（控制理论与控制工程专业论文）智能家居网络控制系统.pdf

山东大学硕士学位论文 摘要 在经济和知识迅速崛起的信息时代，人类已经不再满足于一个简单的居住空 间，对居住环境的要求越来越高。智能家居网络控制系统是将家庭中家电组成网 络进行统一管理和远程控制，同时保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与统一。 但是，目前家庭网络标准尚未完全统一，许多技术问题有待进一步解决，因此该 目标的实现还需要技术的进一步的发展。 本论文所设计的家庭网络控制系统包括电话远程控制与报警装置，智能控制 器，p c 机以及一些智能控制模块。同时本系统集成了家庭安防系统、门禁系统、 周界防范系统、楼宇可视对讲等诸多子系统。整个系统功能强大，可扩充性好， 系统集成度高，布线却变得相对简单。 智能家居网络控制系统的硬件主要由上位机、管理机、门口机以及室内机四 个部分构成。上位机与管理机通过串口相连：管理机与所有的门口机通过c a n 总 线相连；一个单元内所有的用户机和该单元门口机通过c a n 总线相连。上位机同 时与小区服务器相连，网络控制系统在用户室内接收到电话线上传来的控制信号， 控制家用电器进行相应的操作。同时将家电的操作信息及家电的工作状态信息通 过门口机、管理机传入网络控制系统的上位机。上位机保存家电的工作状态，并 将工作状态存入小区服务器，实现远程用户可以通过小区服务器浏览家庭电器的 工作情况。 本论文讨论了基于r s 一2 3 2 和两级c a n 总线的智能小区通信网络的构建，重点 讨论了网络核心控制节点远程控制与报警装置的硬件电路设计、抗干扰设计等。 该系统的用户机并没有对电话进行任何改造，并不影响电话正常的呼入呼出，实 现了远程控制家用电器，或当控制器检测到报警求援等紧急情况用户机可实现自 动拨号远程报警的功能。完成了上位机智能小区管理软件的开发工作。该软件配 合管理机、门口机和用户机完成了网络控制信息传递的功能，同时上位机担负着 将家电控制状态的信息传递到小区服务器的任务。上位机还实现了对门禁系统、 周界防范系统以及家庭安防系统的管理功能。该软件使用v i s u a lc + + 6 0 编制， 在w i n d o w s 9 8 2 0 0 0 环境下编译通过。完成了在小区服务器上远程查询软件的设计， 服务器软件使用a s p n e t 设计，数据库为m i s c r o s o f ts q l s e r v e r 数据库。 第l 贞 山东大学硕士学位论文 最后，对整个系统进行了大量的调试工作，包括软件仿真和系统联机调 结果证明这种网络控制的方案是可行的。 关键词智能家居网络控制c a n 总线d t m f 编码 第1 1 页 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t a ti n f o r m a t i o ha g e s ，k n o w l e d g ea n de c o n o m yi s r i s i n gq u i c k l y m a n k i n di s a l r e a d yn ol o n g e rs a t i s f i e dw i t has i m p l el i v i n gs p a c ea n dr e q u e s t sl i v i n ge n v i r o n m e n t h i g h e ra n dh i g h e r t h eo b j e c to f n e t w o r kc o n t r o lo f i n t e l l i g e n th o m ei st ou s eh o m eb u s t e c h n o l o g yt oi n t e g r a t ea 1 1k i n do fh o m ed e v i c e s ，s u c ha sc o m m u n i c a t i o nd e v i c e s ， h o m ea p p l i c a t i o n sa n dh o m es e c u r i t yd e v i c e s ，i n t oa ni n t e l l i g e n th o m es y s t e m b a s e d o nt h eh o m es y s t e m ，h o m ei n f o r m a t i o na n da p p l i c a t i o n sc a nb ec e n t r a l l yo rr e m o t e l y m o n i t o r e d ，c o n t r o l l e da n dm a n a g e d a tt h es a m et i m et h es y s t e mc a nb ec o m p a t i b l e w i t ht h eh o m ee n v i r o n m e n t h o w e v e r , i tw o u l dt a k el o n gt i m et or e a l