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恩智浦大赛——“智家”家庭智能综合控制系统——交流贴

菜鸟
2009-11-20 14:58:31     打赏

                        “智家”家庭智能综合控制系统
     感谢NXP组织这次大赛,谢谢各位关注此次大赛的朋友,希望大家对我们的方案提出宝贵的意见。谢谢。
     随着生活水平的提高,人们对家居的要求已不仅限于物理空间的大小,更为关注和向往的是一个安全、方便、舒适、绿色的居家环境,因此一直在探讨和希望通过家庭智能化来实现这个梦想。
    目前国内市场上有不少智能家居产品,但功能基本都集中在安防、对讲和照明方面;部分具有其它家电控制能力的产品,功能却单一和简单;个别功能完整的产品,价格极为昂贵,如海尔的产品,一套要十几万元(央视经济频道新闻,11月14日)。因此这些产品并不能满足大部分人们的需求。发表的相关论文特别是硕士论文的数量也为相当可观,但普遍功能简单,实用价值不高。
    通过网络和论文库搜索可以了解这些情况。使用关键词可以找到不少相关厂家和论文信息,进一步详细查询厂家的产品信息和论文的详细内容,应该会得到本文相似的结论。
    针对国内智能家居产品功能欠缺和价格偏高的现状,我们研发了一种面向最终用户直接使用的低成本单户型家庭智能控制系统——“智家”家庭智能控制系统。它是具有自主知识产权、组合式创新的产品,有以下几个创新点或特点:
1、智家系统采用分布式积木结构,集安防对讲、家电控制、家庭环境智能控制信息管理等功能为一体,功能齐全、覆盖面广,提供了完整的解决方案。系统由智能终端、遥控器、多种功能不同的控制器和无线网络组成,将家庭中各种电器设备连接为一个整体。可根据具体情况,组合相应的智能终端和控制器,构成不同规模和不同功能的家庭智能控制系统,并具有多种控制和操作模式。而其它绝大多数同类产品的系统结构、功能覆盖面、控制对象数量和控制操作模式等方面大都远未达到这一水平。
2、安装简单方便。智家系统采用无线网络技术,功率控制器和灯光控制器选用与现有接线盒兼容的机械尺寸和接线方式,所有的安装非常简单,不需要另行布线或安装阻波器,只要将原有的墙装式开关和插头更换为同尺寸的控制器,并在主人喜欢或认为合适的地方放置智能终端即可,几小时就可完成安装调试工作。特别适用于在用住房的使用。而其他同类产品基本采用线控或载波技术,采用线控模式在建筑房屋或使用时需要设计安装布线;采用载波技术则需要加装阻波器;采用电话线传信号的,也需安装转接器和布线。
3、采用自行研发的低成本高可靠性微功率无线网络,网络使用了识别码、加密和跳频技术,有效地克服了邻近串扰和其它干扰。与采用蓝牙和ZigBee等近距离无线通信技术组成的同类网络相比,本网络的造价不到其一半。
4、能耗低。智家系统采用独立的智能终端来控制全局,最大功耗小于7W,大多时间处于自动待机休眠状态,功耗小于1W,每天耗电小于0.05度,非常的节能环保。而一些有主控制器的同类产品,大多采用一台能上网的台式计算机上,按普通计算机最低功率60W计算,一天耗电1.4度,很不环保。
5、物美价廉。智家系统采用了新型的系统结构、集成电路和简洁至上的设计原则,系统软件采用自行开发的操作系统和GUI。售价仅为类似产品的1/3以下,可为更多的用户所接受。
6、会学习,很智慧。增加了学习型红外控制功能,扩大了家电的控制种类和数量,特别是彻底解决了空调器的控制问题。而其同类产品一般不能控制空调器,个别产品也只能控制少量带有专用接口空调器。
7、操作形式多样化。系统可使用智能终端的触摸屏、遥控器、手机短信和Internet进行本地或远程操作等多种操作方式。

    智家系统在设计过程中围绕着绿色节能理念展开:
1、系统检测家居温度和湿度,在确保舒适度的前提下实现空调器的节能优化运行。
2、系统检测环境亮度,进行窗帘、灯光的综合控制,提高自然光的使用率。
3、对电热类设备采用预约定时、远程控制,实现按需供电。
4、控制系统也采用了节能和简洁至上的设计原则,
   ①.选用低功耗的IC和优化设计,降低了成本;
   ②.充分使用CPU休眠功能,及时关闭未使用接口及LCD背光;
   ③.采用高效率的开关电源和电容降压电源,减低系统功耗。

   在老师的指导下,我们已经在“智家”家庭智能控制系统中投入了大量的时间和精力,基本功能已经实现能运行了。在设计过程中,对已有的产品和已发表的文献作了较为详细的检索和查询,并进行了社会调查,力图使设计和制作更加符合社会的需求。
详细的功能介绍表格和实物的演示见视频:
http://v.eepw.com.cn/video/play/id/589




关键词: 恩智     大赛     智家     家庭     智能     综合     控制系统     交流    

菜鸟
2009-11-21 11:27:40     打赏
2楼
非常感谢您的关注。
我想再仔细说一下:
1、这个系统我们是针对工薪家庭的正在设计中的产品。预想的营销策略是薄利多销,设计时采用了很多降低成本的方法。
2、像海尔的u-home只能使用海尔特定型号的产品,对于绝大多数家庭来说,要想享受到家庭智能的服务就必需先换掉家里正在使用着的各类电器,要花费大量时间、精力以及金钱。我们的产品有极佳的兼容性、学习性,适用于各种牌子型号的电器,不用对现有使用的各种电器进行更换,更容易走进每个家庭,无论是高端别墅还是普通单元房;是新住房还是老住房;是城市还是乡村。
目前功能的设置也是基于我们目前的实际能力,今后我们会继续完善,满足用户需求。

