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1、第2 5 卷第3 期电力自动化设备v 0 1 2 5N o 32 0 0 5 年3 月E l e c t r i cP o w e rA u t o m a t i o nE q u i p m e n tM a r 2 0 0 5基于电力线载波通信技术的智能家居系统祁明晰1，祁昶2，黄天戍2(1 武汉科技大学城市建设学院，湖北武汉4 3 0 0 7 0；2 武汉大学电子信息学院，湖北武汉4 3 0 0 7 9)摘要：提出了一种标准的、易于实现的智能家居系统方案。详细说明了智能家居系统的结构、嵌入式的L D n W o r k s 智能控制节点硬软件设计及嵌入式W e b 服务器硬软件设计。智
2、能家居系统利用总线技术和嵌入式技术将家用电器设备集成到一个家庭内部网络中。并利用2 2 0V 电力线为网络通信总线实现了信息线路与动力线路并线的电力线载波通信。关键词：智能家居；总线技术；嵌入式技术；电力线载波通信；远程访问中图分类号：T M9 2 5文献标识码：B文章编号：l 0 0 6 6 0 4 7(2 0 0 5)0 3 0 0 7 2 0 41 智能家居系统结构设计基于电力线载波技术构建的智能家居系统 包括灯光、家电、采暖通风、安防报警四个智能控制子系统。各子系统有以下功能。a 灯光控制系统是完成对家中所有照明设备的开、关、亮度调节及状态显示。b 家电控制系统是完成对家中所有家电的统
3、一控制和管理。c 温度采暖及通风控制系统可以根据外界的变化自动调节家里的电动窗帘的开度，抽风机或换气扇的启停空调的启停与温度设定等。d 安防报警系统中的防盗报警功能是具有安全防范功能，当坏人破门而入时，本系统自动鸣笛报警的同时，通过您设定的手机或电话通报用户并拨通所在小区的报警电话：火灾报警功能是当安装在家中的烟雾传感器检测到危险信息时，本系统自动鸣笛报警的同时通过您设定的手机或电话通报用户并拨通火警电话：防煤气泄漏功能是在家中安装燃气感应器、实时监测是否有煤气泄漏的危险信息当出现煤气泄漏时，系统自动关闭煤气阀门并向W e b服务器发送报警信息：报警解除功能是在家中您可以通过综合控制器单键设防
4、撤防报警系统，不在家中时，您也可通过因特网访问家中的W e b 服务器对确定的误报警进行解除。该智能家居系统依照其通信方式是一个两层体系结构系统，系统结构如图1 所示。上层为中心控制层包括嵌入式W e b 服务器、中心控制器和家用电脑下层为b n W o r k s 现场总线层包括所有的家用电器控制、视频监视、燃气控制、照明控制、通风控制等单元。收稿日期：2 0 0 4 0 9 l O；修回日期：2 0 0 4 1 2 0 2匾墓卜埋訇圈圆f I g 11 h ea r c h j t e c u r e 砸b o m ea u t o m a n o ns y s t e m中心控制层中的中
5、心控制器是住宅内部网络的中心管理单元。接收住户的控制指令。而嵌入式W e b服务器和家用电脑则将住宅内部网络接入I n t e m e t，使得该智能家居系统具有了远程监控功能。住宅中安装的所有电器设备都通过嵌入式的L o n W o r k s 智能控制节点挂接到家庭中的2 2 0V 电力线上，形成一个以L o n W o r k s 现场总线为平台的控制和监测网络。利用标准的嵌入式的k n W o r k s 智能控制节点。该总线可兼容来自不同公司或生产厂家的电器设备。采用现场总线结构组建监控网络可方便地去除和增加控制节点，而且将对电器设备的控制分散到了各个智能控制节点中，实现了真正意义上
6、的集中管理和分散控制。众所周知，住户在搬人住宅后首先铺设的就是2 2 0 V 电力线路传统的智能家居系统为完成对电器设备的控制和监测功能还必需铺设专门的通信线路，而直接采用通信线路和动力线路并线的方式则节省了通信线路的铺设费用。因此。采用住宅中的民用2 2 0V 电力线作为现场总线通信的物理传输介质可大大降低智能家居系统的安装成本。采用民用2 2 0V 电力线为通信传输介质的现场总线结构使得该智能家居系统具有很强的通用性和兼容性，可大 万方数据第3 期祁明晰，等：基于电力线载波通信技术的智能家居系统固大降低系统的初期投入，更可方便系统后期的更新和维护。住户如想添置设备只要购买一个标准的嵌入式k
