智能家居系统设计.docx

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1、智能家居及终端控制目录目录I第一章 绪论1第二章 智能家居系统的基本架构32.1智能家居系统组成32.2智能家居的应用52.3智能家居控制功能及方式52.4智能家居的通信方式8第三章 智能家居的平台化103.1 M2M技术103.2 智能家居的硬件平台133.3 智能家居的控制软件平台17第四章 交互设计254.1交互设计基础254.2集成终端交互设计过程264.3 集成交互终端的实现35第五章 总结与展望37鸣谢：38参考文献：3939成都信息工程学院毕业设计论文第一章 绪论 智能家居，又称智能住宅，在国外常用Smart Home表示。与智能家居含义近似的有家庭自动化（Home Automa

2、tion）、电子家庭（Electronic Home、E-home）、数字家园（Digital Family）、家庭网络（Home Net/Networks for one）、网络家居（Network Home）、智能家庭/建筑（Intelligent Home/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

3、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。智能家居能实现的功能和提供的服务:1、始终在线的网络服务，与互联网随时相连，为在家办公提供了方便条件。2、安全防范：智能安防可以实时监控非法闯入、火灾、煤气泄露、紧急呼救的发生。一旦出现警情，系统会自动向中心发出报警信息

4、，同时启动相关电器进入应急联动状态，从而实现主动防范。3、家电的智能控制和远程控制，如对灯光照明进行场景设置和远程控制、电器的自动控制和远程控制等。4、交互式智能控制：可以通过语音识别技术实现智能家电的声控功能；通过各种主动式传感器（如温度、声音、动作等）实现智能家居的主动性动作响应。5、环境自动控制。如家庭中央空调系统。6、提供全方位家庭娱乐。如家庭影院系统和家庭中央背景音乐系统。7、现代化的厨卫环境。主要指整体厨房和整体卫浴。8、家庭信息服务：管理家庭信息及与小区物业管理公司联系。 9、家庭理财服务。通过网络完成理财和消费服务，10、自动维护功能：智能信息家电可以通过服务器直接从制造商的服

5、务网站上自动下载、更新驱动程序和诊断程序，实现智能化的故障自诊断、新功能自动扩展。11 、自动学习功能：通过对使用者平时设置数据的收集，实现统计规律，产生对默认对象的缺省设置。以及对环境的自动适应。随着人们的生活水平的提高，智能化系统的定义标准也将越来越高，控制也会越来越简单，这种趋势是不可逆和不可阻的。便随着这种趋势，集成化智能控制终端的出现是必然的。第二章 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：1、面向用户服务器2、面向机器服务器3、中央控制系统4、逻辑布线5、动作部件

6、6、传感部件面向用户服务器：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

7、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

8、风等信号输入部件。智能家居的核心是其中央处理单元(CCU)的软硬件系统，中央家居处理单元的职能就是在智能家庭网络中，引导和规划家居子系统中的各种信号，目前主流中央家居处理平台分为两类：嵌入式系统（如平台式机顶盒）和开放式系统（如微型计算机）等去控制各种家居设备。此外，智能家庭网路作业系统和运行平台也是目前竞争的一个焦点，无线的方案是其中最诱人的，但应用最多的是采用双绞线作传输介质的全分散式系统。 嵌入式：采用传统的SOC（system on chip）根据需要做一些公用电路处理，然后一级用户（智能家居实现者）购置后进行控制软件的编写及植入工作，最后在整个智能家庭网络中实现自动控制功能。嵌入式的

9、优点：产业链成熟，成本低廉，操作较为容易。嵌入式的缺点：随着整个智能系统复杂化的提高，应用程式的体积和对计算机运行速度要求的增大，以及与互联网的交互增多，我们都不得不面对着传统嵌入式系统运行缓慢、扩容和升级困难、网络应用等难题。所以改进是必须的。开放式：以家庭计算机或是工业计算机（多数）为硬件基础，基于开放式操作系统开发控制软件，或是以某一系统核心为基础专门开发控制系统。在某些特殊的应用场合还需要专门的硬件控制器（hardware controller）。开放式的优点：具有系统运行效率高，软件改进升级容易，新硬件添加简便，互联网交互方便等优点。开放式的缺点： 硬件成本高（但是随着产业链的成熟，

