智能家居系統(tǒng)與藍牙技術的應用展望

1、智能家居系統(tǒng)與藍牙技術的應用展望    Tags：展望 智能家居 藍牙技術 摘要：文章介紹了住宅小區(qū)智能化的概念，探討了住戶智能化系統(tǒng)的結構和家用電器智能化的幾個方面；介紹了藍牙技術的特性，揭示了藍牙技術是住戶信息化的最好通訊方式。藍牙模塊由于其功耗低、兼容性好、可靠性高和無連接線等優(yōu)勢而受到全世界的重視。 關鍵詞：住宅小區(qū)智能家居家用電器智能化藍牙技術無線通訊 l智能住宅小區(qū)住宅小區(qū)智能化是指依靠先進的設備和科學的管理模式，利用計算機及相關的高新技術，將傳統(tǒng)的土木建筑與計算機技術、自動控制技術以及信息技術相結合，對一定地域范圍內住宅的使用功能智能化達到

2、節(jié)約能源、降低人工成本，提高住宅小區(qū)物業(yè)管理、安防及信息服務等方面的自動化程度，為小區(qū)住戶提供安全、舒適、方便、快捷的家居環(huán)境，簡稱4C技術。隨著人們生活水平的提高，以及全面建設小康社會這一宏偉目標的逐步實現(xiàn)，傳統(tǒng)的住宅小區(qū)和建筑往往因為不能提供必要的通訊設施和良好的辦公自動化支持系統(tǒng)而不再受到青睞。智能化住宅小區(qū)包括安全防范、管理與監(jiān)控、信息網(wǎng)絡三個子系統(tǒng)，如圖l所示，每個住戶都是這個子系統(tǒng)的節(jié)點。2智能家居系統(tǒng)家用電器智能化是家居智能化的前提。一般來說，家用電器可以分為四類：(1)家庭影院網(wǎng)絡；(2)計算機子系統(tǒng)；(3)電話子系統(tǒng)；(4)生活用電器類，如電冰箱、洗衣機、微波爐、抄表器等。在

3、智能家居系統(tǒng)中，每個電器都是智能化的，都由嵌入式計算機進行管理，它們在住戶家庭的局域網(wǎng)中都分配有一個唯一的IP地址，因此家庭服務器(HomeServer)就應運而生。家庭服務器采用模塊化設計，是一種家庭智能節(jié)點模塊。這種家庭服務器可以稱為網(wǎng)絡智能數(shù)據(jù)終端(Intelligent Control Network Data Terminal,簡稱NDT)，也稱為智能家居控制器。其主要功能是：(1)通訊功能。它與外部的寬帶網(wǎng)絡相連，代表了一個住戶在小區(qū)網(wǎng)絡上的節(jié)點；另外智能化的家電又要靠它聯(lián)系起來，成為住戶局域網(wǎng)絡實現(xiàn)家居的網(wǎng)絡化；(2)管理功能。對家用智能電器進行管理、傳遞信息。例如電冰箱內的食物

4、數(shù)量可以通過計算機打印出來；接收主人通過電子郵件、聲音或操作面板發(fā)來的控制命令控制門禁系統(tǒng)的開關、空調的起停和調節(jié)、操作洗衣機的工作、調節(jié)家庭影院系統(tǒng)；接收抄表器傳來的煤氣、水、電表的狀態(tài)并傳送到小區(qū)的抄表系統(tǒng)，等等；(3)信息顯示功能。接收小區(qū)智能系統(tǒng)的通知并顯示；家用電器的狀態(tài)顯示；當發(fā)生故障時能自動顯示故障電器及提示如何應對這種故障。3已有的局域網(wǎng)絡中的通訊技術家庭網(wǎng)絡是一種局域網(wǎng)絡，它能夠提供視聽娛樂、溝通、設備的操作與控制和家庭安全防護等功能，有大量的信息流通。家庭網(wǎng)絡關鍵是將家庭內的智能電器連接起來。主要分為有線和無線兩種連接方式。31有線通訊技術這是目前已經實現(xiàn)的智能住戶的家庭網(wǎng)

5、絡，住戶內的各類信息，家電設備間的通訊、家庭內部和外界的通訊通過家庭控制總線(Home Bus)來實現(xiàn)，這種總線可以是RS-232、RS485總線，也可以是各種現(xiàn)場總線。采用同軸電纜、雙絞線把智能家用電器與家庭服務器連成星型結構。這種方法數(shù)據(jù)傳輸可靠，通訊距離長，不受房形的制約。但是由于有太多的信號線，為保證墻壁和房間的美觀必須在住戶人住前規(guī)劃安裝到位，而且在墻壁上安裝有插線板后，相應的電器的位置就固定了，調整起來不方便。每臺電器都有電源線、信號線連接到墻壁上，則智能電器與墻壁之間也不美觀。32無線通訊方式無線通訊方式有家庭射頻網(wǎng)絡、紅外線、遵循IEEE8021 l的設備以及藍牙技術。紅外(I

6、R)連接標準(稱為IrDA標準)已被很多公司采用，使用紅外光在設備間傳遞信號，由于紅外光不能穿透固體，因此兩個設備必須靠近并且固定對整齊，而且之間沒有物體隔開。最低速率為115kbps，舊的紅外標準速率為4Mbps，新的標準速率為16Mbps。紅外通訊具有速度快、廉價、安全、低功耗等優(yōu)點，目前已經在掃描儀、空調器、電視機、便攜式計算機等設備中采用。由于它信號傳輸距離近，且有接收角度的限制，所以不適合在家庭網(wǎng)絡中應用。家庭射頻(Home RF)網(wǎng)絡是特別設計用于家庭及小型商業(yè)網(wǎng)絡的無線網(wǎng)絡技術，使用24GHz頻段。連接距離為約13m以內，速度可達10Mbps，且價格便宜，容易安裝。每個網(wǎng)絡最多可