7、 n W o r k s 智能控制节点就可将新设备挂接到住宅中的控制网络上。2 嵌人式智能控制节点设计同工业测控系统一样，智能家居系统也是一个复杂的控制系统。其中包括了各种各样的被控设备，如各种来自不同厂家或公司的家用电器、照明、燃气阀门、燃气报警器、视频摄像头等设备。利用L o n W o r k s 总线为统一的通信平台，将这些设备组建成网。虽然这是一个不错的办法，可是如何将这些电器设备连接到L o n W o r k s 总线上就成了系统首先要解决的问题。在k n W o r k s 总线和电器设备之间必须要有一个智能控制单元或者称为智能接口。该智能控制单元不但完成对电器设备的本地控制而
8、且还必须可接收来自k n W o r k s 总线的控制指令和向中央控制单元发送该电器设备采集的各种实时状态量如电流、电压、温度等。2 1智能控制节点的硬件结构采用P L T 一2 2 电力线收发器和神经元芯片N e u r o n C3 1 5 0 是构建电力线智能控制节点的廉价解决方案。P L T 一2 2 电力线收发器提供一种简单廉价的方法把L o n W o r k s 电力线技术应用到控制系统及智能家居系统中。网络数据在电力线上以广播形式发送，不需使用专线从而降低了安装成本。T o s h i b a公司生产的3 1 5 0 神经元芯片是一种集3 个8 位C P U 及网络通信协议(
9、L o n T a l k 协议)为一体的芯片。采用该芯片构成的智能控制节点在智能家居网络中起着举足轻重的作用，它能使电器设备之间相互通信快速地交换信息。以满足系统实时监控住宅中的各种家电设备的要求 3 。用P L T 一2 2 电力线收发器和神经元芯片N e u m nC3 1 5 0 构建电力线智能节点需要以下外部组件。a 片外存储器采用A t m e l 公司生产的A T2 9C2 5 6(F L A S H 存储器)。A T 2 9 C 2 5 6 共有3 2k B v t e的地址空间其中低1 6k B y t e 空间存放神经元芯片的固件(包括L 0 n T a l k 协议等)。
10、高1 6k B v t e 空间作为节点应用程序的存储区。采用I S S I 公司生产的I S 6 l C 2 5 6 作为神经元芯片的外部R A M。b 耦合电路是用作电力线收发器和输电干线之间的简单高通滤波器，采用简单的电感电容电路完成。c 电源电路为神经元芯片和电力线收发器提供+5V 直流电源，包括2 2 0V 插头、2A 保险丝、变压器、整流桥、7 8 0 5 稳压芯片、滤波电容。d 节点复位电路为神经元芯片3 1 5 0 和电力线收发器P L T 一2 2 提供复位服务。e I O 接口电路为完成对家用电器的控制。还需要根据要求设计出不同的接口电路。该部分可以采用背板式设计。便于灵活
11、更换。嵌入式智能节点的结构如图2 所示。R A Ml C 2 5N 裟c b!霉Q 阮意n1 r I ur o n_=j 1 P L J T 一2 2 电lI 力线收发器I：二=爿耦合电路Io 电力线图2 嵌入式智能控制节点F i g 2T h ee m b e d d e ds m a r ta p p l i a n c en o d e2 2 智能控制节点软件实现智能控制节点的软件程序采用N e u m nC 语言编写。利用h n W o r k s 节点开发工具N o d e B u i l d e r 将编制好的程序下载到智能控制节点的F 1 a s h 存储器中。该节点软件程序主要
12、分为两大程序模块。首先是对家用电器设备实现本地智能控制的本地控制模块L C M(h c a lC o n t r o lM o d u l e)。其次是能接收住户控制指令和回送状态信息的通信信息处理模块C I P M(C o m m u n i c a t i o na n dI n f o 珊a t i o nP m c e s sM o d u l e)o2 2 1L C M由于每片3 1 5 0 芯片共有1 1 个通用的I O 通道，完全可满足对家用电器设备状态参量采集和控制的点数要求，因此，将3 1 5 0 芯片上I O 口的l。7指定为数据采集口将I O 的8。1 1 指定为控制输出
