【安防知識網(wǎng)】基于智能手機家庭自動化系統(tǒng)

　　GPRS是一種基于GSM系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù)，提供了端到端、廣域的無線IP連接。它充分利用現(xiàn)有GSM網(wǎng)絡(luò)資源，具有不受通信線路及地區(qū)限制、保密性好、可靠性高、使用方便、靈活等優(yōu)點，為遠程家電控制和安防監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備間的通信提供了強大的平臺支持。

　　智能手機基本都具有GPRS功能。它采用開放式操作系統(tǒng)，第三方可根據(jù)操作系統(tǒng)提供的API為智能手機開發(fā)各種擴展應(yīng)用和提供各種擴展硬件，利用智能手機這一特性再加上智能手機足夠的屏幕尺寸和強大的數(shù)據(jù)、聲音、圖像處理能力，可輕松開發(fā)出用于遠程家電控制和安防監(jiān)測的應(yīng)用軟件，方便了用戶的操作。

　　基于智能手機的遠程家電控制及安防監(jiān)測系統(tǒng)利用人們隨身攜帶的智能手機與中央控制器進行會話，在中央控制器的控制下，通過相應(yīng)的硬件和執(zhí)行機構(gòu)，實現(xiàn)對家電的遠程控制和家庭內(nèi)部狀況的實時監(jiān)測。

　　系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由智能手機、中央控制器、熱釋電人體紅外探測器、溫度傳感器、煙感探測器、燃氣泄漏探測器、攝像頭、家電設(shè)備、Internet和GPRS網(wǎng)絡(luò)組成。

圖1  遠程家居控制及安防監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　其主要功能如下：智能手機經(jīng)由GPRS網(wǎng)、Internet與中央控制器進行通信。用智能手機發(fā)送家電控制消息到中央控制器時，若所要控制的家電為紅外設(shè)備，中央控制器驅(qū)動紅外收發(fā)器向該設(shè)備發(fā)送相應(yīng)紅外控制信號進行控制;若是普通設(shè)備，中央控制器驅(qū)動開關(guān)控制器對該設(shè)備進行控制。當熱釋電人體紅外探測器檢測到有人非法進入室內(nèi)時，中央控制器啟動攝像頭拍攝入侵者照片，并發(fā)送非法入侵報警消息和入侵者照片到智能手機。當溫度傳感器檢測到室內(nèi)溫度過高，并且煙霧探測器同時探測到煙霧超標時，中央控制器將火災(zāi)報警消息發(fā)送到智能手機;當燃氣泄漏探測器探測到煤氣等可燃氣體濃度超標時，中央控制器發(fā)送氣體泄漏報警消息到智能手機。智能手機接收到相應(yīng)的報警消息后，播放報警音，并顯示盜竊者照片或其他報警信息。

　　控制器方式

　　控制器是可編程家居自動化控制處理器，它具有信息接收、貯存、發(fā)送、管理和通信的功能，可以自動執(zhí)行各種預(yù)設(shè)的控制程序，具有電話、網(wǎng)絡(luò)、短信、總線、無線多種通信接口，并可實現(xiàn)設(shè)備的遠程操作控制。

　　控制器方式主要有拼湊型控制系統(tǒng)、主機式集中控制系統(tǒng)和智能控制中心。 [nextpage]

　　常用的控制器

　　拼湊型(功能間無關(guān)聯(lián)的孤立)控制系統(tǒng)，各個功能子系統(tǒng)獨立設(shè)計、自主工作，互不相連和交換數(shù)據(jù)。其集成方式多數(shù)體現(xiàn)為多個獨立系統(tǒng)互相拼合，其系統(tǒng)集成性、穩(wěn)定性、擴展性必然下降。

　　主機式集中控制系統(tǒng)，它可以是一個普通計算機、嵌入式或者單片機系統(tǒng)，系統(tǒng)的邏輯關(guān)系固定在主控制器上，有的可以通過軟件修改，添加新設(shè)備需要修改主控制器。分級集中控制系統(tǒng)是前一種類型的擴展，如果現(xiàn)場采集量較大，通常在中央控制單元和現(xiàn)場設(shè)備之間加入現(xiàn)場級的控制單元(PLC，單片機等)，現(xiàn)場控制單元與中央控制單元之間使用RS-232。

