浅谈室内电器自动感应调节系统的构建

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇浅谈室内电器自动感应调节系统的构建范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要:室内电器自动感应调节系统的构建,不仅为人们提供了舒适的室内环境,而且在节能方面效果优良。该文简要介绍了室内电气自动感应调节系统的功能特点、设计方案。

关键词:Wi-Fi;TD-SCDMA;家庭网关

中图分类号:TP273+5文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)22-6302-03

The Electric Sensors to the Establishment of a System of Automatic

LU Xia

(Nanjing Normal University Thaizhou College, Taizhou 225300, China)

Abstract: Electric sensors to regulate the automatic systems of the building, not only the comfort of the indoor environment and energy efficient way is fine. the results with a brief introduction to the electric sensors to regulate the system function automatically, design solutions.

Key words: Wi-Fi; TD-SCDMA; home network gateway

如果您出门在外,利用计算机上网,或者使用手机发个短信,或者通过多功能语音电话,就可以对家中的电器实现远程控制。例如,在返回住宅上飞机之前,将您家中的空调或是热水器打开……人们希望能够根据室内的温度、亮度参数,自动调节灯光亮度、空调温度,这样既方便又节能。

随着生活水平的提高,生活节奏的加速,人们对家电的安全性、智能性、经济性提出了更高的要求。无线传感网的发展和普及更加推动了“智能家居”这一高科技产业的发展。室内电器自动感应调节系统就是“智能家居”方面的具体应用。室内电器自动感应调节系统是利用现有的Internet和移动通信网,将室内的环境参数信息,家电的运行状态及时告知用户,使得用户不仅仅可以及时了解家中电器的情况还可以对电器进行远程的监控,为用户提供了个性化、高效、安全的服务。

1 系统功能

作为智能家居系统的重要子模块,室内电气自动调节系统要求通过无线遥控器、PC机、智能手机、语音电话等终端实现对室内电器的监视与控制。因此在设计本系统时,必须考虑到以下三个功能:

① 通过在室内布置传感器节点,用户可以及时获取室内环境参数信息。

② 通过在室内布置视频监控设备,用户可以通过PC机或智能手机获取室内的监控图像。

③ 用户可以使用语音电话、智能手机、无线遥控器、PC机对室内电器进行控制。如:灯光亮度的调节,空调的开关,监控摄像机的拍摄方向等等。

2 系统设计

室内电器自动感应调节系统应该主要考虑五大部分的设计:信息采集模块,家庭网关(Home Network Gateway),被监控节点模块,监控设备模块和网络模块。系统设计图如图1。

2.1 信息采集模块

信息采集模块主要由传感器,无线摄像机、A/D转换器,处理器,Wi-Fi芯片构成。通过在室内的各个位置放置传感器来采集室内温度、湿度,以及光照强度等环境信息,放置无线摄像头获取室内图像信息。并且在每个传感器节点中内置无线Wi-Fi无线射频芯片,方便于其他传感器节点以及外网的通信。传感器采集到的数据交给中央处理器进行处理。然后通过家庭网关送至通信网络。如图2所示。

2.1.1 中央处理器

采用嵌入式MCU(Micro Control Unit,单片微型计算机),接收从传感器传过来的温度、湿度、光照强度等信息,进行分析处理,发出相应的指令。比如说,温度传感器检测到当前室内温度为-10。C,则中央处理器分析得出:室内温度低,开启空调;光强传感器检测到灯光强度较弱,则中央处理器分析得出:室内光线较暗,开启电灯……此外,中央处理器还可以控制无线摄像机焦距的调整。

2.1.2 无线摄像机

无线摄像机是一种集视频压缩技术、网络技术、嵌入式技术等多种先进技术于一体的数字摄像设备。它集成了光学镜头、光学过滤器、影像感应器、视频压缩卡、无线网卡等设备。能够实现视频采集、视频压缩以及无线网络传输等多个功能。这样它无需计算机协助就可以完成诸多功能。并且每一个无线摄像机都有独立的IP地址。

2.1.3 A/D转换器

将传感器采集到的模拟信号量进行数字化。

2.1.4 无线通信芯片

无线通信模块采用基于Wi-Fi技术的无线射频芯片,目前,市面上Wi-Fi芯片的种类繁多。如G2 Microsystems公司开发的G2C501, 是一个推出较早的超低功耗IEEE 802.11(Wi-Fi)芯片(SoC)。用户可以根据自己的需要选择合适的芯片产品。

2.2 家庭网关(Home Network Gateway)

