智能家電互聯技術的分析與應用

【Word版本下載可任意編輯】智能家電互聯技術的分析與應用隨著智能控制技術、計算機及信息技術的飛速發(fā)展，使得信息家電IA（InformationApplication）、計算機、通信一體化的趨勢日見明顯，家庭網絡應運而生。顧客對家電產品的要求也越來越高，家電智能化、網絡化成了一種趨勢。即家電不需要人來控制，人的工作只是設定一系列的目標函數和目標參數以及作息時間等，其他的工作由家電的微電腦通過一定的計算方法和控制方法來實現，例如，智能空調可以根據不同的季節(jié)、氣候及用戶所在地域，自動調整其工作狀態(tài)以到達效果，在滿足人們需要的前提下盡量實現節(jié)能。家庭內的大部分電氣設備可以通過一定的方式連入網絡，可以實現這些設備的遠程控制與自動控制。家庭網絡化實現了家庭內部信息與外部信息的交換，為人們提供各種各樣、個性化、方便、舒適、安全和高效的服務，所以有著很大的潛在市場?，F在我國的智能家電正處在試探階段，還有待進一步研究與開發(fā)。家電產品的節(jié)能、降耗、安康、環(huán)保、舒適等目標，通過家電智能化、網絡化可以更容易實現，進而實現使用過程的節(jié)能性。作為家電企業(yè)，對家電開展節(jié)能技術、智能技術及網絡化技術的研究應用，將對我國家電行業(yè)整體升級，保持競爭優(yōu)勢具有重要的作用。

本文的目的在于解決家電互聯的關鍵技術，從而提高我省家電企業(yè)產品智能化、網絡化水平，降低家庭能耗，滿足家電的節(jié)能、環(huán)保、舒適、方便的要求，增強我省家電企業(yè)產品的市場競爭力。

1智能家電網絡

智能家電，即“有感覺、能思考、善交流、會學習”的家電。智能家電是微處理器和計算機技術引入家電設備后形成的家電產品，具有自動監(jiān)測自身故障、自動測量、自動控制、自動調節(jié)與遠方控制中心通信功能的家電設備。例如，炎熱的夏天下班前發(fā)個短信命令，家中的空調便開始工作；睡覺時空調能感知主人溫度而自動調節(jié)氣溫，從而免去因吹空調而感冒的后顧之憂；洗衣機能實現洗滌時間、用水量、烘干時間，高效而節(jié)能，因而節(jié)能和環(huán)保也成為智能家電發(fā)展的一個趨勢。智能家電網絡包括智能家電網關、外部網和局部網，家電，安防設備等，實現智能家電互聯的關鍵在于家庭網關的開發(fā)與應用。在家庭信息化網絡技術體系中，家庭與互聯網的連接需要一個家庭網絡中央控制器（家庭網關）。家庭網關對外與Internet網絡連結，對內通過家庭內部局域網將家電互聯互通開展集中控制與管理，如圖1所示。家庭網關作為智能家電網絡化的設備，管理或控制家中家電的網絡訪問。

家電網絡連接

未來的智能家電主要將向三個方向發(fā)展：智能化、自適應化和網絡化。智能化是家電設備盡可能的模擬很多種人的思維或者活動的功能；自適應是家電設備根據自己狀態(tài)和外界環(huán)境自動適應工作方式和過程的能力，因此，這種能力使得家電設備在其使用過程中都處于有效率、省能源狀態(tài)；網絡化是建立家電設備社會的一種形式，網絡化的家電設備可以由用戶實現遠程管理控制，在家電設備之間也可以實現互聯互通。

2嵌入式家庭網關

2.1嵌入式家庭網關簡介

嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為根底，并且軟硬件可裁剪，適用于應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統，一般用于實現對其他設備的控制、監(jiān)視或管理等功能。網關實質上是一個網絡通向其它網絡的IP地址。典型的家庭網關融合了ADSL接入功能和LAN側無線接入功能，并具有路由器、集線器和調制解調器的功能。為實現每種家電設備都能與外界信息開展交換，就有必要將嵌入式系統與家庭網關結合起來，設計一個嵌入式家庭網關來實現它。它可使電視機，冰箱等嵌入式家電設備通過家庭網關與Internet連接，轉變?yōu)橐粋€家電網絡。

嵌入式家庭網關是位于現代家庭內部的一個網絡設備，它的作用是使家庭用戶連接到Internet，使位于家庭中的多種智能設備相互之間實現通信，或者使這些智能設備都能夠連接到Internet的服務。從技術角度說，嵌入式家庭網關在家庭內部以及內部到外部實現橋接／路由、協議轉換、地址管理和轉換，擔負防火墻的職責等。

2.2嵌入式家庭網關功能

由于嵌入式家庭網關是家庭內網絡與外部互聯網連接的橋梁，具有很重要的地位。嵌入式家庭網關所能提供的功能將直接影響智能家電的使用、控制及管理。一個好的嵌入式家庭網關應該使家庭內外信息能夠安全高效地交換，應具備以下的基本功能特點：