菜鸟
2009-11-22 18:51:10     打赏
3楼

       在智家系统的视频帖的评论处有网友希望了解操作系统、GUI和通信协议的问题,在这里作一个解答:
       智能终端需要由实时多任务操作系统来提供一个运行环境,以便充分地利用计算机资源,提高计算机的效率,避免错误和简化编程。WindownCE价格高而且LPC2478无法使用,LINUX实时性差而且占用资源大,其它实时操作系统一般都是收费的,就连国内很多人认为是免费的UC/OS-II,实际上在商用时必须购买许可证。
       由于智能终端软件需要执行的任务并不很复杂,考虑到价格因素,采用自行研究开发的简化版实时操作系统。它的核心是任务调度模块,设置了任务队列和定义了任务的优先级。程序运行时所产生的所有任务都必须提出申请,由任务调度模块分配资源。高优先级的任务可以用中断低优先级任务的方法抢先运行,同一优先级的任务进入任务队列后按先进先出的原则执行,运行超时的任务则由操作系统中止运行并回收资源。与Windown系统有所不同,无论是微功率无线网络、以太网、触摸屏、GSM和其它驱动软件,还是GUI、人机对话和各个控制软件,都是作为任务挂接在这个实时操作系统上的。
        图形界面接口软件GUI也是自行开发的,支持中英文、基本图形和窗件的显示,为人机对话程序提供了必要的支持。GUI中LCD的驱动软件是完全用汇编语言写的,运行效率很高,避免了因CPU速度偏低对显示造成的影响。
        智家系统用于各部件通信的微功率无线网络选用了不需登记和免费使用433MHz频段。通信协议和硬软件都是我们自行开发的。  
        智家系统的控制器和检测器也使用了与上述简化版实时操作系统类似的任务管理软件。


菜鸟
2009-11-23 20:31:29     打赏
4楼
各位关心和支持我们的网友:你们好!
   首先对你们的关心和支持表示感谢。   
   我们原来听说过“物联网”,但没有详细的了解。根据网友的建议,我们详细了解了有关“物联网”的信息,深感这的确是未来的发展方向。
   以我们的空调器控制为例。由于智家系统具有家居环境的检测能力,通过对空调遥控器的学习,系统可以模仿遥控器发出红外信号控制空调运行,实现预约控制和环境的智能控制,并具有各种空调的兼容性。但这种方案无法监控空调器内部运行状态,功能有所欠缺。如采用“物联网”的概念,控制器嵌入空调内部,通过网络与家居控制系统连接,实现的功能就更完善了。对于冰箱、洗衣机等设备,“物联网”的概念就更有意义了。因此我们会尽快开展对这种嵌入式控制器的研究的。
   希望继续得到大家的关注和支持。谢谢。

菜鸟
2009-11-29 21:17:08     打赏
5楼

        谢谢您的关注,我现在回答下问题~     
        一、网络操作部分的工作,正在进行中。硬件部分已经集成到智能终端的电路板中,并完成了调试,具体分为二部分:
        1、以太网接口使用LPC2478内置的以太网MAC,由于LPC2478没有内置以太网PHY,因此外接了DM9161A。与外接以太网IC接口相比,接口的速度更快成本有明显的下降。
        2、智能终端配置有GSM/GPRS模块,支持GPRS的网络通信功能。
        网络操作部分的软件的开发正在进行中,目前尚未完成。
        智能终端的网络部分工作在服务器模式,采用HTTP页面方式,操作时客户端只要使用IE或其它浏览器,通过英特网访问智能终端的页面,并对页面进行操作即可。终端也可以使用GPRS的网络通信能力,实现点对点的无线通信和操作。
        大赛中另一位参赛者的“基于LPC2387微控制器的移动远程家居监控与家电设备控制”,我也仔细看了,如可行也可以考虑在系统中加入这一设计。希望决赛时有机会进行技术交流。

        二、 防盗方面除门磁开关+短信报警外,还有其它的功能的设计,目前正在进行的有:
        1、热释红外检测+短信报警,可以检测出室内具有红外线发射能力的移动物体,也就是人体了。热释红外检测是成熟的技术,我们也做过实验板,但用电池供电消耗太大,正在改进中。
        2、门磁开关、热释红外检测+彩信报警,门磁和热释红外检测出可疑后,拍照并用彩信发送到手机。这个设计已做过实验,方案可以实现,但彩信发送和接收之间的延迟有时候会很长,可发送的照片在分辩度上有限制。计划今后进一步研究改进。


菜鸟
2009-12-01 13:31:30     打赏
6楼

    我设计的系统中通过网络远程操作部分是要占用一些资源的,但并不多。

    如要使用英特网远程操作,客户端使用的是IE或其它浏览器,不需要安装其他程序;操作时访问的服务器程序和页面文件是固化在智家系统的智能终端内;要占用一个IP地址(帐号),但可以和家里的计算机通过常见的家用路由器共享一个宽带帐号。因此,占用的公共资源很少。

    如要使用GPRS的网络无线远程操作,要使用的资源是一个移动或联通手机号码。

    我们没有想到更好的设计,请赐教。


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