家庭自动化研究论文

摘要：网络的融合及终端智能化程度的提高，为个人监控通信的实现提供了条件。借助于M2M技术，软交换网络可以为个人监控通信提供理想的实现平台。基于软交换的网络架构和实现原理，个人监控通信系统可分为网络侧和用户侧两部分。网络侧设备包括软交换机、现场业务中心等，位于核心控制层和业务层；用户侧设备包括监控设备、现场设备、网关和现场控制平台，位于接入层和现场设备层。下面是小编为大家整理的《家庭自动化研究论文(精选3篇)》，希望对大家有所帮助。

家庭自动化研究论文 篇1：

浅析小区住宅防盗系统

摘 要 家庭自动化系统是适应现代生活对家庭功能逐渐增长的需求发展起来的一个系统，该系统的内容、构成和配置因国度、家庭的经济实力、家庭的知识结构以及个人喜好的不同而不同。因此，家庭自动化系统的配置与住宅小区的定位（安置型、实用型、舒适型还是豪华型）以及住户的类型比例（经济实力、知识结构等）有着密切的关系。

关键词 住宅小区 防盗报警系统 设计方案

一、家庭报警系统设计

家庭自动化系统是适应现代生活对家庭功能逐渐增长的需求发展起来的一个系统，该系统的内容、构成和配置因国度、家庭的经济实力、家庭的知识结构以及 个人喜好的不同而不同。因此，家庭自动化系统的配置与住宅小区的定位（安置型、实用型、舒适型还是豪华型）以及住户的类型比例（经济实力、知识结构等）有 着密切的关系。一般地，从结构上来讲，家庭自动化系统由家庭控制器、家庭布线、传感器/执行器等构成；每一个家庭控制器作为智能小区网络中 的一个智能节点，互联成网并上联至小区综合管理系统；从信息组成上来讲，家庭自动化系统包括语音信息、数据信息、视频信息以及控制信息等；从功能上来讲， 家庭自动化系统包括安防功能（可视对讲、防盗报警、火灾探测、煤气泄露报警、玻璃破碎探测以及紧急呼叫按钮）、控制功能（灯光控制、空调控制、门锁控制以 及其他家用电器的控制）。

家庭报警的防护区域分成两部分，即住宅周界防护和住宅内区域防护。住宅周界防护是指在住宅的门、窗上安装门磁开关；住宅内区域防护是指在主要通 道、重要的房间内安装红外探测器。当家中有人时，住宅周界防护的防盗报警设备（门磁开关）设防，住宅内区域防护的防盗报警设备（红外探测器）撤防。当家人 出门后，住宅周界防护的防盗报警设备（门磁开关）和住宅区域防护的防盗报警设备（红外探测器）均设防。当有非法侵入时，家庭控制器发出声光报警信号，通知 家人及小区物业管理部门。另外，通过程序可设定报警点的等级和报警器的灵敏度。

在当今高速发展的社会中，人们对自身所处的环境越来越关心，居家安全已成为当今小康之家优先考虑的问题。当您上班家中无人，或者仅有老人孩子在家，或者您晚上在家熟睡，您必须确保家庭成员和财产的绝对安全。

目前，众多住宅小区的安防防犯主要倚靠安装防盗窗、防盗门以及人工防犯。这样不仅有碍美观，不符合防火的要求、而且不能有效地防止坏人的侵入。现在 全国都在开展建设安全文明的小区活动，提出取消防盗网，“走出牢笼”的口号。因此为配合捷报花园的现代化管理，担当起整个小区的安全保卫，给住户一个安全 舒适的居住环境，本方案提供一套技术先进、性能完善的AURINE家庭报警系统，组成小区内的智能安全防范系统。AURINE作为一家专业电子安全服务公司，采用先进的科学技术，加以丰富的保安实际经验和知识，向社会提供各种超值安全设备服务，给用户带来安全和放心。

二、设计思想

在小区内的每个住户单元安装一台报警主机，住户可选择安装在住户门口、窗户处安装门磁、紧急求助按钮、烟感探头、瓦斯探头、三鉴探头等报警感知设 备，报警主机通过总线与管理中心的电脑相连接，进行安防信息管理，本系统具有远程报警功能，可选并联接打印机。如果发生盗贼闯入、抢劫、烟雾、燃气泄漏、 玻璃破碎等紧急事故，传感器就会立即获知并由报警系统即刻触发声光警报以有效阻吓企图行窃的盗贼，而现场保安系统的密码键盘立即显示相应报警区域，使您的 家人保持警戒；系统还会迅速向报警中心传送报警信息；报警中心接到警情后立即自动进行分辨处理，迅速识别判定警报类型、地点、用户，电子地图显示报警位置 并瞬间检索打印用户报警信息，中心据此派出机动力量采取相应解救措施；系统具备24小时防破坏功能并自我监视，一旦有任何被破坏的迹象也会即刻报警。总 之，无论白天黑夜，您离家在外还是在家休息，电子保安时时刻刻保护您的安全。这正是您能为您的家人、家庭、财产所做的最有效的安全防盗保护措施。

