數字通信。2)擴展頻譜調制技術。這一技術的抗干擾和抗多徑效應也較強。因此，也有一些廠家采用這種技術開發電力通信產品。擴展頻譜調制技術在相對較寬的頻帶上擴展了信號頻譜，降低了信號的功率譜密度，降低了電磁輻射，削弱了對其他通信系統的干擾。而且接收端通過窄帶濾波技術提取有用信號，信號的信噪比很高，抗干擾性增強。另外，擴頻通信可以實現碼分多址。對于1Mbps左右的系統，應用擴頻技術就可以完全滿足傳輸容量的要求，且其設備簡單，擴頻調制方式較為經濟。當傳輸速率要求在10Mbps及以上時，擴頻技術實現起來較困難。在10Mbps及以上傳輸速率宜采用OFDM調制技術。
2.2網絡控制技術目前，家庭自動化網絡標準有許多種，較為成熟的有X210、CEBus和LonWorks等。1)X210是最早應用于家庭設備自動控制系統的。X210的控制模式為主從控制模式，信息是單向傳輸的，從控點只能接收主控點發來的信息，不能反饋。X210的系統信息的傳輸較慢(傳送一個指令需時0.883s)，抗干擾性能差，可用節點數為256個，只能用于普通家庭中的簡單控制和專項控制。但其價格十分低廉，而且安裝使用較方便，如僅組建一個簡單的家居智能網絡，可以考慮X210技術。2)CEBus是一個較完整的開放系統，美國電子工業協會(EIA)于1992年正式推出，并定為IS260/EIA2600標準。它定義了在幾乎所有傳送媒體(Medium)中信號的傳輸標準，并要求控制信號在所有的媒體中都要以相同的傳送速度(10Kbps)傳送，從而有效地避免信號傳輸中可能出現的“瓶頸”問題。CEBus的抗干擾能力比X210強，控制功能亦十分豐富。但接口技術比較復雜，價錢較貴，在中國的應用不多見。3)LonWorks是由美國Echelon公司于1990年12月開發成功的全分布式智能控制網絡技術。1997年8月，被EIA的集成家庭系統技術委員會定為家庭網絡(HomeNetworking)的標準。Lon2Works完全支持OSI的7成協議，具有良好的開放性、互操作性，其網絡系統組成以分布控制為控制模式。對于網絡家電來說，只需要將已定義的的網絡家電之間信息傳遞的語法和語義標準在應用層實現后，就能夠實現不同廠商之間產品的相互兼容。LonWorks的分布式架構使其具有獨立性，部分節點的故障不會造成系統癱瘓。LonWorks最基本的部件是同時具有通信與控制功能的神經元芯片，具有很強的通信能力和一定的數據處理能力。其抗干擾能力很強，其可靠度是這三種網絡控制技術最高的(約99.8%)，并具有完善的開發系統和工具。LonWorks的分布式架構，每一個控制裝置都可以有隨插即用的功能，減免了二次拉線造成的成本，并避免了重新布線的不便。LonWorks可擴展性強，在將來對系統升級時，可充分利用原有資源，降低升級的復雜性及成本。上述三類家庭自動化網絡技術都是各有其特點，組網時可根據實際情況進行選擇。但如果要組建一個統一的、操作性強、功能完善、可靠性高、可擴展性強的家居智能網絡，采用LonWorks技術是一個明智的選擇。
三、電力線智能家居網絡的組成
本文以LonWorks技術為基礎，采用電力線載波技術來構建家居智能網絡。該網絡以分布控制、集中管理為控制模式，其網絡系統可依靠網絡節點完成自治的控制功能，通信媒體采用電力線。主控節點與家用電腦相連，可控制從節點的功能配置并監控從節點的狀況，并且還負責與Internet的通信。通過主控節點可查看電表、水表、煤氣表的讀數，實現三表的集抄。從節點可接收從電力線傳來的控制信息，完成自治的控制功能，同時反饋家電的一些狀態信息。從節點由電力線網關、信息家用電器組成。在這個網絡系統中，電力網關是一個重要的部件，它用于對網絡信息的發送與接收。電力網關由基于LonWorks網絡系統的LonTalk網絡協議和神經芯片、電力線載波模塊和耦合電路組成。
我國早在20世紀末期和21世紀初期就開始智能化家具方面的研究和開發，通過一段時間的摸索，在科研和技術上也都取得了一定的成果。如通過在知網上對以“智能化”和“家具”為關鍵詞進行檢索，可以看在早在1995年就有相關學者對智能化家具進行了研究。從1995年至今，我國在智能化家具方面的研究可查的已經有將近100篇之多，其中還不包括專著等文獻資料。此外，在智能化家具設計開發上現今也卻了一定的成就。如有些家具生產商和設計人員設計出了具有自動加熱與保溫的功能餐桌；可以自動調節溫度、角度的高度指標的床類家具；能對嬰兒尿床時立即發出警報的嬰兒床等。從整體來看，我國的家具智能化設計方面還處于起步階段，主要表現在以下幾點：產品技術含量低、可以實現的智能功能少、安全性有待于進一步完善、普及型和個性化發展方向還有待摸索。
2智能化家具設計的多元化發展方向
2.1智能化家具設計向功能性多樣化方向發展
統觀我國的智能化家具的設計現狀還是主要以體現家具的智能化為主。與國外的智能化家具設計相比，在功能性多樣化的體現方面還有很大的差距。我國智能化家具設計的多元化發展的方向基本的一點即是實現設計上的多樣化功能。不僅要體現智能化家具的某一項功能，還要結合先進的科學技術手段進行多種功能共同實現的目標。如智能化的燈具在設計時可以通過不同的技術手段間的融合來達到自動開關、自動控制光照強度以及自動控制局部范圍內的溫度等多項功能的實現；智能化餐桌通過多元化設計同時實現滿足不同數量的人使用和對餐桌上的食物進行保溫等多項功能的。