　　常用的控制器，采用普通計算機、嵌入式或者單片機系統(tǒng)。如V-Z8101B智能控制器，采用嵌入式結(jié)構(gòu)設(shè)計，32位ARM9微處理器，8M SDRAM，8M FLASH 存儲器，可擴展到64M，可外接SD卡、RS232×1、RS485×1、PUT×1、USB2.0×1通訊端口。實現(xiàn)最大控制距離1200米，最大控制區(qū)域256個，最大控制設(shè)備種類256個，最大控制對象65536個。

　　智能家居電視遙控中心

　　這是一種新型開放式家居自動化控制平臺，它是一種可視、簡單的家庭自動化控制新技術(shù)。它把家用電器的所處位置和狀態(tài)信號用電視機屏幕顯示出來，用電視機的遙控器在電視屏幕上選擇電器進行遙控操作的家庭自動控制系統(tǒng)。

　　它由“智能家居電視遙控中心”和配套的功能模塊組成，使用一個標準電視遙控器，實現(xiàn)電視機收看功能和家用電器控制功能，在觀看電視的同時可以進行電器控制而不影響電視節(jié)目收看，而圖形化的控制界面操作簡單、使用方便。

　　用于會議系統(tǒng)的中控產(chǎn)品

　　在目前高檔別墅住宅中，內(nèi)容和功能相對比較完整的家居智能化系統(tǒng)，其智能化系統(tǒng)集成平臺主要采用用于會議系統(tǒng)的中控產(chǎn)品。

　　家庭網(wǎng)關(guān)

　　高端應(yīng)用中常采用家庭網(wǎng)關(guān)。家庭網(wǎng)關(guān)(Home Gateway)是戶內(nèi)控制和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換的中心，利用家庭網(wǎng)關(guān)(Home Gateway)使所有可能的設(shè)備信息互通，實現(xiàn)環(huán)境自動控制、就地集中監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)遠程監(jiān)控。

　　如“波創(chuàng)科技”的數(shù)字網(wǎng)關(guān)，嵌入式LINUX操作系統(tǒng)，32位350MHz CPU，又如海爾U-home數(shù)字家庭系統(tǒng)，以家庭網(wǎng)關(guān)為控制中心，集散式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，采用星形的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，一個中央控制單元，采用e家佳聯(lián)盟標準無線通訊協(xié)議。

　　霍尼韋爾HS-5000系統(tǒng)完全基于TCP/IP協(xié)議和以太網(wǎng)平臺運行，所有的音頻、視頻、控制、監(jiān)視、狀態(tài)等信息全部數(shù)字化傳輸。家庭網(wǎng)關(guān)通過唯一的RJ-45接口連接到小區(qū)局域網(wǎng)，成為以太網(wǎng)上的一個普通節(jié)點，進而路由到Internet，網(wǎng)絡(luò)成為全部信息流的通道。在戶內(nèi)，家庭網(wǎng)關(guān)將所用可能的設(shè)備整合為一個系統(tǒng)，成為就地集中控制和WAP/WEB和電話遠程控制的基礎(chǔ)。其支持戶內(nèi)多系統(tǒng)多協(xié)議接入，如霍尼韋爾燈控系統(tǒng)以H-BUS總線接入，各分機以RS-485形式接入，信息家電通過PLC或RS-485總線接入，安防探頭直接接入防區(qū)擴展模塊等等，把各種設(shè)備和功能無縫整合一個家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，為未來業(yè)主實現(xiàn)了真正意義的高舒適度的智慧家居。

　　新一代智能家居系統(tǒng)——數(shù)字家庭，家庭網(wǎng)絡(luò)以i Home為例，家庭服務(wù)網(wǎng)關(guān)有四個數(shù)據(jù)接口，即WAN、LAN、COM1和COM2。其通過主網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，通過子網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)。在實際應(yīng)用上，主網(wǎng)關(guān)和子網(wǎng)關(guān)通常在物理上是合為一體的，多協(xié)議的網(wǎng)關(guān)具有外部網(wǎng)絡(luò)接口、內(nèi)部局域網(wǎng)接口、控制網(wǎng)接口。家庭服務(wù)網(wǎng)絡(luò)整合了AP Bus和Q Bus兩種控制總線、有線和無線局域網(wǎng)、固定和移動互聯(lián)網(wǎng)。 [nextpage]

