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1、指导教师评定成绩： 审定成绩： 重庆邮电大学移通学院自 动 化 系课程设计报告 设计题目：别墅智能家居控制系统学 生 姓 名： 专 业： 班 级： 学 号： 指 导 教 师： 设计时间：2010 年 12 月 重庆邮电大学移通自动化系制目录一.系统概述.411 项目概述.412 控制要求.413 设计依据.414 系统架构图.5二照明控制子系统.621 需求分析.62.1.1 信息点位表（仅供参考） .622 设计方案.72.2.1 系统结构.72.2.2 设备选型.723 相关产品介绍.82.3.1 数字调光器（4404L）.82.3.2 电源控制器（3010L）.82.3.3 触控面板（5
2、006L）.924 智能照明系统功能.1025 面板场景设置方案.102.5.1 触控面板的按键方式. 112.5.2 场景设置方法. 112.5.3 面板图标说明.12三.安防监控子系统.1531 需求分析.153.1.1 信息点位表（仅供参考） .1532 设计方案.163.2.1 系统结构.173.2.2 设备选型.1733 安防系统功能简介.18四、空调、窗帘、喷泉、智能家电系统.1941 需求分析.194.1.1 信息点位表（仅供参考） .1942 设计方案.204.2.2 设备选型.2143 空调系统功能说明.2244 背景音乐系统介绍.22五、可视对讲子系统.26六、远程控制.2
3、86.1 网络控制.286.2 遥控控制（2.4G） .296.3 电话、短信控制.2964 智能家庭网关介绍.29i.Lon 100 Internet Server .296.4.1 描述：.306.4.2 应用：.30七、结束语.31附：.一、系统概述11 项目概述如果说建筑是凝固的音乐，那么完美的家庭智能化自动控制系统则是这首乐曲上绝妙的音符。在科技发达、物质富庶的今天，自控系统已不单纯是实现室内基本安防、照明、采暖的工具，而且是建筑装饰的一种实用艺术品，是自动化技术与建筑艺术的统一体。完善的自控系统集装饰、照明、安防及节能于一身，尽力达到完美与和谐的统一，充分利用科学与艺术的搭配，光与
4、影的组合以及安防与空调的自动控制来创造各种舒适、优雅的环境，以加强室内空间效果的气氛。试想，当房子的主人回到家，只要在门口的卡片阅读机刷一下卡(或是指纹辨识、感应磁卡等)，家庭自动化系统在做过安全认证后，首先安防系统会先撤防，门禁系统会开门，灯光控制系统的迎宾模式场景会将室内灯光和缓的开启，空调系统也启动了，若是晚间则客厅的电动窗帘会自动关闭，最后音响系统将您最喜欢的那首帕海贝尔的卡农演奏曲播放出来。而这一切的动作只是在一个起始动作后(即门禁的读卡动作)，全部自动完成。这不难想到，以上所提到的子系统间势必要有一可互操作性(Interoperable)的关系，而其关键便是一个开放性的网络平台及架
5、构。12 控制要求别墅区的家居智能控制，主要包括家庭的智能照明系统、家居安防系统、门禁系统、空调控制、窗帘控制、背景音乐系统、可视对讲等系统，及其远程操作。13 设计依据为了达到以上所提的连锁功能，一个开放性的控制网络平台是必要的，而强调开放性的最主要意义便是各子系统间的可互操作性。 图1 开发系统网络示意图 若是以单独的控制网络平台而言，考虑其可互操作性，必须特别要求的便是各子系统产品的网络通信协议，是否可对等地在控制网络上通信。综观市场上能够兼具有系统开放性及各产品间互操作性的技术标准者应该首推LonWorks 控制网络平台。同时，LonWorks 技术可无缝的实现与以太网的连接，从而方便