2.2智能化家具設計向普及化方向發展
隨著人們生活水平的提高。智能化家具的受眾已經不僅僅限于某些富裕的群體，它也開始進入尋常的百姓家。它的消費群體開始向普通的人民大眾轉移，那么對于文化程度處于中等水平的普通大眾來說，智能化家具設計中的高的科技含量往往使他們望而卻步，對其使用技術難以熟練掌握。所以，智能化家具設計的一個多元化的發展方向即使促進它的普及性。這需要設計人員在對智能化家具進行設計時要充分考慮使用者和所使用的場合，確保家具的可接受程度和便于操作性。
2.3智能化家具設計向安全性方向發展
如前文所述，智能化家具的組成都是一些與電相關的元件，一些運行型的家具也需要電來支撐和某些金屬或者材質來構成。這些動力系統或原料在智能化家具設計中的應用就在一定程度上提高了智能化家具使用的危險性。故而，在設計人員對智能化家具進行設計時要充分考慮到使用者在使用家具時的安全性,將電路控制在安全電壓范圍之內,并要在絕緣和接地方面做到很好的防護措施；必須有過載和漏電保護裝置及良好的散熱措施;在設計時還要考慮到當使用不當時,要將緩沖裝置和自動停機等功能考慮到設計中去。
2.4智能化家具設計向個性化方向發展
智能化家具設計向個性化方向發展主要是針對社會上某些群體而言的，如老人和兒童以及一些特殊群體等,設計人員對智能化家具進行設計時要針對這些群體設計出具有一定針對性，能夠體現個性化服務和個性化專長的特點。如針對老人和兒童設計的具備一定監管、娛樂、安居和護理特性的桌案類、坐臥類等智能化家具。
3結論
（1）家居安全防盜報警對陌生人入侵、空調室外機被盜等情況及時發現，語音警告，短信通知主人。
（2）家居溫度濕度控制對環境的溫濕度測量監控，并在設置的相應模式下進行報警等。
（3）家居氣體質量監測空氣質量、有害氣體檢測，火災等室內參數檢測，并在設置的相應模式下進行報警等。
（4）家居遠程無線控制存在安全隱患時，如主人外出時忘記關閉煤氣閥門或家中用電設備等，立刻通過GSM模塊發送短信通知主人。
2方案設計
2.1整體方案框圖
本系統采用51平臺，系統主控制器由STC公司的15F2K61S2單片機構成，顯示模塊為液晶LCD12864，無線通信模塊為SIM800E，由15F2K61S2單片機通過各種傳感器數據的采集，從而根據系統程序的設定完成數據的處理、各模塊的通信和控制等。
2.2硬件設計
（1）家居安全防盜報警當家中有人時，在門上設置電磁開關、在窗戶玻璃設置探測器、紅外探測設備、紅外人體感應模塊、聲光報警器、視頻監控設備等，當家人出門后，防盜報警設備均開啟設防。當有非法侵入時，觸發人體感應傳感器，家庭控制器發出聲光報警信號，并且在12864液晶屏上面顯示報警，同時通過GSM短信通知家人及小區物業管理部門，另外，通過程序可設定報警裝置的等級和報警器的靈敏度。
（2）家居溫度濕度控制包含溫度傳感器、濕度傳感器?？梢垣@得環境的溫度、濕度。為了獲得精確的濕度、氣壓和溫度數據，我們分別選用了DHT11濕度傳感器和DS18B20溫度傳感器，DHT11濕度模塊也可以輸出溫度數據，但是精度較差，為此我采用DS18B20溫度傳感器進行溫度的采集，電路連接圖如圖4。
（3）家居氣體安全監測當室內有害氣體超過正常標準時,它將通過傳感器向主控制器發出報警信號。因為有害氣體分布不同，密度大于空氣的氣體，感應器放在氣體源的下方。密度小于空氣的氣體，感應器放在氣體源的上方，則在家里設置多個有害氣體傳感器作為檢測源，例如：當采集到煤氣泄露時，聲光報警啟動。綜合考慮，選擇MQ-2氣體傳感器，當傳感器所處環境中存在可燃氣體時，傳感器的電導率隨空氣中可燃氣體濃度的增加而增大。使用簡單的電路即可將電導率的變化轉換為與該氣體濃度相對應的輸出信號。MQ-2氣體傳感器對液化氣、丙烷、氫氣的靈敏度高，對天然氣和其它可燃蒸汽的檢測也很理想，這種傳感器可檢測多種可燃性氣體，是一款適合多種應用的低成本傳感器，而MQ-2傳感器已經封裝成模塊，使用起來更加便捷設計要求符合。（圖5）
（4）家居遠程無線控制遠程無線控制采用SIM800E，模塊的工作電壓為3.3—5.5V,可以工作在EGSM900MHz和DCS1800MHz兩個頻段,所在頻段功耗分別為2w(900M)和1w(1800M)，GSM模塊具有基于GSM網絡進行通信的所有基本功能，模塊有AT命令集接口,支持文本和PDU模式的短消息、第三組的二類傳真、以及2.4k,4.8k,9.6k的非透明模式。對SIM800E的操作均采用AT指令，其包括GSM語音和短消息的控制。根據AT指令的GSM07.05標準，發送或接受中文或中英文的混合短信息必須采用PDU模式，如果只是傳送英文和數字信息，采用TEXT模式，其工作流程圖如7所示。
3結束語
關鍵詞：家庭控制器自動監控安全防范
l引言
隨著國民經濟和科學技術水平的提高，特別是計算機技術、通信技術、網絡技術、控制技術的迅猛發展與提高，促使了家庭實現了生活現代化，居住環境舒適化、安全化。這些高科技已經影響到人們生活的方方面面，改變了人們生活習慣，提高了人們生活質量，家居智能化也正是在這種形勢下應運而生的。
