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嵌入式在家居中地研究与应用

嵌入式系统在智能家居中的研究与应用

摘要

智能家居一般是以住宅为基础平台，综合建筑装潢、网络通信、信息家电、设备自动化等技术，将系统、结构、服务、管理集成为一体的高效、安全、便利、环保的居住环境。

智能家居可以定义为一个目标或者一个系统。

利用先进的计算机、网络通信、自动控制等技术，将与家庭生活有关的各种应用子系统有机地结合在一起，通过综合管理，让家庭生活更舒适、安全、有效和节能。

与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，还能提供舒适安全、高效节能、具有高度人性化的生活空间；将一批原来被动静止的家居设备转变为具有“智慧”的工具，提供全方位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效地安排时间，增强家庭生活的安全性，并为家庭节省能源费用等。

关键词：

遥控器，无线感应，传感器

Abstract

SmartHomeisaresidence-basedplatformforgeneral,comprehensiveconstructionanddecoration,networkcommunications,informationappliances,equipment,automationtechnology,systems,structures,services,managementintegrationasoneoftheefficient,safe,convenient,environmentallyfriendlylivingenvironment.

Smarthomecanbedefinedasatargetorasystem.Theuseofadvancedcomputers,networkcommunications,automaticcontroltechnology,willworkwithfamilylife,aboutthevariousapplicationsubsystemstogetherorganically,throughintegratedmanagement,sothatfamilylifemorecomfortable,safe,effectiveandenergy-saving.Comparedwithordinaryhome,smarthomefeaturesnotonlytraditionalresidentialfunction,butalsoprovidecomfortandsafety,energyefficient,highlyhumanelivingspace;stillabatchoftheoriginalpassivedeviceintoahomewitha"smart"tool,providingafullrangeofinformationexchangecapabilitiestohelpfamiliesmaintaincommunicationwiththeexternalflow,optimizepeople'slifestylesandhelppeopletimeeffectively,andenhancethesecurityoffamilylifeandforthefamilytosaveenergycosts.

Keywords:

remotecontrol,wirelesssensors,sensor

1绪论

智能家居，又称智能住宅，在国外常用SmartHome表示。

与智能家居含义近似的有家庭自动化（HomeAutomation）、电子家庭（ElectronicHome、E-home）、数字家园（DigitalFamily）、家庭网络（HomeNet/Networksforone）、网络家居（NetworkHome）、智能家庭/建筑（IntelligentHome/Building），在我国香港和台湾等地区，还有数码家庭、数码家居等称法。

智能家居（smarthome）的概念最早出现于美国，它利用先进的计算机技术、嵌入式技术、网络通讯技术、综合布线技术，将与家居生活有关的各种子系统有机地结合在一起。

智能家居中的主角是具有智能的信息家电，它是电脑、电信和电子技术与传统家电相结合的创新产品，是为了使数字化与网络技术更广泛地深入家庭生活而设计的新型家用电器。

对于单个信息家电产品而言，它获取任务信息以及识别、执行这一过程可以看成一个完整的工作流；但是智能家居的智能性依靠一种家电不能很好的体现，它需要多个家电之间相互协作、相互触发，共同完成主人交给的一系列任务，这些具有不同功能且相互独立的模块之间所进行的互操作过程就实现了工作流系统的运转。

例如，主人回家开门时，客厅里的电灯会因室内的光线过暗、空调会因温度不适自动打开；主人外出关门时，需要关闭的电器立即断电、室内的监控系统自动开启。

电灯、空调以及相关设备的开关会与门的状态、室内光线明暗、温度异常这些已经形成的事件联系在一起；具体哪盏电灯、哪台空调、光线明暗值以及温度舒适范围等众多参数均由主人按照自己的主观意愿随意设定[1]。

2智能家居系统的基本架构

2.1智能家居系统组成

智能家居的组成：

前面提及了智能家居的概念以及能提供的服务，那么智能家居的实现到底需要那些组成呢。

智能家居的大概组成：

面向用户服务器、面向机器服务器、中央控制系统、逻辑布线、动作部件、传感部件[2]。

面向用户服务器：

它是一种为用户提供交互界面的计算机，这里的面向用户主要指的是面向用户的应用程序，提供参数设置，以及状态监控等功能。

它可以进行多平台架构，无论是Unix、Linux还是Windows或者其他OS都能很容易实现。

面向机器服务器：

顾名思义，面向机器服务器就是一种介于用户与直接控制器件之间的，提供与底层控制、通信协议产生交互服务的计算机。

中央控制系统：

这部分的开发是整个智能家居最为复杂的部分，其中由于家居设备智能化程度不高和接口以及通信协议的不统一，只得以辅助部件来实现控制功能，这就需要编写大量的不同语言种类的控制程序，以及需要控制计算机拥有足够数量及功能的通信接口。

