基于PLC的智能家居控制系统-[兼容模式]

2012-12-23基于电力线载波（PLC）的智能家居控制系统西安电子科技大学楼顺天智能家居智能家居智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施进行集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。2012-12-232012-12-232012-12-23内容提要系统特色系统架构控制主机手持机单元门口机PLC调制解调器室内电子设备室外电子设备网上之家远程终端2012-12-23概述概述智能家居控制系统是一个集电力线载波通信、无线传输和网络传输技术于一体的、具有人性化、智能控制功能的复杂系统。2012-12-23概述－系统特色概述－系统特色移动门禁：将室内机变成便携的平板电脑或智能手机，可以在客厅、卧室、厨房、卫生间使用，实现移动门禁的功能，让您的生活掌握在手中；2012-12-23概述－系统特色概述－系统特色悠闲生活质量：系统预先设置了多种场景：普通模式、休闲模式、娱乐模式、就餐模式、休息模式、外出模式、陪护模式等，可以通过平板电脑或智能手机对家庭环境实现一键式控制，提高生活质量；2012-12-23概述－系统特色概述－系统特色家在手中：无论你是在办公室，还是出差在外，你都可以通过广域网访问控制主机，可以与单元门口机进行音视频联络和开门操作，可以通过传感器获取家里温度、湿度、气味等状况，也可以控制家里的用电设备：如电灯、空调、窗帘等，将整个家展示在你的面前，轻松操控；2012-12-23概述－系统特色概述－系统特色老人陪护：当老人单独在家时，你是否很想回家去看一看？你随时随地可以通过广域网访问控制主机看到老人的状况，并与老人视频对话，给老人莫大的安慰；2012-12-23概述－系统特色概述－系统特色声控电灯开关：为了照顾不方便的老人和小孩，可以专门提供具有自学习功能的声控开关，通过电力线接入控制主机，采用语音识别技术实现开灯、关灯，结合人体传感器可以实现自动开灯和关灯；2012-12-23概述－系统特色概述－系统特色家庭防盗：小偷经常采用门禁系统踩点，当你家里没有人在时，给小偷提供了绝佳的机会。系统在家里没有人时，会将访客呼叫通过网络直达主人的手机或计算机，让主人作出应答，给访客留下有人在家的感觉；当全家人都外出时，可以通过控制主机设置成防盗模式，这样当家里有人进入时，会触发人体传感器通过控制主机通知主人，主人可以通过摄像头观察实际状况，并进行报警处理。2012-12-23智能家居系统架构2012-12-23家家居居系系统统的的外外架架构构2012-12-23家家居居系系统统的的内内架架构构2012-12-23控制主机2012-12-23控制主机设计控制主机设计基于PLC智能家居控制系统的控制主机，是家居监测网络信息平台的核心部分，主要完成家庭内部网络各种不同通信协议之间的转换、信息共享，以及与外部通信网络之间的数据交换功能。。2012-12-23控制主机设计控制主机设计以控制主机为核心，可以通过PLC总线收集室内各种电器的状态信息，也可以通过PLC总线分发室内电器的控制信息。单元门口机的音视频信号、控制信息等也都是先进入控制主机，然后由控制主机进行分发。因此，控制主机的设计是本系统的核心，涉及到多种关键技术。2012-12-23控制主机设计控制主机设计控制主机中涉及的关键电路与技术有：PLC调制技术、PLC侦听技术、PLC解调技术、OFDM技术、视频处理电路、音频处理电路、A/D采集电路、无线收发技术等。2012-12-23控控制制主主机机组组成成框框图图2012-12-23控制主机微处理器控制主机微处理器控制主机以ARM11构成，主要包括：ARM处理器、触摸屏、麦克风接口、扬声器接口、RT45接口、串行接口、无线收发器等组成。2012-12-23控制主机硬件组成控制主机硬件组成手持机。