高端小区中智能化系统的应用

1．1课题背景l绪论信息技术的发展迅速，己深入人类牛活的各个领域，并对人类的居住环境和建筑业发展产生了巨大的影响，人们已开始追求充满信息技术、安全技术、高效节能、并具有丰富人文环境的绿色住宅【l】。不断加快的生活节奏，使人们有了掌握海量信息的需求，急需有一个方便快捷的系统平台，智能家居系统就是把人们从繁重的家务劳作和繁琐的家电操作中解放出来，并能自动协助人们生活的智能化系统。智能家居是信息技术和建筑的完美结合，其目标是使人们拥有安全、舒适、便利、节能、娱乐和优美的牛活环境，这是新世纪住宅发展的必然趋势。在20世纪80年代末的美国诞牛了智能建筑，并在美、日、欧及世界各地蓬勃发展，为人们的工作和牛活带来了很大便利，而20世纪90年代初出现的智能家居，则是真切切让人们感觉到了建筑智能化的实际功用。同时，智能家居节能环保的特性，正是可持续发展的基本思路，这进一步表明了智能家居的广阔应用前景和也孕育着巨大的市场潜力。目前，针对建立高效率、低成本和网络化的智能家居终端，国内外的许多公司都提出了相应的解决方案，中国国内市场相关产品还较少，国际上的产品价格较高且还没有进入国内市场，随着市场的高速膨胀，产生的商机将是非常巨大的。令人欣喜的是，第一代的国产嵌入式智能家居终端已经推出，日前正在向第二代过渡，国内的许多智能家居控制器都是基于RS-485协议的数据总线通讯方式，该总线通讯接口是系统内部通讯的统一接口，可以在此总线上接入无线收发和家庭自动化控制模块，从而实现多种通讯方式，在此总线上采用统一供电的方式，使模块接入非常方便。虽然，基于RS-485总线的系统结构并不先进，但由于其结构简单，布线方便，构成系统功能合理，所以本文深入研究了基于RS．485总线的智能家居系统。4山东大学硕士学位论文1．2研究意义随着信息技术的飞速发展，可以预见，不远的将来智能家居市场必将迎来它的繁荣发展阶段。但是，当前的智能家居产品大都功能贫乏，系统设计不规范，较难适应当前的发展形式，同时智能家居技术在我国还是刚刚起步，许多技术标准都还不统一，还有很多工作需要做。因此加强这方面的研究，如何选取合适的技术，进行合理的方案设计，进而组建一种符合我国国情的、具有自主知识产权的智能家居系统己成为当前智能家居领域中极富挑战的课题。本设计课题就是在这种背景下，经导师细心指导后选定的。1．3研究目标该试验着重研究智能家居功能的完备性，系统的合理结构，具体实现以下系统功能：(1)灯光系统实现自动识别需求和丰人的牛活习惯。(2)音乐系统实现联网设备共享并能独立工作。(3)安全防盗系统自动设防撤防，自动识别盗贼并采取必要的措施。(4)生活保证系统自动探测室内温湿度并进行实时处理。(5)牛态系统自动料理植物花卉，实现对室内环境的营养调节。根据室内情况决定空气的清新和消毒。(6)节能系统能够保证住宅整个能量利用的合理性，电能的合理分配：洗浴用水的利用；太阳能与其他能量的协调利用。1．4智能家居与智能建筑的关系社会的进步促使家庭环境发生了质的变化，家庭住宅需求的概念也发生了彻底变革：从追求宽敞豪华的居室空间向着享受现代化精神内涵与浪漫生活情趣的方向发展。这种思想的出现促使了智能建筑的出现，人们较早的了解了智能建筑的概念，但由于成本较高，所以一直未在家庭中应用，故智能家居的出现较晚。其实，智能家居是智能建筑的一种形式，是其功能的延伸与细化，有着智能建筑的固有特点。具体来说，智能建筑是从宏观上实现建筑的智能化，使孤立的建筑信山东大学硕士学位论文息瓦通，而家居是一个个与人们亲密接触的具体的建筑单元，它能够优化人们的居住环境，使住宅环保舒适。为了更好的说明智能家居与智能建筑的关系，下面介绍一下智能建筑的具体存在形式。智能建筑(IntelligentBuildiIlg，IB)是信息时代的产物，是随社会信息化和经济全球化应运而牛的，是现代高科技的结晶。智能建筑完美地体现了建筑艺术和信息的融合，大大改善了人类的居住和牛活环境【21。根据规模和用途的不同可以分为以下几种：智能大楼、智能广场、智能化住宅、智能化小区、智能城市、智能国家如图1．