淺析基于GPRS無線智能家居系統(tǒng)解決方案

　　通信技術(shù)的不斷發(fā)展以及人們對生活要求的不斷提高，實(shí)現(xiàn)家庭智能的遠(yuǎn)程控制已經(jīng)成為必然的趨勢。國家建設(shè)部住宅產(chǎn)業(yè)化促進(jìn)中心提出住宅小區(qū)要實(shí)現(xiàn)六項(xiàng)智能化要求，其中包括實(shí)行安全防范自動(dòng)化監(jiān)控管理：對住宅的火災(zāi)、有害氣體的泄漏實(shí)行自動(dòng)報(bào)警；防盜報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)安裝紅外或微波等各種類型報(bào)警探測器；系統(tǒng)應(yīng)能與計(jì)算機(jī)安全綜合管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)；計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能對防盜報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行集中管理和控制。

　　由于目前無線通訊技術(shù)的不成熟、運(yùn)行費(fèi)用高等弊端，智能家居控制器與外網(wǎng)無線通訊技術(shù)成為導(dǎo)致市場接受度低的重要因素，而GPRS系統(tǒng)的特點(diǎn)能夠很好的解決該問題。GPRS網(wǎng)絡(luò)通信業(yè)務(wù)是通訊公司推出的一項(xiàng)數(shù)據(jù)傳輸通信業(yè)務(wù)，在GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)，傳輸距離不受限制，通信費(fèi)用相對低廉，傳輸速率較快。本文涉及家庭智能系統(tǒng)及GPRS技術(shù)相關(guān)背景，分析了其各自基本特點(diǎn)和所要實(shí)現(xiàn)的基本功能，并在此基礎(chǔ)上提出了基于GPRS無線智能家居系統(tǒng)的總體解決方案。最后總結(jié)系統(tǒng)核心GPRS芯片軟硬件實(shí)現(xiàn)方法。

　　系統(tǒng)總體架構(gòu)

　　網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的普及以及各種信息家電的產(chǎn)生都使得在家庭內(nèi)部對Internet的訪問不再局限于單個(gè)PC，每個(gè)家庭都將面臨如何在家庭內(nèi)部傳送Internet數(shù)據(jù)以及如何將各種家電設(shè)備連接起來的問題，基于此，智能家居網(wǎng)絡(luò)應(yīng)運(yùn)而生。智能家居網(wǎng)絡(luò)是信息社會(huì)的基本單元。未來的家庭中，各種家電設(shè)備將組成一個(gè)家庭局域網(wǎng)，并通過智能家居控制器接入互聯(lián)網(wǎng)。智能家居網(wǎng)絡(luò)的市場發(fā)展?jié)摿O其可觀，幾家大的廠商Intel、IBM、Microsoft及Sony都早已涉及其中。

　　智能家居控制器是智能家居系統(tǒng)的核心處理模塊，是系統(tǒng)的心臟，包括可以聯(lián)入寬帶網(wǎng)絡(luò)的單片機(jī)，內(nèi)置的HUB，若干防區(qū)安防輸入以及一條RS485的家庭控制擴(kuò)展數(shù)據(jù)總線。

　　智能家居網(wǎng)絡(luò)指的是在一個(gè)家居中建立一個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)，將各種家電設(shè)備互相連接起來，實(shí)現(xiàn)對所有智能家居網(wǎng)絡(luò)上的家電設(shè)備的遠(yuǎn)程使用和控制及任何要求的信息交換，如音樂、電視或數(shù)據(jù)等。智能家居網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)架包括家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、智能家居控制器以及智能家居網(wǎng)絡(luò)與外部Internet網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)通信。其中，智能家居控制器是智能家庭網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)重要組成部分，起到核心的管理、控制和與外部網(wǎng)絡(luò)通訊作用。它是通過家庭管理平臺(tái)與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合的一個(gè)系統(tǒng)，也是連接家庭智能內(nèi)部和外部網(wǎng)絡(luò)的物理接口，完成家庭內(nèi)部同外部通信網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)交換功能，同時(shí)還負(fù)責(zé)家庭設(shè)備的管理和控制。

　　智能家居控制器一方面需要為家庭內(nèi)部布線提供通訊接口，能夠采集家庭設(shè)備的信息，并進(jìn)行處理，自動(dòng)控制和調(diào)節(jié)；另一方面智能家居控制器作為家庭網(wǎng)關(guān)，也為外部提供網(wǎng)絡(luò)接口，連通家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和外部Internet網(wǎng)絡(luò)，使得用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)等方式訪問家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)視和控制。此外智能家居控制器還應(yīng)當(dāng)具備自動(dòng)報(bào)警等功能，即當(dāng)發(fā)現(xiàn)報(bào)警信號(hào)如：有人惡意闖入，溫度超高等，控制器能立即處理并向用戶發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

　　智能家居控制器為系統(tǒng)的核心，可采用ARM嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，能夠自動(dòng)運(yùn)行、處理數(shù)據(jù)，通過RS485總線管理和控制各控制終端。并且控制器通過GPRS模塊，實(shí)現(xiàn)家庭系統(tǒng)與外部網(wǎng)絡(luò)的通訊，使用戶可以通過短信和互聯(lián)網(wǎng)等方式實(shí)現(xiàn)家庭系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制，同時(shí)，控制器還通過鍵盤和顯示屏為用戶提供人機(jī)界面，方便用戶實(shí)現(xiàn)本地控制?？刂平K端為單片機(jī)組成若干小的控制系統(tǒng)控制各家用設(shè)備，并通過控制總線將這些小的控制系統(tǒng)組成網(wǎng)絡(luò)，連接到智能家居控制器，受智能家居控制器控制。