i z et h i so b j e c t i v e b e c a u s ea tp r e s e n tt h ec r i t e r i o no fh o m en e t w o r kh a sn o tb e e nu n i f i e da nm a n y t e c h n o l o g yp r o b l e m ss t i l le x i s t t h en e t w o r kc o n t r o lo fi n t e l l i g e n th o m ei n t h i sp a p e ri n c l u d e st h et e l e p h o n e r e m o t ec o n t r o la n da l a r md e v i c e ，i n t e l l i g e n tc o n t r o l l e r , p e r s o n a lc o m p u t e ra n do t h e r i n t e l l i g e n tf u n c t i o nm o d u l e s a tt h es a m et i m e ，t h es y s t e mi si n t e g r a t e dw i t hm a n y s u b s y s t e m ss u c ha s h o m es a f ed e f e n s es y s t e m ，d o o ra c c e s s s y s t e m ，p e r i m e t e r d e f e n s es y s t e m ，b u i l d i n gv i d e oi n t e r c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，e t c t h ew h o l es y s t e mi s p o w e r f u li nf u n c t i o n ，w e l le x p a n d e d ，h i g h l yi n t e g r a t e d a n dr e l a t i v e l y s i m p l e i n p r e m i s e sd i s t r i b u t i o n t h eh a r d w a r eo ft h en e t w o r kc o n t r o lo fi n t e l l i g e n th o m es y s t e mi sc o m p o s e do f f o u rp a r t s ：p e r s o n a lc o m p u t e r , m a n a g e m e n tp h o n e ，d o o rp h o n ea n di n n e rp h o n e t h e p e r s o n a lc o m p u t e ri sc o n n e c t e dw i t hm a n a g e m e n tp h o n et h r o u g hs e r i a lp o r ta n dt h e m a n a g e m e n tp h o n ei sc o n n e c t e dw i t ha l lt h ed o o r w a yp h o n et h r o u g hc a nb u s a l l i n n e rp h o n ei nt h eg a m eu n i ta r ec o n n e c t e dw i t ht h ed o o rp h o n et h r o u g hc a nb u s ，t o o t h ep e r s o n a lc o m p u t e ri sa l s oc o n n e c t e dw i t ht h eu p t o w ns e r v i c e t h ei n n e rp h o n eo f t h en e t w o r kc o n t r o ls y s t e mr e c e i v e st h ec o n t r o ls i g n a l sf r o mt h et e l e p h o n el i n ea n d s e n d sc o n t r o ls i g n a l st oh o m ea p p l i a n c e s t h e np a s st h eo p e r a t i o ni n f o r m a t i o na n dt h e w o r k i n gs t a t ei n f o r m a t i o nt ot h ep e r s o n a lc o m p u t e rt h r o u g ht h ed o o rp h o n ea n dt h e m a n a g e m e n tp h o n e t h ep e r s o n a lc o m p u t e rs t o r