13、口。嵌入式智能控制节点通过实时从数据采集口采集本地电器设备的状态参量，经过分析和计算后在控制输出口输出高、低电平或电流控制量对本地电器设备实现智能控制。芝2 2C I P M智能控制节点的通信报文采用L o n T a l k 通信协议的显示消息实现。显示消息的结构分为发送消息和接收消息两种格式，分别由m s g u t 和m s g-i n 两种结构定义。两种结构中都包括d a t a 数据项，它是一个数组变量。对于节点m s g j n d a t a 包含来自中央处理器的指令信息，而m s g o u t d a t a 则包含要向中央处理器发送的本地状态信息。在节点中显示消息接收和发送
14、由函数w h e n(m s g a r r i v e s)和m s g s e n d()完成。为了方便对显示消息进行分析和处理，规定d a t a 数据项的第1 个字节为参量字节。参量字节的第1 位为标志位0 表示该参量是开关量1 表示该参量为模拟量。参量字节的后7 位标志了该参量的名称。如0)【O l 表示该参量是温度量。当有1 条显示消息到达节点后，C I P M 将从m s g-i n 中提取d a t a 变量并对其第1 个字节进行分析。判断参量类型，然后进入相应的参量子处理程序。3 嵌入式W e b 服务器设计在智能家居系统中开发了一个嵌入式W e b 服务器。住户可以在任何地
15、点用标准W e b 浏览器(如I E 和N e t s c 印e 浏览器)访问嵌入式W e b 服务器；而W e b 服务器将住宅中电器设备的各种信息都反映在网页上。设备的实时状态会自动更新住户对家中设 万方数据电力自动化设备第2 5 卷备的操作也会有及时可见乃至可闻的反馈。3 1W e b 服务器硬件结构嵌入式以太网W e b 服务器的硬件结构如图3所示。该服务器由协议处理转换模块，h n 接口模块和以太网接口模块组成。采用双C P U 技术，主C P U(S X 5 2)主要作为协议转换模块，完成T C P I P 协议与L o n T a l k 协议的转换。辅C P U(N e u r
16、 o n C3 1 5 0)主要起L o n 网接口的功能，作为通信协处理器，将从主C P U 接收到的指令封装成L o n T a l k 协议的显示消息并通过电力线收发器P L T 一2 2 发送给L D n 网上的指定智能控制节点或将来自L o n 网的显示消息解析并转发给主C P U。蚓，品。h 肇掣 F l 耦合电路Il 制1=纠肿uI 堡广弋夕=五l电力线耦合滤波k 一以太网控制器Iq R 6 1 l o l G r lc s 8 9 0 0 A图3 嵌入式以太网W e b 服务器F i g 3 1 1 l ee m b e d d e dE t l l e m e tW 毫bs
17、e r v e r3 1 1 协议处理模块S X 5 2 单片机是由美国U b i c o m 公司于2 0 世纪末研制的高速可配置通信控制器它采用改进型H a r v a r d 结构在该结构中。程序与数据分别被存储于不同的存储空间中，此种结构的优势在于指令的提取与数据的传输可在多级通道中重叠进行，这意味着l 条指令在处理数据存储器中数据的同时另1 条指令可以从程序存储器中被提取，从而节省指令运行时间。它具备高速的计算能力，可实现灵活的I O 控制和高效的数据操作。S X 5 2 与3 1 5 0 之间采用并口通信从A 方式。3 1 5 0 芯片的1 1 个I O 有3 4 种可选工作模式其
18、中包括并行I O 方式。该方式数据的最大传送速率可达3 3M b i t s。3 1 5 0 芯片与S X 5 2 大数据量数据传输是通过运用“虚写令牌传递机制”实现的，拥有令牌一方拥有对数据总线写控制权。3 1 5 0 芯片I 0 0 7 为8 位双向数据线，I O8为片选信号(一C S)线，I O9 为读写信号(R 一W)线，I O1 0 为握手应答信号(H S)线，一C S 线、R _ W 线都由主C P U(S X 5 2)控制，H S 线则由3 1 5 0 芯片给出，3 1 5 0 芯片通过检测(R 一W)电平判断虚令牌权。3 1 2h n 网接口和以太网接口模块W e b 服务器的
19、L 0 n 网接口模块硬件结构是与智能控制节点相同的不再阐述。W e b 服务器以太网接口模块则由以太网控制器C S 8 9 0 0 A 和耦合隔离滤波器H R 6 1 1 0 1 G 及R J 4 5 组成。C i 咖sk g i c 公司生产的C S 8 9 0 0A 芯片支持中断查询访问方式封装为1 0 0 一p i nT Q F P，内部集成了在片R A M，1 0 B A S E T 收发滤波器，并且提供8 位和1 6 位两种接口。在W e b 服务器中，将它与S X 5 2 采用8 位方式连接，芯片复位后默认工作方式为I O 连接，基址是3 0 0H。C S 8 9 0 0 A 内
