嵌入式在家居中的研究與應(yīng)用

1、課程設(shè)計說明書 第 I 頁 嵌入式系統(tǒng)在智能家居中的研究與應(yīng)用嵌入式系統(tǒng)在智能家居中的研究與應(yīng)用摘 要智能家居一般是以住宅為基礎(chǔ)平臺，綜合建筑裝潢、網(wǎng)絡(luò)通信、信息家電、設(shè)備自動化等技術(shù)，將系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理集成為一體的高效、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。智能家居可以定義為一個目標(biāo)或者一個系統(tǒng)。利用先進的計算機、網(wǎng)絡(luò)通信、自動控制等技術(shù)，將與家庭生活有關(guān)的各種應(yīng)用子系統(tǒng)有機地結(jié)合在一起，通過綜合管理，讓家庭生活更舒適、安全、有效和節(jié)能。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，還能提供舒適安全、高效節(jié)能、具有高度人性化的生活空間；將一批原來被動靜止的家居設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂小爸腔邸钡墓ぞ?，提?/p>

2、全方位的信息交換功能，幫助家庭與外部保持信息交流暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效地安排時間，增強家庭生活的安全性，并為家庭節(jié)省能源費用等。關(guān)鍵詞：遙控器，無線感應(yīng)，傳感器課程設(shè)計說明書 第 II 頁 AbstractSmart Home is a residence-based platform for general, comprehensive construction and decoration, network communications, information appliances, equipment, automation technology, systems, s

3、tructures, services, management integration as one of the efficient, safe, convenient, environmentally friendly living environment.Smart home can be defined as a target or a system. The use of advanced computers, network communications, automatic control technology, will work with family life, about

4、 the various application subsystems together organically, through integrated management, so that family life more comfortable, safe, effective and energy-saving. Compared with ordinary home, smart home features not only traditional residential function, but also provide comfort and safety, energy ef

5、ficient, highly humane living space; still a batch of the original passive device into a home with a smart tool, providing a full range of information exchange capabilities to help families maintain communication with the external flow, optimize peoples lifestyles and help people time effectively, a

6、nd enhance the security of family life and for the family to save energy costs.Keywords: remote control, wireless sensors, sensor課程設(shè)計說明書 第 III 頁 目 錄1 緒論.52 智能家居系統(tǒng)的基本架構(gòu).52.1 智能家居系統(tǒng)組成.52.2 智能家居的應(yīng)用.62.3 智能家居控制功能及方式.63 智能家居的發(fā)展趨勢.8總 結(jié).10參考文獻.11課程設(shè)計說明書 第 1 頁 1 1 緒論緒論智能家居，又稱智能住宅，在國外常用 Smart Home 表示。與智能家居含義

7、近似的有家庭自動化（Home Automation） 、電子家庭（Electronic Home、E-home） 、數(shù)字家園（Digital Family） 、家庭網(wǎng)絡(luò)（Home Net/Networks for one） 、網(wǎng)絡(luò)家居（Network Home） 、智能家庭/建筑（Intelligent Home/Building） ，在我國香港和臺灣等地區(qū)，還有數(shù)碼家庭、數(shù)碼家居等稱法。智能家居(smart home)的概念最早出現(xiàn)于美國，它利用先進的計算機技術(shù)、 嵌入式技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、綜合布線技術(shù)，將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機地結(jié)合在一起。智能家居中的主角是具有智能的信息家電，它是

8、電腦、電信和電子技術(shù)與傳統(tǒng)家電相結(jié)合的創(chuàng)新產(chǎn)品，是為了使數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更廣泛地深入家庭生活而設(shè)計的新型家用電器。對于單個信息家電產(chǎn)品而言，它獲取任務(wù)信息以及識別、執(zhí)行這一過程可以看成一個完整的工作流；但是智能家居的智能性依靠一種家電不能很好的體現(xiàn)，它需要多個家電之間相互協(xié)作、 相互觸發(fā)，共同完成主人交給的一系列任務(wù)，這些具有不同功能且相互獨立的模塊之間所進行的互操作過程就實現(xiàn)了工作流系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)。例如，主人回家開門時，客廳里的電燈會因室內(nèi)的光線過暗、空調(diào)會因溫度不適 自動打開；主人外出關(guān)門時，需要關(guān)閉的電器立即斷電、室內(nèi)的監(jiān)控系統(tǒng)自動開啟。電燈、空調(diào)以及相關(guān)設(shè)備的開關(guān)會與門的狀態(tài)、室內(nèi)光線明暗

