新型智能控制局域網(wǎng)設(shè)計(jì)方案

張衛(wèi)強(qiáng)，陳 群

（寧波大學(xué) 寧波 315211）

新型智能控制局域網(wǎng)設(shè)計(jì)方案

張衛(wèi)強(qiáng)，陳 群

（寧波大學(xué) 寧波 315211）

傳統(tǒng)的控制對(duì)象的組網(wǎng)方式是通過專用網(wǎng)絡(luò)線路連接后組成一個(gè)有線控制網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)需要安裝新的網(wǎng)絡(luò)專用線路，往往需要破壞環(huán)境原有的結(jié)構(gòu)。而基于無線電磁波的智能控制局域網(wǎng)雖然具有使用方便、應(yīng)用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，但是這些網(wǎng)絡(luò)不是基于以太網(wǎng)媒介就是采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的無線傳輸方式，限制了這些無線控制網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際使用和推廣。針對(duì)現(xiàn)有的局域網(wǎng)絡(luò)問題，作者提出了一種新型的智能控制局域網(wǎng)架構(gòu)，并將該架構(gòu)成功應(yīng)用在智能家居控制局域網(wǎng)中，且申請(qǐng)到了該架構(gòu)的實(shí)用新型專利。

智能控制；局域網(wǎng)絡(luò)；智能家居

1 概論

智能控制局域網(wǎng)廣泛應(yīng)用于家庭、賓館、倉(cāng)庫(kù)等小范圍內(nèi)的聯(lián)網(wǎng)控制，以達(dá)到家用電器智能化、賓館以及倉(cāng)庫(kù)管理的智能化的目的。如何把這些控制對(duì)象組成一個(gè)可靠性高又能互通信息的智能控制網(wǎng)絡(luò)是這些控制對(duì)象能夠真正發(fā)揮智能作用的關(guān)鍵。

傳統(tǒng)的控制對(duì)象的組網(wǎng)方式是通過專用網(wǎng)絡(luò)線路連接后組成一個(gè)有線控制網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)需要安裝新的網(wǎng)絡(luò)專用線路，往往需要破壞環(huán)境原有的結(jié)構(gòu)，限制了這種有線控制網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍[1，2]。基于無線電磁波的智能控制局域網(wǎng)則不需要安裝新的網(wǎng)絡(luò)專用線路，不會(huì)破壞環(huán)境原有的結(jié)構(gòu)，具有使用方便、應(yīng)用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。但是最近出現(xiàn)的基于無線控制網(wǎng)絡(luò)的控制對(duì)象的組網(wǎng)方式，不是基于以太網(wǎng)媒介[3]就是采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的無線傳輸方式[4]，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)成本相對(duì)偏高，限制了這些無線控制網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際使用和推廣。

2008年6月4日中國(guó)授權(quán)的發(fā)明專利 “基于無線應(yīng)用協(xié)議通訊的智能家居控制方法”公開了一種基于WAP通信的智能家居控制系統(tǒng)及控制方法，通過WAP移動(dòng)終端設(shè)備登錄到指定的WAP服務(wù)器，進(jìn)入到家居服務(wù)器的家電控制頁(yè)面中來控制家電設(shè)備，由用戶選擇控制命令，WAP服務(wù)器判斷信號(hào)類型，然后生成一個(gè)文件通過FTP發(fā)送到家居服務(wù)器中指定的目錄下面，家居服務(wù)器內(nèi)守護(hù)程序發(fā)現(xiàn)所述文件后將其內(nèi)容讀出，再發(fā)送給應(yīng)用程序，同時(shí)將所述文件從所述指定目錄下面刪除，應(yīng)用程序?qū)⑥D(zhuǎn)換過的信息發(fā)送給設(shè)備后，設(shè)備執(zhí)行命令。該專利的實(shí)施必須借助于移動(dòng)商提供的WAP服務(wù)器，具有較高的維護(hù)成本，其命令執(zhí)行過程也要受到系統(tǒng)外界的影響，不便于實(shí) 際 使 用 和 推 廣[5，6]。

針對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的這些問題，通過分析現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的弊端，并進(jìn)一步對(duì)智能控制局域網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究、設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，作者提出了一種新型的智能控制局域網(wǎng)設(shè)計(jì)方案。

