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基于无线射频技术构建的智能家居系统


基于无线射频技术的智能家居系统将整合更多的平台,采用TCP/IP传输协议,借助互联网传输介质实现彼此间的信息共享,着力于改善人们的生活水平。

现代家庭已经从追求家居的豪华装饰转向家居智能化,享受智能化带来的多元化信息,以及安全、舒适与便利的生活环境。特别是物联网、3G移动技术的发展,智能化生活让您真正地体会到家永远在身边。

智能家居系统是利用计算机、嵌入式系统和通信网络技术,以家为平台,集自动化、信息化、智能化于一体的高效、舒适、安全、便利、环保的家居居住环境。目前,智能家居生活的智能化程度取决于信息传输的高效性和可靠性,主要有有线传输和无线传输两种。有线传输存在布线复杂、可扩展性差、标准不统一、施工困难等缺点,很难取得较大的市场空间。无线射频技术是一种近距离、低复杂度、低数据速率、低成本的无线通信技术,因其无需重新布线,利用点对点的射频技术,实现对家电灯光和其他设备的控制,并且安装比较方便,控制方式简单,近年来在智能家居中被广泛应用。因此,基于无线射频技术进行信息传输实现智能化生活是当前智能家居研究的重点,它将为人们提供高效、舒适、安全、便利的居住环境。


一、系统架构

基于无线射频技术构建的智能家居系统主要包括一个家庭网关和若干个通讯子节点。在家庭网关和每个无线通讯子节点都配置无线收发模块,数据和控制信息就在网关和各子节点之间进行传送,实现相互间的信息流共享。无线通讯子节点主要包括智能遥控器、智能分控器、智能开关等组成。

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图1 智能家居示意图


家庭智能网关是系统的核心,采用32位精简指令集计算机ARM处理器,构建嵌入式Linux操作系统平台,通过键盘或触摸屏液晶显示进行状态设置和查询。智能网关与Internet和PSTN相连,可将接收到的控制命令(包括本地遥控器命令、远端电话语音命令、远端手机命令、远端计算机命令等)转换成无线射频信号,并通过射频发送模块发射出去,实现家居智能化控制。

智能遥控器一方面通过无线接口与家庭网关进行通信,另一方面具有红外自学习功能,可对不同红外遥控器所发出的红外码值进行解码、学习、存储,实现集多个红外遥控器为一体。智能网关的液晶屏上的按钮和智能遥控器的键盘在位置上一一对应,用户在智能遥控器的按钮上定义不同的按键说明,绑定具有不同控制功能的红外线编码。智能遥控器通过无线发射模块将学习到的红外信号码值发送到红外智控中心或红外分控中心上,实现红外码值在智能分控器上的注册。智能网关上进入智能家居控制界面,按下某一电器设备的控制按钮时,将此码值通过无线发射模块进行射频信号传输;智能分控器将接收到的无线码值在已建立的列表中进行比对,将其转换成红外线信号发射出去,实现对家电设备的控制。智能开关可以接收智能网关或智能遥控器所发射的无线信号的码值,实现对家电设备的开关动作。


二、特点与优势 

随着数字化社区的不断完善、3G技术的成熟以及安防市场的不断发展,数字化智能家居系统逐渐成为楼宇对讲系统的主流。厦门立林科技苦心钻研,与多所知名高校携手合作,系统地整合互联网、多媒体、射频载波、安防、监控、探测感应、生物识别等前沿技术,采用通用的、完善的通信协议,保证系统的传输容量和可靠性,构建集多种系统为一体的智能家居平台。特别是基于无线射频技术搭建智能家居系统,借助3G技术和互联网技术,实现远程控制功能,大大改善人们的生活。

(1) 优化H.264编解码算法 

基于无线射频技术的数字智能家居系统,关键在于如何借助3G技术和互联网技术实现远程控制功能,特别是如何提高远程视频传输的质量。针对这个问题,着重研究H.264编解码算法,对H.264编码过程中耗时最多的运动估计模块作改进,降低H.264编解码器的计算复杂度,有效地提高H.264的编解码效率,保证在低带宽的情况下得到较好的视频传输效果。

(2) 两网合一 

楼宇对讲系统中一般采用专网专用,即构建小区局域网,各住户间通过局域网进行相互通信。采用专网提高系统的稳定性和可靠性,但同时增加了成本。立林科技的数字智能家居系统,将互联网和数字楼宇对讲系统网络进行两网合一,节约重新构建小区局域网所带来的各项成本。系统在数据压缩以及网络传输的保密性方面进行改进,尽可能降低数字楼宇对讲系统网络对原有互联网的影响,实现两网合一、两网共用。实际安装使用时,住户只需将数字终端设备连接到自家交换机上的某一端口,而将其他端口连接到住家PC机上,即可实现小区内部的数字楼宇对讲,同时保证住家PC机的互联网访问。

(3) 系统集成、自成系统 

智能家居可以与安防报警、可视对讲、远程控制整合为一个综合平台,实现彼此间的信息共享,达到联动控制的功能。同时智能家居可自成平台,脱离系统时可独立操作控制。采用这种设计方式,满足在普通住宅中也可实现智能家居操作平台。特别是基于无线射频技术实现各家居控制设备之间的通信,可以方便未预先铺设线路的旧房子使用。

(4) 主网子网信息共享 

家庭网关是家庭控制子网中的一种设备,子网关能够与家庭控制子网中的设备实现互联,同时为家庭控制子网内的各种设备提供与家庭主网的接口,使各子网设备可以获得各种服务,并实现对家庭控制子网的配置和管理。当脱离家庭主网时,家庭控制子网内各终端设备可正常工作。各终端设备可通过家庭控制子网相互间进行信息共享以及控制功能。通过此机制,可实现任一控制面板控制整个家居。

(5)总线冲突避让、单火取电 

当家庭主网与家庭控制子网同时控制终端设备时,采用总线冲突机制,通过优先级别进行避让。特别是无线传输上,灵活地借鉴现场总线冲突避让机制,有效地解决多设备同时发射无线信号避让问题。数据传输采用双向控制,提高系统的可靠性和稳定性,特别是在传输数据发生时,可以更加灵活地运用总线冲突机制,进行避让。为兼顾未预先铺设线路旧房子的方便使用,系统采用单火取电方式,方便客户进行安装,保留原有布线结构。考虑到单火取电功率小的问题,系统平常状态下进入休眠模式,等待外部中断触发。无线接收模块采用间歇性工作机制,微处理器进行间歇性地判别,使得系统功耗降到最低,达到节能环保。

(6)组网方式灵活:有线无线结合 

考虑到无线射频信号传输时信号衰减等问题,系统在组网方式上采用有线无线结合。同一楼层采用无线射频信号进行数据传输,跨楼层之间采用有线方式进行数据传输,实现系统信息全面地、高效地共享。

(7)互联网、家庭主网、家庭控制子网三网合一 

互联网、家庭主网、家庭控制子网三网合一,内网和外网信息共享,基于嵌入式Web服务器的智能家居系统,实现通过网络进行远程控制。

 

总结 

基于无线射频技术的智能家居系统将整合更多的平台,采用TCP/IP传输协议,借助互联网传输介质实现彼此间的信息共享,着力于改善人们的生活水平。特别是在3G移动通讯技术的推动下,数字智能家居系统将走得更快、更高、更远。