中央控制系统可以和前面提及的两种服务器集成在一起。

逻辑布线：

这是整个智能家居的最基础部分，类似人类的神经系统，它要实现传感信号的回收，控制信号传递，电力提供，广播电视信号传送，网络端口提供等。

如过设计不好，极可能导致信号干扰，控制失效，或着更为严重的安全事故等。

动作部件：

这就是整个智能家居的最末端，也是智能化的最终表现，它可以包括具体的如：

家用电器，电灯，空调等。

传感部件：

这是真个智能家居的信号传递的开始部分，它通常都是孤立的，如：

温度、煤气、光线、湿度传感器（sensor）等，但也有部分是被集成的，比如：

高端防盗门上的红外辐射传感器。

当然这里传感不见不仅仅是狭义上的传感器，还可以包括诸如摄像头，麦克风等信号输入部件。

2.2智能家居的应用

从技术上讲，智能家居所要实现的主要的功能有：

1）对白色家用电器和其他设备的控制、调节和监测，比如微波炉、洗衣机、灯光、电动窗帘、防盗报警器、自动门烟雾探测器、有害气体检测装置、温度和湿度控制器、风量调节器、各种手动的开关和遥控器等。

2）沟通黑色家电和其他视频设备之间以及与外部世界之间的信息通道，其中包括：

台式/手持计算机、电视、录/摄像机、VCD/DVD和数码照相机等；同时还可以实现对它们的控制和监测。

3）通过对外的接口，实现远程控制和信息交换，如：

电话线、有线电视电缆、市电电源线、双绞线和无线通讯方式等。

这些都是传统的智能家居的定义上的必备功能，新一代的智能家居应该具备更加智能化的功能，比如：

环境学习功能，或是控制方式不仅仅再限制于手，可以通过声、光、电等这些外界因素的改变而作为整个智能家居的控制信号等。

这些功能也许是新定义的，也许是在以前的基础上升级的。

总之，在以后的生活中智能家居肯定会越来贴近我们的生活，越来越智能化[3]。

2.3智能家居控制功能及方式

1）遥控功能不论在家里的哪个房间，用一个遥控器便可控制家中所有的照明、窗帘、空调、音响等电器。

例如，看电视时，不用因开关灯和拉窗帘而错过关键的剧情;卫生间的换气扇没关，按一下遥控器就可以了。

遥控灯光时可以调亮度，遥控音响时可以调音量，遥控拉帘或卷帘时，可以调行程，遥控百页帘时可以调角度。

2）集中控制功能使用集中控制器，不必专门布线，只要一个遥控器在手，就可控制家里所有的灯光和电器，一般放在床头和客厅。

可以在家里不同的房间有多个集中控制器。

躺在床上，就可控制卧室的窗帘、灯光、音响及全家的电器。

控制灯光时可以调亮度，控制音响时可以调音量，控制拉帘或卷帘时，可以调行程，控制百页帘时可以调角度。

3）感应开关在卫生间、壁橱装感应开关、有人灯开、无人灯灭。

4）网络开关的网络功能一个开关可以控制整个网络，整个网络也可以控制任意一个（组）灯或电器。

其控制对象可以任意设置和改变，轻松实现全开全关，场景设置，多控开关等复杂的网络操作功能。

门厅的T型网络开关可设成全开全关键、及门厅灯的开关;出门时不必每个房间检查一遍，只要按一个键就可以将所有的灯和电器关闭，需要时也可按一个键打开所有的灯。

客厅的T型网络开关可设成场景设置键，按一个键开一组灯，不必逐一打开。

也可配合全宅音响、空调、窗帘等进行复杂的场景设置。

T型网络开关也是可变开关，它的控制对象可以随意设置，今天是窗帘的开关，明天可以将它设为音响的开关。

同时T型网络开关还是多控开关，传统开关最多只能在两处实现对同一对象的控制（双控开关），使用T型网络开关，可以在任意多处对同一对象进行控制。

控制灯光时可以调亮度，控制音响时可以调音量，控制拉帘或卷帘时，可以调行程，控制百页帘时可以调角度。

5）网络型空调及红外线控制网络型空调控制器将空调的控制连到整个网络中来，可以使用电话来远程控制空调，也可以使用无线遥控器在楼下将楼上的空调启动和关闭，集中控制器、定时控制器、网络开关、无线感应开关等等也都可以控制空调了。

6）网络型窗帘控制器网络型窗帘控制器将窗帘的控制连到整个网络中来，控制拉帘或卷帘时，可以调行程，控制百页帘时可以调角度。

不仅可以使用本地开关来控制窗帘，还可以使用电话来远程控制窗帘，也可以使用无线遥控器在楼下将楼上的窗帘打开和关闭，集中控制器、定时控制器、网络开关、无线感应开关等等也都可以控制窗帘了。

