智能家居系统的基本架构特征及其总线式控制的应用
发布时间：2010-8-4 09:50
发布者：lavida
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智能家居的建设是一个高技术含量的系统工程，近年来，关于智能家居的概念日益被关注，了解的人越来越多。它己走进了人们的日常生活。在国内已经开始在全国不少城市普及，几乎新建的每个小区都会配置智能化系统。伴随科技的发展，在人类丰富的想象空间里，智能化住宅的发展必将带来人类居住的一场大变革。为此本文将对智能家居的基本架构特征与理念及其总线式控制系统应用的智能家居系统解决方案作分析说明。首先应对智能家居的基本理念作说明。 1、智能家居的理念及范畴 1.1 智能家居的理念 “智能家居”这个词目前已经被广泛引用，那么到底什么是智能家居？智能家居就是通过综合采用先进的计算机、通信和控制技术(3C)，建立一个由家庭安全防护系统、网络服务系统和家庭自动化系统组成的家庭综合服务与管理集成系统，从而实现全面的安全防护、便利的通讯网络以及舒适的居住环境的家庭住宅。智能家居是IT技术（特别是计算机技术），网络技术、控制技术向传统家电产业渗透发展的必然结果。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，在家庭网络的操作系统的控制下，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信息，满足远程控制／监测和交换信息的需求。最后，它们的最终目的都是为满足人们对安全、舒适、方便和符合绿色环境保护的需求。 特别要指出的是，智能家居不是一个单独的产品，也不是传统意义上的“智能小区”概念，而是基于小区的多层次家居智能化解决方案。 智能家居是一个多功能的技术系统，包括可视对讲、家庭内部的安全防范、家居综合布线系统、照明控制、家电控制、远程的视频监控、声音监听、家庭的影音系统等。家居智能化包含的内容比较多，而且国内目前的产品主要基于总线制、电力线载波、无线等方式，在网络连接方面基本上用总线制联网、电话联网或者通过以太网方式来实现。 2、智能家居系统架构与功能 2.1 系统架构 *家居综合布线系统 家居布线系统就是把电话、有线电视、电脑网络、影音系统、家庭自动化控制系统的布线统一规划、布局、集中管理，为实现家居智能化提供网络平台，通过家居综合布线既可以实现智能化控制，又可以做到资源共享，而且采用综合布线，使家庭内部布线系统具有良好的扩展性，并可随时升级，满足用户未来的需要。 *家居安防系统 家居安防系统可以有效的利用技防手段来实现居家安全防范。家居安防系统包括防盗、防燃气泄漏、防火等功能，并具备远程监控，住户可以通过网络或电话随时了解家内情况，同时可远程监听或监视家庭内部情况。 *家庭自动化系统 智能家居的主体在于家庭自动化，未来家庭自动化的主体是家电、照朋等电气设备的控制。自动化系统采用集中或者分布式控制，住户可以通过网络或者电话远程控制家庭内部设备，家居自动化系统是智能家居的主要发展方向。 *场景环境预置 随着人们对生活体验的个性化要求越来越高，家庭内部影音系统、家庭内部环境、网络虚拟环境等需求也越来越高，人们用在这方面的消费支出也将越来越高，未来的智能化家居也会更多的满足人们这些方面的需求。 2.2 系统功能 智能家居的平台系统通过其核心设备-智能终端来实现家庭智能化的功能。家庭智能终端用来实现家庭智能化的各项功能。因此，家庭智能终端是智能家居的心脏，通过它才能实现系统信息的采集、信息输入、逻辑处理、信息输出、联动控制等功能。其系统功能实际上是说明智能家居其“智能”在何处的说明。智能家居所要实现的主要的系统功能有： *家电控制 通过系统灵活多样的控制方式(如按键开关、遥控器、电话、Internet等)，您随时可开启家中空调、电动窗帘、电饭煲等电器设备，功能实用方便。系统设置的“全关模式”，可以在您出门或就寝时，非常方便的关闭室内灯光、电器设备的电源，方便、安全又省电。 *沟通黑色家电和其他视频设备之间以及与外部世界之间的信息通道，其中包括：台式／手持计算机、电视、录／摄像机、VCD／DVD和数码照相机等；同时还可以实现对它们的控制和监测。 *安防、防盗报警 智能家居系统兼容目前大多数的防盗产品（红外探测器、煤气探头、 门磁开关、声光报警装置等），且具有逻辑判断，多防区设置，电话报警功能。