9、、溫度異常這些已經(jīng)形成的事件聯(lián)系在一起；具體哪盞電燈、哪臺空調(diào)、光線明暗值以及溫度舒適范圍等眾多參數(shù)均由主人按照自己的主觀意愿隨意設(shè)定1。2 2 智能家居系統(tǒng)的基本架構(gòu)智能家居系統(tǒng)的基本架構(gòu)2.12.1 智能家居系統(tǒng)組成智能家居系統(tǒng)組成智能家居的組成：前面提及了智能家居的概念以及能提供的服務(wù)，那么智能家居的實現(xiàn)到底需要那些組成呢。智能家居的大概組成：面向用戶服務(wù)器、面向機器服務(wù)器、中央控制系統(tǒng)、邏輯布線、動作部件、傳感部件2。面向用戶服務(wù)器：它是一種為用戶提供交互界面的計算機，這里的面向用戶主要指的是面向用戶的應(yīng)用程序，提供參數(shù)設(shè)置，以及狀態(tài)監(jiān)控等功能。它可以進行多平臺架構(gòu)，無論是 Unix、

10、Linux 還是 Windows 或者其他 OS 都能很容易實現(xiàn)。課程設(shè)計說明書 第 2 頁 面向機器服務(wù)器：顧名思義，面向機器服務(wù)器就是一種介于用戶與直接控制器件之間的，提供與底層控制、通信協(xié)議產(chǎn)生交互服務(wù)的計算機。中央控制系統(tǒng)：這部分的開發(fā)是整個智能家居最為復(fù)雜的部分，其中由于家居設(shè)備智能化程度不高和接口以及通信協(xié)議的不統(tǒng)一，只得以輔助部件來實現(xiàn)控制功能，這就需要編寫大量的不同語言種類的控制程序，以及需要控制計算機擁有足夠數(shù)量及功能的通信接口。中央控制系統(tǒng)可以和前面提及的兩種服務(wù)器集成在一起。邏輯布線：這是整個智能家居的最基礎(chǔ)部分，類似人類的神經(jīng)系統(tǒng)，它要實現(xiàn)傳感信號的回收，控制信號傳遞，

11、電力提供，廣播電視信號傳送，網(wǎng)絡(luò)端口提供等。如過設(shè)計不好，極可能導(dǎo)致信號干擾，控制失效，或著更為嚴(yán)重的安全事故等。動作部件：這就是整個智能家居的最末端，也是智能化的最終表現(xiàn)，它可以包括具體的如：家用電器，電燈，空調(diào)等。傳感部件：這是真?zhèn)€智能家居的信號傳遞的開始部分，它通常都是孤立的，如：溫度、煤氣、光線、濕度傳感器（sensor）等，但也有部分是被集成的，比如：高端防盜門上的紅外輻射傳感器。當(dāng)然這里傳感不見不僅僅是狹義上的傳感器，還可以包括諸如攝像頭，麥克風(fēng)等信號輸入部件。2.22.2 智能家居的應(yīng)用智能家居的應(yīng)用從技術(shù)上講，智能家居所要實現(xiàn)的主要的功能有：1）對白色家用電器和其他設(shè)備的控制、

12、調(diào)節(jié)和監(jiān)測，比如微波爐、洗衣機、燈光、電動窗簾、防盜報警器、自動門煙霧探測器、有害氣體檢測裝置、溫度和濕度控制器、風(fēng)量調(diào)節(jié)器、各種手動的開關(guān)和遙控器等。 2）溝通黑色家電和其他視頻設(shè)備之間以及與外部世界之間的信息通道，其中包括：臺式/手持計算機、電視、錄/攝像機、VCD/DVD 和數(shù)碼照相機等；同時還可以實現(xiàn)對它們的控制和監(jiān)測。 3）通過對外的接口，實現(xiàn)遠程控制和信息交換，如：電話線、有線電視電纜、市電電源線、雙絞線和無線通訊方式等。 這些都是傳統(tǒng)的智能家居的定義上的必備功能，新一代的智能家居應(yīng)該具備更加智能化的功能，比如：環(huán)境學(xué)習(xí)功能，或是控制方式不僅僅再限制于手，可以通過聲、光、電等這些外