2智能家居控制系統概述
智能家庭控制系統是以HFC、以太網、現場總線、公共電話網、無線網的傳輸網絡為物理平臺，計算機網絡技術為技術平臺，現場總線為應用操作平臺，構成一個完整的集家庭通信、家庭設備自動控制、家庭安全防范等功能的控制系統。
智能家居控制系統的總體目標是通過采用計算機技術、網絡技術、控制技術和集成技術建立一個由家庭到小區乃至整個城市的綜合信息服務和管理系統，以此來提高住宅高新技術的含量和居民居住環境水平。
系統通常由系統服務器、家庭控制器(各種模塊)、各種路由器、電纜調制解調器頭端設備CMTS、交換機、通訊器、控制器、無線收發器、各種探測器、各種傳感器、各種執行機構、打印機等主要部分組成。
3智能家居控制系統功能
智能家庭控制系統的主要功能包括家庭通信、家庭設備自動控制、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、計算機互聯網、CATV線路、無線局域網等方式。
(1)電話線路
通過電話線路實現雙向傳輸語音信號和數據信號。
(2)計算機互聯網
通過互聯網實現信息交互、綜合信息查詢、網上教育、醫療保健、電子郵件、電子購物等。
(3)CATV線路
通過CATV線路實現VOD點播和多媒體通信。
(4)無線局域網
通過無線收發器、天線、各種無線終端，實現雙向傳輸數據信號。
3．2家庭設備自動監控
家庭設備自動監控包括電器設備的集中、遙控、遠距離異地(通過電話或Internet)的監視、控制及數據采集。
(1)家用電器的監視和控制
按照預先所設定程序的要求對熱水器、微波爐、視像音響等家用電器進行監視和控制。
(2)熱能表、燃氣表、水表、電度表的數據采集、計量和傳送根據小區物業管理的要求所設置數據采集程序，通過傳感器對熱能表、燃氣表、水表、電度表的用量進行自動數據采集、計量，并將采集結果遠程傳送給小區物業管理系統。
(3)空調機的監視、調節和控制
按照預先所設定的程序，根據時間、溫度、濕度等參數對空調機進行監視、調節和控制。
(4)照明設備的監視、調節和控制按照預先設定的時間程序，分別對各個房間照明設備的開、關進行控制，并可自動調節各個房間的照度。
(5)窗簾的控制
按照預先設定的時間程序，對窗簾的開啟／關閉進行控制。
3．3家庭安全防范
家庭安全防范主要包括多火災報警、可燃氣體泄漏報警、防盜報警、緊急求救、多防區的設置、訪客對講等。家庭控制器內按等級預先設置若干個報警電話號碼(如家人單位電話號碼、手機電話號碼、尋呼機電話號碼和小區物業管理安全保衛部門電話號碼等)，在有報警發生時，按等級的次序依次不停地撥通上述電話進行報警(可報出家中是哪個系統報警了)。同時，各種報警信號通過控制網絡傳送至小區物業管理中心，并可與其它功能模塊實現可編程的聯動(如可燃氣體泄漏報警后，聯動關閉燃氣管道上的電磁閥)。
(1)防火災發生
通過設置在廚房的感溫探測器和設置在客廳、臥室等的感煙探測器，監視各個房間內有無火災的發生。如有火災發生家庭控制器發出聲光報警信號，通知家人及小區物業管理部門。家庭控制器還可以根據有人在家或無人在家的情況，自動調節感溫探測器和感煙探測器的靈敏度。
(2)防可燃氣體泄漏
通過設置在廚房的可燃氣體探測器，監視燃氣管道、灶具有無燃氣泄漏。如有燃氣泄漏家庭控制器發出聲光報警信號，并聯動關閉燃氣管道上的電磁閥，同時通知家人及小區物業管理部門。
(3)防盜報警
防盜報警的防護區域分成兩部分，即住宅周界防護和住宅內區域防護。住宅周界防護是指在住宅的門、窗上安裝門磁開關，在對外的玻璃窗、門附近安裝玻璃破碎探測器；住宅內區域防護是指在主要通道、重要的房間內安裝被動紅外探測器或被動紅外／微波雙技術探測器。當家中有人時，住宅周界防護的防盜報警設備(門磁開關、玻璃破碎探測器)設防，住宅內區域防護的防盜報警設備(紅外探測器或被動紅外／微波雙技術探測器)撤防。當家人出門后，住宅周界防護的防盜報警設備(門磁開關、玻璃破碎探測器)和住宅內區域防護的防盜報警設備(被動紅外探測器或被動紅外／微波雙技術探測器)均設防。當有非法侵入時，家庭控制器發出聲光報警信號，并通知家人及小區物業管理部門。另外，通過程序可設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備與來訪者進行雙向通話或可視通話，確認是否允許來訪者進人。住宅的主人利用訪客對講設備，可以對大樓入口門或單元門的門鎖進行開啟和關閉控制。
(5)緊急求救
當遇到意外情況(如疾病或有人非法侵入)發生時，按動報警按鈕向小區物業管理部門進行緊急求救報警。緊急求救信號在網絡傳輸中具有最高的優先級別，由于是人在緊急情況下的求救信號，其誤報的可能性很小。
智能家居控制系統類型
4．1系統類型
智能家庭控制系統可分成采用公共電話網的智能家庭控制系統、HFC的智能家庭控制系統、以太網的智能家庭控制系統、LonWorks的智能家庭控制系統、KS485的智能家庭控制系統、無線網的智能家庭控制系統等類型。
4．2基本特點、功能、適用范圍
(1)采用公共電話網的智能家庭控制系統采用公共電話網的智能家庭控制系統圖參見國家建筑標準設計<智能家居控制系統設計施工圖集》03X602第14頁。
