基于Internet智能家庭網(wǎng)絡控制器的實現(xiàn)
發(fā)布時間:2008/6/3 0:00:00 訪問次數(shù):500
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摘要：隨著智能建筑的迅速發(fā)展，家庭自動化系統(tǒng)在方便、高效、節(jié)能和安全等方面逐步完善。設計了一種基于internet的智能家庭網(wǎng)絡控制器上，上層實現(xiàn)internet的互聯(lián)，下層應用現(xiàn)場總線技術實現(xiàn)對底層設備的管理。其優(yōu)越性在于充分利用internet的互聯(lián)性及現(xiàn)場總線的雙向、串行、數(shù)字等特點，對家用電器進行監(jiān)控管理、能源優(yōu)化使用。
關鍵詞：internet 智能化 can總線 家庭自動化系統(tǒng)
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隨著計算機、控制、網(wǎng)絡、通信、微電子和建筑等技術的不斷發(fā)展完善，以及相互之間的系統(tǒng)集成和有機結合，智能建筑已經(jīng)成為現(xiàn)代建筑的發(fā)展方向。其中樓宇自動化系統(tǒng)(bas)、辦公自動化系統(tǒng)(oas)和通信自動化系統(tǒng)(cas)已有成功應用。同時人們生活水平的提高，對住宅環(huán)境在舒適、安全、高效、節(jié)能和便捷等多方面提出了更高要求，因此家庭自動化系統(tǒng)(has)應運而生，它一方面實現(xiàn)對家庭設備網(wǎng)絡的管理，另一方面與整個樓宇主控管理系統(tǒng)互聯(lián)[1]。對家庭網(wǎng)絡的管理主要有：
(1)對電器設備進行自動化監(jiān)控，對能源進行優(yōu)化管理與控制，如家電開關、空調(diào)調(diào)節(jié)、燈光控制、聲音調(diào)節(jié)、溫度控制、濕度控制、安全和保安管理及水、電、氣三表自動計費和轉帳管理等。
(2)對數(shù)字設備實現(xiàn)互聯(lián)，內(nèi)部家用網(wǎng)絡接入設備之間局域網(wǎng)的連接，如計算機、多媒體計算機、電視、攝/錄像機、vcd/dvd和數(shù)碼相機等娛樂設備。對外實現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)連接，實現(xiàn)遠程監(jiān)控、教育、醫(yī)療、存貸、購物等。
目前已有多種has產(chǎn)品共存，主要集中在歐洲、美國和日本，基本采用dcs控制方案，但是各系統(tǒng)之間網(wǎng)絡標準不一，相互兼容性差，具體可參閱文獻資料。國內(nèi)現(xiàn)處于開發(fā)研究起步階段，許多問題亟待解決。
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1 總體方案設計
一般來說，用戶是逐個購置家用設備的。從信息化角度看，大多電器設備屬于現(xiàn)場設備，不具備信息化條件，為"信息孤島"，數(shù)字設備則具備了信息交換的基礎。而設備功能的復雜性和多樣性、設備間的相關性、用戶使用的隨機性及使用程度的不可預知性等，要求系統(tǒng)具有良好的開放性、可擴展性和較高的智能化程度，系統(tǒng)能夠自動調(diào)整以適應不同用戶和多種環(huán)境的需求。用戶只需簡要地操作配置，即可實現(xiàn)設備的"即插即用"，自動識別設備的類型并建立與其相關的聯(lián)系。
從智能建筑的網(wǎng)絡資源以及外設嵌入式聯(lián)網(wǎng)的趨勢看，樓宇局域網(wǎng)與internet已經(jīng)實現(xiàn)互聯(lián)，有的ethernet直接入戶，充分利用現(xiàn)有標準和樓內(nèi)已有資源，為internet的接入提供了條件，同時可以滿足用戶方便、快捷、簡單地進行異地操作，對家中設備的遠程查詢、監(jiān)控和管理。對于數(shù)字設備與internet的互聯(lián)及相互之間的局域網(wǎng)互聯(lián)技術已經(jīng)成熟，本文不再多述。
針對家用現(xiàn)場設備分散且數(shù)量隨機的特點，現(xiàn)場總線以雙向、串行、多節(jié)點數(shù)字通信等技術為基礎構成的開放式、數(shù)字化、分散化及智能化底層控制網(wǎng)絡fcs(fieldbus control system)，完全滿足分布式和漸增式的控制要求[2]�？偩�通信協(xié)議的公開化，不同廠商生產(chǎn)的設備之間可以進行互聯(lián)以實現(xiàn)信息交換。控制任務下載分配到現(xiàn)場智能儀表和裝置設備中，并通過微處理器完成控制監(jiān)測等算法，可以實現(xiàn)測量控制一體化，提高整個系統(tǒng)的可靠性。