13、界因素的改變而作為整個智能家居的控制信號等。這些功能也許是新定義的，也許是在以前的基礎(chǔ)上升級的。總之，在以后的生活中智能家居肯定會越來貼近我們的生活，越來越智能化3。2.32.3 智能家居控制功能及方式智能家居控制功能及方式課程設(shè)計說明書 第 3 頁 1）遙控功能 不論在家里的哪個房間，用一個遙控器便可控制家中所有的照明、窗簾、空調(diào)、音響等電器。例如，看電視時，不用因開關(guān)燈和拉窗簾而錯過關(guān)鍵的劇情;衛(wèi)生間的換氣扇沒關(guān)，按一下遙控器就可以了。遙控?zé)艄鈺r可以調(diào)亮度，遙控音響時可以調(diào)音量，遙控拉簾或卷簾時，可以調(diào)行程，遙控百頁簾時可以調(diào)角度。2）集中控制功能 使用集中控制器，不必專門布線，只要一個遙

14、控器在手，就可控制家里所有的燈光和電器，一般放在床頭和客廳。可以在家里不同的房間有多個集中控制器。躺在床上，就可控制臥室的窗簾、燈光、音響及全家的電器?？刂茻艄鈺r可以調(diào)亮度，控制音響時可以調(diào)音量，控制拉簾或卷簾時，可以調(diào)行程，控制百頁簾時可以調(diào)角度。3）感應(yīng)開關(guān) 在衛(wèi)生間、壁櫥裝感應(yīng)開關(guān)、有人燈開、無人燈滅。4）網(wǎng)絡(luò)開關(guān)的網(wǎng)絡(luò)功能 一個開關(guān)可以控制整個網(wǎng)絡(luò)，整個網(wǎng)絡(luò)也可以控制任意一個(組)燈或電器。其控制對象可以任意設(shè)置和改變，輕松實現(xiàn)全開全關(guān)，場景設(shè)置，多控開關(guān)等復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)操作功能。門廳的 T 型網(wǎng)絡(luò)開關(guān)可設(shè)成全開全關(guān)鍵、及門廳燈的開關(guān);出門時不必每個房間檢查一遍，只要按一個鍵就可以將所有的

15、燈和電器關(guān)閉，需要時也可按一個鍵打開所有的燈?？蛷d的 T 型網(wǎng)絡(luò)開關(guān)可設(shè)成場景設(shè)置鍵，按一個鍵開一組燈，不必逐一打開。也可配合全宅音響、空調(diào)、窗簾等進行復(fù)雜的場景設(shè)置。T 型網(wǎng)絡(luò)開關(guān)也是可變開關(guān)，它的控制對象可以隨意設(shè)置，今天是窗簾的開關(guān)，明天可以將它設(shè)為音響的開關(guān)。同時 T 型網(wǎng)絡(luò)開關(guān)還是多控開關(guān)，傳統(tǒng)開關(guān)最多只能在兩處實現(xiàn)對同一對象的控制（雙控開關(guān)） ，使用 T 型網(wǎng)絡(luò)開關(guān)，可以在任意多處對同一對象進行控制。控制燈光時可以調(diào)亮度，控制音響時可以調(diào)音量，控制拉簾或卷簾時，可以調(diào)行程，控制百頁簾時可以調(diào)角度。5）網(wǎng)絡(luò)型空調(diào)及紅外線控制 網(wǎng)絡(luò)型空調(diào)控制器將空調(diào)的控制連到整個網(wǎng)絡(luò)中來，可以使用電話

16、來遠程控制空調(diào)，也可以使用無線遙控器在樓下將樓上的空調(diào)啟動和關(guān)閉，集中控制器、定時控制器、網(wǎng)絡(luò)開關(guān)、無線感應(yīng)開關(guān)等等也都可以控制空調(diào)了。6）網(wǎng)絡(luò)型窗簾控制器 網(wǎng)絡(luò)型窗簾控制器將窗簾的控制連到整個網(wǎng)絡(luò)中來，控制拉簾或卷簾時，可以調(diào)行程，控制百頁簾時可以調(diào)角度。不僅可以使用本地開關(guān)來控制窗簾，還可以使用電話來遠程控制窗簾，也可以使用無線遙控器在樓下將樓上的窗簾打開和關(guān)閉，集中控制器、定時控制器、網(wǎng)絡(luò)開關(guān)、無線感應(yīng)開關(guān)等等也都可以控制窗簾了。7）可編程定時控制 定時控制器可以對家中的固定事件進行編程，例如，定時開關(guān)窗簾，定時開關(guān)熱水器等等，電視、音響、照明、喂寵物等均可設(shè)定課程設(shè)計說明書 第 4 頁