（1）共享信息：通過家庭網關，能使住宅用戶獲得各種家庭服務。例如接收電子郵件、瀏覽各種網上信息和訂閱各種報紙與期刊等；

（2）智能管理：它將管理家庭內的通訊家電設備的運行，使家庭內部的多個PC及其它信息設備有效地共享寬帶接入，以保證家庭網絡系統的運行正常；

（3）自動運行：能夠把家庭內部的所有家電設備都連接到網絡上，通過相關管理控制軟件，可以實現對家電設備的管理監(jiān)測和故障診斷等。如果有故障發(fā)生，家庭管理控制系統會有相應的提示，向家庭主人發(fā)出信號；

（4）節(jié)能安全：通過網絡管理系統，可以遠程管理控制家庭內家電設備的運行，提高家電的使用效率；同時能夠在家庭里安裝各類檢測報警裝置來管理控制家庭的安全，消防等。如家中安裝煤氣檢測報警器，如果有煤氣泄露時，當氣體報警器檢測到氣體濃度到達爆炸或中毒報警器設置的臨界點時，煤氣檢測報警器就會發(fā)出報警信號，有效防止發(fā)生爆炸、火災、中毒事故；

（5）操作簡單：因為該網絡系統是在大部分用戶中使用的，考慮到用戶各方面的差異，因此該系統的操作要簡單、方便、可靠，大部分人都會使用；

（6）防火墻：網絡安全一直是需要重點考慮的問題。嵌入式家庭網關應具備一定的防網絡攻擊能力，為家庭內部網絡提供一個相對安全的網絡環(huán)境。

2.3嵌入式家庭網關的優(yōu)點

嵌入式家庭網關是通過嵌入式操作系統來實現的，所以它同樣具有嵌入式系統應有的特點，因此我們可以根據網絡的不同來配置不同的嵌入式家庭網關。嵌入式家庭網關不僅僅具有普通家庭網關的功能，還具有防火墻和通信**息加密功能。防火墻可防止外接網絡對家庭內部設備的非法訪問和攻擊；加密這種較強有力的手段，能為數據提供保密性、真實性、完整性和限制性訪問。

3基于嵌入式家庭網關家電互聯系統

本文介紹的基于嵌入式網關的家電互聯技術系統的構造框架如圖2所示，嵌入式家庭網關硬件平臺是以ARM9微處理器為中心的，外部通過LAN接入互聯網，家庭內的家電設備通過家庭內部無線局域網連接起來，實現家電設備管理控制。這樣用戶通過PC機就可以對家電設備開展運行狀態(tài)的查詢和控制，在本地也可以通過家庭內的手持控制終端開展家電設備的管理控制。

系統主要采用直接接入的拓撲構造形式，從器件的家庭設備組成多個星形網，實現對家庭內設備的本地和遠程的實時控制。硬件平臺由嵌入式主機網關、微處理器、無線通信控制模塊、外圍設備，HUB等組成。HUB一個多端口的轉發(fā)器，當以HUB為中心設備時，網絡中某條線路產生了故障，并不影響其它線路的工作，它可以給用戶提供多種接入網絡方式，如撥號、寬帶網等，無線通信模塊通過串行通信實現與多個網絡家電控制器的連接。由于嵌入式Linux操作系統是源代碼開放的、可裁減的、內核小但很穩(wěn)定的一種能處理復雜任務的軟件平臺系統，所以應用網關的操作系統擬選用嵌入式Linux系統。

4家電網絡通信控制流程

（1）注冊家庭網關：用戶通過嵌入式Web服務器網頁登錄嵌入式家庭網關后，先開展家庭網關注冊。

（2）發(fā)送控制信息：注冊成功后將家電控制信息提交到家庭網關，同時將家電控制信息轉化成家電控制指令，然后嵌入式家庭網關應用程序將家電設備控制指令按照通信協議打包，通過無線模塊發(fā)送給家電設備。

（3）接收控制指令并執(zhí)行：家電設備接收到控制幀后，根據上述協議幀格式將信息幀開展解包，提取幀類型、有效控制指令和相關的有效信息，對家電設備開展設置及相應操作。

（4）回送當前狀態(tài)信息：操作完成后按照上述格式將設置后的家電設備的當前狀態(tài)按上述狀態(tài)幀的格式打包，發(fā)送給嵌入式家庭網關。

（5）接收新指令并執(zhí)行，通信結束：嵌入式家庭網關收到家電設備發(fā)送的狀態(tài)幀后，發(fā)送確認幀給家電設備，然后根據不同的狀態(tài)幀，再調用相應的家庭網關應用程序開展處理。如果嵌入式家庭網關在規(guī)定的時間里（300ms）沒有收到狀態(tài)幀，則會重新發(fā)送三次此控制幀給家電設備。當家電設備收到嵌入式家庭網關發(fā)出確實認幀后結束此次通信。

如果家電設備沒有收到確認幀，會繼續(xù)發(fā)送三次此狀態(tài)幀后結