基于上述分析，筆者設計了基于internet的智能家庭網(wǎng)絡控制器，總體方案如圖1所示。以internet/ethernet直接入戶為例，經(jīng)雙絞非屏蔽線接入用戶家庭控制器hcu(home control uint)，現(xiàn)場電器設備經(jīng)過自身控制單元通過can總線與控制器連接。這樣has作為一個信息處理系統(tǒng)，為住宅內(nèi)部各平等設備嵌入統(tǒng)一控制平臺，一方面對現(xiàn)場設備實現(xiàn)信息化，提供信息智能處理和通信能力；另一方面又提供統(tǒng)一的信息交換接口及控制規(guī)則，通過信息集成管理不同功能的子系統(tǒng)以及子系統(tǒng)相互間的信息交換，使住宅成為一個有機整體。 |
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2 hcu硬件實現(xiàn)
hcu的硬件結構原理如圖2所示。控制器選用intel高性能16位單片機80c196kc，在最小系統(tǒng)的基礎上，分別擴展了32kb數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器。x25045集看門狗定時器、電壓監(jiān)控和e2prom(512×8bit)于一體，用來存儲記憶系統(tǒng)的一些基本參數(shù)，如節(jié)點個數(shù)、每個節(jié)點的特征參數(shù)、節(jié)點標識符及一些與節(jié)點相關的聯(lián)系。串行實時時鐘ds1302提供秒、分、小時、日、月、年實時信息，且能根據(jù)月份和閏年情況自動調(diào)整月份和結束日期。并行芯片8255擴展了4×5鍵盤接口，為用戶設置、查詢提供輸入接口。點陣圖形液晶顯示器選用mgl(s)12864，字庫由字模提取軟件生成，存在eprom中。 |
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hcu與下位機節(jié)
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摘要：隨著智能建筑的迅速發(fā)展，家庭自動化系統(tǒng)在方便、高效、節(jié)能和安全等方面逐步完善。設計了一種基于internet的智能家庭網(wǎng)絡控制器上，上層實現(xiàn)internet的互聯(lián)，下層應用現(xiàn)場總線技術實現(xiàn)對底層設備的管理。其優(yōu)越性在于充分利用internet的互聯(lián)性及現(xiàn)場總線的雙向、串行、數(shù)字等特點，對家用電器進行監(jiān)控管理、能源優(yōu)化使用。
關鍵詞：internet 智能化 can總線 家庭自動化系統(tǒng)
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隨著計算機、控制、網(wǎng)絡、通信、微電子和建筑等技術的不斷發(fā)展完善，以及相互之間的系統(tǒng)集成和有機結合，智能建筑已經(jīng)成為現(xiàn)代建筑的發(fā)展方向。其中樓宇自動化系統(tǒng)(bas)、辦公自動化系統(tǒng)(oas)和通信自動化系統(tǒng)(cas)已有成功應用。同時人們生活水平的提高，對住宅環(huán)境在舒適、安全、高效、節(jié)能和便捷等多方面提出了更高要求，因此家庭自動化系統(tǒng)(has)應運而生，它一方面實現(xiàn)對家庭設備網(wǎng)絡的管理，另一方面與整個樓宇主控管理系統(tǒng)互聯(lián)[1]。對家庭網(wǎng)絡的管理主要有：
(1)對電器設備進行自動化監(jiān)控，對能源進行優(yōu)化管理與控制，如家電開關、空調(diào)調(diào)節(jié)、燈光控制、聲音調(diào)節(jié)、溫度控制、濕度控制、安全和保安管理及水、電、氣三表自動計費和轉帳管理等。
(2)對數(shù)字設備實現(xiàn)互聯(lián)，內(nèi)部家用網(wǎng)絡接入設備之間局域網(wǎng)的連接，如計算機、多媒體計算機、電視、攝/錄像機、vcd/dvd和數(shù)碼相機等娛樂設備。對外實現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)連接，實現(xiàn)遠程監(jiān)控、教育、醫(yī)療、存貸、購物等。