三、系统设计目标

通过在住宅内门窗及室内其他部位安装各种探测器进行昼夜控制，当监测到警情时，通过住宅内的报警主机传送至智能管理中心的报警接收计算机、接收将准确显示警情发生的住户名称、地址和警报类型、提示保安人员迅速确认警情，及时赶赴现场，以确保住户和人身安全。同时，住户也可通过固定式紧急呼叫报警系统，在住宅内发生抢劫案件和病人突发疾病时，向智能化管理中心呼叫报警，中心可根据情况迅速处理。

四、报警设备选型原则

防盗报警系统的设计应当从实际需要出发，尽可能的使系统的结构简单、可靠，设计时应遵循的基本原则如下：系统可靠必须高，即使工作电源发生故障，系统也必须处于随时能够工作的状态；系统应具备一定的扩充能力，以适应日后使用功能的变化；报警器应安装在非法闯入者不易察觉的位置，和报警器相连的线路最好采用钢管暗埋的方式进行敷设；传感器尽量安装在不显眼的地方，当受损时易于发现，且容易处理的场所；系统应当符合有关的国家和福建省地方标准，即集散型结构通过总线方式将报警控制中心与现场控制器连接起来，而探测器则分别连接到现场控制器上。在难于布线的局部区域宜采用无线通信设备；系统应尽量采用标准产品，便于日后系统的维护和检修。

五、系统组成

根据以上对家庭报警系统的要求分析我们选用AURINE生产的家庭报警系列产品，其系统组成如下：一是前端，系统住户前端由各种探测器、报警装置组成，它们用于提供探测范围内的各种报警信息。报警探测器，智能电子保安设备替代传统的防盗门窗是一个必然趋势，选择智能化电子保安系统是聪明住户和小区业主明智之举，具体而言，可在住宅各门窗均设置门窗传 感器，厨房设有煤气泄漏探测器，阳台周界设有主动红外线对射探测器，室内空间设有移动探测器、烟感探测器以及玻璃破碎探测器等。在室内根据布防要求，前端 选用各种类型的报警探测器：现场控制器，现场控制器或防盗控制主机是带微处理器的控制器，当它接收到现场的报警信号时，一方便对现场报警点进行操作和控制，另一方面向控制中心传送有关的报警信息，在控制中心的显示屏上显示出来或在控制中心的打印机上把有关的报警信息打印记录下来。二是传输，从小区内住户处接收的各种报警信息经过楼宇防盗服务器的收集，通过每栋的系统扩展器进行转换，利用总线传输到控制中心主机的报警主机，本设计系统采 用的总线为CAN总线，传输速率为30KBPS，整个报警系统采用独立开发的通信编码格式，并为其进行了适当地加密，从而保证整个系统在通信上的安全与可 靠，防止恶意的复制与侦测。三是控制中心。控制中心应由高档PC机、高分辨率的彩色显示屏、中英文打印机（可选）、不间断电源（可选）以及与现场控制器的通信联接器组成。此外，应有密码操作功能、图形功能、报警处理、报警、报表打印、资料处理功能。控制中心的主要功能是接受现场报警、显示及打印报警信息、显示报警现场平面图，报警点有明显的闪烁。

六、系统功能

家庭报警控制器是智能小区物业集成管理系统HI-IMS网络中的智能节点，既是家庭自动化系统的“大脑”，又是家庭与智能小区管理中心的联系纽带。该控制器是采用CAN总线技术开发的高性能控制器，功能模块化设计，技术先进、功能强、可靠性高，RAM内配置高能电池，具有防火、防盗、煤气泄露报警、紧急呼叫及多种控制功能，户报警信号有效、快速的传输到报警中心。

（作者单位：华中科技大学文华学院信息学部）

参考文献：

[1]王芳，马幼军.智能化住宅防盗防火报警系统设计[J].传感器技术，2002.21（10）：25-27.

[2]薛亮.适用于智能化建筑和小区管理的安防系统研究与开发[J]. 天津科技， 2009.36（1）：5.

[3]史纪元，黄忠义.无线防盗报警系统的设计[J].潍坊学院学报， 2005.5（6）：32.

[4]谢军峰.联网型智能小区防盗报警系统[D].成都：西南交通大学，2003.

[5]王守中.51单片机开发入门与典型实例[M].北京：人民邮电出版社，2007.

[6]周兴华.手把手教你学单片机[M].北京：北京航空航天大学出版社，2008.