6、系统的集成，小区物业的管理和用户的远程控制。由此，我们设计了一个基于LonWorks 技术的控制网和以太网技术的数据网的两层网络体系，两者之间通过网络服务器来实现无缝连接，从而方便管理与操作。利用这两个层级的网络来架构家庭自动化系统，其具有以下特点：1. 控制网络负责的是小而频繁之数据采集及传递，控制功能在此系统必须符合稳定、精确、快速的原则，所有主要的监视及控制功能均须能完整而自主地在此网络上执行。2. 数据网络则是以大型的数据包传递为主，信息应用在此网络上同样也必须符合稳定、精确、快速的原则，其并不负责监视及控制功能的执行，但却负责将控制网络所收集到的数据，汇集成有用的信息并以不同的方式提
7、供给使用者使用之。14 系统架构图图 2 图 2 家居智能控制系统架构图照明控制、门禁安防等系统都集成在 LonWorks 控制网之下，而可视对讲、远程访问、二、照明控制子系统灯光是人们日常生活中的一部分。然而，灯光除了照明之外，更可以用来营造气氛。即由不同灯光的设计，可以创造单一空间的多用途性。Nico 公司推出的智能灯光控制系统就是为管理生活中复杂多变的光照而设计，通过面板上的LED 触碰式调光板，可以控制灯光的开关和亮度，或者使多盏灯光进入某种预设的场景。可以和其他子系统相互关联，协同工作。例如：安防系统的报警信息可以使得所有的灯光联动。21 需求分析B 户型别墅的灯光控制主要集中在地上
8、两层，共16 个灯回路，总共分为5 个区域，需要进行调光控制。可进行场景的组合、切换，及单灯的开关和亮度调节。以实现用户对不同场合的需求，并起到节能的作用。2.1.1 信息点位表（仅供参考） 表 1 灯控制回路明细表22 设计方案本智能灯光控制系统可采用多种传输媒介进行通信，系统控制方式采用LonWorks 技术，遵循的LonMark 协议,提供LonWorks 网络接口和TCP/IP 以太网接口。根据目前现状我们采用的是双绞线等传输介质进行通信。用双绞线连接到各个楼层的控制器，同时也将各个楼层所有的电灯、电器连成了网络。用双绞线做载体传输控制信号，这就是用双绞线实现的网络化控制，当某个节点出
9、现故障时，不会影响其他节点的通信。这样可以最大程度地减少因中央微处理器的失败而引起的网络瘫痪的机率。2.2.1 系统结构 图 3 照明控制系统架构图 以自由拓扑的形式将各 LonWorks 节点（包括控制器和控制面板）接入控制网中，它们之间只是控制信息的传递。而灯光的控制由调光器和控制器来操作。2.2.2 设备选型照明控制设备主要以 Nico 公司的灯光控制产品为主，软件采用定制的Nico 人机界面（HMI），现场控制设备采用四回路数字调光器4404L 四个，十回路电源控制器3010L（视精装情况而定），5006L 型的触控面板五个（各区域配一个）。可以达到系统的控制要求，具体设备参见设备报价
10、清单（附一）。23 相关产品介绍2.3.1 数字调光器（4404L）由 Nico Technology Inc.研发的数字调光器（DIGITAL DIMMER 4404L）是以LonWorks平台为设计基础，为一小体积、高效能、适用于家庭及楼宇的数字调光器。Nico 数字调光器提供四组回路，每组回路负载电流10A，而其主要的设计特色是一三段式旁路开关。三段式旁路开关包括了自动模式、切断模式及手动模式。在自动模式下，调光器由网络系统自动操作。在切断模式下，负载完全不受电，方便进行维修及更换等工作。在手动模式下，输出的ON/OFF 状态改由人为控制，因此可在无网络系统运作下测试电路状况。三段式旁路