目前已有多種has產(chǎn)品共存，主要集中在歐洲、美國和日本，基本采用dcs控制方案，但是各系統(tǒng)之間網(wǎng)絡標準不一，相互兼容性差，具體可參閱文獻資料。國內(nèi)現(xiàn)處于開發(fā)研究起步階段，許多問題亟待解決。
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1 總體方案設計
一般來說，用戶是逐個購置家用設備的。從信息化角度看，大多電器設備屬于現(xiàn)場設備，不具備信息化條件，為"信息孤島"，數(shù)字設備則具備了信息交換的基礎。而設備功能的復雜性和多樣性、設備間的相關性、用戶使用的隨機性及使用程度的不可預知性等，要求系統(tǒng)具有良好的開放性、可擴展性和較高的智能化程度，系統(tǒng)能夠自動調(diào)整以適應不同用戶和多種環(huán)境的需求。用戶只需簡要地操作配置，即可實現(xiàn)設備的"即插即用"，自動識別設備的類型并建立與其相關的聯(lián)系。
從智能建筑的網(wǎng)絡資源以及外設嵌入式聯(lián)網(wǎng)的趨勢看，樓宇局域網(wǎng)與internet已經(jīng)實現(xiàn)互聯(lián)，有的ethernet直接入戶，充分利用現(xiàn)有標準和樓內(nèi)已有資源，為internet的接入提供了條件，同時可以滿足用戶方便、快捷、簡單地進行異地操作，對家中設備的遠程查詢、監(jiān)控和管理。對于數(shù)字設備與internet的互聯(lián)及相互之間的局域網(wǎng)互聯(lián)技術已經(jīng)成熟，本文不再多述。
針對家用現(xiàn)場設備分散且數(shù)量隨機的特點，現(xiàn)場總線以雙向、串行、多節(jié)點數(shù)字通信等技術為基礎構成的開放式、數(shù)字化、分散化及智能化底層控制網(wǎng)絡fcs(fieldbus control system)，完全滿足分布式和漸增式的控制要求[2]。總線通信協(xié)議的公開化，不同廠商生產(chǎn)的設備之間可以進行互聯(lián)以實現(xiàn)信息交換�？刂迫蝿障螺d分配到現(xiàn)場智能儀表和裝置設備中，并通過微處理器完成控制監(jiān)測等算法，可以實現(xiàn)測量控制一體化，提高整個系統(tǒng)的可靠性。
基于上述分析，筆者設計了基于internet的智能家庭網(wǎng)絡控制器，總體方案如圖1所示。以internet/ethernet直接入戶為例，經(jīng)雙絞非屏蔽線接入用戶家庭控制器hcu(home control uint)，現(xiàn)場電器設備經(jīng)過自身控制單元通過can總線與控制器連接。這樣has作為一個信息處理系統(tǒng)，為住宅內(nèi)部各平等設備嵌入統(tǒng)一控制平臺，一方面對現(xiàn)場設備實現(xiàn)信息化，提供信息智能處理和通信能力；另一方面又提供統(tǒng)一的信息交換接口及控制規(guī)則，通過信息集成管理不同功能的子系統(tǒng)以及子系統(tǒng)相互間的信息交換，使住宅成為一個有機整體。 |
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2 hcu硬件實現(xiàn)
hcu的硬件結構原理如圖2所示�？刂破鬟x用intel高性能16位單片機80c196kc，在最小系統(tǒng)的基礎上，分別擴展了32kb數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器。x25045集看門狗定時器、電壓監(jiān)控和e2prom(512×8bit)于一體，用來存儲記憶系統(tǒng)的一些基本參數(shù)，如節(jié)點個數(shù)、每個節(jié)點的特征參數(shù)、節(jié)點標識符及一些與節(jié)點相關的聯(lián)系。串行實時時鐘ds1302提供秒、分、小時、日、月、年實時信息，且能根據(jù)月份和閏年情況自動調(diào)整月份和結束日期。并行芯片8255擴展了4×5鍵盤接口，為用戶設置、查詢提供輸入接口。點陣圖形液晶顯示器選用mgl(s)12864，字庫由字模提取軟件生成，存在eprom中。 |
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hcu與下位機節(jié)
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