·基本特點：家庭智能控制器內配置了與電話線連接的收發器，利用電話網絡作為信息傳輸網。該系統不僅在功能上能完全滿足要求，而且大大地簡化了布線，可以節省布線的投資。
·系統組成：系統由系統服務器、家庭控制器(內置了與電話線連接的收發器)、路由器、收發器、各種探測器、各種傳感器、各種執行機構、打印機等組成。
·系統功能：實現家庭通信、家庭設備自動控制、家庭安全防范。
·適用范圍：該系統適用于新建、擴建的智能化住宅(小區)工程，且特別適用于改造的智能化住宅(小區)工程，利用原有的電話線就可實現數據信號的共網傳輸。
(2)采用HFC的智能家庭控制系統
采用HFC的智能家庭控制系統圖參見國家建筑標準設計<智能家居控制系統設計施工圖集》03X602第15頁。
·基本特點：家庭智能控制器內配置了CableModem，利用有線電視的HFC網絡作為信息傳輸網。該系統不僅在功能上能完全滿足要求，而且大大地簡化了布線，可以節省布線的投資。
HFC網絡采用共享方式，其共享帶寬為36Mbps。當上網人數較多時，上網的速度會變慢。由于CableModem設備費用較高，用戶網絡的開通費用高。
·系統組成：系統由系統服務器、家庭控制器(內置了CableModem)、路由器、電纜調制解調器頭端設備CMTS、有線電視傳輸網絡、各種探測器、各種傳感器、各種執行機構、打印機等組成o
·系統功能：實現家庭通信、家庭設備自動控制、家庭安全防范。
·適用范圍：該系統適用于新建、擴建的智能化住宅(小區)工程，且特別適用于改造的智能化住宅(小區)工程，僅將原有的有線電視HFC網絡進行雙向改造，就可實現數據和圖像信號的共網傳輸。
(3)采用以太網的智能家庭控制系統
采用以太網的智能家庭控制系統圖參見國家建筑標準設計<智能家居控制系統設計施工圖集》03X602第16、17頁。
·基本特點：家庭智能控制器內配置了以太網網卡，利用以太網作為信息傳輸網。以太網同時支持住戶計算機和智能家庭控制系統。該系統不僅在功能上能完全滿足要求，而且大大地簡化了布線，可以節省布線的投資。
以太網傳輸速率較高，傳輸速率有10Mbps、100Mbps等。根據傳輸距離的要求，由小區物業管理中心至各樓交換機采用5類以上4對對絞線、多模光纜或單模光纜，由交換機至家庭控制器采用超5類4對對絞電纜。
·系統組成：系統由系統服務器、家庭控制器、路由器、交換機、各種探測器、各種傳感器、各種執行機構、打印機等組成。
·系統功能：實現家庭通信、家庭設備自動控制、家庭安全防范。
·適用范圍：該系統適用于新建、擴建和改造的智能化住宅(小區)工程，用以太網實現數據和圖像信號的雙向傳輸。
(4)采用LonWorks的智能家庭控制系統采用LonWorks的智能家庭控制系統圖參見國家建筑標準設計《智能家居控制系統設計施工圖集如3X602第21、22、23頁。
·基本特點：采用一個覆蓋全部ISO／OSI標準七層通信協議、開放性的LonWork總線技術，一臺系統服務器最多可連接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一個通道上的網絡節點，每個網絡節點包括有神經元(NEURON)芯片、振蕩器、電源、一個通過媒介通信的收發器和與監控設備接口的I／O設備(電路)、存儲器等。
LonWorks直接通信距離可達2700m(雙絞線、78Kbps)，其通信傳輸速度最大可達1．25Mbps(此時有效傳輸距離為130m)。LonWorks路由器至小區物業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，根據需要也可采用同軸電纜或電力線。
·系統組成：由系統服務器、家庭控制器、路由器、LonWorks路由器、交換機、各種探測器、各種傳感器、各種執行機構、打印機等組成。
·系統功能：實現家庭通信、家庭設備自動控制、家庭安全防范。
·適用范圍：該系統特別適用于新建、擴建的智能化住宅(小區)工程。
(5)采用KS485的智能家庭控制系統
采用KS485的智能家庭控制系統圖參見國家建筑標準設計<智能家居控制系統設計施工圖集>03X602第18、19、20頁。
·基本特點：KS485串行接口總線為主從式網絡，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采用雙絞線，它可以高速地進行遠距離傳輸，傳輸速度與傳輸距離的技術指標如下：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。
·系統組成：由系統服務器、家庭控制器、路由器、通訊器、控制器、各種探測器、各種傳感器、各種執行機構、打印機等組成。
·系統功能：實現家庭通信、家庭設備自動控制、家庭安全防范。
·適用范圍：該系統特別適用于新建、擴建的智能化住宅(小區)工程。
(6)采用無線網的智能家庭控制系統
采用無線網的智能家庭控制系統圖參見國家建筑標準設計<智能家居控制系統設計施工圖集>03X602第24、25頁。
·基本特點：利用無線作為信息傳輸網，該系統不僅在功能上能完全滿足要求，而且從系統服務器至家庭控制器、家庭控制器至各種現場末端裝置均采用無線傳輸方式，小區、樓內、戶內無需布線，施工簡單，可以節省施工的投資。
