基于Internet的智能家庭网络控制器的实现.docx

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1、基于Internet的智能家庭网络控制器的实现caojing导语：随着智能建筑的迅速开展，家庭自动化系统在方便、高效、节能和平安等方面逐步完善。摘要：随着智能建筑的迅速开展，家庭自动化系统在方便、高效、节能和平安等方面逐步完善。设计了一种基于Internet的智能家庭网络控制器，上层实现Internet的互联，下层应用现场总线技术实现对底层设备的治理。其优越性在于充分利用Internet的互联性及现场总线的双向、串行、数字等特点，对家用电器进展监控治理、能源优化使用。关键词：Internet智能化CAN总线家庭自动化系统随着计算机、控制、网络、通讯、微电子和建筑等技术的不断开展完善，以及互相之

2、间的系统集成和有机结合，智能建筑已经成为当代建筑的开展方向。其中楼宇自动化系统BAS、办公自动化系统OAS和通讯自动化系统CAS已有成功应用。同时人们生活程度的进步，对住宅环境在舒适、平安、高效、节能和便捷等多方面提出了更高要求，因此家庭自动化系统HAS应运而生，它一方面实现对家庭设备网络的治理，另一方面与整个楼宇主控治理系统互联。对家庭网络的治理主要有：1对电器设备进展自动化监控，对能源进展优化治理与控制，如家电开关、空调调节、灯光控制、声音调节、温度控制、湿度控制、平安和保安治理及水、电、气三表自动计费和转账治理等。2对数字设备实现互联，内部家用网络接入设备之间局域网的连接，如计算机、多媒

3、体计算机、电视、摄/录像机、VCD/DVD和数码相机等娱乐设备。对外实现与互联网连接，实现远程监控、教育、医疗、存贷、购物等。目前已有多种HAS产品共存，主要集中在欧洲、美国和日本，根本采用DCS控制方案，但是各系统之间网络标准不一，互相兼容性差，详细可参阅文献资料。国内现处于开发研究起步阶段，很多问题亟待解决。1总体方案设计一般来讲，用户是逐个购置家用设备的。从信息化角度看，大多电器设备属于现场设备，不具备信息化条件，为“信息孤岛，数字设备那么具备了信息交换的根底。而设备功能的复杂性和多样性、设备间的相关性、用户使用的随机性及使用程度的不可预知性等，要求系统具有良好的开放性、可扩展性和较高的

4、智能化程度，系统可以自动调整以适应不同用户和多种环境需求。用户只需扼要地操纵配置，即可实现设备的“即插即用，自动识别设备的类型并建立与其相关的联络。从智能建筑的网络资料以及外设嵌入式联网的趋势持，楼宇局域网与Internet已经实现互联，有的Ethernet直接入户，充分利用现有标准和楼内已有资源，Internet的接入提供了条件，同时可以知足用户方便、快捷、简单地进展异地操纵，对家中设备远程查询、监控和治理。对于数字设备与Internet的互联及互相之间的局域网互联技术已经成熟，本文不再多述。针对家用现场设备分散且数目随机的特点，现场总线以双向、串行、多节点数字通讯等技术为根底构成的开放式、

5、数字化、分散化及智能化底层控制网络FCSFieldbusControlSystem，完全知足分布式和渐增式的控制要求。总线通讯协议的公开化，不同厂商消费的设备之间可以进展互联以实现信息交换。控制任务下载分开到现场智能仪表和装置设备中，并通过微处理器完成控制监测等算法，可实现测量控制一体化，进步整个系统的可靠性。基于上述分析，笔者设计了基于Internet的智能家庭网络控制器，总体方案如图1所示。以Internet/Ethernet直接入户为例，经双绞非屏蔽线接入用户家庭控制器HCUHomeControlUint，现场电路设备经过自身控制单元通过CAN总线与控制器连接。这样HAS作为一个信息处理