10、硬件成本应该会随之降低。），软件开发不易等 以后发展的最终方向是：开放式系统作为面向用户服务器链接专门的嵌入式控制器，然后又嵌入式控制器充当面向机器服务器。所以最后必然是嵌入式与开放式系统结合的发展方式。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

11、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。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

12、，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

13、，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

14、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、网络开关的本地控制功能所有的灯和电器都可使用墙上的网络开关进行本地开关控制;既实现了智能化，又考虑到多数人在墙上找开关的习惯。开灯时，灯光由暗渐渐变亮，关灯时，灯光由亮渐渐变暗，避免亮度的突然变化刺激眼睛，给眼睛一个缓冲，保护人眼;避免大电流和高温的突变对灯丝的冲击，保护灯泡，延长使用寿命;无论通过遥控还是本地开关均可调光, 网络开关能够记忆设定好亮度，下次开灯时自动恢复。电话远程控制功能电话应答机将家里和外界连成了网络，在任何地方，都可以使用电话远程控制

15、家中的电器产品，例如，开启空调、关闭热水器，甚至在度假时，将家中的灯或窗帘打开和关闭，让外人觉得家中有人。电话应答机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。图21 智能家居基本结构图6、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。7、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

16、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。8、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。9、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

17、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

18、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。11、扩展和升级为扩展和升级提供了良好的基础。可扩展和升级语音控制子系统，计算机控制子系统，智能安防子系统，智能门禁子系统，智能电器控制子系统。在如今这种环境下只有子系统而架构成整个系统，以类似于面向对象编程（oop）的方式进行开发，而这种也是比较普遍和节省的方式，省去

19、很多二次开发的成本，但是要做纯粹的个性化智能家居这种程度是远远不够的，由于社会人群的个体差异，智能化就必须开发的到最细小单元，不能采用类似于公版的方式，那样所谓的智能也最多是省省换遥控器的麻烦，或是省省安开关那几部路的脚程，如果这样的智能不用也罢。2.4智能家居的通信方式 前面我们已经介绍过，智能家居是通过统一的网络总线和控制平台将家庭的电器设备、灯光控制系统、安全控制系统、能源管理系统等连成一体的。目前智能家居的发展趋势是由集中控制到分布控制，与集中式控制相比，分布式控制不仅能减少布线，而且能提高系统的可靠性，当某一个节点出现故障时，只需将该节点从网络中拿走，而其它节点不受影响。 1. 控制

20、网络 它主要是控制家庭中各种设备的运行状况，如电灯的灭/亮和亮度控制，空调的启/停以及温度和风量的控制，家庭安防系统的讯号采集和执行，各种开关量的输入，电动窗帘的开启/关闭控制，室内各种物理量的探测（如温度、湿度，各种气体含量等），四表（煤气表、电表、水表和暖气的热量表）数据的输出与指示等。 控制网络的特点是：在这个网络上传输的信息主要是控制信息以及一些物理量的参数。信号的频率相对比较低，因此传输的速率可以比较低，一般在数十Kbps就可满足要求，但是信息传输的可靠性要求比较高。这是因为它传输的信息是各种设备的控制信息，它的错误不仅可能导致设备的非正常工作，而且可能导致设备的损坏。因此控制网络在