家庭网关整个系统的“心脏”。有了它,用户可以与家庭内网以及外网快速进行沟通。家庭网关对外可以提供各种远程智能控制的接口,方便操作者对家中的终端节点进行控制和状态监测。目前,家庭网关不仅仅使用于家庭环境,还使用于车载等移动系统。而且,中国移动专门设计了针对3G家庭网关的USIM卡,这样移动用户可以通过手机和家庭网关保持通信。

在“智能家居”领域,家庭网关得到了非常广泛的应用。在增设了许多特色功能后,家庭网关已经不再是一个普通的“盒子”,它担当了“3G+WLAN”的双重角色。如厦门四信公司推出的F4530 TD-SCDMA 商用路由器,就是比较实用的3G家庭网关。它是基于Wi-Fi(802.11a/b/g)和TD-SCDMA公用网络,实现无线局域网和无线广域网的无缝连接,为用户提供移动宽带服务。家庭网关的构成如图3所示。

USIM接口单元:USIM(Universal Subscriber Identity Module(全球用户识别卡))全球用户身份模块,也叫做升级SIM,是第三代手机卡,是在 UMTS 3G 网络的一个构件。USIM接口单元既可以作为3G手机通信的接口,可以作为网卡的接口。

TD-SCDMA单元:从而实现与移动内网的连接。外部网络可通过Web方式访问家庭网络,查询和控制家庭内部网。

Wi-Fi收发单元:可以采用基于Wi-Fi技术的无线射频收发芯片,控制家庭网内具备Wi-Fi标准接口的设备,在家电控制器上加载Wi-Fi无线模块,这些设备就成为家庭分布式网络的节点。

音视频控制单元:可以实现与相应的音频、视频服务器进行连接。

中央处理器:对从各个单元接收到的信号进行处理、分析,并负责指令的发送。

存储器:可以采用SRAM或者FLASH ROM构成,保存中央处理器的结果。

2.3 通信网络

2.3.1 家庭内部组网的Wi-Fi技术

家庭内部的传感器、无线摄像机等设备采用基于Wi-Fi(无线宽带)的无线接入技术。Wi-Fi全称Wireless Fidelity,又称802.11b标准,是IEEE定义的一个无线网络通信的工业标准(IEEE802.11)。802.11b定义了使用直接序列扩频(Direct Sequence Specturm,DSSS)调制技术在2.4GHz频带实现11Mb/s速率的无线传输。在信号比较弱或者受到干扰的时候,带宽可以为调整5.5Mb/s、2Mb/s、1Mb/s。

Wi-Fi技术与蓝牙技术一样,属于在办公室和家庭中使用的短距离无线技术。Wi-Fi是由AP(Acess Point,无线访问节点)和无线网卡组成的无线网络。AP可以当作有线局域网和无线局域网之间的桥梁,相当于一个内置无线发射器的Hub或者是路由器;无线网卡则是用来接收AP发出的无线信号。

在本系统中使用Wi-Fi无线接入技术的优势主要在于:

①采用无线设计,免除了布线的麻烦。一般之需要安装一个或者多个AP设备,就可以满足一个地区上网的问题。

②Wi-Fi覆盖范围的半径可以达到100m,而蓝牙技术只有15m,满足用户家庭使用。而Vivato公司生产的一款新型交换机可以把Wi-Fi的交换距离扩大到6.5公里。

③传输速率快,可以达到11Mb/s,完全满足用户个人需要。

2.3.2 家庭外网的TD-SCDMA技术

在构建系统通信网络时,我们选择了基于3G标准中的TD-SCDMA的移动内网业务。TD-SCDMA是英文Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access(时分同步码分多址)的简称,是一种第三代无线通信的技术标准,也是ITU批准的三个3G标准中的一个,相对于另两个主要3G标准(CDMA2000)或(WCDMA)它的起步较晚。TD-SCDMA是中国电信百年来第一个完整的通信技术标准,是集CDMA、TDMA、FDMA于一体的,系统容量大、频谱利用率高、抗干扰能力强的移动通信技术。

TD-SCDMA所呈现的先进的移动无线系统是针对所有对称和非对称的3G业务所设计的,它运行在不成对的射频频谱上。所以,和其他通信方式相比有以下几个优点:

①频谱利用率高:由于TD-SCDMA采用TDD的双工方式,能使用各种频率资源,不需要成对的频率,可以做到见缝插针,只要有2M的带宽,就可以运营TD-SCDMA系统,具有最高的频谱利用率和频率使用灵活性。