20、部包含多个寄存器，分别是总线接口、状态和控制、初始化发送、地址过滤和帧位置5 个寄存器。3 1 5 0 通过对这些寄存器的读写控制C S 8 9 0 0A，完成以太帧的发送与接收。C S 8 9 0 0 A 的S D 0 S D 7 引脚为8 位数据线与S X 5 2 相连，R X D+，R X D 一，r I x D+和T X D 一引脚连接H R 6 1 1 0 l G。并利用R J 4 5 插头实现与以太网的连接。3 2W e b 服务器软件实现嵌入式W e b 服务器的软件包括L 0 n 网接口、以太网接口驱动、T C P I P 协议栈实现和W e b 服务器应用4 个程序模块。L
21、o n 网接口程序完成以太网协议与h n 7 蹦k 协议的转换。在3 1 5 0 0 芯片中运行，而其他3 个程序则都是由S X 5 2 运行的。3 2 1h n 网接口程序L o n 网接口程序采用N e u r o nC 语言编写，其中包括智能节点中的C I P M 程序模块和与S X 5 2 通信的并口通信程序模块。在并口通信程序中，将3 1 5 0的I O 定义为并口对象类型，并使其工作在从A 工作方式。并口通信主要由以下几个函数实现(p a r a l l e l _ i o _ o b j e c L n a m e 为声明的并口I 0 对象名)。a i o _ i n r e a
22、 d y(p a r a l l e L i o _ o b j e c L _ n a m e)当并口上有数据传送到来。此函数值为T R U E。此时可调用i o i n()函数接收数据。b i o-o u t _ r e q u e s t(p a r a l l e L i o o b j e c t n a m e)此函数用来向并口总线发出请求，以获取令牌。c i o _ o u L r e a d y(p a r a l l e L i 0 一o b j e c t n a m e)当并口总线处于可写状态即3 1 5 0 获取令牌后此函数为T R U E，此时可调用i o-o u t
23、()函数将数据发送到并口。d i o j n(p a r a l l e l j o _ D b j e c L n a m e)将并口上的数据接收到缓冲区b u f 中。e i o o u t(p a r a l l e L i o o b j e c L n a m e)将缓冲区b u f中的数据发送到并口总线上。3 2 2以太网接口驱动程序以太网接口驱动程序作为连接因特网的最底层的物理网络。以太网承担着最初和最终的数据传输任务因此以太网接口驱动程序的实现是因特网接人的关键。以太网控制器驱动程序用于设置C S 8 9 0 0 A 的工作状态和工作方式，分配收发数据的缓冲区，通过对地址及数据
24、口的读写完成以太网帧的接收与发送。3 2 37 r C P I P 协议栈实现程序T C P I P 协议栈是S X 虚拟外设的一个重要的实现是基于S X 处理器的应用系统与I n t e m e t 实现互联的基础。通过这些协议栈，可以更加方便地开发基于I n t e m e t 的嵌入式应用系统。由于并不是所有的协议在嵌入式W e b 服务器中都要实现。因此在该W e b 服务器中只要实现以下协议：a 在数据链路层实现完成I P 地址和M A C 地址转换功能的A R P 协议：趟翌季I 匡 万方数据第3 期祁明晰，等：基于电力线载波通信技术的智能家居系统囝b 在网络层实现使嵌入式W e
25、b 服务器能在I n t e m e t 上通信的I P 协议和数据传送差错报告的I C M P 协议：c 在应用层实现完成远端主机通过浏览器访问智能家居系统的H r I 田协议。H，1 1 甲协议是基于T C P 协议实现传输的。T C P协议是面向可靠的数据流传输的。所以基于应用的需要和对可靠性的要求，在传输层实现T C P 协议，并对T C P 协议进行了简化处理，主要针对H r I f l l P 协议开发T C P 协议 6 。由于篇幅有限，现只将T C P I P 协议栈实现的主流程叙述如下：系统初始化后，进入主程序循环部分。主程序循环包括对接收到的以太网数据帧进行解包和对欲发送的