無線網的工作頻率符合IEEE802．11b標準要求。
·系統組成：由系統服務器、家庭控制器、無線收發器、各種探測器、各種傳感器、各種執行機構、打印機等組成。
·系統功能：實現家庭通信、家庭設備自動控制、家庭安全防范。
·適用范圍：該系統適用于新建、擴建的智能化住宅(小區)工程，且特別適用于改造的智能化住宅(小區)工程，不用敷設線路就可實現數據信號的傳輸。
5系統設計及產品選用要點
5．1智能家庭控制系統類型的選用
新建、擴建的智能化住宅(小區)工程，宜采用LonWorks的智能家庭控制系統、以太網的智能家庭控制系統或采用RS485的智能家庭控制系統。改造的智能化住宅(小區)工程，宜采用公共電話網的智能家庭控制系統、HFC的智能家庭控制系統或無線網的智能家庭控制系統。
5．2家庭控制器的選用
家庭控制器的選用主要包括功能、總線技術及模塊化設計、擴展功能、可按用戶的基本要求進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；
·家庭火災報警；
·家庭燃氣泄露報警；
·家庭緊急求助；
·遠程設防與撤防；
·遠程報警；
·訪客對講；
·家用電器監控；
·家用表具數據采集及處理；
·空調機監控；
·接入網接口；
·小區電子公告；
·信息查詢；
·家用設備報修等。
(2)家庭控制器功能的選擇
在工程設計中，家庭控制器功能的選擇可參見下表所示。
5．3總線技術及模塊化設計
·家庭控制器要求采用總線技術，如LonWorks、R5485、BACnet、C^NBlls、CEBus、X一10；
·家庭控制器要求采用模塊化設計，以便用戶可以根據需求選擇不同的模塊完成不同的功能。
5．4擴展功能
家庭控制器要有一定的擴展功能，考慮能適應今后發展的需要。
5．5可按用戶的基本要求進行配置應能根據用戶提出有哪些被控設備及監視控制要求(功能要求)等因素，來對家庭控制器組成進行配置，包含模塊種類的選擇和各種模塊數量的選擇。設備的安裝
6．1交換機、路由器、控制器、放大箱、分配箱、電話分線箱
2．在住戶內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、燃氣表、水表、電度表的自動抄收及遠傳、超限判斷、自動檢查、分時計費、實時計量、管理功能。
提高級(2A)
在室內安裝可燃氣體泄
漏自動報警裝置。且能就地
發出聲光報警信號。
1．在住戶內兩處安裝緊急按鈕開關。
2．在住戶內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?？蓪?/p>
現住戶與安防監控中心的直接聯系。
2點以上
熱能表、燃氣表、水表、電度表的自動抄
收及遠傳、超限爿斷、自動檢查、分時計費、實時計量、管理功能。
先進級(3A)
1．在室內安裝可燃氣體泄漏自動報警裝置，當燃氣體泄漏報警后能自動切斷氣源、打開捧氣裝置，且能就地發出聲光報警信號。
2．在住戶內設置火災自動報警裝置。
1．在住戶內不少于兩處安裝緊急按鈕開關。
2．在住戶內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，可實現住戶與安防監控中心的直接聯系。
2點以上
熱能表、燃氣表、水表、電度表的自動抄收及遠傳、超限判斷、自動檢查、分時計費、實時計量、管理功能。
這些設備均應安裝在電氣豎井內或公共走道的墻上(內)。
6．2家庭控制器
暗裝(或明裝)在墻內(上)，其底邊距地面1．4m左右。家庭控制器應設置在住戶大門附近(宜距戶門0．5m以內)，且容易操作(包括設防與撤防)的地方。
6．3可燃氣體探測器
安裝在廚房內的燃氣管道、灶具附近，當住戶使用的是天然氣，燃氣探測器吸頂棚安裝在距頂棚300ram以內的地方；當住戶使用的是液化石油氣，燃氣探測器安裝在距地面300mm以內地方。
6．4感溫探測器設置在廚房內，它吸頂棚安裝。
6．5感煙探測器設置在起居室、臥室等房間內，它吸頂棚安裝。
6．6緊急按鈕開關
設置在起居室沙發和主臥室床頭附近的墻上，及衛生間的墻上。緊急按鈕開關暗裝在墻內，其底邊距地面0．5m~1．2m。
6，門(窗)磁開關
安裝在門扇和門框內或窗扇和窗框內。
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／微波雙技術探測器
安裝在住戶的主要通道、重要的房間內，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，且與電器設備之間沒有遮擋。
7工程設計實例
以二室戶型為例介紹戶內的智能家庭控制系統設計，設計標準采用康居住宅先進級(3A)。采用以太網的家居控制系統，家庭控制器與戶內各模塊之間采用R．$485總線，家庭控制器可通過電話線或計算機網絡接收控制指令、發出信息，所選用的家庭控制器具有可視訪客對講功能。家居控制系統圖參見國家建筑標準設計<智能家居控制系統設計施工圖集>03X602第17頁，二室戶型家居控制平面圖參見圖1、2所示，家庭控制器與室內設備的連接參見圖3所示。