11、开关的优点在使Nico 数字调光器于网络系统或中央处理器故障时仍可运作。Nico 数字调光器的使用能达到节约能源的效果。延时开关功能可以令室内的灯光徐徐开启、关闭，避免了灯具短时间通过大电流而损坏的危险，延长了灯泡使用寿命，也科学地解决了灯光瞬时大幅变化带来的眩目效果。多场景的灯光变换设定，更进一步营造充满美感的情境及气氛。技术参数：CPU：Neuron 3150 芯片 10MHz 存储器：64K Flash 收发器：FTT-10 Free Topology 输出端口：4 通道0220Vac10A 电源供应：110VAC/220VAC 工作温度范围：-1085 工作湿度范围：10 到95%RH
12、50 2.3.2 电源控制器（3010L） 电源控制器不但可应用于所有的灯光开关控制，亦可用于其他以开/关为控制属性的非灯光装置，如电动投影荧幕、电动窗帘、造景喷水池等。电源控制器可将各种不同的电源开关作一整合性应用，以提高使用上的便利性。以 LonWorks 平台为设计基础的Nico 电源控制器提供十组回路，每组回路均具有负载电流10A 之（SPDT）继电器。Nico 电源控制器十组个别独立的输入通道可分别与控制网络上其他的控制开关或传感器连接应用，以节约能源。Nico 电源控制器另一主要的特色为三段式旁路开关的设计。三段式旁路开关包括了自动模式、切断模式、手动模式。在自动模式下，电源控制器
13、是由网路系统操控。在切断模式下，负载完全不受电，方便进行维修及更换等工作。在手动模式下，输出的ON/OFF 改由人为控制，因此可在无网路系统运行下，测试电路状况。 三段式旁路开关的使用操作优点在使Nico 电源控制器于网络系统或中央处理器故障时，仍可正常运行。技术参数：CPU：Neuron 3150 芯片 10MHz存储器：64K Flash收发器：FTT-10 Free Topology输出端口：10 路独立端口输入端口：10 路独立端口数字化输出：010VDC80mA电源供应：110VAC/220VAC工作温度范围：-1085工作湿度范围：10 到95%RH502.3.3 触控面板（500
14、6L）最具现代感的外型，以LonWorks 技术为设计基础，Nico 触控式面板开关为住家、办公大楼及工业用途上的灯光系统、电器用品及其网络上的子系统提供了一种简单、方便且灵活的操控方式。触控式面板开关能够连接家庭智能化系统、安防系统、中央监控系统、并具集成空调、灯光、安防、娱乐视听等控制系统的功能。由于 Nico 触控式面板开关的导入应用，取代了传统线路连接的开关，大幅提升布线的容易度并减少线材及人工成本。且可藉由程序重新设定来更改其控制功能，大幅增进了使用上的便利性及弹性。触控式按键具可程序化功能。蓝色背光设计方便夜间操作。高质感磨砂或镜面处理的铝质面板。简单便利的挂墙式安装设计。技术参数
15、：CPU：Neuron 3150 芯片 10MHz存储器：64K Flash收发器：FT-X1 智能收发器控制键盘：6 键编程控制背光：蓝色 LED 背光灯数字化输出：010VDC80mA电源供应：1224VDC工作温度范围：-1085工作湿度范围：10 到95%RH5024 智能照明系统功能 全开全关：只需按一个键就可将所有灯同时打开或关闭 场景设置：只需按一个键就可以控制一组灯、一个预制的场景 多控开关：在三个以上的位置控制同一个灯 可变对象：无需改线就可改变开关的控制对象 集中控制：无需走
16、动，便可集中控制所有的电灯、电器 网络管理：可将照明，电器联成网络统一控制管理 图 4 Nico 智能照明住宅应用25 面板场景设置方案 Nico 触控面板在设计上，以触摸式功能键取代传统调光板上的功能按键，因而在外观上呈现一种高科技质感的效果。为了便于搭配，Nico 触控式面板的背板和功能键可由使用2.5.1 触控面板的按键方式触控面板的按键方式包括以下几种方式： 开关切换模式开关切换模式用于对某一路灯的控制，当面板被按下时，灯被打开，当再次按下时，灯关闭。 调光模式调光模式用于对单路可调光光源的调节。当压下按键时，灯光按预定的速率变亮或变暗，放开按键时，调光结束。 灯光