系统设有“在家”、“离家”两种布防模式，并可通过电话远程布、撤防，并带有语音提示及系统自检功能。一旦检测到报警信号，系统立即将警情报至小区保安中心，引发灯光闪烁、警号鸣响等动作，并启动电话远程告警功能。 *电话远程遥控与无线遥控 通过对外的接口，实现远程控制和信息交换，如：电活线、有线电视电缆、市电电源线、双绞线和无线通讯方式等。电话远程控制功能灵活实用，无论何时何地，您都可方便的通过电话或手机按键远程控制家中的各种灯光、电器设备。无线遥控通过遥控器，您可以方便地控制家中所有的灯光、电器设备。当您在客厅看电视时，您可通过遥控方便地关掉厨房、走廊、阳台和房间里不必要的灯光电器，而不用因起身而错过剧情。 3、关于智能家居系统主要核心技术： 3.1 计算机软件技术与计算机网络技术 在数字家庭网络中涉及的计算机软件，除一般的用户程序外，最突出的有二个方面：首先是网络操作系统，这个操作系统应该具有占存储器小、使用方便、配置灵活、容错性能好等特点；其次是数据结构，这是由于一般的家庭控制网络中，不可能使用各种体积庞大的数据库，而实际使用时又需要处理大量的数据，因此需要设计者设计一个适合于家庭网络使用的数据库。 这里比较突出的是家庭网关。家庭网关是智能家庭网络上的一个重要部分，它是将单个家庭网络与外部世界（如局域网、Internet网或智能小区的子网络）沟通起来的关键部件。例如与Internet或Ethernet的接入、路由的选择、浏览器的设计网页的制作，此外还有编码压缩技术和网络接口技术等。 3.2 信息网络系统技术 当今各地的有线电视主干网已大规模采用光纤。利用有线电视网作为信息传输平台，基于有线电视HFC网建设智能小区已成为许多城市的成功案例。 HFC接人技术是一新成熟技术，能综合传输图像、数据和语言等多媒体业务。高速数据传输采用QAM／QPSK调制，低速数据采用FSK／ASK调制。图0为信息网络系统技术应用例举-HFC接人技术与应用原理示意图。  用户终端机顶盒拥有Internet接人能力并能够将家庭设备包括报警探头、水电气表、家电等接人互联网，不仅满足了用户交互或快速上网等的要求，而且为住户提供了能适应将来科技发展的人性化接口，其实施的保证是由有线电视中心完成的。最为关键的是基于HFC网能够节省大量的利用光纤及五(六)类线组网的费用，并免去了网络运行维护的费用。 3.3 图像处理技术 图像处理技术是属于信息技术中一个层次比较高的技术，目前它也已经走人了数字家庭之中。其中最典型的例子是智能型防盗门，这种防盗门是不需要用普通钥匙的，它的“钥匙”是该家庭每个人员自己身上的某个器官特征：比如，手指的指纹，或人脸的特写，或眼睛中的虹膜等。这些人体的自身的特征，首先需要通过一些专用的装置将它们采集到，然后对这些采集到的图像信息作必要的处理，并提取相应需要的特征，最后根据这些特征来识别出“是否是本家居中的成员”。 3.4 传感器技术 在一个数字家庭中，为保证完善的控制，需要测量的物理量是多种多样的（例如流量、电量、温度、湿度、微量气体含量等），这都需要传感器技术。一般说来，家庭中的物理量的测量精度要求不高，测量设备的体积和重量也没有苛刻的要求，因此还需要研究和开发适应家庭网络控制用的价格低、稳定、可靠和多功能集成的测量技术和传感器技术以及相应的产品。 4、总线式的控制系统的智能家居系统解决方案 总线是一种灵活方便、可靠性好、通信速率高和价格低廉的现场总线，它适用于生产过程控制，智能家居等。 当今用于智能家居系统的总线有LonWorks、TP BUS与APBUS等多种类型总线。其LonWorks总线是一种具有强劲实力的全新现场总线技术，它提供了一个开放性很强的局部操作网络，其显著的特征主要表现在：功能强大的神经芯片、系统的互操作性和LonTalk通信协议。高可靠性、安全性、易于实现和互操作性，应用非常广泛。而TP BUS与APBUS为通用方便及性价比较高的二线制的智能控制总线。 采用总线式的控制系统的智能家居系统，不需要像传统方式那样重新连线，它又区别于集中控制模式，可以通过修改软件改变按键与灯光等设备的对应关系，有着它无可比拟的扩展灵活性。 值此仅以APBUS总线应用为例的智能家居系统设计方案作介绍。 4.1 系统特征 何谓APBUS总线？它是一个二线制的智能控制总线，所有的系统单元由一对通信信号线（双绞线）连接成网络，亦是目前最简单，最可靠，最易用的智能家庭控制总线标准之一。 