作者：闻世玉

家庭自动化研究论文 篇2：

基于软交换的个人监控通信

摘要：网络的融合及终端智能化程度的提高，为个人监控通信的实现提供了条件。借助于M2M技术，软交换网络可以为个人监控通信提供理想的实现平台。基于软交换的网络架构和实现原理，个人监控通信系统可分为网络侧和用户侧两部分。网络侧设备包括软交换机、现场业务中心等，位于核心控制层和业务层；用户侧设备包括监控设备、现场设备、网关和现场控制平台，位于接入层和现场设备层。通过基于软交换的个人监控通信系统可以实现家庭自动化、公共服务、资源调度、安全监测以及社群互助等多种人机通信业务。随着机器智能的提高和网络的融合，将来个人监控还会不断完善和发展，极有可能成为未来通信的主流业务之一。

关键词：软交换；个人监控；现场消息代理；设备描述；富通信

Key words:Softswitch; personal monitoring and control; field message agent; device description; rich communication

现代通信和信息技术正朝着宽带化、无线化和智能化不断演变，这种演变给人们的生活和工作带来前所未有的方便和快捷，使人与人之间的信息交流变得更加畅通和丰富多彩。随着互联网向IPv6过渡，移动通信网络向3G甚至4G过渡，现在正处在一个通信和信息网络更新换代并走向融合的关键时期，以软交换为核心的NGN将逐步替代传统的电话交换网络，并为信息互联网、通信网及电视广播网的融合(三网合一)提供统一的智能网络平台。

以往的技术侧重于诸如计算机等信息设备的互联和人与人之间的通信，并且朝着各自独立的方向进行演变，发展成为目前以互联网为代表的信息网络和用于人与人沟通的固定或移动通信网络。伴随着网络技术的融合与创新，大量不同用途的设备与人共处在同一个网络之中，特别在一些自动化程度较高的环境，不同设备之间需要互联互通、协同工作，自然产生了M2M(即人与机器或机器与机器间)直接通信的需求。另一方面，随着IC产业的不断发展，系统集成度越来越高，更多的终端尤其是消费电子设备已具备嵌入式计算能力，终端的智能化使得终端间直接通信成为可能。有研究表明，未来用于人对人通信的终端可能仅占整个终端市场的1/3，而更大数量的通信是基于M2M的通信业务。

1 M2M技术

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)。有别于人与人之间的通信，M2M通信本质上是面向机器的，主要存在以下3种方式：

·人对机器(Man to Machine)，主要是完成用户向机器的发送调节参数、控制指令，并由机器解释执行，通常和第二种方式配合，实现遥控或远程监控等功能。

·机器对人(Machine to Man)，该类型业务主要是指机器向用户主动上报通知消息或播放媒体流，如远程监视、监听、测量、故障报警等等。

·机器对机器(Machine to Machine)：该类型的业务主要用于机器间自动化通信与数据交换，如自动测量与控制、数据采集与传输、状态跟踪等。

无论哪一种M2M通信应用，都涉及到4个重要的技术部分：机器、通信网络、网关和现场消息代理，如图1所示。

1.1 机器

实现M2M通信的第一步就是要让机器具备“听/说”的智能，使机器拥有信息感知、加工、处理和通信的能力。

机器分两种，一种为具备通信、联网能力的智能设备，另外一种是原有的大量处于信息孤岛的“哑”设备。对于后者，需要进行改造或者添加辅助设备，如采集数据的I/O设备、调制解调器、无线收发装置等，使其具备通信和联网的能力。不论是智能设备还是“哑”设备，参与M2M通信的机器一般应包括如下部件：

·传感器，负责监测区域内信息的采集与数据转换；

·处理器，机器的“大脑”，是整个设备自动化操作的控制中心，存储和处理传感器采集的数据，并控制执行机构的动作；

·执行机构，充当机器的“手臂”，执行处理器的指令，完成对现场设备的控制，如继电器的离合，各类监测参数的设置、控制等；

·通信模块，负责与网关或其他机器的通信和联网，交换控制消息和收发采集数据。

1.2 通信网络

通信网络在整个M2M技术框架中处于核心地位，负责在机器间或人与机器之间传送音频、视频以及控制、测量等数据信息。

M2M通信网络分两部分，一部分是用于M2M远程异地通信的传输网络，可以是公众网络，如公共交换电话网/综合业务数字网、公众陆地移动网(PLMN)、广电网、Internet以及融合的NGN等，也可以是通过数字分组网(DDN)、帧中继等租用线路构筑的企业信息网络。另一部分是由各类机器组成的网络，典型的通信联网技术有以太网技术和应用于工业自动化领域的各类现场总线技术^[1]。另外，在一些不易布线或不适合重新布线的环境下，也可利用已有线路如电力线、电话线或无线方式来进行组网。由于现场环境复杂，应用也千差万别，有时光靠一种技术不足以满足需求，需要多种技术并用，协同构筑现场网络，如表1所示。

1.3 网关

网关是M2M系统中的“翻译员”，负责将机器组成的现场网络接入公众网或其他远程传输网，实现包括桥接/路由、协议转换、地址管理和转换以及防火墙、虚拟专用网(VPN)连接、QoS管理、编解码等在内的各项功能。