21、技术上主要解决的问题是传输的可靠性，所以我们通常采用有线传输的通信方式保证其通信的稳定性和实时性，不过现在技术的发展也逐渐采用红外、蓝牙（Bluetooth）等作为控制信号传递的载体。2. 信息网络它连接的设备有计算机、电视、音响系统，录像机、数码相机以及手机等等。 在信息网络上传输的主要是音频和视频信号，它们的频率带宽一般要高达数兆赫兹，因此要求信息网络上的信息传输速率比较高，普遍应达到10 Mbps 以上。但相对说来，它的可靠性要求没有控制信息那么高。因为视音频信息在传输的前后都有一定的处理(如信号的压缩和编码/解压缩和解码)，这些处理都有一定的容错能力，而且即使有瞬时的错误，也只是影响瞬

22、时的声音或图像的错误，而对设备以后的运行几乎没有影响。因此信息网络在技术上需要解决的主要问题是传输速率（即带宽），即在可能的条件下，尽可能提高信息网络的带宽。现在的WIFI，双绞线已经完全能满足这些要求，最新兴起的智能手机控制方式也随着3G技术的发展势头变得越来越强，据估计用不了太长时间，这种无线终端集成的控制方式会成为未来智能家居系统的主流控制方式。前面一章介绍了智能家居的概念和一些基本的东西，在描述我的终端控制理念之前不得不再用一些文字介绍下智能家居的平台化技术和M2M技术。第三章 智能家居的平台化3.1 M2M技术提到平台化，就不得详细地谈谈现在主导通信产业发展的M2M技术：M2M表达的

23、是多种不同类型的通信技术有机的结合在一起：机器之间通信；机器控制通信；人机交互通信；移动互联通信。 M2M让机器，设备，应用处理过程与后台信息系统共享信息，并与操作者共享信息。图31 M2M人机关系它提供了设备实时地在系统之间、远程设备之间、或和个人之间建立无线连接，传输数据的手段。M2M技术综合了数据采集、GPS，远程监控、电信、信息技术，是计算机、网络、设备、传感器、人类等的生态系统，能够使业务流程自动化，集成公司资讯科技 (IT)系统和非IT设备的实时状态，并创造增值服务。这一平台可在安全监测、自动抄表、机械服务和维修业务、自动售货机、公共交通系统、车队管理、工业流程自动化、电动机械、城

24、市信息化等环境中运行并提供广泛的应用和解决方案。 M2M的未来展望：Pervasive Computing（无所不在的计算与互联）。 M2M是一种理念，也是所有增强机器设备通信和网络能力的技术的总称。人与人之间的沟通很多也是通过机器实现的，例如通过手机、电话、电脑、传真机等机器设备之间的通信来实现人与人之间的沟通。另外一类技术是专为机器和机器建立通信而设计的，如许多智能化仪器仪表都带有RS-232接口和GPIB通信接口，增强了仪器与仪器之间，仪器与电脑之间的通信能力。随着科学技术的发展，越来越多的设备具有了通信和连网能力，网络一切（Network Everything）逐步变为现实。人与人之间

25、的通信需要更加直观、精美的界面和更丰富的多媒体内容，而M2M的通信更须要建立一个统一规范的通信接口和标准化的传输内容。 通信网络技术的出现和发展，给社会生活面貌带来了极大的变化。人与人之间可以更加快捷地沟通，信息的交流更顺畅。但是目前仅仅是计算机和其他一些IT类设备具备这种通信和网络能力。众多的普通机器设备几乎不具备联网和通信能力，例如家电、车辆、自动售货机、工厂设备等。M2M技术的目标就是使所有机器设备都具备连网和通信能力，其核心理念就是网络一切（Network Everything）。M2M技术具有非常重要的意义，有着广阔的市场和应用，推动着社会生产和生活方式新一轮的变革。业务及应用系统分

26、类根据终端是否移动，业务应用可分为两大类：移动性应用： 适用于外围设备位置不固定，移动性强丶须要与中心结点实时通信的应用，如交通、公安、海关、税务、医疗、物流等行业从业人员手持系统或车载、船载系统等。 固定性应用： 适用于外围设备位置固定，但地理分布广泛、有线接入方式部署困难或成本高昂的应用，可利用机器到机器实现无人值守，如电力、水利、采油、采矿、环保、气象、烟草、金融等行业信息采集或交易系统等。 M2M技术的应用系统主要包括三个部分：1、企业级管理软件平台 2、无线通讯解决方案 3、现场数据采集和监控设备产品构成 M2M产品主要由以下三部分构成：1、无线终端：都是特殊的行业应用终端，而不是通