26、数据进行封装并发送两大部分。对接收到的以太网数据帧进行解包，供应用程序使用；对欲发送的数据进行打包，将数据以以太网数据帧的格式发送出去使采用T C P I P 协议的以太网内所有计算机能收到此数据帧。3 2 4W e b 服务器应用程序传统的W e b 服务器一般都采用B S(B r o w e r S e n r e r)访问模式。在此W e b 服务器中对B S 模式进行了两点改进，采用了B S 和C S(C l i e n t S e r v e r)相结合的访问模式。a 采用套接字编程，实现部分服务器程序在客户端运行。在客户端浏览器实现动态网页显示实时数据。b 不再将H T M L 语
27、言写入汇编程序然后再在浏览器端解析成网页而是利用嵌入式W e b 服务器扩展的E E P R O M 2 4 C 2 5 6 与S X 5 2 相连，用来存储要浏览的W e b 文件。当浏览器与W e b 服务器交互时，利用H，I I P 协议通过统一资源定位器U R L 确定W e b 服务器应该为浏览器提供哪些资源。这种改进方案在访问模式上还是通过浏览器访问嵌入式W e b 服务器在通信模式上却利用了C S模式，基于套接字编程。通过B S 方式访问W e b 服务器上的静态网页，在这个网页中嵌有J a v aa p p l e t文件。客户端的I E 浏览器浏览这个网页时，会把网页中标识的
28、J a v aa p p l e t 源程序下载到客户端执行。在J a v a 印p l e t 源程序中，创建了一个套接字完成与服务器的通信(前提是在W e b 服务器上同时运行一个相应的服务器监听程序)，主要是获取实时数据，用于在浏览器中显示。4 结语基于电力线载波技术的智能家居系统作为智能小区的最小建筑基本单元，以家庭住宅建筑为平台，装备多种数字化、网络化和自动化设备，通过能源网、信息网与小区及小区外部相连接，向居住者提供一个安全、舒适、便利、信息畅通的高效居住和生活环境。参考文献：1 刘晓胜智能小区与通信技术 M 北京：电子工业出版社2 0 0 4 2 王锦标现场总线综述 J 冶金自动
29、化，2 0 0 0，(6)：1 6 W A N GJ i n-b i a o T h ef i e l dc o n t r o lb u ss y s t e m si l l u s t r a t i o n J M e t 枷u r 科A u t 0 呦伽n，2 0 0 0，(6)：1 6 3 周振环，凌志浩，马欣N e u m n 芯片在新一代分布式测控系统中的应用 J 世界仪表与自动化，1 9 9 8，2(5)：4 0 4 3 Z H O UZ h e n-h u a n，L I N GZ h i-h a o，M AX i n N e u r o nc h i p si nn e
30、wg e n e r a t i o nd i s t r i b u t e dm e a s u r e m e n ta n dc o n t m ls y s t e m s J h t e m a 6 0 n a lI n s t l l 哪e n ta n dA u t o m a t i o n，1 9 9 8，2(5)：4 0 一4 3 4 李刚，刘俊勇基于W e b 的电力企业图形网络计算机系统 J 电力自动化设备，2 0 0 3，2 3(1 0)：1 4 2 0 L IG a n g，L I UJ u n-y o n g W e b b a s e dg m p h i c
31、n e t w o r kc o m p u t a t i o ns y s t e mf o rp o w e r J E l e c t cP o w e rA u t o m a t i o nE 删p m 蚰t，2 0 0 3，2 3(1 0)：1 4 2 0(责任编辑：汪仪珍)作者简介：祁明晰(1 9 4 8 一)，男，湖北武汉人，讲师，研究方向为城市交通智能化系统：祁昶(1 9 7 8 一)，女，湖北武汉人，博士研究生，研究方向为通信系统和系统集成(E-m a i l：q i c h a n 9 7 8 2 l c n c o m)；黄天戍(1 9 4 6 一)，男，湖北武汉人，