按照集成功能的不同，M2M网关分为专用型和综合型两种类型：

专用型网关是指在现场网络中为实现某一类M2M业务而设置的与外部网络互联的设备。例如，在家庭或办公环境中，具有路由功能的ADSL调制解调器、支持VoIP的综合接入设备(IAD)、机顶盒等都可看作是专用型网关。在工业自动化领域，连接企业信息网络和现场总线控制网络的各类现场网关也属于专用型网关。

综合型网关则是集成接入、业务、控制及管理等功能于一体的智能设备，不仅负责实现M2M业务与外部网络互联互通，而且在现场网络中还充当控制中心的作用。目前应用在家庭网络中，实现集成语音、视频和数据(或控制)的三重播放(Triple-Play)业务网关是比较典型的综合型网关。

在许多M2M应用环境，由于大量“哑”设备的存在，需要网关兼做这些设备的智能代理，负责与其他机器的通信、联网，并对这些设备进行控制和管理。可以预见，综合型、智能化将是未来M2M网关发展趋势。

1.4 现场消息代理

现场消息代理是M2M系统的核心控制部件，可分为现场代理和消息代理^[2]两个功能模块。现场代理负责发现、更新、存储和发布现场网络中机器的设备描述信息，维持机器的即时状态，并实现对机器的认证、访问控制、安全等策略管理。消息代理负责机器间消息的存储转发及会话控制管理，完成M2M消息交互通道及相关媒体传输通道建立、修改和释放。

M2M通信业务分为会话型和消息型两类，会话型包括监听、监视、测量等实时监测类业务，具有时间持久性。消息型包括检索、控制、故障告警、设备状态上报及定时测量类业务，属于瞬时性业务。作为M2M通信的控制中心，现场消息代理需要这为两类业务的实现采取不同的处理机制。

对于仅发生在现场网络内的M2M通信，现场消息代理可以与网关或现场控制平台合设，负责本地M2M消息的分发及完成消息交互控制。

对于远程M2M通信，现场消息代理可以作为一个独立的设备架设在公众网络，也可以与公众网络中的原有的事务控制服务器如智能网控制设备、呼叫代理或即时通信服务器等合设。

2 软交换中的个人监控通信

软交换的最大优势在于实现了网络和业务的融合，可以向用户提供全新的基于多种媒体形式、多种内容和能力的“富通信功能”(Rich Communication)。

作为富通信的一种延伸，将M2M技术引入软交换，可以使大量的智能终端或设备成为软交换网络的直接用户，具有巨大的市场潜力和应用前景。目前比较现实的应用就是个人监控通信，即借助于软交换的业务能力，面向大众用户提供诸如个人远程监视、控制、告警、测量等多种人机通信业务。

2.1 逻辑实体与消息定义

一般地，个人监控通信应该具备以下几个逻辑实体：

消息代理，位于核心控制设备，负责监控类消息的路由、分发及交互控制。

现场代理，位于业务控制设备或核心控制设备，负责现场控制域内各机器测量信息、设备描述信息及访问控制信息的存储、分发与管理。

机器代理，位于监控设备、现场设备、网关或现场控制平台，负责上传/下载设备描述信息，发起/接收控制指令和测量及状态等信息，是各类监控消息的起点或终点。

各个实体依据网络规划，部署在不同的物理设备中，构成个人监控通信网络的主体。实体间通过消息交互实现特定的监控业务。各逻辑实体组成关系如图2所示。

按照个人监控通信的特点，监控消息分为查询、订阅/通知、控制以及上传/下载等几类消息，并定义了3种消息交互模型：

查询模型，如图3所示采用“拉(PULL)”模式，由查询者发起，向机器代理或现场代理请求传递各类监测信息及控制参数，适用于对设备状态及测量信息的查询和设备描述信息及访问规则的下载。查询者可以是机器代理，也可以是现场代理。

通知模型，如图4所示采用“推(PUSH)”模式，由机器代理触发，经现场代理向订阅者传递监测信息或控制参数，适用于各类告警通知及定时测量任务。该模型的实现分为两个过程，一个是订阅过程，由订阅者按照预先设定的条件定制机器代理所提供的各类信息；另一个是通知过程，当设备状态及测量信息或设备的描述信息更新时，机器代理向现场代理发出通知消息，并由现场代理向各个订阅者进行分发^[3]。订阅者可以是机器代理，也可以是现场代理。

控制模型如图5所示，由命令者发起，并接受现场代理的安全及访问控制，终结于机器代理，适用于对设备的远程控制和参数调节。命令者只能是机器代理。

2.2 设备描述技术

个人监控通信系统作为一个开放的系统，允许不同用途、不同厂商设备的接入，这样系统的可扩展性和不同设备间的互操作性就显得尤为重要。在工业控制领域，设备描述技术以及组态方法被广泛使用，用于增强系统的灵活性、可扩展性和设备的互操作能力，作为应用的延伸，这类技术同样可以应用到个人监控通信系统中，解决其所面临的问题。