17、 時控制。定時控制器本身也是一個八位的集中控制器，放在床頭柜上，只要將插頭插在 220V 電源插座上，就可已在床上控制家里所有的燈光、電器和窗簾等等，也有調(diào)光功能。同時它還有時間顯示和鬧表的功能。8）多功能遙控器 多功能遙控器集多種遙控功能于一身，首先它是無線遙控器，可以控制家中的照明，窗簾，空調(diào)等系統(tǒng)。同時它也是紅外遙控器，內(nèi)置了許多品牌的電視，音響，VCD 等紅外控制指令集。還可以學(xué)習(xí)兩種紅外線遙控器的控制功能。放在客廳的茶幾上，看電視或聽音響時，一個遙控器就可以非常方便地遙控所有的設(shè)備。9）無線感應(yīng)探頭 可隨意擺放，能控制任意的電器，例如大門口外，當(dāng)有人來時，它可以觸發(fā)自動門鈴，也可以將

18、燈開啟，甚至可以開音響、熱水器等。放在陽臺上，可以知道是否有人從陽臺非法闖入。10）全宅音響系統(tǒng) 全宅音響系統(tǒng)可將傳統(tǒng)的音響延伸到家中的每個房間及每一個角落。在陽臺澆花時可以欣賞悠揚的音樂，清早盥洗時可以聽到電臺的新聞， 甚至在廚房也可以聽到現(xiàn)場轉(zhuǎn)播。 系統(tǒng)可接駁家中現(xiàn)有的電視，廣播，VCD, DVD 及音響系統(tǒng)提供的聲源;每個房間的音箱可以單獨開關(guān)和調(diào)音量，無需考慮功率匹配;系統(tǒng)支持高保真立體聲技術(shù)， 對音質(zhì)不作任何處理。利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)化智能家居控制手段， 如：遙控器、 集中控制器、網(wǎng)絡(luò)開關(guān)等方式對音箱進行開、關(guān)、調(diào)音量、全開全關(guān)、部分開關(guān)， 也可配合照明系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、窗簾等進行復(fù)雜的場景

19、設(shè)置5。3 3 智能家居的發(fā)展趨勢智能家居的發(fā)展趨勢智能家居利用先進的計算機技術(shù)、 嵌入式技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、綜合布線技術(shù)，將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機地結(jié)合在一起。智能家居中的主角是具有智能的信息家電，它是電腦、電信和電子技術(shù)與傳統(tǒng)家電相結(jié)合的創(chuàng)新產(chǎn)品，是為了使數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更廣泛地深入家庭生活而設(shè)計的新型家用電器5。對于單個信息家電產(chǎn)品而言，它獲取任務(wù)信息以及識別、執(zhí)行這一過程可以看成一個完整的工作流；但是智能家居的智能性依靠一種家電不能很好的體現(xiàn)，它需要多個家電之間相互協(xié)作、 相互觸發(fā)，共同完成主人交給的一系列任務(wù)，這些具有不同功能且相互獨立的模塊之間所進行的互操作過程就實現(xiàn)了工作

20、流系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)。無線智能家庭網(wǎng)絡(luò)是未來的一大發(fā)展趨勢，它可以滿足用戶對于家庭網(wǎng)絡(luò)的靈活性、連續(xù)性等性能需求，解決安裝有線系統(tǒng)所需的高成本和不方便等問題。無線智能家庭網(wǎng)絡(luò)可以分成家庭數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和家庭控制網(wǎng)絡(luò)兩種。家庭數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)完成家居中的如下功能：提供家庭內(nèi)部共享上網(wǎng)能力；提供多媒體家電互課程設(shè)計說明書 第 5 頁 相通信能力；共享影音文件。如電腦和電視、VCD、音響、PDA、MP3 播放器等；實現(xiàn)機器和機器之間大批量、高速率的數(shù)據(jù)傳輸。 家庭控制網(wǎng)絡(luò)完成家居中的以下功能：燈光照明控制、家居環(huán)境監(jiān)測和控制、家居安防、家庭應(yīng)急功能6。無線控制網(wǎng)絡(luò)需要的是低功耗、低成本、低復(fù)雜程度、長電池壽命的標(biāo)準(zhǔn)。無線智能家庭網(wǎng)絡(luò)與移動通信網(wǎng)絡(luò)的互連家庭不是一個孤立的社會單位，智能家庭必須要具備和外部通信網(wǎng)絡(luò)連接的能力，才能實現(xiàn)更廣泛的應(yīng)用。 課程設(shè)計說明書 第 6 頁 總 結(jié)智能家居是住宅智能化的核心部分，目前我國的智能家居市場有三個特點：一是市場潛力大，我們知道現(xiàn)在的房地產(chǎn)業(yè)在全國的發(fā)展都很火爆，作為其下游產(chǎn)業(yè)，智能家居市場前景還是非常樂觀的。第二點就是產(chǎn)品多，廠家多，大部分集中在上海、北京、