6、系统，为住宅内部各同等设备嵌入式统一控制平台，一方面对现场设备实现信息化，提供信息智能处理和通讯才能；另一方面又提供统一的信息交换接口及控制规那么，通过信息集成治理不同功能的子系统以及子系统互相间的信息交换，使住宅成为一个有机整体。2HCU硬件实现HCU的硬件构造原理如图2所示。控制器选用Intel高性能16位单片机80C196KC，在最小系统根底上，分别扩展了32KB数据存储器和程序存储器。X25045集看门狗定时器、电压监控和E2PROM5128bit于一体，用来存储记忆系统的一些根本参数，如节点个数、每个节点的特征参数、节点标识符及一些与节点相关的联络。串行实时时钟DS1302提供秒、分

7、、小时、日、月、年实时信息，且能根据月份和闰年情况自动调整月份和完毕日期。并行芯片8255扩展了45键盘接口，为用户设置、查询提供输入接口。点阵图形液晶显示器选用MGLS12864，字库由字模提取软件生成，存在EPROM中。HCU与下位机节点之间选用了规模较小、可靠性高、易于扩展的CAN总线，采用双绞线作为通讯介质。CAN总线接口选用了Philips公司消费的独立控制器82C200，其支持CANBUS物理层与数据链路层的所有功能，多主鸨，有成组和播送报文功能，总线访问优先权取决于报文标识符，有极强的错误处理才能，且配置灵敏允许局域网扩展。选用总线驱动接口82C250结合光电隔离，提供对总线的差

8、动发送和接收功能，实现各节点之间的电气隔离，以增大通讯间隔，进步总线瞬间抗干扰才能3。与Ethernet网的连接选用了基于Rabbit2000微处理器及Ethernet芯片开发的Rabbit2000TCP/IP开发工具箱，它是含TCP/IP协议栈的嵌入式开发系统4，提供了一个带有8位高性能的微处理器工作平台和动态C语言软件开发包。开发板提供1个与RS-232接口、1个与厂商配制的端口既可用于RS-485，又可用于RS-232、4个高速电流输出设备、4个数据输入设备、7个定时器、1个实时电池支持时钟和1个10Base-T以太网接口，并提供了TCP/IP协议的全部源代码，实现TCP/IP和RS-2

9、32之间互相转换，为现场设备的上网提供了软/硬件平台。对于现场设备需要开发相应的基于CAN总线的控制单元，这里不作介绍。在底层控制网络中，HCU和现场控制单元分别有自己的ID标志，由于采用CAN标准作为通讯协议，与节点在网络的地位一样，于是将HCU虚拟为主机，将现场设备虚拟为从机，响应主机的要求，执行相应流程，各节点之间也可以进展信息交换。3软件模块与协议系统软件主由监控、配置、网络治理和网络协议四局部组成，其中监控局部完成对家庭设备运行状态的控制和检测，及时显示且做相关处理，如故障报警、事件提示等。配置局部为用户提供更改系统和设备配置的人机接口，及时提示用户配置步骤及配置经过中的错误，用户可

10、以查询某一子系统的当前状态信息。网络治理帮助用户分析、治理和扩展网络，并进展故障诊断和故障恢复。网络协议实现TCP/IP到HASPHASProtocol互相间的转换，主要是数据流关系为TCP/IP到RS-232到CAN三者之间的互相转换。系统程序首先完成初始化定义，包括最小系统、X25045、DS1302、键盘定义及处理、LCD、CAN总线、Rabbit2000，然后进入循环监控状态。以水表计费扼要讲明，水表计费节点自动完成计费功能，当用户按下水费键键盘处理程序检测该键按下向水费节点发出费用指令水费节点响应命令返回当前费用控制器显示水费费用；用户使用密码通过Ethernet访问家中HCU发指令访问水费控制器响应且向水费节点发费用指令水费节点返回费用HCU通过Ethernet向用户返回当前水费情况。Internet的接入和智能化实现必然是HAS的开展方向，本方案的硬件平台及底层现场控制系统实验目前已经完成，正着手进展与上层网络的调试。该方案的优越性在于充分利用Internet的互联性及现场总线的双向、串行、数字等特点，实现了对整个家庭网络设备的优化治理。0