27、常的手机或笔记本电脑。 2、传输通道：从无线终端到用户端的行业应用中心之间的通道。 3、行业应用中心：是终端上传数据的会聚点，对分散的行业终端进行监控。特点是行业特徵强，用户自行管理，而且可位於企业端或者托管。M2M技术组成 M2M涉及到5个重要的技术部分：机器、M2M硬件、通信网络、中间件、应用。1、智能化机器 实现M2M的第一步就是从机器/设备中获得数据，然后把它们通过网络发送出去。使机器“开口说话”（talk），让机器具备信息感知、信息加工（计算能力）、无线通信能力。使机器具备“说话”能力的基本方法有两种：生产设备的时候嵌入M2M 硬件；对已有机器进行改装，使其具备通信/联网能力。 2、

28、M2M硬件 M2M硬件是使机器获得远程通信和联网能力的部件。主要进行信息的提取，从各种机器/设备那里获取数据，并传送到通信网络。现在的M2M硬件共分为五种： （1）嵌入式硬件 嵌入到机器里面，使其具备网络通信能力。常见的产品是支持GSM/GPRS或CDMA无线移动通信网络的无线嵌入数据模块。 （2）可组装硬件 在M2M的工业应用中，厂商拥有大量不具备M2M 通信和连网能力的设备仪器，可改装硬件就是为满足这些机器的网络通信能力而设计的。实现形式也各不相同，包括从传感器收集数据的I/O设备(I/O Devices)，完成协议转换功能，将数据发送到通信网络的连接终端（Connectivity Ter

29、minals）；有些M2M 硬件还具备回控功能。 （3）调制解调器（Modem） 上面提到嵌入式模块将数据传送到移动通信网络上时，起的就是调制解调器的作用。如果要将数据通过公用电话网络或者以太网送出，分别需要相应的Modem。 （4）传感器 传感器可分成普通传感器和智能传感器两种。智能传感器（Smart Sensor）是指具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器。由智能传感器组成的传感器网络（Sensor Network）是M2M技术的重要组成部分。一组具备通信能力的智能传感器以Ad Hoc方式构成无线网络，协作感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息，并发布给观察者；也可以通过

30、GSM网络或卫星通信网络将信息传给远方的IT系统。 （5）识别标识（Location Tags） 识别标识如同每台机器、每个商品的“身份证”，使机器之间可以相互识别和区分。常用的技术如条形码技术、射频识别卡RFID（Radio-Frequency Identification）技术等。标识技术已经被广泛用于商业库存和供应链管理。 3、通信网络 将信息传送到目的地。通信网络在整个M2M技术框架中处于核心地位，包括：广域网（无线移动通信网络、卫星通信网络、Internet、公众电话网）、局域网（以太网、无线局域网WLAN、Bluetooth）、个域网（ZigBee、传感器网络）。 4、中间件 中间

31、件包括两部分：M2M 网关、数据收集/集成部件。网关是M2M系统中的“翻译员”，它获取来自通信网络的数据，将数据传送给信息处理系统。主要的功能是完成不同通信协议之间的转换。 5、应用 数据收集/集成部件是为了将数据变成有价值的信息。对原始数据进行不同加工和处理，并将结果呈现给需要这些信息的观察者和决策者。这些中间件包括：数据分析和商业智能部件,异常情况报告和工作流程部件,数据仓库和存储部件等。 3.2 智能家居的硬件平台所谓平台，平台是一个交互界面，人机之间，人与人之间，机器之间的集中交互界面都可以称之为平台。平台化使得交互更加渐变快捷早期的智能中控器采用八位单片机作为处理核心处理单元，功能十

