家庭自动化041

1．l      家庭自动化简介……………………………………………………3

    1．2     网络协议简介……………………………………………………4

    1．3     本章小结…………………………………………………………8

    2．1     系统总体结构描述………………………………………………9

2．1．1  主控和中继模块类………………………………………………9

2．1．2  控制模块类………………………………………………………10

    2．1．3  驱动模块类………………………………………………………10

    2．1．4  扩展功能模块类…………………………………………………10

    2．2     系统功能描述……………………………………………………11

    2．3     系统通信协仪描述………………………………………………12

    2．3．1  物理层描述………………………………………………………12

    2．3．2  数据链路层描述…………………………………………………13

    2．3．3  介质访问于层描述………………………………………………15

2．3．4  命令层描述………………………………………………………16

2．5     本章小结…………………………………………………………17

    3．1     主控模块硬件设计………………………………………………18

    3．1．1  电源部分描述……………………………………………………18

    3．1．2   MCU部分描述…………………………………………………………19

    3．1．3  存储器部分描述…………………………………………………19

    3．1．4  总线收发电路描述………………………………………………21

    3．2     主控模块软件设计………………………………………………23

    3．2．1  软件开发工具……………………………………………………24

    3．2．2  数据链路层软件设计……………………………………………25

    3．2．3  命令层软件设计…………………………………………………29

    3．2．4  数据处理模块及采用的数据结构………………………………30

    3．3     本章小结…………………………………………………………31

4．1     手持编址器硬件设计……………………………………………32

    4．1．1  电源调理模块……………………………………………………32

    4．1．2  二人机界面………………………………………………………33

    4．1．3  红外收发电路……………………………………………………34

    4．1．4  蜂鸣器模块………………………………………………………35

    4．2     手持编址器软件设计……………………………………………36

    4．2．1  键盘扫描软件设计………………………………………………37

    4．2．2  液晶显示软件设计………………………………………………38

    4．2．3  通信软件设计……………………………………………………40

    4．3     本章小结…………………………………………………………43

    5．1     总线监控模块硬件设计…………………………………………44

    5．1．1   RS232硬件接口简介…………………………………………………44

    5．1．2  总线电压信号转换电路…………………………………………45

    5．1．3  总线电流信号收发电路…………………………………………46

    5．2     总线监控模块软件设计…………………………………………46

    5．2．1  开发环境和开发工具……………………………………………47

    5．2．2  对PC串口编程…………………………………………………47

    5．2．3  对PC定时器编程………………………………………………49

    5．2．4  建立和更新数据文件……………………………………………50

    5．3     本章小结…………………………………………………………50

    6．1     传统照明系统……………………………………………………51

    6．2     家庭智能控制系统及安装实例…………………………………51

    6．3     本章小结…………………………………………………………53

    7．1     总结………………………………………………………………54

    7．2     展望………………………………………………………………54   

 参考文献…………………………………………………………………………56

 

 

家庭自动化是一种过程或系统，通过使用家庭网络或者家庭总线，使居住环境达到舒适、安全和有效。它能将家庭中的照明、视听、安全、通讯、制冷、加热以及空气调节等各种设备连接起来，协同工作。从而将你的家庭从一个被动的结构转变成一个主动的伙伴。帮助你的工作提高效率，增加安全感，节省能源消耗，节约你的金钱，营造舒适温馨的家庭氛围。

在介绍一个家庭自动化系统的功能和组成之前，先介绍一下白色家用电器和黑色家用电器的概念。白／黑色家用电器从家用电器外表的颜色来区分的，白色家用电器主要是指电灯、微波炉、空调和洗衣机等白色外表的家用电器，与之相对，黑色家用电器主要是指电视、录／摄像机和DVD等。

（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、各种手动开关和遥控器等。在这部分网络上，主要传输速率比较低的控制信号和设备状态信息，它占用的信道带宽比较窄，我们称之为控制网络或家庭总线。

（2）沟通黑色家电和其他音、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。电视机、录／摄像机、监视器、 VCD／DVD和数码照相机等；同时，也可以实现对它们的控制和监测。在这部分网络上，主要传输速率比较高的音、视频信号和数据信息，我们称之为信息网络或宽带网。

（3）通过对外的接口，实现远程控制和信息交换，如：通过电话线、有线电视电缆、市电电源线、无线通讯方式和专用电缆等，建立与局域网或internet的联系。

 一个完整的家庭网络由下述五部分组成。

（l）控制网：主要实现对白色家用电器（如微波炉和冰箱等饰以白色外表的电器）的开关量和少量模拟量的控制和监视。

（2）信息网：主要实现对黑色家用电器（如电视、录／摄像机和  DVD等饰以黑色外表的电器）和计算机的信息交换和控制。

（3）路由器／网关或电话接口：主要实现控制网络和信息网络的信号综合，并提供与外界的接口，以便作远程控制和信息的交换。这个功能的实现也为集成商／控制中心的远程监测／维护提供了良好的基础。

（4）控制中心／通用遥控器：用以对家庭网络上的任意一个家用电器的控制和监测，同时实现对网络上的家用电器作参数设置。

（5）用户程序的开发环境：这是在通用计算机上运行的一个软件开发环境，它不是家庭网络上必备部分，一般只是由系统集成公司的技术人员来使用。它的主要功能有两个：一是在初始建立一个家庭网络时为用户生成应用程序，为系统设置必要的初始化参数，并将它们下载到遥控器和各个模块中去：另一个功能是用于调试和维护家庭网络。

 

 

国际上对家庭自动化的研究起于20世纪70年代，主要集中在北美、欧洲和日本等一些经济比较发达的国家。目前在国际已经有一些比较成熟的网络协议标准，如 X－10、 Longwoks、EIB、HBS和 BACnet等，

下面对这些协议做一个简单的介绍。

X—10是世界上最早出现的，也是最简单的智能家庭网络系统，X—10在70年代就开始在美国流行，成为当时最具代表性的家庭自动化产品。X—10采用电力线作为其网络通信介质，系统中的各个设备直接挂在电力线上就可以相互通信，所以X—10系统不需要另外再铺设信号总线，这为系统组网带来了很大的方便。X—10系统主要由发送器和接收器组成，发送器和接收器都有地址。X—10的地址分为房间地址和设备地址。房间地址有16个，设备地址也有16个，所以X—10最多可以有256个设备。发送器和接收器的控制关系是由他们的地址来决定的。也就是说，当发送器A的地址与接收器B的地址相同时，发送器A就可以控制接收器B，发送器和接收器的地址是可以改变的，当发送器A和接收器B的两者中的某一个的地址改变后，他们之间的控制关系就不再存在了。

根据不同需要，发送器有多种类型，有的可以进行灯光亮度调节，有的可实现定时控制等。X—10系统的低廉价格使其得到了一定的发展。2001年，美国650万户家庭装备了X—10模块。但是，由于其只支持电力线传输，而电力线容易受到干扰系统，所以系统的抗干扰性能比较差，这点在国内表现的尤为明显。另外X—10的寻址空间小，对模拟量支持不够也限制了他的可扩展性和应用范围。