2012-12-23控制主机功能控制主机功能与单元门口机连接，形成智能门禁系统；与室内各种传感器连接，完成室内环境检测；与室内灯光控制电路连接，形成智能照明控制系统；与空调控制器连接，完成室内空气调节；与无线设备连接，实现室内平板电脑、智能手机的无线接入；2012-12-23控制主机功能控制主机功能与局域网连接，实现智能家居的网上之家；与无线定位器连接，完成汽车的定位和儿童老人宠物的监护功能；与摄像头连接，构成“掌上之家”。与门口机的通信界面与门口机的通信界面2012-12-232012-12-23手持机2012-12-23手持机设计手持机设计手持机相当于可以移动的控制主机，为用户提供人机交互界面，使用户在家里任何地方都可以方便地控制用电设备。手持机通过WIFI给控制主机发送命令，通过控制主机控制家里的用电设备。2012-12-23手持机手持机手持机有两种：平板电脑和智能手机，主要由控制器、键盘、麦克风、扬声器、显示屏和无线收发器等组成。2012-12-23手持机组成框图手持机组成框图2012-12-23手持机功能手持机功能当有人造访你家时，可以在家里任何地方通过手持机与客人进行音视频通话，并实现开锁操作；你可以通过手持机来对空调进行控制，实现对室内温度的调控；你可以操控各个房间灯的开关，做到随时随地调控房间内的光线亮度；2012-12-23手持机功能手持机功能你可以查看家里的室内烟雾、燃气浓度，当浓度达到或超过设定值时，系统会发出报警信号；你可以查看家里的温湿度、灯光功率等数据，实现家庭环境检测；可以操控电视、家庭影院等设备，可以做到随时随地的欣赏音乐和视频。2012-12-23手持机主界面手持机主界面2012-12-23手手持持机机系系统统框框图图2012-12-23手持机灯光控制手持机灯光控制2012-12-23手持机空调控制手持机空调控制手持机。2012-12-23手持机空调控制手持机空调控制手持机。2012-12-23手持机空调控制手持机空调控制2012-12-23单元门口机2012-12-23单元门口机单元门口机门禁系统是家庭安全的第二道防线，客人来访时通过单元门口机与房主视频对话，身份确认后，打开电子锁，防止闲杂人员进入。2012-12-23单元门口机组成单元门口机组成单元门口机主要由控制器、电子锁、键盘、摄像头、麦克风和扬声器等组成。2012-12-23单元门口机框图单元门口机框图PLC2012-12-23单元门口机功能单元门口机功能单元门口机通过摄像头获取视频图像信号、通过麦克风获取音频信号、通过键盘获取数字信号，控制器经过预处理后变换成数字信号，一方面通过PLC总线传输到控制主机上，作出适当反应；另一方面，通过PLC总线接收由控制主机传输的命令与信号，通过扬声器播放音频信号，接收开锁信号打开电子锁。2012-12-23单元门口机技术单元门口机技术单元门口机中涉及的关键电路与技术有：视频处理电路、音频处理电路、A/D采集电路、PLC调制技术、PLC侦听技术、PLC解调技术、OFDM技术等。呼叫控制主机的界面呼叫控制主机的界面2012-12-232012-12-23PLC调制解调器2012-12-23PLCPLC调制解调器调制解调器电力线载波（PLC）调制解调器有两种：宽带PLC和窄带PLC；宽带PLC调制解调器用于传送音视频信号，窄带PLC调制解调器用于传送传感器数据和控制信号。2012-12-23宽带宽带PLCPLC调制解调器调制解调器宽带PLC调制解调器原理图由5部分组成：电源、以太网控制器、主控制器（INTELLON公司的INT6400）、线驱动器（INT1400）和存储器。2012-12-23宽宽带带PLCPLC调调制制解解调调器器2012-12-23宽带宽带PLCPLC调制解调器调制解调器宽带PLC调制解调器采用OFDM（正交频分复用）技术；电力线频率从2～28MHz，分成917个子信道，最高物理速率可达150Mbps以上。