32、分粗陋简单。往往只具备安防，三表采集、简单文字信息发布和简单的家电控制功能。这个时期的产品操作界面比较简陋，家电控制功能只限于展示概念。所谓的平台化也仅仅只是人们的美好愿望接下来很多厂商为了使自己的产品功能更加全面、显示更美观，采用了处理能力更强的单片机或使用多个单片机协作。这时期的产品操作界面有很大的改善，往往采用彩色LCD，大多带有触摸功能，集成了楼宇对讲等功能，家电以及其它设备的控制也相对完善。平台的魅力看是慢慢展现，这个时期的产品已经开始慢慢关注人机交互之间的和谐问题，所以出现触摸式操控屏，和集成控制界面等一系列概念性的产品。但此处的还仅仅只能是个粗燥的平台，与智能化的定义相差甚远，要

33、实现智能化不得不应用更多先进的技术。随着M2M技术和自动化控制技术的发展，和人们对智能化定义的不断提高，这种技术整合应用的趋势日渐明显。用M2M技术构建只能家居平台需解决两个问题：一 、解决家庭内部设备组网问题。建立智能家庭网络，使得家居内部所有设备，包括灯控模块、电动窗帘、电子门窗、安防系统、音频 视频设备、数码设备 、电脑、智 能电器等 ，都具备 通信和连网能力 ，形成统一的智能家庭网络 。二 、解决智能家庭网络如何与外部通信网络连接的问题。使得智能家庭网络成为移动互联 网和通信世界的一部分。其目的是使人们能够更简单地远程监视和控制自己的家居 ，可通过手机、互联网对家庭进行管理 ，为用户提

34、供方便。 然后建立家庭局域网络，那么如何建立家庭局域网网络呢？图32即为家庭局域网的基本构架图建立家庭局域 网的目的是提供一套完整的 家庭娱乐、信息共享、家庭图32 家庭局域网基本结构图管理和Internet接入及远程监控等服务功能。接入家庭局域网的设备主要包括：家用电器、家庭仪表、桌面电脑、手提设备、娱乐设备、成像设备、智能传感器 、控制器等。所有设备通过一个网关接入Internet，网关供Internet访问和家庭信息发布使用，并可实现用户对家庭的远程控制功能。家庭局域网是一种混合型网络。根据接入设备的 类型及实际需要，实际家庭局域网的物理层接口可以分为四类：高速局域主干网、控制子网现场总

35、线、视频线、电话线。高速局 域网主要包含IEEE 802.3 以太网协议 、IEEE802.1b无线局域网技术和Bluetooth 技术，实现PC、便携设备、信息娱乐设备等高端设备之间的互连和信息共享 ；控制子网现场总线主要指以RS485 、CAN、Lonworks 等简单智能协议为代表的现场总线技术 ，实现信息和电信设备直接接入Internet；而视频电缆方式则实现有线电视、VOD服务 ，以及在服务 供应商 的支持下提供另外一种高速接入Internet的途径 。 无线智能家庭网络的建立。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

36、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。 控制网络中有大量的节点设备，它们使用电池供电 ，还要具备网络和通信能力，所以成本和功耗是组建家庭控制网络中最为突出的两个要素。一种解决方案是基于无线局域网(WLAN) 标准IEEE 802.11g和最新的无线个域网(W

37、PAN)标准IEEE 802.11.15.4建新一代的无线智能家居网络。利用IEEE802.11g组成家庭数据网络, IEEE 802.11.15.4组成家庭控制网络。在高速率无线局域网应 用中，IEEE 802.11g ( 54Mbps)正在逐渐取代IEEE 802.11 b(11Mbps) 成为应用的主流,还有正在发展阶段的IEEE 802.11 n(108Mbps)应该是发展的主要方向，因为IEEE 802.11g支持更高速率的传输。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。IEEE 802.11.15.4是为这种应用需求而设计的，主要适合于自动控制和远程控制领域