设备描述是对现场设备的一种明确的、无歧义、结构化的文本描述，在个人监控通信中，也包括对现场控制平台或网关设备进行描述。设备描述可以看作是设备的驱动程序，通过它，使用者可以获得被控设备所具备的现场执行能力、测量参数、控制参数、通道定义以及据此生成的界面描述、语音提示、通信格式等等。

设备描述是分层定义的，如图6所示。第一层为基本参数描述，定义所有设备都必须有的公共属性参数，如设备标识、设备名称、类型、版本、生产厂商等；第二层为设备资源描述，定义设备的资源描述参数，如通道资源、通信协议等；第三层为功能描述，定义表征设备功能的各种参数，如命令操作码、响应码、参数类型、量程、上下限以及功能说明等。

为描述各种设备特征，定义了简单型、结构型和数组型3种设备参数。简单型是最基本的参数结构，包括参数标识、类型、上下限等，当使用两个或两个以上的简单型参数定义一个设备特征时，就构成了结构型参数。

设备描述由设备描述语言(DDL)实现，并由特定的设备描述解释器来解释执行。个人监控通信采用可扩展性标记语言(XML)为设备描述语言来实现设备描述。XML是一种标准的结构化网络标记语言，它采用文档类型定义(DTD)或模式(Schemas)来定义XML文件结构；使用可扩展性式样语言(XSL)来规范文件内容在各种载体上的显示；使用可扩展链接语言(XLL)处理XML文件的链接关系。XML的这种丰富、灵活的自我描述方法可以充分满足个人监控通信的设备描述需求。

2.3 实现原理

面向业务融合的软交换网络，由于采用的是业务、控制和承载分层的架构体系，为个人监控通信提供了理想的实现平台，网络架构如图7所示。

与其他通信系统一样，用于个人监控通信的设备可划分为网络侧和用户侧两部分。网络侧设备包括软交换机、现场业务中心等，位于网络的核心控制层和业务层；用户侧设备包括监控设备、现场设备、网关和现场控制平台，位于网络的接入层和现场设备层。

现场设备层是个人监控通信网络所特有的，主要实现现场设备的控制、管理及组网功能。这现场设备层中，现场控制平台是最重要的网络实体，负责接入现场设备，并对其进行控制和管理，实现机器代理功能。在具有多个现场设备的环境下，依据应用场景、现场环境和资源组建现场网络。

现场网络可以采用不同的技术来实现，例如基于现场总线技术的现场总线网络、无线局域网络以及基于ZigBee技术的无线传感器网络等等。

控制层中的软交换机，是整个网络的核心设备，具备强大的信令消息处理能力。实际上，软交换中的会话控制模型也就是个人监控通信中消息代理所要实现的模型，利用其实现个人监控通信的各类消息交互与事务控制。现场业务中心位于业务层中，与软交换机交互，实现现场代理功能。现场业务中心是可选部件，现场代理功能也可借助其他业务提供服务器，如即时消息/呈现服务器(IMPS)来实现。

在个人监控通信中，获取现场设备的描述信息是最为关键的一步。设备描述信息位于现场设备中，在机器上电时，发出注册消息通告给网关或现场控制平台，并通过远程网络上报给现场业务中心。对于“哑”设备，可以直接在网关或现场控制平台为其定制设备描述信息。

异地用户通过监控设备下载位于现场业务中心的设备描述信息，来获取对远程设备的控制与监测能力。设备描述信息也可以采用订阅的方式，由现场代理自动通知用户所使用的监控设备，及时进行信息更新。

当获取到设备的描述信息后，用户就可以对远端的现场设备发出对方能正确识别的监测或控制指令，进入个人监控通信过程，如图8所示。这个过程一般分为如下几步：

·用户通过监控设备向现场设备发出监控指令，指令经由机器代理依据设备描述信息进行编码、封装后被发送至软交换。

·软交换机中的消息代理对监控消息进行分析，并向现场业务处理中心查询现场设备的访问规则及安全策略。

·执行现场设备的策略，这个策略也可能是网关或现场控制平台的策略，然后软交换机将消息转发至现场设备所属的网关/现场控制平台。

·网关/现场控制平台对软交换机发来的消息进行解码，根据设备通道、命令操作码、参数值等，向相应的现场设备分发监控指令。

·网关/现场控制平台通过软交换机向用户报告指令执行情况，返回响应码、测量值等。

·如果是实时监测过程，监控设备与现场监控平台还需在软交换机的控制下，建立起实时信息流(文本、音频、视频或其他数据流)通道。

对于通知模式下的个人监控通信，用户需要先在现场业务中心进行登记，通过访问及安全控制后，订阅现场设备的某些状态或测量信息。在整个订阅期间，现场设备会通过现场业务中心向所有订阅用户主动提供状态或测量信息。用户可以延长订阅时间，也可在订阅期未满的情况下取消订阅。