在起居廳、臥室設置了感煙探測器，廚房設置了感溫探測器、可燃氣體探測器，各房間的窗戶、陽臺推拉門上及附近設置了門(窗)磁開關和玻璃破碎探測器，起居廳設置了被動紅外侵入探測器，起居廳、臥室、衛生間設置了緊急按鈕開關。對電、水、燃氣進行計量；可對餐廳、起居廳、臥室的燈進行控制；當可燃氣體探測器探測到有燃氣泄漏后，聯動控制關閉燃氣管道上電磁閥、開啟排煙風機；當有各種探測器報警后，聯動警報發聲器發出報警聲音。
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)、燃氣表、熱能表、可燃氣體探測器、感溫探測器、感煙探測器、緊急按鈕開關、被動紅外侵入探測器、玻璃破碎探測器各1路，水表、門(窗)磁開關各2路。
家庭控制器共提供7路輸出：警報發聲器控制1路、燃氣管道上電磁閥控制1路、排煙風機控制1路、照明控制4路。
三室戶型、復式結構、別墅的智能家庭控制平面圖及家庭控制器與室內設備的連接參見國家建筑標準設計<智能家居控制系統設計施工圖集》03X602。
關鍵詞：遠程控制雙音多頻網絡通訊無線通訊家庭自動化
21世紀是信息化的世紀，各種電信和互聯網新技術推動了人類文明的巨大進步。數字化家居控制系統的出現使得人們可以通過手機或者互聯網在任何時候、任意地點對家中的任意電器（空調、熱水器、電飯煲、燈光、音響、DVD錄像機）進行遠程控制；也可以在下班途中，預先將家中的空調打開、讓熱水器提前燒好熱水、電飯煲煮好香噴噴的米飯……；而這一切的實現都僅僅是輕輕的點幾下鼠標，或者打一個簡單的電話。此外，該系統還可使家庭具有多途徑報警、遠程監聽、數字留言等多種功能，如果不幸出現某種險情，您和110可以在第一時間獲得通知以便進一步采取行動。舒適、時尚的家居生活是社會進步的標志，智能家居系統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、家庭環境進行方便地控制，使人們盡享高科技帶來的簡便而時尚的現代生活。
1系統的總體結構及工作過程
智能家居系統由系統主機、系統分機、Internet服務器和網絡接口等部分組成。其中系統主機通過服務器（個人計算機）連入Internet，并通過自己的PSTN公用電話交換網接口電路連入PSTN。其結構圖如圖1所示。主機與分機通過無線傳輸組成星形拓撲結構。系統主機通過本地無線傳輸網絡同系統分機進行通訊、傳輸控制命令和反饋信息。
該系統正常工作時，用戶可以通過Internet和PSTN兩種網絡進行訪問，當通過Internet訪問時，本系統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器即可對家中的設備進行遠程控制；當通過PSTN訪問時，本系統將為用戶提供語音操作界面。其工作流程如圖2所示。
2系統的硬件構成
本系統的硬件主要有系統主機與系統分機兩大部分。系統主機由單片機AT89C52和各種接口電路組成，如圖3所示。系統分機由單片機AT89C52和各種接口電路、傳感器單元電路、固態繼電器控制電路組成，并由固態繼電器控制具體設備，具體硬件組成框圖如圖4所示。
通過系統主機的各種接口電路可將主機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。系統主機主要依照各個功能電路的輸出結果進行邏輯判斷和控制命令的輸出。系統分機的各種接口電路和主機相似，只是根據設備的不同（傳感器單元）有著細節上的變化。下面主要介紹系統主機的各種接口電路。
2．1nRF401無線數據傳輸電路
無線數據傳輸電路由Nordic公司的單片UHF無線數據收發芯片nRF401及其電路構成。nRF401采用FSK調制解調技術，其工作效率可達20kbit／s，且有兩個頻率通道供選擇，并且支持低功耗和待機模式。它不用對數據進行曼徹斯特編碼，其天線接口設計為差分天線，因而很容易用PCB來實現。
2．2看門狗電路
看門狗電路由MAX813L及其元件組成。通常，在單片機的工作現場，可能有各種干擾源。這些干擾源可能導致程序跑飛、造成死機或者程序不能正常運行。如果不及時恢復或使系統復位，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時，能有效地使系統復位以使系統恢復正常運轉。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使單片機復位。
2．3DS1307時鐘接口電路
DS1307時鐘芯片是美國DALLAS公司生產的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，并且計時準確，月積累誤差一般小于10秒。此芯片還具有掉電時鐘保護功能，可自動切換到后備電源供電。同時還具有閏年自動調整功能，可以產生秒、分、時、日、月、年等數據，并將其保存在具有掉電保護功能的時間寄存器內，以便CPU根據需要對其進行讀出或寫入。由于單片機AT89C52沒有I2C總線接口，因此，要驅動DS1307，就必須采用單主機方式下的I2C總線虛擬技術。在此方式下，以單片機為主節點（主器件），主器件永遠占有總線而不出現總線競爭，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）可在時鐘線（SDL）上產生時鐘脈沖，在數據線（SDA）上產生尋址信號、開始條件、停止條件以及建立數據傳輸的器件。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總線為同步串行數據傳輸總線，其內部為雙向傳輸電路，端口輸出為開漏結構，因此，需加上拉電阻。