2012-12-23宽带宽带PLCPLC调制解调器调制解调器由于电力线是一种共享式的总线，因此INT6400应该工作在半双工模式下：发射时，接收部分的电路不工作；接收时，发射电路不工作。2012-12-23窄带窄带PLCPLC调制解调器调制解调器通用的窄带PLC模块的硬件电路有：耦合电路、窄带滤波器、检测电路、微控制器和推挽放大电路。2012-12-23窄带窄带PLCPLC调制解调器调制解调器u平。2012-12-23窄带窄带PLCPLC调制解调器调制解调器电力线载波频率：200或400kHz；电力线传输速率：300bps；调制解调方式：直序扩频DSSS；通信距离：大于500m。2012-12-23窄带窄带PLCPLC调制解调器调制解调器帧头码：4字节，用于接收同步；序列码：4字节，用于区分系统；地址码：2字节，用于区分设备；校验码：1字节，用于确保传输正确。2012-12-23室内电子设备2012-12-23温湿度检测温湿度检测u平。2012-12-23温湿度检测温湿度检测微控制器通过SPI总线读取温湿度传感器获取的数据，并通过PLC传送主控制器。2012-12-23烟雾检测烟雾检测u平。2012-12-23烟雾检测烟雾检测微控制器通过A/D读取烟雾传感器产生的模拟信号，并通过PLC传送主控制器。2012-12-23防盗检测防盗检测u平。2012-12-23防盗检测防盗检测微控制器通过SPI总线读取人体传感器获取的数据，并通过PLC传送主控制器。2012-12-23灯光控制灯光控制u平。2012-12-23灯光控制灯光控制微控制器通过PLC总线获取控制主机发来的开关灯命令，实现灯光控制。2012-12-23空调控制空调控制u平。2012-12-23空调控制空调控制由PLC总线发来的空调控制命令，通过红外遥控器转发给空调机，实现室内温度调节。2012-12-23窗帘控制窗帘控制u平。2012-12-23窗帘控制窗帘控制微控制器接收由PLC总线发来的关窗、开窗命令，启动电动窗帘，实现防雨或通风的功能。2012-12-23无线转接器无线转接器2012-12-23无线遥控器功能无线遥控器功能通过窄带PLC将无线遥控器命令传送到控制主机，并下达到相关设备，实现室内电子设备的随时随地控制，消除遥控死区。2012-12-23室外电子设备2012-12-23无线定位无线定位控制主机。2012-12-23无线定位无线定位利用GPRS模块通过短信方式实现对重要移动设备或人员的追踪定位。2012-12-23智能家居网上之家智能家居网上之家2012-12-23智能家居网上之家智能家居网上之家智能家居系统通过网关接入广域网，并在广域网上设定专门网站和控制系统，用于管理合法用户的数据库，并行使合适的功能，我们将它称之为智能家居网上之家（也可以称为网上系统）。2012-12-23网网上上之之家家框框图图2012-12-23网上之家功能网上之家功能设置：经过认证的用户可以开设与自家控制主机连接的账号密码（至多8个）、手机号码（至多8个）。2012-12-23网上之家功能网上之家功能访问：通过广域网登录网上系统的合法用户，可以直接连接到自家的控制主机，例如查询家里的温湿度、打开/关闭空调、查看重要移动设备位置、询问老人小孩动向等等；2012-12-23网上之家功能网上之家功能警示：控制主机的某些重要信息可以直达主人手机，例如，访客通过门禁呼叫的音视频信号、有人非法闯入居家等等。2012-12-23远程终端2012-12-23远远程程终终端端2012-12-23远程终端远程终端开发智能家居控制系统的客户端软件，实现智能家居的远程访问；用户通过网络登陆到网上系统，从网上系统获取自己家控制主机的IP地址码，然后直接登陆到控制主机。2012-12-23远程终端远程终端开发手机客户端软件，实现智能家居信息直达手机；智能家居系统从网上系