3 应用分析

个人监控通信作为面向大众用户提供的一种人机通信业务，是对人与人之间个人通信的有益补充，在家庭自动化、公共服务、资源调度、安全监测及社群互助等领域具有广阔的应用前景。

·家庭自动化是个人监控通信最主要的应用领域。在一个智能家居系统中，家庭各类设备(包括信息设备，通信设备，家电设备，安防设备及水、电、气、热表等)实现内部联网，并通过家庭网关接入远程网络，通过远程或本地的监控设备，实现家庭自动化业务^[4]。这些业务包括：

·家电控制与监测，如空调、冰箱温度的调节与控制，窗帘的开合，电视和录像设备的控制，灯光控制等等。

·家庭安全防护，包括视频监控、防火、防盗、防气体泄漏的报警、监测与控制等。

·三表抄送，包括水表、电表、燃气表及其他家庭计量设备中数据的自动读取与远程抄送。

现在中国刚刚批准的两项涉及家庭网络的标准，一个是信息技术资源共享协同服务标准(IGRS)^[5]，主要针对的是家庭信息设备，为这些设备间的智能互联、资源共享与协同服务定义了协议标准和应用框架。另一个是数字电视接收设备与家庭网络平台接口标准(e家佳)^[6-9]，针对家庭各种电器、照明设备、安防设备及基础设施，定义了家庭网络的体系结构、主网与子网协议及自动控制标准。这两个标准，尤其是后者，为个人监控通信在家庭自动化的应用提供了可靠的参考模型。

在公共服务行业，人们需要对一些服务信息进行及时了解。传统情况下，人们通过电话咨询或上网查询的方式来获取信息，往往一些关键的信息不能查询或者信息已经过时，比如火车站列车到站情况、航班情况、票务情况、商场商品及价格信息等等。如果能将提供这些信息的Web系统纳入到个人监控域，用户根据需要订阅相关信息，并在更新的时候及时得到通知，会使信息的准确性和时效性大大提高。比如，用户可以订阅某日某次列车的票务和站务信息，及时获知每日票务情况，并全程跟踪当日列车在各站的到站时刻，预知到达本站的时刻以及是否晚点，为出行做出参考。个人监控通信也可应用在音、视频内容传送领域，例如医院、学校课堂、培训中心、运动会场、庆典礼堂等等。在这些现场架设音、视频服务器，通过内容传送网络(CDN)技术，向所有订阅者或服务成员实时传送图像、音频、视频等多媒体信息，提供远程医疗、家庭看护、远程同步教育、实况转播等业务。

实际上，作为一个开放的系统，个人监控系统中的每个用户既可以是业务的消费者，也可以是业务的提供者。尤其是当个人设备大量接入监控网络时，这种开放性所体现出来的优势将更加明显。用户可以在一个好友列表或虚拟社群中，构建自己的远程互助网络，享受诸如紧急救助、远程设备维修、远程拍摄与实时传送等业务，实现“人人为我，我为人人”的美好愿景。

4 结束语

随着以软交换为核心的NGN向宽带化、智能化及无线移动化方向的不断演进，网络会逐渐融合，以语音为主的通信时代即将终结，多媒体、多能力和多种内容的富通信会成为主流^[10]。而且，终端的智能化程度越来越高，计算机、通信及消费电子(3C)融合也成为可能，人们不再满足于人与人之间的通信，人与机器间的直接通信将成为新的交流形式。

现阶段，作为人机通信的一种典型业务，面向大众用户的个人监控还处于起步阶段，目前还停留在私网或封闭的系统中，如智能小区，监控业务仅限于本社区，不具备远程能力；再如汽车防盗监控系统，虽然使用了移动网这类公众网络，具有远程通信能力，但它属于一个专用的系统，实现成本太高，不具备推广价值。国内外各大组织机构已经制订了若干项关于监控类通信业务的协议和标准，这为个人监控通信的规模发展和应用提供了有力的保障。随着机器智能的提高和网络的融合，个人监控会得到不断完善和发展，极有可能成为未来通信的主流业务。

5 参考文献

[1] 冯冬芹, 黄文君, 等. 工业通信网络与系统集成[M]. 北京: 科学出版社, 2005.

[2] 中国通信标准化协会移动互联网应用协议特别组. 无线监控系统中消息代理与远程终端单元接口规范(报批稿)[S]. 2004.

[3] DAY M, ROSENBERG J, SUGANO H. IETF RFc 2778A model for presence and instant messaging[S]. 2000.

[4] ITU-T J.192 A residential gateway to support the delivery of cable data services[S]. 2004.

[5] SJ/T 11310—2005 信息设备资源共享协同服务, 第1部分:基础协议[S]. 2005.