17、亮度设定模式灯光亮度设定模式用于对单路可调光光源预设亮度。当按下按键时，该路灯开到预设的亮度。 场景设置模式按键设为场景模式时，当按下该键，系统控制切换到该模式场景。如会客模式，休闲模式等。场景设置方式多用在某一区域内灯光控制回路较多的场合。2.5.2 场景设置方法利用场景设置，可以对同一区域的多路灯光同时控制，既方便操作，又能赋予同一空间各种不同的功能。场景的设置一般参照下述原则：1. 居家模式居家模式应用的场合为天黑时家庭的正常生活照明，该模式的设置要求为有较高的照明亮度，光线照射均匀。2. 会客模式会客模式应用在会客场合，该模式的设计突出庄重、肃穆，照明亮度设计的较高，同时增加壁画灯、书
18、柜灯等重点位置的照明。会客模式要有多区域的控制，客人有可能经过的地方（如客厅、走廊）的灯都要打开。3. 用餐模式用餐模式主要是开启餐厅区域的照明，用餐模式要求灯光照射均匀、柔和，亮度适中。4. 睡眠模式睡眠模式用于入睡后的照明。此时卧室内应有一或两盏射灯微亮，以方便主人夜间起夜。走廊区域的夜灯也可以调到微亮状态。同时关断其他区域的灯。5. 两人模式两人模式意在创造一种温馨、浪漫的环境。灯光调到较暗的状态，可以起到释放压力、舒适惬意的效果。6. 烛光模式在餐厅和客厅中使用该模式，方法为只点亮一路灯，如电灯或筒灯，并且把该路灯的亮度调至30以下。7. PARTY 模式PARTY 模式用在聚会的场合
19、，此时的灯光可以设为全亮，创造令人兴奋的环境。8. 电视模式在电视模式下，要求室内灯光亮度较暗。同时灯光最好从侧面照射，避免灯光从人的正面和背面照射。同时，电动窗帘自动放下。9. 换鞋模式换鞋模式又叫进家模式，其设置为玄关处的灯打开，并把通往各处的楼道灯打开。10. 离家模式在离家模式下，Nico 的照明系统可以在数十秒后自动关断所有的灯光及空调。2.5.3 面板图标说明为配合多种场景的需要，Nico 为用户提供了100 多种按键图标供用户选择，当然，用户也可自行选择和设计喜爱的图标和文字，常用图标的样式和含义说明如下：表2 面板图标示意三、安防监控子系统安防子系统主要由家庭火灾报警、门禁、窗
20、磁、红外对射及紧急呼救按钮组成。当有任何紧急情况发生，我们的家居安防系统会采取三段式报警来处理。首先，触发家庭声光电报警器告警；同时，将报警信息通过小区局域网传送到小区的物业，等待相关的处理；最后，可以通过互联网络，将报警信息发送到用户指定的接受终端（如个人电脑、手机、个人数字助理等）。31 需求分析根据本项目的特点和具体要求，其安防系统需要监控的内容有：可燃气体探测器、温感探测器、烟感探测器、主动红外对射棒、门锁状态、指纹锁及键盘输入、紧急呼救按钮等。当有任一监控点触发时，要求能迅速报警并采取相应的措施。如火灾报警发生时，应及时关闭煤气关断阀，打开排风扇，并向外发出报警信息。在断电情况下，要
21、求安防系统仍可以进行正常的工作，以保护住户生命财产的安全。并能够通过PC 机或电话、手机等终端进行远程操作。3.1.1 信息点位表（仅供参考） 表3 安防系统点位图32 设计方案 安防系统的设计思路是，当控制器的输入端口检测到输入量的变化，经过Nuron 芯片处理后，驱动相应输出端连接的执行器动作。输入端主要连接指纹锁及键盘、门状态检测、紧急呼救按钮、烟感探测器、温感探测器、可燃气体探测器、主动红外对射棒等；输出端连接门锁、出门按钮（与门锁并联）、煤气关断阀、排风扇、声光电报警器等。B 户型共计28 路紧急按钮开关，15 路烟感探测器，以及8 路温感探测器，考虑到设备有效利用的问题，统一将各个