　　PLC控制器

　　ASE控制系統(tǒng)是一款可編程邏輯控制器(PLC)，通過指令表中設(shè)置控制指令的方式，完成編程設(shè)計的一款多用途控制器。同時具備與短信收發(fā)設(shè)備的通訊功能，通過普通手機短信遠程控制系統(tǒng)和報告系統(tǒng)狀態(tài)。其功能：

　　·16個數(shù)字量輸入點，16個數(shù)字量輸出點，共32個端口;

　　·內(nèi)部共6個指令表，共6×8×2=96個控制指令行;

　　·每個指令行均可調(diào)用系統(tǒng)任意一個功能，例如：發(fā)送短信、控制繼電器操作、延時計時等;

　　·8個獨立手機號碼設(shè)置;

　　·8個獨立遠程控制指令行;

　　·8條警示短信設(shè)置;

　　·系統(tǒng)啟動初始化設(shè)置;

　　·防斷電記憶設(shè)置。

　　其技術(shù)優(yōu)勢：

　　·強抗干擾設(shè)計，與強電設(shè)備安裝在同一個配電箱中;

　　·將可編程控制器與手機短信收發(fā)機集成起來，特別是支持中英文短信的自動雙向收發(fā)功能， 拓寬了編程器的遠程控制能力，在經(jīng)濟性、安全性和可靠性上，相對于目前市場上以電話語音報警和控制的方式，有了相當大的提高;

　　·在編程方面突破傳統(tǒng)的工業(yè)PLC編程方式，對編程員的要求很低，不需要掌握任何編程經(jīng)驗和語言基礎(chǔ)，有利于產(chǎn)品大規(guī)模的推廣和應(yīng)用。全中文編程界面，編程極其簡單方便;

　　·定位于建筑電氣控制領(lǐng)域，根據(jù)這個領(lǐng)域的要求而設(shè)計的專業(yè)控制系統(tǒng)。

　　個人技術(shù)見解

　　筆者長期關(guān)注和潛心探索智能家居系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展，深入分析其核心技術(shù)——通訊網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和控制器，現(xiàn)提出個人拙見如下。

　　智能家居系統(tǒng)技術(shù)多元化

　　由于智能家居宏大產(chǎn)業(yè)發(fā)展和市場井噴，商家和媒體過分渲染，智能家居系統(tǒng)技術(shù)推陳出新、層出不窮，大有后者迅速淘汰前者之勢。

　　其實不然，如無線技術(shù)，最典型的無線射頻或紅外技術(shù)，它的特點是無須布設(shè)任何線路，安裝方便，但傳輸距離短、穿墻能力差、安全性較差，信號可能會受到墻體和障礙物的阻礙，因為無線射頻信號一般只能穿透兩層左右的墻體，則容易出現(xiàn)控制“死角”。電力載波可以用在光環(huán)境的控制、多媒體信息傳輸與三表遠抄等方面，電力線的布線方便，但價格較高，受電力線上電器的干擾較大。這三種技術(shù)都有自己的優(yōu)勢與特點，都有它最適合的應(yīng)用環(huán)境?？赡苷l也無法完全替代誰，只是不同技術(shù)在各種場合的適應(yīng)性不同。各種技術(shù)的發(fā)展不是適用所有的應(yīng)用，而是根據(jù)內(nèi)容和環(huán)境需要，選擇最合適的網(wǎng)絡(luò)。

　　也可以將不同技術(shù)交叉應(yīng)用，這主要應(yīng)用的是先進的無線技術(shù)與電力載波技術(shù)，它們之間可以互相協(xié)調(diào)。利用電力載波技術(shù)來彌補無線技術(shù)的缺陷，應(yīng)用在無線網(wǎng)關(guān)控制、智能安防、環(huán)境溫濕度自控制與多媒體中心等，而最終有一個總的控制平臺，對各智能家居系統(tǒng)進行統(tǒng)籌參觀、協(xié)調(diào)工作。 [nextpage]