2 技術(shù)方案

2.1 系統(tǒng)組成

智能控制局域網(wǎng)整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括內(nèi)置控制軟件及嵌入式處理器的控制服務(wù)器，控制服務(wù)器設(shè)有有線或無線的網(wǎng)絡(luò)接口；控制服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)接口通過有線或無線方式配接有至少一個(gè)能與控制服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的控制終端，控制終端直接連接智能控制局域網(wǎng)的控制對(duì)象并驅(qū)動(dòng)所連接的控制對(duì)象；控制終端和控制服務(wù)器根據(jù)雙方認(rèn)可的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，控制服務(wù)器負(fù)責(zé)控制終端所需要的數(shù)據(jù)分析和處理，并把處理結(jié)果信息反饋到控制終端，控制終端根據(jù)所述反饋的處理結(jié)果信息對(duì)與其相連接的所述控制對(duì)象做出控制。

2.2 控制服務(wù)器

控制服務(wù)器安放在智能控制局域網(wǎng)中最安全的地方，由于負(fù)責(zé)處理全部控制終端及其次級(jí)控制終端的數(shù)據(jù)處理，所以對(duì)其數(shù)據(jù)處理能力根據(jù)智能控制局域網(wǎng)中控制終端的數(shù)量有一定的要求，一般情況下需要內(nèi)嵌一個(gè)處理能力很強(qiáng)的帶有嵌入式操作系統(tǒng)的處理器。在設(shè)計(jì)有操作終端的智能控制局域網(wǎng)中，為了方便，控制服務(wù)器也可以直接內(nèi)嵌到操作終端之中。在規(guī)模較大的智能控制局域網(wǎng)中，可以直接采用服務(wù)器電腦適當(dāng)配接網(wǎng)絡(luò)接口卡作為其控制服務(wù)器。

2.3 控制終端

控制終端是擇一選擇的轉(zhuǎn)換終端、暗藏終端、操作終端；或是轉(zhuǎn)換終端、暗藏終端、操作終端之間的串接構(gòu)成；或是轉(zhuǎn)換終端、暗藏終端、操作終端及其串接構(gòu)成之間的排列組合。設(shè)計(jì)者還可以根據(jù)用戶的需求把控制服務(wù)器直接內(nèi)嵌制定的操作終端里面。

操作終端作為可選的控制終端分為機(jī)械操作終端和觸摸屏操作終端兩種。機(jī)械操作終端是由不帶嵌入式操作系統(tǒng)的控制電路以及簡(jiǎn)單的開關(guān)控制面板組成的設(shè)計(jì)方案，設(shè)有用于操作控制的按鈕開關(guān)和一個(gè)LCD顯示器。按鈕開關(guān)組成一個(gè)開關(guān)矩陣，開關(guān)矩陣用于輸入控制指令，LCD顯示器用于顯示輸入開關(guān)按鈕的輸入信息以及輸入控制指令執(zhí)行后的結(jié)果信息。本方案直接采用開關(guān)按鈕輸入控制指令，操作不是很人性化，一些指令需要記憶，但是成本低廉。觸摸屏操作終端是由帶嵌入式操作系統(tǒng)的控制電路以及帶觸摸屏的彩色液晶屏組成的設(shè)計(jì)方案，設(shè)有帶觸摸屏的液晶屏，液晶屏用于顯示點(diǎn)擊液晶屏所需顯示的界面，以便輸入控制指令，并顯示指令信息以及指令執(zhí)行后的執(zhí)行結(jié)果信息。液晶屏具有圖形操作界面，具有延時(shí)休眠的功能，并能在觸碰觸摸屏?xí)r恢復(fù)液晶屏的顯示。由于液晶屏具有圖形操作界面，操作變得方便直觀，但是成本相對(duì)較高。

轉(zhuǎn)換終端設(shè)置有用于連接控制對(duì)象外置電源插頭的插孔，主要用于有外置電線插頭的控制對(duì)象，如電視機(jī)、電腦、空調(diào)等，市場(chǎng)定位主要針對(duì)需要靈活安裝的后裝修客戶。轉(zhuǎn)換終端一般采用無線方式和控制服務(wù)器或者與其上級(jí)控制終端連接，其優(yōu)點(diǎn)是使用方便，直接插到客戶原來的插座上，其他電器的電源插頭再插入轉(zhuǎn)換器式接收裝置的插孔取電；缺點(diǎn)是由于客戶的個(gè)性化需要，品種多，生產(chǎn)成本高。

暗藏終端設(shè)置有一對(duì)電源進(jìn)線和一對(duì)電源出線，如圖2所示，并且其外殼上還設(shè)有接地線，一對(duì)電源進(jìn)線和一對(duì)電源出線串接入所述控制對(duì)象原有電源線中，主要用于沒有外置電線插頭的控制對(duì)象，如電燈、吊扇等，市場(chǎng)定位主要針對(duì)還沒有進(jìn)入裝修的客戶。

