基于传感器网络家庭自动化网络系统的设计

摘 要: 针对人们对家庭自动化系统要求的不断提高,提出了家庭网络所构成的家庭自动化系统的设计,包括保安系统、照明系统、环境控制系统、家电控制系统、家庭娱乐系统和家庭远程控制系统,满足人们对家庭的舒适、安全、高效、便捷等方面的要求。

关键词: 家庭自动化; 家庭网络; 传感器网络

中图分类号: TP212文献标识码: A 文章编号:1009-8631(2010)04-0055-01

一、引言

家庭自动化是利用电子技术来集成或控制家中的电子电器产品或系统(例如照明灯、咖啡炉、电脑设备、保安系统、暖气及冷气系统、视讯及音响系统等)。其功能实现主要通过一个中央管理平台接收来自传感器的信息,再以既定的程序控制其它电子电器产品。基于传感器网络家庭自动化网络系统融合了多媒体、Internet、信息管理器、家电外设等技术思想,满足了人们对舒适、安全、高效、便捷等方面的要求。

二、家庭自动化系统的构成

用于家庭自动化网络接口的有:供暖、通风、空调系统、热水器、安全系统和照明系统,公用事业公司在家庭应用方面的远程抄表和用户设备管理。这些接口与各种智能传感器连接,实时采集各个节点信息,通过总线送到主控计算机,主控计算机通过Internet使人们方便的进行远程家务管理和家庭设备监控。家庭自动化系统结构如图1所示。

三、基于传感器网络的家庭自动化系统的实现

(一)家庭自动化系统实现必须满足的要求

1. 必须有一个兼容性强的智能家庭自动化的中央处理平台。它是智能家居的心脏。通过这个平台,构成与外界的通讯通道,以实现与家庭以外的媒介信息交流,满足远程控制、监测和交换信息的需求。选择配置合适的家庭网关,对日后家庭自动化使用功能非常重要。

2. 要求有一个家庭布线系统,它是组建家庭局域网的基础。它不仅将宽带网连接到家庭,还可以根据自己的情况布设到每一个将来可能使用的位置,这同房子的其他管道系统一样重要。

3. 真正的智能家庭生活至少需要三种网络的支持:宽带互联网、家庭信息网和家庭控制网络。在家庭网络的操作系统控制下,通过相应的硬件和执行机构,实现对所有家庭网络上的家电监控。

(二)家庭内部网络的实现

早期家庭网络采取的拓扑结构是传统的MAINFRAME类型,PC机是主机,各类家电则是终端。现在采用总线型结构,这样家庭网络实际上成为了一个局域网。对所有的家电定义统一的电气标准,从而形成共同的规范接口,采用统一的标准通信协议。

众所周知,家电操作的实时性强,可能存在多台设备同时运行,使得控制中心上必须采用分时操作系统及其各类相应应用软件与较好性能的PC协同工作,以完成大量的计算和管理任务。于是对总线也就提出了较高的数据带宽和传送速度要求。目前广泛使用的家庭自动化网络协议有:X-10协议、CEBus、TonTalk。

(三)远程监控网络的实现

互联网应用的发展趋势是网络化与智能化产品的进一步结合,即与互联网相连的各种智能设备之间可以相互交流与双向控制,并实现远程监控与监测。家庭自动化系统不是一个独立的控制网络。为了要有更广泛的集成应用,并且能够提供不同方式的远程控制机制,更重要的是将家庭网络与外部网络连接起来。

远程利用HTTP服务器和CGI( common gate intergace) 技术实现数据在内部家庭网络和互联网的双向流动,可以使用远程监控软件,在离家很远的地方通过互联网远程操作和控制家用电器。家庭网关将智能家电连接到互联网,实现内外部网络间的连接、转换与安全保密功能,水、电、煤气表可以进行自动抄表和自动结算。网关通信接口支持宽带下行通信和一定的上行通信能力,上层协议采用TCP/IP协议族,媒体信息也可以直接承载于底层接口之上[2]。家庭远程监控网络的实现如图2所示:

四、家庭自动化网络的主要功能

家庭网络可以连接的节点包括电脑、打印机、智能家电、电话、红外遥控器、手机、无线PDA、检测模块和传感模块等,可以实现的自动化管理与控制功能有可视监控、手机遥控、网页浏览监控、三表抄送、医疗求助、小区广播、视频点播、场景监测等。其主要功能表现在:

1. 家庭智能安防系统,通过在家庭内安装各种检测报警装置来实现家庭的保安、消防以及其它需求。如通过加装摄像头,可以监视房间周边环境和诸如婴儿房等特殊场所;通过烟气传感器、温度传感器、特殊气体传感器,预防房间失火和有害气体过量;通过加装红外传感器、门磁、薄膜窗花、无线微波等报警装置,可防止窃贼入侵等等;

2. 家庭智能照明系统:运用当前先进的总线技术,通过遥控及远程控制等方式实现家庭照明的自由控制,实现不同的场景效果,改变传统手工操作的不便,充分享受现代科技力量给家庭带来的变革。

3. 家庭智能家电控制系统:通过各种电器控制器,无需对现有普通家电进行改造,就能轻松实现对家电的定时控制、无线控制、集中控制、电话远程控制、场景控制等多种智能控制。

五、结论

利用家庭自动化网络系统,人们可以方便地通过计算机或其它网络接入设备,远程获取家庭内各种信息,包括各种计量表读数和费用、家庭各种家电设备和监测设备的状况,并实现远程遥控各种家电设备和装置,实现家居的能量管理等。所有这些都极大地提高了人类的生活质量,同时它也是人类所追求的生活目标。

参考文献:

[1] 赵小乐,谌金玉.浅析家庭自动化系统的构成[J].石家庄铁路职业技术学院学报,2009(12):54-55.

[2] 梅鲁海.基于智能网络的家庭自动化管理与控制系统的研究[J].电信科学,2008(6):71-74.