22、设备的输入集中到的一个区域，为相同设备给出一路公共的端口，减少不必要的单路控制。这样共计4 路紧急按钮输入，3 路烟感探测器输入，以及1 路温感探测器的输入。其余的按单回路连接。平时，安防控制器由交流电源供电；当出现断电时，由蓄电池经逆变器逆变后转换为交流电供给控制器。另外，加一个PSTN 转换模块，可以将电话的载波信号转换为数字信号，并在i.Lon 100网络服务器里进行相应的设置，便能够支持电话等远程操作。3.2.1 系统结构 图5 安防门禁系统架构图3.2.2 设备选型 同样选用 Nico 公司的10 回路电源控制器3010L 为主。其他的传感器、执行器选用第三方的产品。监控软件为定制的
23、集成所有系统的Nico 人机界面（HMI）。33 安防系统功能简介当指纹锁的指纹密码不正确，或键盘连续输入出错超过上限时，门禁系统会发出信号送至控制器，由后者来驱动声光电报警器报警，同时，通过i.Lon 100 网络服务器向小区物业及业主报警； 当家中有非法人员破窗而入，触发窗玻璃夹层中的红外对射时，主动红外对射棒会发送信号至控制器，由后者来驱动声光电报警器报警，同时，通过i.Lon 100 网络服务器向小区物业及业主报警； 当家中有紧急情况发生，用户按下紧急按钮，紧急按钮即发送信号至控制器，由后者来驱动报声光电警器报警，同时，通过i.Lon 100 网络服务器向小区物业及业主报警；当有燃起泄
24、漏时，可燃气体探测器被触发，发送一信号至控制器，后者将关闭煤气关断阀，打开排风扇，并向外发出报警信息。 当有火灾发生时，温感探测器与烟感探测器同时被触发，并发送信号至控制器，后者将关闭煤气关断阀，打开排风扇，并向外发出报警信息。 当然也可以将视频监控系统集成到智能家居系统中，当有报警时视频自动切换到报警区域，同时灯光自动亮起，起到阻吓作用并为摄像头提供补充光源，视频信号除了可以通过专门的监控终端管理，也可以通过可视对讲触摸屏管理，或者通过家中任何电视机监控管理、身份识别、开门等控制，实现真正的智能家居集成。四、空调、窗帘、喷泉、智能家电系统当您早上出门后突然想起家里的空调还没有关闭，当您傍晚回
25、家时，发现还要打开空调来调节房间到一个适宜的温度，是否希望这一切能有人为您代劳呢？所有这些我们的空调控制系统都可以方便的为您实现梦想。还有窗帘的控制。在看电视前还要去理会那窗帘的开关实在是一件烦人的事情，而有了nico 的智能家居控制系统，这一些都在场景的切换当中轻松的为您搞定。41 需求分析根据本项目的特点和具体要求，要求空调可进行单独和统一的启停控制，并可接受远程操作。如当室内温度达到设定值时，空调应接近关闭状态，维持在一个最小新风量的范围内；当业主出门时，所有空调应该处于关闭状态，而当业主回家前，可以通过远程控制来预先启动空调，等用户到家后就能直接得到一个适宜的温度，再结合智能的温湿度传
26、感器，使居室实现恒温恒湿，还可以利用空气质量传感器，自动补充新风。对窗帘的控制，要求不仅可以调节窗帘的开合程度，还能通过场景的设置，与灯光进行联动，到达恰如其分的场景效果。后花园的喷泉可以通过触控面板控制启停，也可以与休闲、节日等场景联动，需要的话还可以再某些季节通过定时管理自动开启和停止喷泉。4.1.1 信息点位表（仅供参考） 表4 空调控制点位表 表5 窗帘控制点位表42 设计方案空调控制的设计思路是：控制器的输入端连接空调的状态指示，以监视空调的运行状况；控制器的输出端接空调的启停控制，当得到启停信号时，控制空调的运行。窗帘和喷泉控制的设计思路为：控制器输出端的常开常闭接口分别与窗帘电机相对应的常开常闭端口相连。同时，控制器连接到LonWo