et h er u n n i n gs t a t eo fh o m ea p p l i a n c e s ， 第l j f 厦 山东大学硕士学位论文 = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = ：= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = a n dp a s st h ei n f o r m a t i o no fh o m ea p p l i c a t i o n st ot h eu p t o w ns e r v i c e t h eu p t o w n s e r v i c es t o r et h ei n f o r m a t i o n ，a n dt h er e m o t eu s e r sc a nb r o w s et h ew o r k i n gs t a t eo f h o m ea p p l i c a t i o n st h r o u g h u p t o w ns e r v i c e t h i sp a p e rd i s c u s s e st h ec o n s t r u c t i o no fc o m m u n i c a t i o nn e t w o r k so fi n t e l l i g e n t u p t o w n sb a s e do nr s 一2 3 2a n dd o u b l ec a nb u s ，a n dp o i n t so u to ne m p h a s i st h eh a r d w a r ed e s i g na n dt h ea r t i - j a m m i n ga n do t h e r so ft h et e l e p h o n er e m o t ec o n t r o la n da l a r m d e v i c e 。t h ei n n e rp h o n eo f t h es y s t e md o e s tc h a n g et h et e l e p h o n e ，a n dh a sn oe f f e c t o nt h eu s e r sd i a li na n do u t i tc a nr e a l i z et h ef u n c t i o no f r e m o t ec o n t r 0 1 o rw h e nt h e i n n e rp h o n ed e i c e r st h ee m e r g e n c i e ss u c ha sa l a r mo rh e l p t h ei n n e rp h o n ec a ns e n d v o i c e i n f o r m a t i o na b o u ta l a r mt ot h eu s e r s m o b i l e f i n i s h e dt h ed e v e l o p m e n to f i n t e l l i g e n tu p t o w n sm a n a g e m e n ts o f t w a r e c o o p e r a t i n gw i t ht h em a n a g e m e n tp h o n e ， d o o r w a yp h o n ea n di n n e rp h o n e ，t h i ss o f t w a r er e a l i z e dt h ef u n c t i o no fi n f o r m a t i o n d i s t r i b u t i o no ft h en e t w o r kc o n t r 0 1 a tt h es a m et i m e ，t h ep e r s o n a lc o m p u t e rp a s s e st h e s t a t ei n f o r m a t i o no fh o m ea p p l i c a t i o n st ot h eu p t o w ns e r v i c e t h ep e r s o n a lc o m p u t e r h a sb e e np r o v i d e dw i t ht h ef u n c t i o no fm a n a g i n gt h ed o o ra c c e s ss y s t e m ，p e r i m e t e r d e f e n c es y s t e ma n dh o m es a f ed e f e n c es y s t e m t h es o f t w a r eu s e dv i s u a lc + + 6 0 a sc o m p i l a t i o ne n v i r o n m e n ta n dh a sp a s s e dt h