7）可编程定时控制定时控制器可以对家中的固定事件进行编程，例如，定时开关窗帘，定时开关热水器等等，电视、音响、照明、喂宠物等均可设定时控制。

定时控制器本身也是一个八位的集中控制器，放在床头柜上，只要将插头插在220V电源插座上，就可已在床上控制家里所有的灯光、电器和窗帘等等，也有调光功能。

同时它还有时间显示和闹表的功能。

8）多功能遥控器多功能遥控器集多种遥控功能于一身，首先它是无线遥控器，可以控制家中的照明，窗帘，空调等系统。

同时它也是红外遥控器，内置了许多品牌的电视，音响，VCD等红外控制指令集。

还可以学习两种红外线遥控器的控制功能。

放在客厅的茶几上，看电视或听音响时，一个遥控器就可以非常方便地遥控所有的设备。

9）无线感应探头可随意摆放，能控制任意的电器，例如大门口外，当有人来时，它可以触发自动门铃，也可以将灯开启，甚至可以开音响、热水器等。

放在阳台上，可以知道是否有人从阳台非法闯入。

10）全宅音响系统全宅音响系统可将传统的音响延伸到家中的每个房间及每一个角落。

在阳台浇花时可以欣赏悠扬的音乐，清早盥洗时可以听到电台的新闻，甚至在厨房也可以听到现场转播。

系统可接驳家中现有的电视，广播，VCD,DVD及音响系统提供的声源;每个房间的音箱可以单独开关和调音量，无需考虑功率匹配;系统支持高保真立体声技术，对音质不作任何处理。

利用现有的网络化智能家居控制手段，如：

遥控器、集中控制器、网络开关等方式对音箱进行开、关、调音量、全开全关、部分开关，也可配合照明系统、空调系统、窗帘等进行复杂的场景设置[5]。

3智能家居的发展趋势

智能家居利用先进的计算机技术、嵌入式技术、网络通讯技术、综合布线技术，将与家居生活有关的各种子系统有机地结合在一起。

智能家居中的主角是具有智能的信息家电，它是电脑、电信和电子技术与传统家电相结合的创新产品，是为了使数字化与网络技术更广泛地深入家庭生活而设计的新型家用电器[5]。

对于单个信息家电产品而言，它获取任务信息以及识别、执行这一过程可以看成一个完整的工作流；但是智能家居的智能性依靠一种家电不能很好的体现，它需要多个家电之间相互协作、相互触发，共同完成主人交给的一系列任务，这些具有不同功能且相互独立的模块之间所进行的互操作过程就实现了工作流系统的运转。

无线智能家庭网络是未来的一大发展趋势，它可以满足用户对于家庭网络的灵活性、连续性等性能需求，解决安装有线系统所需的高成本和不方便等问题。

无线智能家庭网络可以分成家庭数据网络和家庭控制网络两种。

家庭数据网络完成家居中的如下功能：

提供家庭内部共享上网能力；提供多媒体家电互相通信能力；共享影音文件。

如电脑和电视、VCD、音响、PDA、MP3播放器等；实现机器和机器之间大批量、高速率的数据传输。

家庭控制网络完成家居中的以下功能：

灯光照明控制、家居环境监测和控制、家居安防、家庭应急功能[6]。

无线控制网络需要的是低功耗、低成本、低复杂程度、长电池寿命的标准。

无线智能家庭网络与移动通信网络的互连家庭不是一个孤立的社会单位，智能家庭必须要具备和外部通信网络连接的能力，才能实现更广泛的应用。

总结

智能家居是住宅智能化的核心部分，目前我国的智能家居市场有三个特点：

一是市场潜力大，我们知道现在的房地产业在全国的发展都很火爆，作为其下游产业，智能家居市场前景还是非常乐观的。

第二点就是产品多，厂家多，大部分集中在上海、北京、深圳、广州等地。

但到目前为止还没有一家形成规模化。

再有就是在智能家居行业国家还没有统一的行业标准，使得很多中小企业各自为政，按自己对市场的理解来开发产品，相互间的产品不具兼容性，这种局面有点春秋战国时代诸侯争霸的感觉。

 因此，今后几年智能家居市场会进入一个行业整合阶段，最终可能会出现几家规模比较大，品牌影响力好的厂家。

从产品角度来讲，以后的智能家居产品会朝着实用化、傻瓜化（操作简单）、模块化的方向发展，所谓模块化就是产品开发商把智能家居产品做成模块化的，可以根据用户的实际需求任意搭配。

这样不仅可满足不同层次用户的需要,而且可以节约成本，也可以节约不必要的端口模块的浪费。

 随着高科技和信息技术的广泛应用，安全、舒适、便利的生活环境已经不再是一个遥远的梦想。

由于智能家居系统能够为人们提供更加轻松、有序、高效的现代生活环境，因此已经成为房地产商追逐的热点。

在未来，没有智能家居系统的住宅将像今天不能上网的住宅那样不合潮流。

相信不远的将来，智能家居一定会更好地造福人类。

参考文献

[1]张文修，梁怡.遗传算法的数学基础[M].西安交通大学出版社,2000.4

[2][加]JimingLiu.多智能体原理与技术[M].清华大学出版社,2003.5

[3]周祖德.基于网络环境的智能控制[M].国防工业出版社,2004.2

[4]李桂青,罗持久.工程设计专家系统的原理与程序设计方法[M].气象出版社,1991.8

[5][德]波科维斯基、盖尔斯,周鹰译.计算机专家系统应用[M].南京大学出版社,1996.6

[6]吴源泉,刘江宁.人工智能与专家系统[M].国防科技大学出版社,1995.7