32、博士研究生导师，I E E E会员研究方向为工控网络与系统工程。H o m ea u t o m a t i o ns y s t e mb a s e do np o w e rl i n ec a r r i e rc O m m u I l i c a t i O nt e c h n o l o g yQ IM i n g x i l，Q IC h a n g2，H u A N GT i a n s h u 2(1 C 0 1 l e g eo fU r b a nC o n s t l l l c t i o n，W u h a nU n i v e r s i t yo fS c
33、i e n c ea n dT e c h n o l o g y，W u h a n4 3 0 0 7 0，C h i n a；2 C o l l e g eo fE l e c t r o n i ca n dI n f 0 咖a t i o n，W u h a nU n i v e r s i t y，W u h a n4 3 0 0 7 9，C h i n a)A b s t r a c t：As t a n d a r da n de a s y t o r e a l i z es c h e m eo fh o m ea u t o m a t i o ns y s t e mi
34、 sp m V i d e d I t sa r c h i t e c t u r ei sd e t a i l e d，a sw e l la st h eh a r d w a I ea n ds o f t w a r ed e s i g n so fe m b e d d e ds m a r ta p p l i a n c en o d ea n de m b e d d e dW e bs e r v e r I ti n t e g I a t e st h ee l e c t r i ch o m ea p p l i a n c ea n de q u i p m
35、e n ti n t oh o m en e t w o r ku s i n ge m b e d d e dt e c h n o l o g ya n df i e l db u st e c h n o l o g y，a n dt h e2 2 0Vp o w e rl i n ei su s e da sb o t hp o w e rs u p p l yb u sa n dc a 玎i e rc o m m u n i c a t i o nb u s K e yw o r d s：h o m ea u t o m a t i o n；f i e l db u st e c h
36、 n o l o g y；e m b e d d e dt e c h n o l o g y；p o w e rl i n ec a r r i e rc o m m u n i c a t i o n：r e m o t ea c c e s s 万方数据基于电力线载波通信技术的智能家居系统基于电力线载波通信技术的智能家居系统作者：祁明晰，祁昶，黄天戍，QI Ming-xi，QI Chang，HUANG Tian-shu作者单位：祁明晰,QI Ming-xi(武汉科技大学城市建设学院,湖北,武汉,430070)，祁昶,黄天戍,QIChang,HUANG Tian-shu(武汉大学电子信息学
37、院,湖北武汉,430079)刊名：电力自动化设备英文刊名：ELECTRIC POWER AUTOMATION EQUIPMENT年，卷(期)：2005，25(3)引用次数：3次 参考文献(4条)参考文献(4条)1.刘晓胜 智能小区与通信技术 20042.王锦标 现场总线综述 2000(6)3.周振环.凌志浩.马欣 Neuron芯片在新一代分布式测控系统中的应用 1998(5)4.李刚.刘俊勇 基于Web的电力企业图形化网络计算系统期刊论文-电力自动化设备 2003(10)相似文献(10条)相似文献(10条)1.学位论文 卞玉刚 基于LonWorks总线的家居系统及其数据采集研究 2004 随着