ec o m p i l a t i o nu n d e rw i n d o w s 9 8 2 0 0 0 w ec o m p l e t e dt h es e r v i c es o f t w a r ed e s i g no ft h er e m o t eb r o w s e s e r v i c es o f t w a r e d e s i g n e dw i t ha s p n e t , a n dt h ed a t a b a s ei sm i s c r o s o f ts q l s e r v e r l a s t ，w eh a v ec a r r i e do u ta l o to fw o r kt od e b u gt h ew h o l es y s t e mi n c l u d i n gs o f t w a r e s i m u l a t i o na n ds y s t e mo n l i n ed e b u g g i n g t h er e s u l th a sp r o v e dt h a tt h es c h e m eo ft h e n e t w o r kc o n t r o li sf e a s i b l e k e yw o r d s ：i n t e l l i g e n tu p t o w n n e t w o r kc o n t r o l c a nb u sc o d e d d t m f 第1 v 页 附件一： 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名：至堑：i 叁日期：跫竺圭旦! ! 鱼 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：至整：盘导师签名：t 夏堡日期：抄厂! 箩 山东大学硕士学位论文 第一章概述 第一节智能家居简介 智能家居网络控制系统属于智能小区的范畴，是当前智能建筑领域最大的热 点之一。小区智能化主要由三大系统组成：设备自动化系统( b u i i d i n ga u t o m a t i o n s y s t e m ，b a s ) 、通信自动化系统( t e l e c o m m u n i c a t i o ns y s t e m ，t c s ) 和小区综合布 线系统( p r e m i s e sd i s t r i b u t i o ns y s t e m ，p d s ) 。小区设备自动化( b a s ) 是以计 算机控制、管理为核心，并带有各种传感器和执行机构的综合性监控系统；通信 自动化( t c s ) 是智能小区的中枢神经系统，包括电话通信、计算机网络、卫星电 视和闭路电视接收系统，它是小区实现对外界联系、获取信息、感知外部世界、 抒发情感、加强信息交流的关键系统；综合布线系统( p d s ) 是为了实现小区管理 自动化、控制自动化，保证小区内各类信息传递准确、快捷、安全的最基本的设 施。 随着计算机技术，电子技术的迅速发展，特别是大规模集成电路的产生而出 现的微型计算机，给人类生活带来了根本性的改变。人们的工作生活与通信、信 息的关系日益紧密，信息化社会在改变我们生活方式与工作习惯的同时，也向传 统的住宅提出了挑战。踏入二十一世纪以来，近年来兴起的现代高科技和信息技 术正在逐步走向智能住宅小区，进而走进家庭。国外出现了网络房屋，出现了与 虚拟社区对应的网络社区，国内智能小区的建设也十分火爆，这其中最基本的单 元就是智能家庭。 智能家居网络系统以现代计算机技术、通信技术、控制技术为基础，采用先 进，成熟的设备和产品以及先进的管理软件，对整个家居的信息通信、安全防范、 报警求助集中于统一的平台上进行管理。智能家庭是信息高速公路进入家庭的产 物，是i t 技术向传统建筑产业渗透发展的必然结果。智能化家庭实现的目标是将 家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器和家庭安防装置通过家庭总线技术 ( h b s ) 连接到一个家庭智能化控制系统上进行集中的或异地的监视、控制或家庭 第1 负 山东大学硕士学位论文 事务性管理。要实现这一目标最基本的条件是家庭中各种独立的设备必须集成在 一个统一的家庭网络( h o m e n e t ) 中，家庭网络作为家庭信息基础设施的组成部分， 为家庭信息提供必要的通路。其次在家庭网络操作系统的控制下，通过相应的硬 件和执行机构，实现对家庭中的所有的家电和设备的控制和监测。再次，它们都 要通过一定的媒介，构成与外界的通信通道，以实现与家庭以外的世界沟通信息， 满足远程控n 监测和交换信息的需求。最后，它们的最终目的都是为了满足人们 对安全、舒适、方便和符合绿色环境保护的需求。 第二节智能家居网络控制系统的方案论证 所谓智能家居网络控制系统是将家庭中的电器进行联网达到远程控制的目 的。它属于智能小区建设中设备自动化的范畴。 目前我国的智能小区管理系统集中于小区外围的网络规划，集成了楼宇可视 对讲系统、门禁系统、周界防范系统、家庭安防系统、信息发布系统。