　　智能家居系統(tǒng)的性能價格比

　　據(jù)悉，美國ABB、GE、德國莫頓、美國Honeywell、澳洲奇勝的一般別墅配置價基本最少為10萬元，舒適型一般都需要幾十萬元，這些產(chǎn)品目前主要是為國內(nèi)頂級富翁服務(wù)。國內(nèi)目標消費者主要為：有權(quán)有勢和有錢人占70%，白領(lǐng)級技術(shù)愛好者占20%，相對富裕的老年人及行動不便者占10%左右，目標主要鎖定富人群族。如果定位于大眾消費，必然會遇到市場阻力甚至市場投資風(fēng)險。因此，個人認為國內(nèi)目標應(yīng)主要定位于大眾消費，智能家居系統(tǒng)的性能價格比成為“重中之重”。

　　同一功能實現(xiàn)可有不同的技術(shù)手段，如幾種遠程報警和控制實現(xiàn)方式如表2所示。

表2  幾種遠程報警和控制實現(xiàn)方式比較

　　在智能小區(qū)的實際應(yīng)用中，在完全整合多個系統(tǒng)的全帶寬解決方案中，多數(shù)將多媒體信號與控制信號的傳輸集成在一起，在高速帶寬中傳輸?shù)退俚目刂菩盘?，不但是對網(wǎng)絡(luò)資源的浪費，其成本也較高。因此，該解決方案的性能價格比低。

　　以總線而言，比起成本相對較低的RS-485總線，CAN總線雖然有較高的傳輸速率，但價格偏高，而且與RS-485總線一樣網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)較單一;Lon Works總線、以太網(wǎng)等方式的網(wǎng)絡(luò)平臺雖然有很高的帶寬，具有較完善的拓撲性能，但是在目前小區(qū)采用這樣高帶寬的平臺顯然有高速公路上跑馬車的感覺;現(xiàn)在小區(qū)局域網(wǎng)雖已成為智能化配套設(shè)施，但由于其網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的產(chǎn)權(quán)屬性，使得這樣的網(wǎng)絡(luò)平臺很難為智能化系統(tǒng)平臺所用。因此，TP-Bus總線、具有自主知識產(chǎn)權(quán)的AP Bus總線和Q-BUS總線的性能價格比較高，后者能夠?qū)崿F(xiàn)低速控制與高帶寬用戶的無縫連接，即在具備低速控制系統(tǒng)為主的智能小區(qū)內(nèi)，家庭用戶可以隨時擴展高帶寬的應(yīng)用，并能和小區(qū)控制中心無縫連接，就既能滿足全帶寬用戶的需求，也能滿足智能小區(qū)對成本控制的要求，值得推薦。

　　同樣，工業(yè)領(lǐng)域的PLC控制技術(shù)基本上都是95%以上國外進口，操作復(fù)雜，價格高昂。由于建筑領(lǐng)域和工業(yè)領(lǐng)域要求和目標不同，況且從工業(yè)領(lǐng)域上簡單移植到建筑領(lǐng)域，工業(yè)PLC系統(tǒng)既不可避免存在功能上的冗余，又不能實現(xiàn)建筑領(lǐng)域的監(jiān)控需要。而定位于建筑電氣控制領(lǐng)域并根據(jù)這個領(lǐng)域的要求而設(shè)計的專業(yè)PLC控制系統(tǒng)，使本來擔任現(xiàn)場級控制單元角色的PLC，充分發(fā)揮潛能，擔綱重任升格為主控制器，系統(tǒng)性能價格比則必然提高;筆者曾有將工業(yè)領(lǐng)域的PLC移植到建筑領(lǐng)域的單項嘗試實踐，有所體驗。深知既要精通PLC控制系統(tǒng)，又要通曉建筑領(lǐng)域現(xiàn)場需求，方能實現(xiàn)跨學(xué)科的移植，其技術(shù)含量之高不言而喻。因其技術(shù)優(yōu)勢見長和性能價格比較高，自然具有強大的生命力和發(fā)展前景。