它是一个二线制的智能控制总线APBUS，所有的系统单元由一对通信信号线（双绞线）连接成网络，亦是目前最简单，最可靠，最易用的智能家庭控制总线标准之一。APBUS家庭智能控制系统是新一代智能家居系统。通过先进的总线控制技术APBUS，实现对住宅灯光、电器及安防的无线遥控、电话及网络的远程监控等多种控制功能，融合了现代家庭追求舒适、安全、节能、高品味的家居生活理念。 该智能家居系统的家庭智能终端主要针对现代住宅家居智能化和保安智能化而设计的方案，可以实现如下功能：家庭综合保安系统；室内照明控制系统；家庭电器控制系统；无线遥控系统；远程控制系统。图1为AP BUS总线智能家居系统示意图。  4.2 系统功能 该智能家居系统产品取代传统的灯光及家电控制模式，为您提供安全保障的同时，让您轻松享受生活。 *灵活的控制模式：互联网网上控制、电话远程控制、预置时间控制、遥控器控制、主控键盘控制、手动直接控制。 *简易的用户编程：用户可自行编程，预设多种灯光场景及家电的控制功能。 *随心的控制效果：既可远程查询和控制，又可以一键式场景预置和操控。 4.21 室内照明控制 室内照明主要由日光灯、吊灯、壁灯、射灯和落地台灯等组成，除日光灯外，所有其它灯均可作亮度调节，以满足不同的需要。 客厅和起居室具有多种灯光组合，使环境光线更为舒适，同时刃；可作较多的变化，以适应不同的情况，例如在客人探访、聚会畅谈时可能需要较明亮的灯光，而在欣赏古典音乐或轻音乐时，柔和的灯光会显得较为写意；而要把客厅变为家庭影院观看精彩影片时，灯光便需要调得更为暗淡。 所有的灯光都由高科技的轻触式电子开关控制，只需要轻触一个按钮便可产生一种预先设定的照明效果，用起来不但非常方便，同时亦为您的家居生活提高档次，以及增添更多姿彩。 4.22 交流供电控制 目前大部分的家庭电器都通过电源插座获得交流电能的供应。然而普通的插座并未能提供一个有效的供给控制，即使每个插座都附有一个开关，但要在出门前将所有的电器关掉亦实属不易，结果就有洗衣机、风扇、音响电器漏电而造成火灾的弊病。 本系统可为所有的灯光电器提供一个有效的控制手段，例如您可以在出门前(或睡前)按一个按钮关掉所有灯光电器，而在回家人门（或早晨起床）后按另一个按钮便可恢复之前的供电，非常简单。事实上，通过这—供电控制系统，您可以在任何地方，任何时候控制您的灯光电器、及电饭煲煎、煮。 4.23 无线遥控控制 无线遥控可以为家居生活带来方便。 4.24 电话遥控系统 借助电话控制系统，您几乎可以在任何地方，任何时候监控您的家居状况： 如果您匆匆忙忙赶上班或出去而忘记厂关热水炉或空调等设备，那么您只要打一个电话就可以把它关掉而不需要特意赶回家里处理。 如果您在大热天的中午回家吃饭午休而时间又特别紧的话，您可以在回家前用电话接通电饭锅、电子瓦锅和客厅冷气机的电源，这样当您回到家的时候，不但可以实时享受到舒适的冷气，而且还马上有饭吃、有汤喝，给您带来前所未有的方便。 电话遥控还有其它方面的用途，例如当您全家外出渡假或旅游时，您可以通过电话在适当的时候开启灯光照明甚至电视音响，以造成有人在家的假像，防止不法之徒乘虚而入。 4.3 系统功能模块选择 开关面板—KPl51 弱电控制：用于APBus系统的网络远端指令键 其技术参数为：面板按键5个；APBus接口12VDC／24VDC／25mA；尺寸86x86x52mm； 开关面板—KPl21 弱电控制：用于APBus系统的网络远端指令键 其技术参数为：面板按键2个；APBus接口12VDC／24VDC／25mA；尺寸86x86x52mm； 主控面板CP101 主要功能为：安防管理、信息资讯、家电控制、紧急报警、设置系统参数诌及定时控制。 插座模块PW115 PW415是与APBus兼容使用的多功能电源控制模块。它具有4路输出，可控制4路灯光或插座电源，配合开关面板KPl21，KPl51等APBus兼容产品构成双联，三联等多联控制功能。用户通过编程来赋予每个输出回路名称后，可通过智能家居控制器的控制面板、APBus兼容遥控器以及电话等来实现远程控制。 5、结束语 家居智能化系统应体现“以人为本”的原则，在充分考虑技术的先进性、设备的标准化、使用的便捷性、系统的可靠性基础的同时，充分利用小区的信息系统，为住户提供安全、舒适、方便的服务。 |
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