1所示(1)智能大厦智能大厦的基本框架是将BA，C八OA三个子系统结合成一个完整的整体，发展趋势则是向系统集成化、符理综合化和多元化以及智能城市化的方向发展，真正实现智能大楼作为现代办公和牛活的理想场所。国◇图1．1智能建筑的分类示意图(2)智能广场智能建筑将从单幢大楼转变为成片开发，形成一个位置相对集中的建筑群体，称之为智能广场((Plaza)。而且不局限于办公类大楼，还向公寓、酒店、商场、医院、学校等建筑领域扩展。(3)智能化住宅智能化住宅是指通过家庭总线(HomeDistributionSystem，HDS)把家庭内的FI黔|l山东大学硕士学位论文各种与信息相关的通信设备、家用电器和家庭保安装置都并入到网络之中，进行集中或异地的监控和家庭事务性管理，并保持这些与住宅环境的协调，提供工作、学习、娱乐等各项服务，营造出具有多功能的信息化居住空间。(4)智能化小区智能化小区是对有一定智能程度的住宅小区的笼统称呼。智能化小区的基本智能被定义为“家居牛活信息化、小区物业管理智能化、IC卡通用化”。智能小区建筑物除能满足基本生活功能外，还要考虑安全、健康、节能、便利、舒适五大要素，以创造出各种环境，从而使小区智能化有不同的等级。(5)智能城市在实现智能化住宅和智能化小区后，城市的智能化程度将进一步强化，出现面貌一新的信息化为特征的智能城市。可以看出，智能家居是智能建筑的一个组成部分，是智能建筑功能的延伸。智能建筑提供了巨大的系统互联环境，使得各个大厦之间紧密结合，协调控制，而智能家居则完成了住宅智能化的最后十米，真正的使人们感受到智能牛活的便利，故选取智能家居系统为研究对象有着深刻的意义。国内智能家居行业刚刚展开，各系统集成商之间的竞争也是日渐激烈，但是所提供系统的实际性能价格比还有待商榷。智能家居的各厂商的激烈竞争，产品多样，技术路线各异，没有统一的标准规范，相互之间无法兼容，导致系统构建必须固定一家厂商，无法形成合理的价格竞争机制，同时在系统更新换代方面严重受限，甚至会出现厂家倒闭，系统随之报废的情况。为了促进智能家居的健康发展，必须探索规范化、标准化的道路，类似于采用分布式控制系统，模块化组建系统，使各J‘家的产品遵循统一的接口协议，实现瓦用互换，所以本文系统构建采用了分布式控制系统结构并且模块化组建，根据统一的协议各模块独立工作互不影响，保证了系统的可靠性和功能的可扩展性。这不仅是智能家居系统的一次尝试，更是体现了智能家居系统设计合理结构的优越性，为以后产品研发提供了参考。山东大学硕士学位论文1．5本文的特色本文的特色在于不只是从理论上分析蜊述智能家居的系统构成，而且通过工程实例细致的描述整个研制实施过程，希望从实践中发现问题、解决问题，同时为我国智能家居技术的研究提供一些现场试验的资料素材。由于技术水平所限，试验采用的控制技术和通信方式并非先进，但是从系统结构形式上完全符合最新的发展趋势，能够较为真实的展现现实的状况。通过实践研究，对智能家居的现场实施过程、系统功能、以及软硬件的开发技术均进行了详细叙述，最后，从工程实际中提炼出经验教训，客观的进行了论述。1．6本文的实际工作由于智能建筑体系庞杂，内容繁多，工程集成商为了获得利润进行的商业炒作，以及工程习惯的影响，使许多问题被严重的误解。系统总线实现了整个住宅内的音乐设备共享、室内环境自动调节、家用电器的自动控制以及节能节水装置的自动运行等。具体的，根据掌握的技术水平进行了样板工程的设计与实施，亲历智能家居系统的实现过程，完成了以下具体工作：(1)RS_485总线技术多机通信方式：组建了智能家居系统样板工程控制网络。(2)智能家居控制器的研制：利用ATmega8单片机作为处理器，开发了控制模块。(3)环境参数采集模块：以AtlIlega8单片机作为处理中心，以各种传感器作为采集单元开发了信号采集模块。(4)学习型红外遥控器：可以现场学习红外遥控信号，系统智能控制相关家电。(5)随时洗漱温水供应装置：设计实施了一套基于太阳能和燃气锅炉的热水供应调温装置，有人在家时温水管自动循环，保证水温适宜。