暗藏終端既可以在線路裝修時(shí)直接采用有線方式和控制服務(wù)器或者與其上級(jí)控制終端連接，也可以在線路裝修后采用無線方式和控制服務(wù)器連接。整個(gè)暗藏終端可以安裝在墻壁電源插孔內(nèi)，或者電器的電源進(jìn)線區(qū)，讓控制對(duì)象的電源線經(jīng)過該暗藏終端即可，地線用于兼容三線制電源插頭，作為兩線電源插頭使用時(shí)可舍棄地線不用。優(yōu)點(diǎn)是由于沒有個(gè)性化外殼，所以生產(chǎn)成本相對(duì)較低。

2.4 其他功能

智能控制局域網(wǎng)在身份識(shí)別方面的應(yīng)用至少設(shè)有兩個(gè)控制終端，其中的一個(gè)控制終端作為操作終端內(nèi)嵌有指紋采集器，控制服務(wù)器負(fù)責(zé)處理指紋數(shù)據(jù)，而余下的其他控制終端作為備用，控制服務(wù)器除了處理控制終端的信息以外，還可用于記錄和監(jiān)控指紋所有者的動(dòng)態(tài)信息。操作終端和控制終端合并能顯示指紋所有者的信息時(shí)，可以作為考勤設(shè)備使用；控制服務(wù)器單獨(dú)設(shè)置時(shí)可組成網(wǎng)絡(luò)式指紋考勤設(shè)備，而控制服務(wù)器直接內(nèi)嵌到所述操作終端中時(shí)可作為獨(dú)立考勤機(jī)使用[7，8]。其他控制終端用于控制指定門的開閉時(shí)，可用作門禁系統(tǒng)；控制服務(wù)器單獨(dú)設(shè)置時(shí)可組成網(wǎng)絡(luò)式門禁系統(tǒng)，而控制服務(wù)器直接內(nèi)嵌到所述操作終端中時(shí)可作為獨(dú)立門禁系統(tǒng)使用。其他控制終端用于報(bào)警非法入侵時(shí)，可用于入侵報(bào)警系統(tǒng)；控制服務(wù)器單獨(dú)設(shè)置時(shí)可組成網(wǎng)絡(luò)式入侵報(bào)警系統(tǒng)，而控制服務(wù)器直接內(nèi)嵌到所述操作終端中時(shí)可作為獨(dú)立入侵報(bào)警系統(tǒng)使用。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用的控制服務(wù)器設(shè)有有線或無線的網(wǎng)絡(luò)接口；控制服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)接口通過有線或無線方式配接至少一個(gè)能與控制服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的控制終端，控制終端連接所述智能控制局域網(wǎng)的控制對(duì)象；控制終端和控制服務(wù)器根據(jù)雙方認(rèn)可的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，控制服務(wù)器負(fù)責(zé)控制終端所需要的數(shù)據(jù)分析和處理，并把處理結(jié)果信息反饋到控制終端，控制終端根據(jù)所述反饋的處理結(jié)果信息對(duì)與其相連接的所述控制對(duì)象做出控制。在無線方式下無需安裝專用線路，在不破壞環(huán)境原有結(jié)構(gòu)的情況下便可廣泛地使用，在有條件安裝線路的情況下也可以采用有線方式組網(wǎng)，而且采用服務(wù)器—終端的組網(wǎng)方式[9，10]，無需借助于以太網(wǎng)，控制終端可以采用有線或者無線的方法和其服務(wù)器利用雙方認(rèn)可的協(xié)議直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，無需復(fù)雜的標(biāo)準(zhǔn)無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，在保證功能強(qiáng)大的基礎(chǔ)上具有相對(duì)較低的生產(chǎn)成本，在實(shí)際使用和推廣中具有較為優(yōu)越的靈活性以及優(yōu)良的性價(jià)比。

3 具體應(yīng)用方案

以下結(jié)合圖3所示的智能家居控制局域網(wǎng)實(shí)施例對(duì)該智能控制局域網(wǎng)作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

智能控制局域網(wǎng)各種控制終端實(shí)物和控制服務(wù)器實(shí)物分布如圖3所示，由一個(gè)位于一樓進(jìn)門處的內(nèi)嵌有控制服務(wù)器的操作終端以及多個(gè)分布于各個(gè)房間的控制終端組成，操作終端及其內(nèi)嵌控制服務(wù)器和所有轉(zhuǎn)換終端、暗藏終端內(nèi)嵌有ZigBee協(xié)議芯片，通過ZigBee協(xié)議組成一個(gè)無線智能控制局域網(wǎng)，通過各個(gè)轉(zhuǎn)換終端、暗藏終端控制對(duì)應(yīng)的控制對(duì)象，比如冰箱、空調(diào)等具體控制對(duì)象。