38、信息社会的发展,网络和信息家电已越来越多地出现在人们的生活之中.智能家居系统已经成为建筑智能化的一个重要研究方向.如何去建立一个高效率、低成本的智能家居系统已成为当今智能建筑学术研究和工程建设的热点问题之一.论文通过对当前流行的几种现场总线的比较,确定选用LonWorks总线技术进行家庭内部有线组网.LonWorks总线具有很强的开放性、兼容性、灵活性、安全性、可靠性和可互操作性,它已广泛应用于过程控制、电梯控制、能源管理、环境监视、污水处理、火灾报警、采暖通风与空调控制和交通管理等自动化领域.并且,LonTalk网络协议已成为诸多组织、行业的标准,消费电子制造商协会(CEMA)也将LonTa
39、lk网络协议作为家庭网络自动化的标准(EIA-709).论文分析探讨了LonWorks总线技术及其应用,尤其对Lon神经芯片及LonTalk通信协议作了深入分析,给出了家庭Lon网络建构,采用Lon节点实现对底层设备的直接控制,同时结合家庭PC机实现家庭的上层监控;论文还分析探讨了家居系统的数据采集模式,利用LonWorks技术中内存映像方法,设计研究出了一种高速多通道数据采集节点.2.学位论文 王树军 智能家居系统设计与防雷保护研究 2007 随着科学技术的迅猛发展，计算机技术、通信技术、控制技术等各个方面都取得了惊人的成就，人类开始进入数字、网络时代，各种各样的智能化产品开始出现在人们的日
40、常生活中。伴随这个历史大趋势，智能家居近几年迅速崛起，引起人们对家居概念的一个革命性的变化。智能家居系统是一个庞大的系统工程，涉及到计算机技术、网络通信技术、微电子技术、现场总线技术、综合布线等等多种前沿技术，本文以智能家居为研究对象，以电气、控制、信息等相关理论为基础，研究了基于CAN 总线技术的智能家居系统的设计与开发，采用SJA1000 与AT89S52 组成的系统，实现了数据采集、数据处理和控制执行器，并验证了CAN 总线在智能家居领域应用的可行性。雷击是本系统潜在的一个重大隐患，因此在弱电系统基础上研究了对CAN 总线弱电系统的防雷保护，设计了防雷保护措施，使得系统更加安全。首先分析
41、了智能家居的国内外研究现状，对智能家居的概念、基本功能做了系统的分析，在此基础上提出了本智能家居系统的设计模型；详细分析对比了智能家居行业的各种主流总线协议的优缺点，并选择了CAN 总线技术。其次，分析了CAN 现场总线的基本概念、架构与CANopen协议的基本架构，并对CAN 总线控制芯片SJA1000 的结构、功能和参数分配做了详细研究。最后，基于AT89S52、SJA1000完成了收发器的智能节点和控制器的硬件和软件设计。智能节点通过与三表系统和报警系统连接，实现了数据的采集，控制器实现了传输数据和控制的功能，实现了本设计的目标。针对一般电子设备集成度高、工作电压低特点，本文研究分析了雷
42、电的参数，提出了防雷保护的方案，使所设计的系统具有较高的可靠性能。CAN 总线技术具有多项技术优势，应用比较简单，开发费用远低于其他总线，因此本文设计的智能家居系统具有开发性价比高等特点。我国中低收入水平者居多,消费者群体巨大，因此本系统有着非常广泛的应用前景。3.期刊论文 张庆.王勋.ZHANG Qing.WANG Xun 智能家居的控制总线技术-计算机与现代化2006(10)主要介绍了智能家居的4种控制总线技术,分析了它们的工作原理和特点,并以EIB总线为例,详细论述了它的应用结构及应用模块的开发.4.学位论文 陈玉华 基于Lonworks智能家居研究与开发 2009 智能家居是近年来产生
43、并迅速崛起的一种新型住宅，它是建筑艺术、生活理念与信息技术、电子技术等现代高科技的完美结合。智能家居为住户提供了一种更加安全、舒适、方便、快捷和开放的智能化、信息化生活空间。本文首先对智能家居的概念及构成情况作了总体的阐述，介绍了智能家居在国内外的发展现状，指明了智能家居重要性以及智能家居的发展方向。现场总线技术的发展使得Lonworks总线技术脱颖而出，本文简要介绍了常用的几种现场总线的概况以及Lonworks技术在现场总线技术中的地位和和优势，对Lonworks技术的技术核心：神经元芯片、LonTalk协议、Lonworks收发器等进行了详尽的描述；重点介绍了集先进的计算机技术、通信技术、
44、控制技术为一体的智能家居节点的开发与研制，并且对节点硬件电路的各种接口电路以及节点信号采集和信号输出部分的软件驱动进行了详尽的设计。本文设计的智能家居节点采用单片机AT89S51作为主处理器来完成用户的应用程序，主要负责对各种现场信号进行采集、处理及控制，工作在并行从A方式下的神经元芯片MC3150作为从处理器，主要完成与现场网络上的各节点及中心控制室之间的通信工作。为便于实时监控现场的数据，形象反映现场的运行情况，本文使用组态王工业组态软件，对智能家居系统实现上位机的监控设计。本文最后还将所设计的智能家居节点应用到了淮安信息职业技术学院智能实验室中进行应用和测试。本系统设计的智能家居节点运用