38、，可以嵌入各种设备中，同时支持地理定位功能。物理层可以工作在三个免受权ISM频段：2.4GHz(全球应用)、915MHz(美国)、868MHz(欧洲)；通信 速率为250kbps 2.4 GHZ(16 Channels)、40kbps915MHz(10 Channels)， 20kbps868MHZ(1 Channel)；传输距离可达10到75米，依赖功率输出和环境特性。新一代的无线智能家居网络中的核心是中心控制器，它同时具备802.11和802.11.15.4通信功能 。中心控制器会有两种：一是基于P C的数据中心控制器，一是家庭自动化控制平台和手执遥控器，充当家居控制网络的中心控制器。平时

39、家庭自动化控制平台监控家庭中的各种电器、灯具、安防系统等，实现家居管理、家居控制、家居监视、家居安防、家居服务信息的自动化。它可以控制和启动基于P C 的数据中心控制器，当需要高速率数据传输时，由P C来完成。 组建以家庭自动化控制平台和手执遥控器为核心，由各种节点控制模块组成的家庭控制网络 是实现智能家居的第一步，也是智能家居的初级阶段。新一代各种具备无线通 信和网络能力的家电、消费类电子、数码产品不断增加。以PC为核心的家庭数据网络会逐渐获得市场的认可，得到越来越广泛的应用，这也是智能家居发展的高级阶段。目前，家庭数据网络和家庭控制网络几乎是平行发展的，还没有融合,未来这两条发展线会相互交

40、叉，构建真正的智能家居。融合的关键是M2M技术的发展，即让每台机器、每个节点都具备通信和联网能力 ，这 正 是 M2M技术的核心理念-网络一切( Network Everything )。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。这个任务由中心控制器来实现。中心控制器充当外部网络和家庭网络之间的网关。无线智能家居网络中的家庭网关可以通过以下几种方式与移动通信网络通信。 1、基于双音多频的服务 (DTMF，Double Tone Muliti-Frequency)使用DTMF 技术可以通过通常的语音信道传输有

41、限的数字编码信息。可以用做智能家居中远程安全报警、家居状态查询、简单的远程控制。无线智能家居网络中的控制中心存储预先设置好的语音信息，提示用户用手机按键进行操作，这是最简单的M2M应用。这种方法比较简单，容易实现，但是缺乏效率，用户必须按照语音提示逐步进行操作，操作比较烦琐，等待时间较长。 2、短消息服务 (SMS) SMS应用到智能家居中时，相对DTMF技术，可以使用文字一次可以传送更多的家居状态信息和控制命令，传输速度快。网络运营商可以对这种M2 M应用的S MS 信息和普通的短信区分开来，保证信息能够及时传递 ，尤其对家居安防警报。 3、多媒体信息服务 ( MMS ) MMS是基于WAP

42、业务的，走数据通道，其传输能力在CSD方式下可以达到9.6kbps，在GPRS方式下最大可以达到184kbps，在3G下可以达到2Mbps以上，给MMS应用的开展提供了很大的便利。MMS的发送延时少，用户可以享受即时的服务。MMS业务支持发送状态报告，向用户提供有保证的发送。 4、通用分组无线业务 (GPRS) 无线智能家居采用GPRS技术具有以下优点：永远在线、高速传输、自如切换、按流量计费等。 5、无线应用协议(WAP) 用户可以通过访问WAP 页面的方式管理和监控自己家居的情况，更加的直观，操作也更方便。 6、3 G 移动通信技术 第三代移动通信技术给M2M技术提供了更加厂阔的应用平台，

43、而对智能家居应用而言，则意味着更加方便快捷的操作、更加直观的监控、更多更好的服务功能。 3.3 智能家居的控制软件平台前面一节提及了用M2M技术对智能化家居系统的硬件构成的大致原理及方式，本节将介绍智能家居平台的灵魂，也就是其软件系统。鉴于有M2M技术构架的智能化家居系统的硬件组成和目前信息家电研究尚处于实验阶段，在国际上还没有形成统一的家庭信息化标准， 家电设备制造厂家也无所适从， 因此解决信息家电间的异构性是整个软件平台要解决的首要问题。所以此处引入工作流技术和专家系统进行软件构造和开发。首先引入两个概念：1.工作流：工作流（Work Flow）就是工作流程的计算模型，即将工作流程中的工作