案例對(duì)象為一個(gè)兩層樓的戶型。控制服務(wù)器安放在局域網(wǎng)中最安全的地方，不在圖中表示。轉(zhuǎn)換終端、暗藏終端、操作終端分布在整個(gè)環(huán)境的各個(gè)不同區(qū)域，它們通過無線或有線的方式連接在一起，這樣也方便隨時(shí)增加終端節(jié)點(diǎn)。

操作終端采用機(jī)械式控制裝置如圖4所示，內(nèi)嵌控制服務(wù)器，該控制終端配備128×64點(diǎn)陣單色LCD，可以以16點(diǎn)陣的方式顯示4行每行8個(gè)中文字符，操作面板上設(shè)置有輸入鍵盤陣列，分別為 “確定”、“取消”、“菜單”、“←”、“→”、“↑”、“↓”、“*”、“#”以及“0”-“9”的數(shù)字鍵。本操作終端由不帶嵌入式操作系統(tǒng)的處理器及其控制電路以及單色LCD和簡(jiǎn)單的開關(guān)按鈕構(gòu)成的控制面板組成；客戶通過開關(guān)按鈕輸入控制指令，LCD顯示器用于顯示輸入開關(guān)按鈕的信息以及指令執(zhí)行后的結(jié)果信息；本方案直接采用開關(guān)按鈕輸入控制指令，操作不是很人性化，一些指令需要記憶，但是成本低廉。

4 結(jié)束語(yǔ)

傳統(tǒng)的控制對(duì)象的組網(wǎng)方式是通過專用網(wǎng)絡(luò)線路連接后組成一個(gè)有線控制網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)需要安裝新的網(wǎng)絡(luò)專用線路，往往需要破壞環(huán)境原有的結(jié)構(gòu)。而基于無線電磁波的智能控制局域網(wǎng)雖然使用方便，應(yīng)用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，但是這些網(wǎng)絡(luò)不是基于以太網(wǎng)媒介，就是采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的無線傳輸方式，限制了這些無線控制網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際使用和推廣。針對(duì)現(xiàn)有的局域網(wǎng)絡(luò)問題，作者提出了一種新型的智能控制局域網(wǎng)架構(gòu)。并將該架構(gòu)成功應(yīng)用在智能家居控制局域網(wǎng)中，且申請(qǐng)到該架構(gòu)的實(shí)用新型專利，公開專利號(hào)為 10132110。

1 孫浩明，韓焱.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)電源智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì).現(xiàn)代電子技術(shù)，2009（7）：24～27

2 高丹.基于智能控制的超市網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng).福建電腦，2009（3）：31～34

3 Cheng Xue,Wang Bin，Xu Yan.Application of network technology in intelligent greenhouse control system. Microcomputer Information,2009（1）：11～14

4 王炳鵬，胡學(xué)文.無線局域網(wǎng)在城市軌道交通中的應(yīng)用.福建電腦，2009（2）：34～37

5 楊云海.家庭有線局域網(wǎng)的布線、組建及應(yīng)用.科技資訊，2009（2）：16～20

6 Xu Kai,Jia Qingx uan,Sun Hanxu.Robot-controlling system based on WLAN.Instrumentation Technology,2009（1）：41～47

7 胡兆斌.無線局域網(wǎng)在大型體育場(chǎng)館中的構(gòu)建及應(yīng)用.現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)，2009（1）：24～27

8 Xu Bo.Planning and application of WLAN.Railway Signalling&Communication,2009（3）：14～18

9 童慧.淺談高校圖書館小型無線局域網(wǎng)建設(shè).黑龍江史志，2009（3）：27～31

10 徐小平.無線局域網(wǎng)技術(shù)及發(fā)展前景展望.黃岡職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009（1）：8～13

Design of Intelligent Control LAN

Zhang Weiqiang,Chen Qun
(Ningbo University,Ningbo 315211,China)

The traditional methods of constructing a control object is connected via a dedicated network lines form a wired control network,such networks are needed to install a new network dedicated lines,and often required the structure of the original damage to the environment.The wave of intelligent controlling is based on wireless local area network.Although it is easy to use and is advantages of wide range of applications,but these networks are ethernet-based media,or used of point to point wireless transmission,these were limited their practical using in wireless control network and promotion.For the existing local network problems,authors propose a new local area network of intelligent control architecture.And it was successfully applied to the structure of intelligent home control LAN,and the application to the structure of the utility model was patented.

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2010-07-08）