45、了当今工控领域最为先进的现场总线技术，具有结构简单、可靠性高、容易产品化等优点，产品是面向中等层次以上家庭的需求，具有广泛的应用市场。目前我国对Lonworks技术的应用以及智能建筑的设计刚刚起步，随着业内人士的更多了解，相信会有更广泛的应用前景。5.会议论文 李颖丽.彭亦功 LIN总线技术在智能家居控制系统中的应用 2007 通过比较当前一些以无线方式和有线方式构成的智能家居控制系统的特点和不足,介绍了一种可应用于智能家居控制系统以有线方式组网的新型串行总线LIN技术,并介绍了它在智能家居系统方面的应用.6.学位论文 杨旭 基于中控主机的智能家居控制系统设计与实现 2007 本文论述了基于中
46、控主机的智能家居控制系统设计与实现，主要研究工作如下：(1)提出了以中控主机为核心的智能家居解决方案，将中控主机应用到智能家居领域，可以很方便的适应现在国内的智能集成的总线标准不统一的特点，在不影响各个子系统正常运行的情况下，实现智能化的管理，控制。(2)分析了智能家居涉及的各个子系统，所设计的解决方案主要涉及的子系统有：安防可视对讲系统、光感控制系统，温湿度控制系统，影音体验系统，车辆进出管理控制系统等，这些子系统各自独立出来都可以算是一个完整的系统。而选用的中控主机凌驾与各个子系统之上，即降低了系统层次上的耦合性，又能够将各个子系统融合贯通起来，形成整体。(3)熟悉实现本文的方案涉及的相关
47、技术：在无线灯光控制中运用Zigbee无线通信技术，在空调控制和可视对讲的通信中 RS485工业总线通信技术，PGM2的接口实现中使用了常用的串口通信方式和Modbus通信协议，系统扩展接口运用了PLC-bus总线技术。(4)构造了以中控主机为主体的智能家居控制系统的框架模型。研究了智能家居涉及的子系统的构架，工作原理，抽象出通信接口。(5)通过对不同环境，不同房型的考虑，运用中控主机的CS builder，TP builder编程软件，MS.net C开发语言和单片机开发技术进行开发，实现了一套以中控主机为核心的智能家居控制系统的解决方案。(6)最后根据我国智能家居发展的现状，提出了关于智能
48、家居如何普及和发展的一些建议。7.期刊论文 杨晓晴.龙在云.李建华.祁增慧.Yang Xiaoqing.Long Zaiyun.Li Jianhua.Qi Zenghui 基于CAN总线的智能家居和小区监控管理系统-建筑电气2006,25(4)分析了CAN技术的特点,阐述了一种基于CAN总线的智能家居和小区监控管理系统.利用CAN技术实现以家庭智能控制器为核心的智能家居监控系统与小区管理系统之间的数据传输,以实现家居与小区的智能化监控管理.8.学位论文 黄磊 基于IEEE 802.15.4/ZigBee技术的智能家居方案研究 2009 无线传感器网络是在微电子、无线通信和嵌入式系统等技术的快速
49、进步中发展起来的一种新型网络。它能够实时监测、感知、采集和处理各种监测对象的信息，具有十分广阔的应用前景，已经引起了世界上许多国家军事界、学术界和工业界的高度重视。低成本、低功耗、低速率的IEEE802，15.4/ZigBee协议为无线传感器网络提供了节点之间进行通信的国际标准，它是由IEEE802.15.4-2003标准的物理层和媒体访问控制层再加上ZigBee规范的网络层和应用层组成的。智能家居网络系统是将家庭中各种与信息有关的通讯设备、家用电器和家庭保安装置通过家庭总线技术联网，进行有效控制和信息交换，同时将家庭网络与互联网相连，利用远程监控系统，实现对家居的远程控制。尽管智能家居概念已
50、提出多年，但由于相应的通信技术及应用方面的发展速度缓慢，一直没有走向实用化。随着ZigBee技术的出现以及成熟，将基于IEEE802.15.4/ZigBee的无线传感器网络应用到智能家居领域，使其可能加速走入人们的生活。针对现有的智能家居控制系统的特点，提出一款新颖的基于ARM平台、ZigBee无线网络和GPRS模块的智能家居远程控制系统的设计方案。本系统在现有的智能家居的结构上加入了ZigBee无线网络模块和GPRS模块，将传感器和控制器连接到ZigBee网络中的节点上，实现了传感器和控制器的无布线的散列摆放，用户无需重新布线，就能轻松实现对家用电器的手机远程控制、电脑控制等多种智能控制。9