　　智能家居控制器的具體功能包括：

　　家用設(shè)備的數(shù)據(jù)采集：采集家用設(shè)備包括室內(nèi)溫度，燈具家電，防盜門等設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)，經(jīng)控制器處理后反饋給用戶。

　　本地控制：用戶通過控制器上的鍵盤和顯示屏，對家用設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。

　　遠(yuǎn)程控制：遠(yuǎn)程用戶可以通過發(fā)送手機(jī)短信或通過互聯(lián)網(wǎng)對家庭系統(tǒng)進(jìn)行控制和查詢。

　　自動(dòng)報(bào)警：當(dāng)控制器檢測到非法闖入或溫度超高等報(bào)警信號(hào)時(shí)，及時(shí)觸發(fā)室內(nèi)報(bào)警裝置，并通過發(fā)送報(bào)警短信等方式及時(shí)通知用戶。

　　溫度查詢：用戶可以通過控制器查詢室內(nèi)溫度。

　　防盜門密碼設(shè)置：用戶可以通過本地或遠(yuǎn)程方式修改防盜門的密碼，在門外輸入正確密碼后才可打開門。

　　紅外家電控制：接收用戶命令，通過紅外發(fā)射電路控制電視、空調(diào)等紅外可控的家電設(shè)備。

　　其它燈具等開關(guān)量控制：接收用戶命令控制燈具等開關(guān)量設(shè)備。

　　智能家居控制器通過GPRS模塊，實(shí)現(xiàn)家庭系統(tǒng)與外部網(wǎng)絡(luò)的通訊為系統(tǒng)核心部分，解決以前智能家居系統(tǒng)瓶頸的關(guān)鍵技術(shù)。GPRS（通用分組無線業(yè)務(wù)）的簡稱，是在現(xiàn)有的GSM系統(tǒng)上新增新GGSN（網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)）和SGSN（服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)）節(jié)點(diǎn)發(fā)展出來的一種新的分組數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù)。GPRS與現(xiàn)有的GSM系統(tǒng)最根本的區(qū)別是，GPRS是一種分組交換系統(tǒng)，特別適用于間斷的、突發(fā)性的或頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)闹饕獌?yōu)點(diǎn)有：永遠(yuǎn)在線、按流量計(jì)費(fèi)、快速登錄、高速傳輸、覆蓋范圍內(nèi)不受限制（傳輸距離、地形、天氣等）、數(shù)據(jù)傳輸可靠等。

　　主要功能

　　·內(nèi)置若干路數(shù)字量（DIGITAL INPUT）輸入，可以是開關(guān)觸點(diǎn)（常開/常閉的安防探頭），也可以是脈沖信號(hào)（《500Hz，用來接脈沖輸出的遠(yuǎn)傳三表）。輸入方式可選擇，提供+12V的電源輸出，可以直接接入包括煙霧、瓦斯、門磁、紅外和求助在內(nèi)的安防探頭，同樣、水電煤三表的接入也會(huì)非常方便；

　　·內(nèi)置若干個(gè)RJ45接口的HUB，可以接入PC、Cable modem、ADSL Modem（可以內(nèi)置）、社區(qū)局域網(wǎng)、IP可視電話、數(shù)字機(jī)頂盒和其它信息家電，實(shí)現(xiàn)SOHO辦公；

　　·內(nèi)置網(wǎng)頁，可以通過Internet在遠(yuǎn)端實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理；

　　·支持TCP/IP和UDP互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，方便接入各種城市寬帶網(wǎng)絡(luò)；

　　·可以接收處理來自社區(qū)管理平臺(tái)和城市網(wǎng)管發(fā)送的數(shù)據(jù)廣播和短消息，并轉(zhuǎn)發(fā)給家庭無線遙控器顯示。

　　·基于 RS485協(xié)議的數(shù)據(jù)總線通訊接口是系統(tǒng)內(nèi)部通訊的統(tǒng)一接口，可以在此總線上接入無線收發(fā)和家庭自動(dòng)化控制模塊，從而實(shí)現(xiàn)多種通訊方式，在此總線上采用了統(tǒng)一供電的方式，使模塊接入更加容易；

　　·統(tǒng)一有線和無線的通訊協(xié)議，使接入模塊方式自由選擇；

　　·存儲(chǔ)家庭自動(dòng)化控制模式程序，包括直接控制模式（如開啟幾個(gè)回路的照明或是開啟一個(gè)大功率電器）、時(shí)間控制模式（按照一定的時(shí)間順序執(zhí)行某串控制指令）和邏輯控制模式（按照一定的邏輯統(tǒng)計(jì)關(guān)系作出相應(yīng)分析判斷）。

　　·在系統(tǒng)發(fā)生報(bào)警時(shí)，及時(shí)將警情傳送到社區(qū)管理平臺(tái)或有關(guān)部門，并將其存放在系統(tǒng)的歷史記錄中。