[6] 家庭网络标准工作组. SJ/T 11316—2005 家庭网络系统体系结构及参考模型[S]. 2005.

[7] 家庭网络标准工作组. SJ/T 11317—2005 家庭网络设备描述文件规范[S]. 2005.

[8] 家庭网络标准工作组. SJ/T 11312—2005 家庭主网通信协议规范[S]. 2005.

[9] 家庭网络标准工作组. SJ/T 11314—2005 家庭控制子网通信协议规范[S]. 2005.

[10] ALESSO H P, SMITH C F. 智能无线网[M]. 吴东升,等译. 北京:清华大学出版社, 2004.

收稿日期：2005-12-27

作 者 简 介

廖碧成，重庆邮电大学硕士毕业。工作于中国电信集团重庆市电信有限公司，长期从事通信与信息处理、多媒体通信与信息服务等专业的研究。现为重庆市信息化领导小组专家咨询组成员，重庆邮电大学特聘教授、硕士生导师。

作者：廖碧成

家庭自动化研究论文 篇3：

基于Ｚｉｇｂｅｅ实现的家庭遥控技术

[摘要]在分析目前家庭自动化中遥控器现状的基础上，提出采用Zigbee无线技术实现统合遥控器方案，利用红外管直接控制现有设备的方法，给出统合遥控器的软硬件实现方案。试验结果为对各个设备的控制延时都在1秒以内，由此我们可以认为采用zigbee无线技术的统合遥控器可以满足遥控器的性能指标要求。

[关键词]Zigbee 遥控器 统合遥控器 无线通信技术 家庭自动化

一、引言

随着计算机技术、控制技术和通信技术的发展，家庭自动化在过去的十年中获得了巨大的发展，人们对家庭自动化提出了更高的要求。在家庭自动化系统中遥控设备扮演着至关重要的脚色，现在遥控器几乎是每个家庭不可或缺的设备，而且家庭中的遥控器的数量还在不断的增多，其数目甚至多达十几个，因此使用时就会出现错用遥控器或者发现某些遥控器由于长期不用而导致找不到或者电池已经耗尽的事情发生，给使用者带来麻烦。如果能够使用一个遥控器来遥控家庭中的多个设备甚至所有设备将会给用户带来很大的便利，本文在这样的背景下提出了采用zigbee技术对电视、音响、DVD、灯光等统合，以期实现家庭遥控器的统合。

二、1ZigBee技术简介

ZigBee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术，它是一种介于RFID技术和Bluetooth之间的技术提案。ZigBee 的物理基础是IEEE 802.15. 4 ，这是由IEEE 无线个人区域网工作组制定的称为IEEE 802. 15. 4 ( ZigBee)的技术标准[1]。

（一） ZigBee 技术的主要特点包括以下几个部分

◆ 低数据传输速率。只有10～250 kbps，分别提供250 kbps (2. 4 GHz) 、40 kbps (915 MHz) 和20 kbps (868 MHz) 的原始数据吞吐率,满足低速率传输数据的应用需求。

◆可靠性高：采用了碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突。

◆ 低功耗。低功耗模式下，两节普通5号电池可使用6个月以上，免去了充电或者频繁更换电池的麻烦。这也是ZigBee的支持者一直引以为豪的优势。

◆ 低成本。ZigBee数据传输速率低，协议简单，大大降低了成本，现在带有MCU的Zigbee芯片的价格已降至4美元左右，且ZigBee协议免收专利费。

◆ 网络容量大。每个ZigBee 网络最多可支持65534 个设备。

◆ 时延短。通常时延为30 ms以内。

◆ 近距离。有效覆盖范围为10～100米 ,具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定,能够覆盖一般的家庭和办公范围。

◆ 工作频段灵活。使用的频段分别为2. 4 GHz 的16个频段、868MHz (欧洲)的单个频段以及915 MHz(美国)的10个频段，这些均为免执照频段。

基于上述特点,ZigBee 主要应用在短距离范围之内并且数据传输速率不高的各种电子设备之间。其典型的传输数据类型有周期性数据(如传感器数据) 、间歇性数据(如遥控器)等 。

（二）ZigBee统合遥控器原理

IEEE802.15.4规定了ZigBee网络的拓扑结构，ZigBee联盟定义了ZigBee网络的实现方法[2]。由于在家庭使用范围不大所以组网不需多层的路由，只需要组建简单的星型网络就可以满足实际的需要。在该结构下所有的终端设备都联接到同一个协调器上，而终端设备之间的通信必须通过协调器中转来实现。根据ZigBee specification v1.0的APS层的规定[2]，可以将一个或多个终端设备绑定到某个设备上，这样这个设备就可以和与之绑定的所有设备进行一键式通信。如果将这个设备作为遥控器，就可以实现一个遥控器遥控多个设备。由于所有设备都会收到相同的信息，这样每个设备还需要进一步的判断发过来的控制消息是否符合自己的控制信号，不符合则丢弃，符合则采取相应的处理动作。判断是通过zigbee specification V1.0的APS层规定的cluster ID和Atrribute ID 来实现的。其原理框图如图1所示。