②产品设备成本低:可直接将TD-SCDMA基站建设在已有的GSM网上,而不需再进行核心网的建设,这就进一步降低了TD-SCDMA网络建设的成本。此外,TD-SCDMA由于采用了智能天线、软件无线电等技术,使得其基站成本大幅下降。

③覆盖范围广,组网灵活:TD-SCDMA不但因其频谱利用率高、系统容量大而特别适合在人口高密度地区使用,而且也可在宏小区(Macro)、微小区(Micro)及微微小区(Pico)等各种环境下使用,能够支持各种无线网络环境。

④终端移动速度快:TD-SCDMA系统目前的现场演示实验的终端移动速度为125km/h(受北京市汽车时速的限制),计算机仿真结果表明TD-SCDMA系统在移动速度达到250km/h时,仍能保持较好的误码特性。可见,TD-SCDMA系统在终端移动速度上的性能并不亚于其他三代标准。

2.4 被控节点模块

被控节点模块主要负责与家庭中电器设备的连接,并传达家庭网关发送的指令,对相应的电器设备进行控制操作。根据家庭中电器功率不同的现状,家庭中电器分别使用不同的方式进行控制。

2.4.1 继电器开关控制单元

低功率回路控制,采用高性能固态继电器进行控制。在接到智能家居控制器的指令后,对家庭中的低功率电器,主要是灯光(还包括各种音响系统、电视机、电动窗帘)进行开关控制,控制功率为每回路100瓦。

2.4.2 大功率电器控制模块

也是采用固态继电器进行控制,但是其功率较大,在接到智能家居控制器的指令后,可对家中的大功率电器(如空调、热水器)进行开关控制,控制功率为单回路最大2500瓦。

2.4.3 可控硅调光控制模块

采用可控硅进行低功率回路控制。在接到智能家居控制器的指令后,其功能主要是对家庭中的灯光进行调光控制,控制功率为每回路100瓦,调光范围分为5档0、25%、50%、75%、100%。

为了方便操作,对于家庭中的电器也可以安装无线通信设备,这样可以避免布线的繁琐,而且全部采用无线通信方式,方便网关在家庭中的布置和管理。

2.5 监控设备模块

本系统中的监控设备主要是方面用户对家庭中的各种电器进行控制操作,比如说电器的开关,灯光亮度的调节,电器的定时控制等等。目前,家庭中用于监控的设备主要有以下几种:

2.5.1 无线遥控器

有的时候也称为“万能遥控器”。可以使用遥控器来控制家中灯光,热水器,饮水机,空调等设备的开启和关闭;同时这支遥控器还可以控制家中的红外电器诸如:电视,DVD,音响等红外电器设备。

2.5.2 高加密(电话识别)多功能语音电话

如果您不在家,可以通过语音电话来控制家中的空调、灯光、电器,使之提前为客户制冷或制热或进行开启和关闭状态。此外,还可以利用多功能电话远程控制器来查询一下电器的开,关状态。

2.5.3 联网计算机

只要是有网络的地方,您都可以通过Internet对网络摄像机进行访问,通过电脑软件,可以使用各种电子地图,甚至类似游戏一样的三维界面来进行远程影像监控。例如,中国电信推出的“全球眼网络视频监控业务”,它是将宽带、IPTV、VoIP视频服务网融合起来的,完全基于宽带网的图像远程监控、传输、存储、管理的新型增值业务,为各行业的管理决策者提供了一种全新的、直观的,扩大视觉和听觉范围的管理工具。

2.5.4 智能手机

只需一条短信,家庭网关可以将家中电器的工作状态告诉用户,同时用户也可以控制家中电器的工作。通过手机的液晶显示屏提供控制监控设备的用户界面,还可以收看家中安置摄像头所拍摄到的视频图像。

3 小结

采用Wi-Fi技术和TD-SCDMA 3G网络相连接的室内电器自动感应调节系统,操作便捷,组网方式灵活,成本低。必要时,可以与电子报警设备配合使用,实现远程报警功能。因此,不仅仅使用于对室内电器的监控,还可以广泛用于银行监控与智能化小区的物业管理系统。

参考文献:

[1] 赵龙.基于TD-SCDMA的无线视频监控系统设计与实现[J].科技创新导报,2009(18):26.

[2] 刘洋,杨磊,苗丽.基于TD-SCDMA的3G网卡的研究与设计[J].大众科技,2009(1):58-59.

[3] 本刊编辑.RFID关联技术与应用(一)WiFi技术及其应用[J].中国电子商情(RFID技术与应用),2008(1):55-57.