整个智能 小区管理系统组成一个单独的网络，网络内部各个节点和执行机构相互通信以达 到小区内部集中管理的目的。本课题在此基础上致力于如何实现智能小区管理系 统的网络与外界通信，提供一种在现有基础上进行改造并实现家电远程控制的方 法。 当前智能小区管理系统主要以单独布线的方式来完成整个小区网络的规划。 住宅智能化系统与外界通信的主要方式有：借助于公用电话网、借助于有线电视 网、借助于有线或无线接入网和专用网络。显然，目前电话已经步入千家万户， 成为通讯的主要手段，借助于已有的电话网络实现家电的远程控制或家庭内部的 集中控制成为家电网络控制的一种简单、廉价的控制方式。同时由于宽带网的普 及，利用宽带网使小区管理系统与外界通信成为一种更为先进的解决方案。 2 1 系统总体设计 我们所设计的智能家居网络控制系统实现于智能小区管理系统之上，整个系 统分为四部分，分别为上位机、管理机、门口机和室内机。管理机和上位机放置 于小区管理室内，小区管理人员在管理室操作上位机。上位机接小区服务器，实 第2 页 山东大学硕士学位论文 现上位机与外网相连；室内机与电话线相连，实现家用电器的远程控制。各家用 电器及报警装置的状态以网页的形式在小区服务器上存储，便于用户上网查询。 就系统的主要功能而言，室内机是接收控制信号和发送报警信号的主要装置，室 内机同时担负控制家电，向门口机和管理机发送需存储的报警及状态信号的任务， 门口机和管理机是信息的中转站，管理机将需要转存的信息发送给上位机，上位 机将信息存储在小区服务器上，供用户上网查询。 2 2 系统网络规划 当前大多数新建小区都安装了智能小区管理系统，通信总线一般采用r s - 4 8 5 或c a n 总线等。我们的设想是能否利用现有的总线通信，将家庭网络控制系统内 嵌于智能小区管理系统之内，以期达到节约布线投资、实现系统高度集成的目的。 r s 一4 8 5 与c a n 总线的特性比较如下表所示： 、总线类型 搿拦 r s 一4 8 5c a n 总线 成本低廉稍高( 2 0 - 3 0 元节点) 总线利用率低高 网络特性单主节点多主节点 数据传输速率 低高 容错机制 无可靠的错误检测和处理机制 通信失败率高极低 节点错误的影响导致网络瘫痪对其它节点无任何影响 通信距离小于1 5 0 0 米可达1 0 0 0 0 米( 5 k b p s ) 网络调试困难容易 开发难度 简单需要一定的技术基础 后期维护成本 很高低 通过上表的比较可知，r s 一4 8 5 网络除了硬件成本、开发难度比c a n 总线网络 稍具优势外，其他性能方面都没有可比性。在产品更新速度特别快的今天，如果 将产品的上市时间、产品的后期维护、软件开发难度等计算在一起，r s - 4 8 5 网络 第3 页 山东大学硕士学位论 的硬件成本优势也就不复存在。因此我们采取利用c a n 总线取代r s 一4 8 5 并取得了 良好的效果。 c a n 总线通信速率高、通信距离远、可靠性高，可以满足智能家居网络控制系 统的通信要求。c a n 总线上的节点数可达1 1 0 个，通信距离可达1 0 0 0 0 米。我们把 管理机和所有的单元门口机通过一条c a n 总线连接在一起，把每个单元内的所有 用户机和门口机通过c a n 总线连接在一起，则系统最大容量( 用户机数) 为1 0 0 0 0 多户。另外，c a n 总线上的节点数和通信距离是由c a n 收发器的总线驱动能力决定 的，若在总线上加一级中继器，则系统容量和通信距离均增加一倍，满足了绝大 多数小区的容量要求。 管理机与上位机同处于小区管理室内，它们之间的距离较近，采用r s - 2 3 2 方 式就可以满足通信要求。门口机是智能小区网络构建中比较重要的一环，它需要 与管理机通信。同时又需要与该单元内各用户机通信。 2 3 控制信号在用户机内转换和传输的途径 我们知道，电话线上传输的是双音多频信号，此双音多频信号必须经过转化 成为单片机能够识别的数字信号才能达到利用单片机通过电话线控制家电的作 用。目前双音多频产品多属于c m o s 集成电路，国际上一些主要得器件厂商或公司 均有代表性得d t m f 发送、接收器。如m i t e l 公司得m t 5 0 8 7 、m t 5 0 8 9 、m t 5 0 9 1 ； m o t o r o l a 公司得m c l 4 4 1 0 ；a m i 的$ 2 8 6 0 0 、$ 2 5 5 9 ；t e x a s 公司的t p 5 0 8 7 、t c m 5 0 8 7 、 t c m 5 0 8 9 ；m o s t e x 公司的m k 5 0 8 7 、m k 5 0 9 1 等。其中有代表性的d t m f 接收器有m t 8 8 7 0 、 m 8 8 7 0 、m h 8 8 3 0 5 和m 9 5 7 等。有d t m f 发送器和接收器集成为一体的如m t 8 8 8 0 、m 8 8 8 0 、 m 8 8 8 8 、m t 8 8 8 9 等。这d t m f 产品集成度高、体积小、抗干扰能力强，并且中间传 输的是双音频信号，便于与微型计算机接口。 