44、如何前后组织在一起的逻辑和规则在计算机中以恰当的模型进行表示并对其实施计算。工作流要解决的主要问题是：为实现某个业务目标，在多个参与者之间，利用计算机，按某种预定规则自动传递文档、信息或者任务。简单地说，工作流就是一系列相互衔接、自动进行的业务活动或任务。我们可以将整个业务过程看作是一条河，其中流过的河水就是工作流。 工作流属于计算机支持的协同工作（Computer Supported Cooperative Work，CSCW）的一部分。后者是普遍地研究一个群体如何在计算机的帮助下实现协同工作的。2.专家系统：专家系统(expert system)是人工智能应用研究最活跃和最广泛的课题之一。

45、专家系统是一个智能计算机程序系统，其内部含有大量的某个领域专家水平的知识与经验，能够利用人类专家的知识和解决问题的方法来处理该领域问题。也就是说，专家系统是一个具有大量的专门知识与经验的程序系统，它应用人工智能技术和计算机技术，根据某领域一个或多个专家提供的知识和经验，进行推理和判断，模拟人类专家的决策过程，以便解决那些需要人类专家处理的复杂问题，简而言之，专家系统是一种模拟人类专家解决领域问题的计算机程序系统。现代技术逐渐出现分布化、网络化和敏捷化的趋势，相应地对工作流模型的灵活性、可用性、可伸缩性、可靠性以及互操作等方面提出了更高地要求， 工作流模型的智能化程度成为研究的焦点。为了解决工作

46、流模型描述及过程控制缺乏主动性、智能性等问题，本文将人工智能领域中具有完备理论基础的专家系统与工作流管理系统相结合，按照专家系统模型表示及控制方法对工作流系统模型进行重新定义，构建了基于专家系统的工作流模型，使系统在底层机制上就具备实现智能化的能力。基于专家系统的工作流模型在智能家居中的应用，较好地解决了信息家电间的互操作问题，突出了的本模型的可行性与优越性。分布式处理技术CORBA以及ECA规则都为这一实例提供了理论依据。下面先介绍一个基于专家系统的工作流技术的实际例子。基于专家系统的工作流模型融合了专家系统、工作流管理及数据库管理技术， 如图所示。此模型包含了工作流执行服务所需要的所有信息

47、， 这些信息包括过程的开始和完成条件、 构成过程的活动以及进行活动间导航的规则、 用户所需要完成的任务、 可能被调用的应用、 工作流的引用关系， 以及所有与工作流有关的数据定义。图3-3 专家系统工作流程图定义1工作流是一个三元组，WFL：=(Actives， Events ， ECA rules)。其中Actives 是活动的集合；(Events)是事件的集合，它记录了活动所产生的事件；(ECArules)是一组规则的集合，每条规则用来刻画活动之间的迁移方式。 (1) 过程定义模块。 过程定义，也称工作流过程模型，是对业务过程的抽象表示，包含所有使业务过程能被工作流执行服务执行的必要信息；过程定义模块主要 目的是给用户提供对实际业务过程进行分析、建模的手段。用户和流程管理专家按系统的表示方法对实际的工作流程进行定义，生成业务过程的可被计算机处理的形式化描述。在本系统中这种形式化描述即规则，通过基于规则的产生式或 ECA等表示法能够将工作流很好的描述，存储于规则库中，供业务流程推理及控制调用。 ( 2 ) 数据库模块。 数据库模块包括工作流知识库、综合数据库和动态数据库。工作流知识库存放大量的流程规则，供推理机在推理时实时调用。综合数据库存放基本信息和数据。