2．4MT8880C雙音頻編解碼電路
由于單片機是通過MT8880C芯片得到PSTN網絡的雙音頻信號解碼輸出，也就是說，單片機可以識別來自PSTN網絡的控制信號，用戶可以根據系統的語音提示進行按鍵選擇以實現用戶身份的識別與遠程控制。因此，利用MT8880C的雙音頻編碼功能，系統可以在緊急時刻將用戶預置的緊急電話打到PSTN網絡，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標準接口和單片機進行接口，其語音的錄放控制均通過單片機來實現。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和單片機編程控制來構成本系統與PSTN網絡用戶的語音平臺。由于ISD4004的INT和RAC腳輸出為開漏結構，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機進行串行通訊。
2．7鈴流檢測與摘掛機控制電路
當系統被呼叫時，電話交換機發出鈴流信號。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壓二極管進行降壓，然后輸入至光耦。再經光耦隔離轉換后，從光耦輸出時通時斷的正弦波，最后經RC回路進行濾波以輸出標準的方波。該方波信號可以直接輸出至單片機的定時器1進行計數，以實現對鈴流的檢測。
由于程控電話交換機在電話摘機時電話線回路電流會突然變大（約30mA），因此，交換機檢測到回路電流變大就認為電話機已經摘機。自動摘掛機電路可以通過單片機的P1．7來控制一個固態繼電器，固態繼電器的控制端應連接一個大約300Ω的電阻后再接入電話線兩端，從而完成模擬摘掛機。
3系統軟件編制
本系統軟件主要由系統主機和系統分機的C51程序和系統與Internet網絡通訊程序組成。
3．1系統主機程序的編制
系統主機程序主要用于實現系統的總體功能。包括無線數據傳輸程序、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、鈴流檢測與摘掛機控制程序、系統初始化程序、意外事件處理程序等。程序編制以消息驅動為主導思想。消息由計數器中斷1、外部中斷0和串行中斷產生，在中斷服務程序中，應將相應的狀態位置位，而在消息循環中則應按相應的狀態位調用功能函數，然后由功能函數將相應的狀態位清0并完成所需功能，并最后返回到消息循環中。其程序流程如圖5所示。該系統的分機程序和主機類似，故此不再詳述。
3．2系統與Internet網絡通訊程序的編制
這部分通訊程序分為服務器和客戶端兩個程序，主要通過Internet網絡完成用戶的控制功能。
服務器程序主要完成客戶端與系統主機通訊的中轉，即將客戶端發來的控制或者查詢命令翻譯成系統主機能識別的格式，或者將系統主機收到的報警等信息上傳到客戶端。服務器程序使用Socket與客戶端進行Internet通訊。
客戶端程序是運行在遠端用戶的控制界面，主要用于完成家居內狀態的顯示以及對家居內電器的遠程控制，同時使客戶端直接連接到服務器。
自1985年在德國首先出現家居數字系統基礎上，很多國家或地區爭先恐后研發各類系統理念方案、產品設備。同時這一現代化生活系統在全球實現了較大范圍的實施。1988年，國際電子工業協會提出第一個適用于家居環境的電器設計標準，即“Homeautomationsystemandcommunicationstandards”（家庭總線系統標準，哈佛商學院）。智能家庭系統已經進入中國家庭中，其安全、舒適、高效的生活方式已成為人們的一種追求。2012年，在城市和農村住宅科技產業項目實施計劃中，數字建設是中國首批新能源研發項目，此項目在實施的過程中，中央部門大力重視這個項目的實施，在建設部批準建設網絡社區，有30000數字家庭在華中地區社區實施。
1.設備不統一
相對獨立研發，通過添加一些簡單的遠程操作功能，稱其產品數字家庭系統。一個家庭在多個獨立的專有數字系統信息中，多個重疊數字家庭系統用戶在功能上往往比較混亂。
2.產品不穩定
國內數字產業在數字家庭方面的發展中，并沒有一個統一的相關標準規定，在這樣的一個市場環境下，許多中型小型企業獨立經營標準，加上市場炒作，不注意用戶的實際體驗，很多是簡單增加在某一性能或功能基礎上就投入市場，產品間的聯系不強，互不相容，甚至互相干擾，不利于數字家庭系統的修改和擴展，只能給用戶帶來不好的影響。
二、智能系統在家居設計中的狀態
從今天的產品體系看，國內還未樹立完整的智能數字理念，市場提供的產品間大都無一定的功能與形式的聯系，各類產品都獨自研發與更新。部分產品研發程序中過多地在電器的使用初級階段加入指令命令，沒有一個完善的整體處理系統。構架內各類設備與電器產品聯系較少，超控性能較低，使用效率不高，同時在核心的遠程命令體驗上的問題需要改進。從使用者的角度出發，智能數字家庭系統的出現首要功能是把人從煩瑣的家庭工作解放出來，更多地來享受生活和工作之余歸家的放松；同時能掌握家庭中的每一個信息數據，并分析相應的智能家電設備的智能操作以完成某些任務。此系統應用前景非常廣闊，適應不同國家、地區人生活的功能需求；同時更應該注意到不同國家、地區、民族、季節等方面的不同，根據用戶的需求量身定做對應的數據庫、監控方式、信息源代碼，保證信息記錄與搜索的必要功能。