由于本系统需要发送和接收双音多频信号，所以选用发送器和接收器集成于 一体的器件，经过多方面考虑，最后选用m t 8 8 8 0 作为双音多频发送与接收单元。 m t 8 8 8 0 是m i t i l 公司生产的d t m f 发送与接收器，它是一种功能较强的d t m f 发送 与接收器件，可用于程控交换机、无线通信设备与移动通信系统、广播系统等领 域。有关m t 8 8 8 0 的特性和使用方法我们将在后边详细介绍。 p 奄， 第4 页 第三节系统其它功能 该系统集成于智能小区的管理系统之内，系统除实现了家电的远程控制和家 电及报警状态的远程查询外，还实现了家庭安防、门禁、周界防范、楼字可视对 讲及信息发布等多项功能。 3 1 家庭安防系统 家庭安防所用到的各类探测器( 如门磁探测器、烟感探测器、红外探测器等) 安装于用户房间内，并通过线路连接到室内机上。室内机在检测到探测器的报警 信号后，将报警信号通过门口机和管理机的转发送到上位机，上位机在接收到报 警信号后进行声音和图像报警，在电子地图上显示出具体的报警点，并给出用户 的各种信息( 比如联系方式等) 。管理员可以在派人前往现场处理的同时，向用户 和“1 1 0 ”报警。同时用户机通过电话线将报警信号传递到业主手机上，以语音提 示的方式来通知业主所发生的警情，实现家庭安全防范的功能。 3 2 门禁系统 门禁系统采用非接触式i c 卡，读头安装于门口机中并由单片机来控制，当持 卡人将i c 卡贴近读头时，门口机读入卡号并判断该卡是否有权限开启大门，如果 有权限，则开启大门的电控锁，并将开门记录通过管理机转发上传到上位机存储； 如果该卡没有权限开门，则不予响应。 门口机根据其存储器中存储的卡号表来决定该卡是否有开门权限，卡号表中 卡号的增加、删除等操作都由上位机发送命令来控制，当然，这些命令只有经过 管理机的转发才能送至门口机。 3 3 周界防范系统 周界防范系统由前端探测器( 对射探头) 和报警器及一些辅助设备( 电源、 探头安装支架) 构成。对射探头由一个发射端和一个接收端组成。发射端发射经 第5 贝 过调制的两束红外线，这两条红外线构成了探头的保护区域。如果有人企图跨越 被保护区域，则两条红外线被同时遮挡，接收端输出报警信号，触发报警主机报 警。 在小区的周边安装红外对射探头报警器，利用c a n 接1 3 与系统外总线相联， 实现小区周边防范，一旦小区周边有非法者侵入，报警器会把报警信号通过管理 机的转发送至上位机，由上位机进行声音、图像报警，指出报警的时间和地点、 编号等并进行存储。管理员可以派人前往现场处理，并可向“1 i o ”报警。 3 4 楼宇可视对讲系统 楼宇可视对讲系统是防止非法入侵的第一道防线，该系统主要用于防止非本 楼的人员在未经允许下进入楼内，充分保证了本楼住户的人身和财产安全。访问 者可使用门1 ：3 机与管理机或室内机通话，管理机和室内机均可以给访问者丌门， 室内机或管理机可以监视门1 3 的情况，室内机可以呼叫管理机求助，管理机也可 以呼叫室内机等。 3 5 信息发布系统 智能小区信息发布系统是智能小区管理的一种新模式，在这种模式下，小区 的公共通知等信息被传送到用户室内，供用户查阅；它将取代传统的布告栏和电 子公告牌，完成小区的信息发布功能。 第四节系统功能特点 智能家居网络控制系统在国内推出的解决方案有多种，多数方案现在还不适 合我国现在经济发展的现状。本论文的目的旨在利用现有资源来提升系统的功能， 系统不必另行布线。我们所设计的智能家庭网络控制系统具有如下优点： 方便的远程控制及远程查询 利用遍及千家万户的电话线来传输信息。这是目前实现住宅内与住宅外信息 交换最有效的方法。它在整个住宅智能化系统中所起的作用是，充当电话网与智 第6 页 山东大学硕士学位论文 能控制器之间信息交换中的桥梁，使用时只需将电话线的进线接入系统的用户机， 用户机的另一端再与电话线相连，主控单元控制用户机内的两个多路模拟开关闭 合，不影响电话机的正常工作；只有在本装置工作时主控单元j 。控制这两个丌关 断开。用户操作系统时只需拨打家中的电话。铃响几次( 预先设定) 无人接通， 用户机发出模拟摘机信号，并控制语音处理电路提示用户输入密码( 预先设定) ， 用户听到这一提示音后，就在自己所使用的电话机或手机上按下密码所对应的数 字键即可，密码所对应的双音多频信号经电话线传给双音多频接收发送电路，检 测译码，传给主控单元，主控单元识别正确后，语音芯片再提示用户进行控制家 电的操作，最后，主控单元把控制家电的信息译码，进行控制家电的各种操作。 家电控制的各种控制信息经门口机管理机上位机转存至小区服务器，供用户上网 查询。用户上网查询的界面如图l 一1 所示： 融嚣嚣勰黧霎琵登黧嚣篓黧雾窆雾篓黑譬勰鹱芝夏五j 【翟 文件编辑查看皿收藏工具帮助q d筇 o 腓，o 凿曲舔歹j 躲虫收双e 。蹈口回3 蜕l 上望z l i 柏l ，晰“ 一+ 一一v 1 圆蚓 ， 嗣庐遐固鸯陶蜀醯 襄电类表 空遵 家电名称襄电状态开启时间关闭时间 丝疆 空调开启2 0 0 4 3 19 ：o o 霆埋蠡曳 擅戳 ! 