根据规定在使用之前需要将遥控设备和被遥控设备都绑定在一起，绑定好以后遥控设备就可以对被遥控设备进行遥控操作。由于ZigBee协调器是动态的分配设备的网络地址，所以不可以采用动态的网络地址来绑定设备和遥控器，而是采用设备的64位IEEE地址将遥控设备和被遥控设备绑定在一起。在协调器上通过将遥控设备和被遥控设备的绑定表写到非易失的存储器中如FLASH或者EEPROM，来保证在掉电后仍可以绑定的信息，而不需要每次断电都需要重新绑定设备。由于在绑定操作过程需要人参与操作而且具有时间限制，这样就可以最小限度的避免受到其他同类遥控设备的干扰（因为收到不是和自己绑定的遥控设备来的信号会被认为是不合法而被丢弃）。

（三）ZigBee统合遥控器实现硬件实现

ZigBee遥控器采用Freescale的MC13213芯片[3]，芯片集成了射频和MCU， MC13213工作在2.4G的公用频段下，带有片内60K的FLASH、32个具有上拉功能的IO口，一个IIC口、一个SPI接口以及2个SCI接口，这样单芯片便可以实现整个ZigBee的功能。由于现在还没有支持ZigBee的具体设备（电视机、DVD、音响等），所以在设计过程中我们采用了红外管发送相关设备的红外控制信号来实现对设备的控制。

1．遥控器端：现阶段我们只试验了有限的遥控功能，而没有实现现有遥控器的所有功能，因此只采用了4个按键。按键1是设备选择按键，该按键负责选择将要操作的设备（电视机、DVD还是音响）；按键2是控制各个设备电源的开关，采用切换的方式；按键3对于不同的设备有不同的功能，对于电视机是节目上调，对于DVD是播放，对于音响是音量调高而对于灯则是调亮；按键4对于不同的设备也有着不同的功能，对于电视机是节目下调，对于DVD是停止播放，对于音响是音量调低而对于灯是调暗。当按键按下时MC13213处理按键信号，根据当前的设置发送相应的信号，同时将结果显示到LCD上。

2．设备端：接收到遥控信号，首先判断遥控信号对本机是否有效，如果信号有效通过红外管发送对应的红外控制信号来控制设备，同时向遥控端返回控制成功的信号，如果控制信号无效，返回无效的控制信号。

软件实现：根据ZigBee协议规定，ZigBee设备必须在加入网络以后才能执行zigbee协议规定的网络操作[2]。所以在ZigBee设备启动后对自己的一些配置作了相关的初始化以后就开始搜索网络并加入一个合适的网络。这个工作对于采用已经完全实现的网络层协议栈来说，用户只需完成一些配置工作就可以，因为协议栈已经将这一功能集成在其中了；对于只采用集成的MAC层协议栈的用户来说必须自己管理设备加入网络以及对网路操作的相关功能。对于本文中的遥控设备对来说，在操作之前还需要完成设备之间的绑定操作，绑定操作需要待绑定的设备都已经加入网络以后才可以执行。绑定过程对于不同的设备有这样几种绑定方法：

（1）绑定一个新的设备到其他设备上。需要同时在两个设备上发送绑定信号。

（2）更改绑定信息。首先要将已经绑定的信息删除后再重复方法1，删除绑定信号可以由绑定设备或者被绑定设备向协调器发送一条解绑定信号来实现设备间的解绑定。

（3）已经绑定过的设备。在复位以后可以先读取绑定表的内容，来确定是否需要进行绑定操作，如果绑定表中已经存在了需要的绑定条录，就不需要执行绑定操作，只要从协调器读取绑定条目就可以了。在绑定结束以后就可以通过遥控设备来控制相关的设备了。

三、结语

本文给出了家用统合遥控器的设计和解决方案。试验结果：电视的遥控延时在0.5S左右（从按键按下到电视执行了相应的动作）；DVD的遥控延时为1S左右（从按键到DVD执行了相应的动作）；灯的遥控延时小于0.5S（按键按下灯立刻就亮），音响的遥控延时在1S左右，操作距离为隔墙25米，直视遥控距离可以达到50米。（手不能完全遮盖天线部分，否则距离将严重缩减）。虽然这只是一个简单的试验，试验的结果足以显现采用zigbee技术的统合遥控器的优点，在此我们可以预测在不久的将来采用zigbee技术的统合遥控器将成为家庭遥控器的主角。

作者简介：

汤海，男，硕士，研究方向：嵌入式技术，职称：助教。

杨峰，男，硕士，研究方向：嵌入式技术，职称：助教。

作者：汤　海　杨　峰