(6)家庭洗测后的污水回用装置：为了节约用水，将洗于、洗衣、洗浴等可利用废水，统一收集储存，处理后回用于冲洗马桶。山东大学硕士学位论文2．1智能家居概述2智能家居系统概述20世纪90年代初，美国、欧洲和新加坡等经济比较发达的国家先后提出了“智能家居”(SmanHome)的概念。通过家庭智能化技术，实现家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器和家庭保安装置通过家庭总线技术(HomeBus，简称Hb哪)连接到一个家庭智能化系统上，进行集中的或异地的监视、控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调。2．1．1智能家居的相关概念国家建设部住宅产业化办公室对于住宅小区智能化的基本概念是这样叙述的：“住宅小区智能化是利用4C(计算机、通讯与网络、自控、IC卡)技术，通过有效的传输网络，将多元信息服务与倚理、物业仟理与安防、住宅智能化系统集成，为住宅小区的服务与管理提供高技术的智能化于段，以期实现快捷高效的超值服务与符理，提供安全舒适的家居环境。”根据对数字社区和家庭自动化技术的长期跟踪开发与市场调研，结合目前家庭应用的实际情况，有关人士提出了一个的智能家居系统的基本概念，即通过综合采用先进的计算机、通信和控制技术，建立一个由家庭安全防护系统、网络服务系统和家庭自动化系统组成的家庭综合服务与毹；理集成系统，从而实现全面的安全防护、便利的通讯网络以及舒适的居住环境的家庭住宅。智能家居利用先进的计算机、嵌入式系统和网络通讯技术，将家中的各种设备通过家庭网络连接到一起。智能家居是以住宅为平台，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、服务、篱理于一体的高效、舒适、安全、节能、便利的居住和生活环境【3】o要完整论述智能家居，首先要对若干在智能家居发家居发展过程中有着重要影响的系统进行介绍。(1)家庭自动化：9山东大学硕士学位论文利用微处理电子技术，集成或控制家中的电子电器产品或系统，例如：照明灯、咖啡炉、电脑设备、保安系统、暖气和冷风系统、视频和音响系统等。它是智能家居的一个重要系统，在智能家居刚出现时甚至等同于智能家居。(2)家庭网络：家庭网络是在家庭范围内，将电脑、家电、安全系统、照明系统与网络相连接的一种新技术。它的发展趋势是将智能家居相关的各种设备与系统不断地融合进去，最终一统天下。(3)网络家电：利用数字技术，网络技术及智能控制技术将普通家电进行设计改进的新型家电产品。其未来的发展方向是充分融入到家庭网络中间去。(4)信息家电：信息家电(3C：Comput％Consum％Communication或IA：Info肿ationApplicalion)是一种价格低廉，操作简便、实用性强、带有PC主要功能的家电产品，是将电脑网络技术和通信技术与传统家电相结合的新产品。由此可见，家庭自动化产品、家庭网络产品、网络家电产品、信息家电产品实际上都是一种智能家居系统产品，它们有各自不同的产品特征，不能简单的将它们划等号。2．1．2智能家居的发展现状智能化住宅发展分为三个层次，首先是家庭电子化(HomeElectronics，HE)，其次是住宅自动化(HomeAutomation，HA)，最后是住宅智能化，美国称其为智慧屋(wiseHouse，wII)，欧洲则称其为时髦屋(CSmartHome，SH)，在我国称为智能家居或智能住宅。目前，智能家居在国内的发展己全面展开，不论是技术还是市场方面都出现了可喜的局面。近几年，在各大公司和媒体的强大概念宣传攻势下，智能家居行业逐渐形成，可用的、接近现实需求的产品不断增加，集成商、开发商以及装修公司己经积累了很多经验，也出现了大量具有实力的产品提供商。2005年12月17日，正值第七届中国住交会举办的第二天，由千家网丰办的第六届中国国际建筑智能化峰会上，揭晓了“2005年中国智