豇正在从以下站童下蓑n b ：，坩t # 札hc 一 毒h t 吐m i 图卜1 多途径的远程报警功能 当用户室内发生警情的时候，用户的室内机将报警信息经门口机，管理机转 发给上位机，上位机将报警信息转存至小区服务器，同时控制双音多频接收与发 第7 贰 山东大学硕士学位论文 送电路自动拨打预设好的报警电话，拨号后监测电话线上传束的是否是通话音， 妇累是裁控瓤器音处壤电路稼信息特给溺户的学飘，传呼或粪接报警。翔户室内 机向门口机报警如图l 一2 所示。 图1 2 可靠的通信平台 餐裁家慝网络茬爨系统在小区疼部采曩三缀溺络实现蒸透信珐麓。主证辊副 管理机属于第一级网络，采用r s 一2 3 2 标准。管理机到门口机、周界控制器、门禁 加卡器等属于第二级网络，采用的是c a n 总线标准，我们称之为外总线。从门口 撬羁室蠹缀是第三缓瓣络，采露懿瞧是c a n 总线标准。我弱髂之为内总线。 c a n 总线采用非破坏性仲裁技术，多个节点同时发送数据仃寸，也不会引起总线 冲突。网络流量较大时，传统的4 8 5 总线以及以太网都可能瘫痪，而c a n 总线则 不会出魂这嵇情况，叛熬讨论静掰港嫱悫疆接勰鬈在袋粕豹系统孛不楚存在。飙 硬件到软件，我们采用多种办法实现了系统通信的可靠通信。 系统可靠性商 我们莱援集成菸抟，使摄羚灏电路结构簿攀，性能可靠，程序执行效率高。 第3 页 山东大学硕士学位论文 在键盘显示电路部分我们采用芯片h d 7 2 7 9 ，如果有必要只需要外加几个电阻 就可以扩展多达6 4 个按键，并可以驱动8 个8 位共阴式数码管( 或6 4 只独 立的l e d ) 。单片即可完成l e d 显示、键盘接口的全部功能。h d 7 2 7 9 片内具有键盘 消抖功能，减少了c p u 工作的压力。 我们采用各种办法增强系统的抗干扰能力。比如，采用高性能的电源模块 电路板正反面交叉布线、加粗电源线和地线，使用软件看门狗等，最大限度地增 强系统的可靠性。 第9 页 山东大学硕士学位论文 第二章智能家居网络控制系统管理软件的开发 第节智能家居网络控制系统上位机软件的开发 1 1 串口通信概述 在上位机和管理机之间的通信采用计算机串行口，一般说束，计算机都有一 个或多个串行端口，串口提供了外部设备与p c 进行数据传输和通信的通道，在c p u 和外设之间充当解释器的角色。当字符数据从c p u 传送给外设时，这些字符数掘 将被转换成串行比特流数据；当接收数据时，比特流数据被转换为字符数据传送 给c p u 。 。串行通信接口标准是在r s - 2 3 2 c 标准的基础上经过改进而形成的。r s - 2 3 2 c 标准是美国电子工业协会( e i a ) 与b e l l 公司一起开发，并于1 9 6 9 年公布的通信 协议。它适合于数据传输速率在0 2 0 0 0 0 b p s 范围内的通信。由于通信设备厂商都 生产与r s - 2 3 2 c 兼容的通信设备，因此，它作为一种标准，目前已在微机通信接 口中被广泛采用，它不仅内置于每一台计算机中，同时也被内置于从微控制器到 主机的多种类型的计算机及其相连接的设备中。 r s 一2 3 2 c 对电气特性、逻辑电平和各种信号线功能都做了规定。r s 一2 3 2 c 采用 负逻辑传输，在t x d 和r x d 上，逻辑l ( m a r k ) 的电平是一3 v 到一l5 v ，逻辑0 ( s p a c e ) 的电平是+ 3 vn + 1 5 v 。介于一3 v 至j j + 3 v 之间的电压无意义，低于一1 5 v 或高于+ 1 5 v 的电压也认为无意义，因此，在实际工作中，应保证电平的绝对值在+ 3 v 至u + 1 5 v 之间。根据我们的实验结果，串口连接上以后，其信号线上的空闲电平一般处于 - 8 v 到一l o v 之间。这个电平对于实现短距离的串行通信来说，通信性能还是可以 保证的。 ；目前较为常见的串口有9 针串口( d b 9 ) 和2 5 针串口( d b 2 6 ) ，当通信距离较 近时，可以通过电缆线直接连接r s 一2 3 2 端口，若通信距离较远，则需要附加调制 解调器。我们使用的是最为简单且常用的三线制接法，即地线、接收和发送三脚 第1 0 页 山东大学硕士学位论文 相连串口通信接线方法如下表所示： 9 针一9 针2 5 针- 2 5 针9 针- 2 5 针 233222 322333 55 7 75 7 在智能家居网络控制系统中，我们采用9 6 0 0 b p s 的波特率、没有校验位、8 位数据位和l 位停止位的标准设置，保证通信连线长度在l o 米以内，实现了可靠 的通信。 1 2 串口通信部分协议规划 在智能家居网络控制系统中，管理机与上位机之问采用的通信协议由我们自 己规化，这个协议包括家电网络控制、信息发布、家庭安防、门禁管理、周界防 范等几个部分。 家电网络控制部分 在管理机与上位机之间，家电网络控制的通信协议只有一条，那就是用户机 将家电状态或报警装置的信息发送到门口机，由门口机转发至管理机，在由管理 机向上转发。该条协议格式如下： 4 5 i ( 命令字) + 用户地址( 4 字节) + 报警装置或家电的控制信息( 3 字节) ； 信息发布部分( 上位机到管理机) 信息发布的通信协议只有一条，那就是上位机发送信息到管理机，再由管理 机向下转发。