（一）智能家居系統的性能需求
1.系統10s從每個傳感器節點收集的數據。
2.數據的準確性小數點后1位小數。
3.快速響應用戶的請求。
4.問題處置利用圖像控制。
5.各類參數信息建立在系統內，便于搜索。
（二）智能數字家庭系統功能層次
不同層的智能家居系統根據用戶需求，根據硬件處理能力分配任務。系統劃分為兩層平臺。一級使用嵌入式開發板硬件支持平臺，與此同時，選擇電腦作為二級處理系統平臺。由于嵌入式設備的處理能力和內容容量限制，選擇使用這個系統級負責數據收集平臺，與一些復雜程度不高的智能家用電器的開啟和關閉，發送數據到輔助平臺，從個人電腦（PC）接受數據傳輸任務。所以利用PC機應用一個二級硬件設備、圖像安保，目的是為使用者及時處置相關數據，同時處理數據的保存任務。在前期硬件設計過程中多級平臺建設必須具有以下原則。
1.透明模擬。利用Java語言研發可供使用的仿真體系，并能夠運行至少兩個Windows和Linux操作系統上，系統抽象OSGI組件技術和設備的使用服務，以Bundle的形式。仿真平臺是面向服務為主的，所以不必關心虛擬設備和服務真實設備。
2.可配置性。SmartHome是一個動態的設備，具有各種不確定因素的各式各樣的工作。出現各種類型的檢測要求。檢測工作中會出現能搭檔的數據模式。
3.模擬環節方便性能平臺是二維圖像版式。SHEmu平臺是圖形界面視覺顯示領域的設備，設備工作狀態之間具有互操作性，Xml通過配置文件來記錄設備的不同狀態，相應的圖像資源在GU視圖與其中某一個文件相搭配，實現不同視圖對應不同設備的關系。
4.數據庫統。SHEmu提供數據的分類，數據庫的管理通過消息記錄和初始信息來實施。
三、智能系統在居住空間中的應用
我國早在20世紀末期和21世紀初期就開始智能化家具方面的研究和開發，通過一段時間的摸索，在科研和技術上也都取得了一定的成果。如通過在知網上對以“智能化”和“家具”為關鍵詞進行檢索，可以看在早在1995年就有相關學者對智能化家具進行了研究。從1995年至今，我國在智能化家具方面的研究可查的已經有將近100篇之多，其中還不包括專著等文獻資料。此外，在智能化家具設計開發上現今也卻了一定的成就。如有些家具生產商和設計人員設計出了具有自動加熱與保溫的功能餐桌；可以自動調節溫度、角度的高度指標的床類家具；能對嬰兒尿床時立即發出警報的嬰兒床等。從整體來看，我國的家具智能化設計方面還處于起步階段，主要表現在以下幾點：產品技術含量低、可以實現的智能功能少、安全性有待于進一步完善、普及型和個性化發展方向還有待摸索。
2智能化家具設計的多元化發展方向
2.1智能化家具設計向功能性多樣化方向發展
統觀我國的智能化家具的設計現狀還是主要以體現家具的智能化為主。與國外的智能化家具設計相比，在功能性多樣化的體現方面還有很大的差距。我國智能化家具設計的多元化發展的方向基本的一點即是實現設計上的多樣化功能。不僅要體現智能化家具的某一項功能，還要結合先進的科學技術手段進行多種功能共同實現的目標。如智能化的燈具在設計時可以通過不同的技術手段間的融合來達到自動開關、自動控制光照強度以及自動控制局部范圍內的溫度等多項功能的實現；智能化餐桌通過多元化設計同時實現滿足不同數量的人使用和對餐桌上的食物進行保溫等多項功能的。
2.2智能化家具設計向普及化方向發展
隨著人們生活水平的提高。智能化家具的受眾已經不僅僅限于某些富裕的群體，它也開始進入尋常的百姓家。它的消費群體開始向普通的人民大眾轉移，那么對于文化程度處于中等水平的普通大眾來說，智能化家具設計中的高的科技含量往往使他們望而卻步，對其使用技術難以熟練掌握。所以，智能化家具設計的一個多元化的發展方向即使促進它的普及性。這需要設計人員在對智能化家具進行設計時要充分考慮使用者和所使用的場合，確保家具的可接受程度和便于操作性。
2.3智能化家具設計向安全性方向發展
如前文所述，智能化家具的組成都是一些與電相關的元件，一些運行型的家具也需要電來支撐和某些金屬或者材質來構成。這些動力系統或原料在智能化家具設計中的應用就在一定程度上提高了智能化家具使用的危險性。故而，在設計人員對智能化家具進行設計時要充分考慮到使用者在使用家具時的安全性,將電路控制在安全電壓范圍之內,并要在絕緣和接地方面做到很好的防護措施；必須有過載和漏電保護裝置及良好的散熱措施;在設計時還要考慮到當使用不當時,要將緩沖裝置和自動停機等功能考慮到設計中去。
2.4智能化家具設計向個性化方向發展
智能化家具設計向個性化方向發展主要是針對社會上某些群體而言的，如老人和兒童以及一些特殊群體等,設計人員對智能化家具進行設計時要針對這些群體設計出具有一定針對性，能夠體現個性化服務和個性化專長的特點。如針對老人和兒童設計的具備一定監管、娛樂、安居和護理特性的桌案類、坐臥類等智能化家具。
3結論