7、允許127個設備。但它的功耗大，不適合便攜式設備應用，而且工作不穩(wěn)定。IEEE8021l的設備類似于沒有線纜的以太網(wǎng)，速率達到11Mbps，可靠性高，是一種嚴格用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉藴?，不處理語音信號和電話業(yè)務。因此適合于在辦公室使用，而不適合在家庭網(wǎng)絡中應用。4藍牙技術藍牙的思想最早產生于1994年，隨后包括因特爾、3COM、摩托羅拉、微軟、朗訊、東芝等全球很多公司開展了藍牙技術的研究，并于1999年7月發(fā)表了藍牙規(guī)范10，目前已有藍牙11A、11B、20版本。藍壓技術是通過把一塊小且功耗低的無線電收發(fā)芯片嵌入到傳統(tǒng)的電子設備中而實現(xiàn)通訊功能。藍牙設備的結構如圖2所示。設備中完成主要工作的部分，例

8、如打印機、繪圖儀等稱為主機，藍牙硬件和軟件稱為藍牙模塊(Bluetooth Module)。藍牙鏈路管理軟件(Bluetooth Link Manager Software)和藍牙模塊主機控制器(HC：Host Controller)處理主機和藍牙模塊之間的通訊。不同廠家生產的藍牙模塊具有互操作性，藍牙規(guī)范定義了可用于所有藍牙模塊以及采用藍牙技術主機設備的標準接口和通訊協(xié)議。在規(guī)范中，當藍牙模塊完全集成在主機設備中則不需要主機控制器接口(HCI：Host Controller Interface)。如果藍牙模塊是附件或者是作為插卡與主機相連，則需要主機控制器接口。藍牙采用TCPIP協(xié)議與連接因

9、特網(wǎng)的設備相連。藍牙通訊使用射頻信號，目前流行的射頻頻段主要有：(1)535KHz,-17MHz；調幅廣播；(2)59-26IMHz短頻廣播；(3)88-108MHz；FM調頻廣播；(4)824849MHz蜂窩電話；(5)902928MHz新式900 MHz無繩電話。藍牙無線電收發(fā)器使用的無線電頻段在24-248GHz之間，其射頻信號可以穿透大多數(shù)固體物體。藍牙通訊的干擾小，可靠性高。藍牙無線收發(fā)器采用擴展頻譜跳頻技術。擴展頻譜指的是用頻率、時間或其它方法分割可用無線帶寬的幾種不同的技術。跳頻是擴展頻譜常用的方法之一，在一次傳輸過程中，信號從一個頻率跳到另一個頻率，這樣藍牙傳輸不會長時間保持在

10、一個頻率上，也就不會受到該頻率信號的干擾。藍牙具有自動同步、自動連網(wǎng)功能。藍牙技術支持各種設備之間的短距離無線通訊，包括數(shù)據(jù)和語音的通訊。這種通訊不需要用戶的直接干涉，一旦一個支持藍牙的設備發(fā)覺另一個同樣支持藍牙的設備，它們就自動同步，并建立一種無線網(wǎng)絡。藍牙采用時分gg-r(TDD：Time Division Duplex)方式實現(xiàn)全雙工傳輸。每個頻率被分割成時隙，每時隙長625ms，分配相臨時隙用于發(fā)送和接收。藍牙功耗少，它的通訊距離選定在10m范圍內。當傳輸范圍為10m時，最大發(fā)送功率為lmw(當今移動電話的最大發(fā)送功率為3w)，10m的范圍是距離、尺寸、功耗的綜合考慮的結果，而且設備相

11、距越近功耗越小。也有100m的藍牙配件，但是它的發(fā)射功率很大，功耗也比較大。所有沒有連接的藍牙設備一開始都處于待機狀態(tài)，此時每128s監(jiān)聽一次其它設備的消息，當它主動參與微網(wǎng)通訊或收發(fā)數(shù)據(jù)時就處于激活模式，當它需要與網(wǎng)絡保持連接但不參與當前的數(shù)據(jù)流時，則處于低功耗的休眠狀態(tài)。藍牙產品具有全球通用性。任何一個公司開發(fā)的藍牙產品都具有兼容性能，不同的國家開發(fā)的藍牙產品之間不需要任何調整就可以相互通訊，而且藍牙產品在任何國家都可以使用。藍牙具有廣闊的應用前景。由于它的無線電收發(fā)器的小尺寸、低價格使得藍牙技術可以在各種各樣的電子設備中應用。使用藍牙模塊的家用電器，包括家庭影院網(wǎng)絡、計算機子系統(tǒng)、電話子系統(tǒng)、生活用電器，將具有極好的通訊兼容性能、可靠性高、功耗小，使得人們的生活極為方便。5結束語由于藍牙會帶來很多可預見的好處，世界上很多公司包括摩托羅拉、愛立信、3COM、微軟都投入了大量的資金和人力進行藍牙產品的開發(fā)，主要集中在藍牙模塊的開發(fā)上?？梢灶A計，當藍牙模塊成熟和大量推廣以及價錢下降