该条协议格式如下： 命令字( i 字节) + 目的地址( 4 字节) + d a t a o + + d a t a ( d l c 1 ) ； 其中命令字高三位固定为零，中间两位为帧识别，低三位表示汉字信息的字 节数。命令字的格式如下： 0 0 0 + f r a m e i d ( 2 b i t ) o + d l c ( 3 b i t ) o 。 注：f r a m e i d ( 帧识别) ：o l ，首帧；1 0 ，中间帧；1 1 ，尾帧。d l c ，发送 的信息长度。 室内报警部分( 管理机到上位机) 4 0 h ( 命令字) + 报警地址( 4 字节) + 报警类型( 1 字节) 。 第1 i 贞 山东大学硕士学位论文 以上是系统管理机与上位机通信的部分协议，门禁系统和周界防范系统不是 本论文的重点，在此就不介绍了。需要指出的是，管理机并不是信息的来源，也 不是信息的终点，管理机的作用只是信息的中转。比如说信息发白的信息，其目 的地是用户机，管理机接收到信息后通过c a n 总线发送到门口机，再由门口机转 发到用户机，最后由用户机处理。对于上行的信息也有类似的情况，例如用户机 收到从电话线上传来的远程控制家电的控制信号，并产生一个家电的状态信息， 经c a n 总线传递给门口机，然后由门口机转发给管理机，再由管理机上传到上位 机，由上位机存储到小区服务器，便于用户上网查询。 1 3 软件开发平台简介 使用v c + + 6 0 ( 以下简称v c ) 编程实现计算机串行口与外设通信通常有两种 方法。一种是使用m s c o m m 控件的方法，m s c o m m 控件通过串行端口传输和接收数据， 为应用程序提供串行通信功能。m s c o m m 控件在进行串口编程时使用非常方便，程 序员不必去花时间了解较为复杂的a p i 函数，而且在v c 、v b 、d e l p h i 等语言中均 可以使用。另一种方法是使用w i n d o w sa p i 函数编程实现串口通信的功能，w i n d o w s 环境下的串臼编程与d o s 环境下的串口编程有很大不同，w i n d o w s 环境下编程的最 大特征之一就是设备无关性，它通过设备驱动程序将w i n d o w s 应用程序同不同的 外部设备隔离。w i n d o w sa p i 函数封装了w i n d o w s 的通信机制，这种方式称为通信 a p i ，w i n d o w s 程序员可以利用w i n d o w s 通信a p i 进行编程，不用对硬件直接进行 操作。这也就是所谓的w i n d o w s 开放式服务体系w o s a ( w i n d o w so p e ns e r v i c e s a r c h i t e c t u r e s ) 。如图2 1 所示： 第1 2 页 应用程序 j r i a p f ( h p p l i c a t i 。np r o g r a m m i n gi n t e r r b c e s ) l 驱动程序 l 硬件设备 图2 - iw i n d o w s 开放式服务体系 由于串口控件的功能比较有限，因此我们在丌发小区管理系统的时候采用了 w i n d o w sa p i 函数的方式来实现串口编程。 串口控件简单易用，m s c o m m 控件作为一种控件，它只能在对话框中使用，离 开了对话框，它就失去了存在的载体，也就无法使用了。智能小区管理软件的功 能较多，编程相对比较复杂，采用基于对话框的应用程序显得有些捉襟见肘。使 用a p i 函数编程控制串口，虽然比较复杂，但其功能强大，灵活性高，可以在各 种程序( 基于对话框、基于单文档以及多文档等) 中使用。 我们不否认串口控件有其优点存在，在编制小应用软件时，使用简单方便， 也能完成正常的通讯。而在编制功能较强的软件时，a p i 函数就显示了其强大的优 越性。综合考虑各方面的原因，我们最终选择a p i 函数来实现对串口的控制。 a p i 函数提供两种处理通信问题的方法：一种是事件驱动方法，另一种是定时查询 法。事件驱动是处理串行端口交互作用的一种非常有效的方法。在许多情况下， 在事件发生时需要得到通知，例如：串口接收到一个字符时，需要立即进行处理。 在这种情况下，可以利用多线程技术，在接收线程中使用函数等待事件的发生， 当事件发生时立即读取串口数据并进行处理。这种方法的优点是程序响应及时， 可靠性高。查询方式需要在程序中申请一个定时器，在定时响应函数中检测串行 口的状态，如果有数据需要处理，就可以在这个响应函数中读取串口缓冲区并进 行处理。查询方式实质上还是属于事件驱动，但在有些情况下，这种方式显得更 为便捷。在智能小区管理软件中，串口通信采用事件驱动的方式编程，保证了报 警的实时性。 1 4 多线程简介 进行w i n d o w s 多线程程序设计，首先必须了解几个有关操作系统的概念。 进程：进程是指拥有私有虚拟地址空间、代码、数据和其他操作系统资源 组成的执行应用程序。它是应用程序执行的实例。 线程：线程是操作系统给予分配c p u 时间的基本实体。线程可以是应用程 序任意部分的代码，其中包括另一个线程当前正在执行的部分。一个进程的所有 线程共享该进程的操作系统资源。线程分为