（计算机应用技术专业论文）网络化智能家居主机研究与实现.pdf

桂林理工大学硕士学位论文 摘要 智能家居也叫数字家庭，或称智能住宅，在英文中常用s m a r th o m e ，在香港、台湾 等地区还有数码家庭、数码家居等称法。在网络非常普及的今天，人们可以通过电脑非 常方便地上网，但却不能对家庭的电器设备进行控制，无法在外地了解家里电器设备的 运转情况，这是一件十分遗憾的事。本设计试图结合计算机网络技术、无线遥控技术、 图像编码与传输技术、电器控制技术等技术，来实现通过一台智能家居主机达到防盗监 控、硬盘录像、远程观看、远程控制、家庭娱乐等诸多功能，将家里的设备全部连成网 络，在外地不仅通过手机可以控制家用电器，而且可以通过手机看到图像。 单个的智能家居控制模块已经在市场有售，功能十分有限，在外地不能既可以看到 图像，又可以通过电话、手机或电脑等多种手段来控制家用电器。本设计以工控p c 主板 为核心，插入视频采集卡，接上硬盘，通过自己编写的计算机软件进行m p e g 4 编码实 现了视频录像功能。再将编码后的数据传送到网络或手机上，实现了远程观看功能。本 设计利用一个单片机，将无线接收模块、无线发射模块、电话模块连接起来，并通过串 口与p c 主板连接，从而实现了报警信息采集，智能家居控制功能。通过协议转发器，将 无线控制信号转发为红外控制信号，实现了对空调、电视等设备的控制。总体说来，本 文的研究与设计的亮点主要体现在以下4 个方面： l 、本设计将图像监控、防盗报警、手机监控、家电控制、家庭娱乐等诸多方面的功 能全部融合在一台主机里，突破了以前只有一两个方面功能的限制，极大满足了现代家 庭的需求。 2 、巧妙利用了工控主板上声卡的功能，只要一个小变压器，靠软件就实现了电话拨 号、电话号码识别，电话远程控制等以前需要许多集成电路来完成的功能。 3 、提供了给用户进行二次开发的技术，用户只要输入简单的几行脚本语言，就可以 个性化地实现用户自己想要的功能。 4 、设计了一个自学习型的无线红外协议转发器，实现了远程对空调的温度湿度的控 制或电视的频道音量的控制。 关键词：智能家居，视频监控，无线遥控，远程控制，防盗报警，红外转发器 桂林理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t s m a r th o m ea l s oi sc a l l e dd i g i t a lh o m eo ri n t e l l i g e n tr e s i d e n c e i nh o n gk o n g ，t a i w a n a n do t h e ra r e a s ，i ti sc a l l e dd i g i t a lf a m i l yo rd i g i t a lr e s i d e n c e w i t ht h ep o p u l a r i t yo fn e t w o r k , p e o p l eg e tt ot h ei n t e m e tw i mc o m p u t e ri n c o n v e n i e n t l y , t h o u g hi ti sr e g r e t t e dt h a t t h e yc a l l t c o n t r o ld o m e s t i ca p p l i a n c e ，a n dt h e yd o n tk n o ww h e t h e rt h e i rd o m e s t i ca p p l i a n c ei sw o r k i n g w e l l ，w h e nt h e ya l eo u t s i d e t h ep a p e rw a n t st or e a l i z eah o s to fi n t e l l i g e n th o m ew h i c hh a s v a r i o u sf u n c t i o n ss u c ha sa n t i - t h e f tm o n i t o r i n g ，h a r dd i s kv i d e or e c o r d i n g ，r e m o t ev i e w i n g ， r e m o t ec o n t r o l ，a n dh o m ee n t e r t a i n m e 咄c o m b i n i n go fc o m p u t e rn e t w o r kt e c h n o l o g y , w i r e l e s s r e m o t ec o n t r o lt e c h n o l o g y , i m a g ec o d i n ga n dt r a n s m i s s i o nt e c h n o l o g y , e l e c t r i c a lt e c h n o l o g y , a n dc o n t r o lt e c h n o l o g y a c c o r d i n g l y , a l la p p l i a n c e sw i l lb en e t w o r k e d ，c a np e o p l en o to n l y c o n t r o la p p l i a n c e s ，b u ta l s os e et h ep i c t u r e sv i ac e l lp h o n e t h ec o n t r o lm o d u l eo fs i l l 出es m a r th o m eh a sb e e no ns a l ei nt h em a r k e t ，b u ti t s f u n c t i o n sa r ev e r yl i m i t e d n e i t h e rt h ep i c t u r e sc a nb es e e n , n o rc a nd o m e s t i ca p p l i a n c eb e c o n t r o l l e dv i at e l e p h o n e ，c e l lp h o n eo rc o m p u t e r t h ed e s i g nt a k e sp ci n d u s t r i a lm o t h e r b o a r d a st h ec o r e ，i n s e r t sav i d e oc a p t u r ec a r d ，c o n n e c tt h eh a r dd i s k ，i m p l e m e n t sv i d e o r e c o r d i n g 、 r i t l lm p e g 4v i d e oe n c o d i n gp r o g r a m m e dw i 廿lc o m p m e rs o f t w a r e t h ee n c o d e d d a t ai ss e n tt on e t w o r ko rc e l lp h o n e ，t h ef u n c t i o no fr e m o t ew a t c h i n gi si m p l e m e n t e dt h e n u s i n gas i n g l e c h i pt oc o n n e c tw i r e l e s s r e c e i v e rm o d u l e ，w i r e l e s st r a n s m i t t e rm o d u l ea n d t e l e p h o n em o d u l e ，a n dc o n n e c tt h es i n g l e c h i pt op c m o t h e r b o a r db ys e r i a lp o r t ，t h i sd e s i g n i m p l e m e n t sa l a r mi n f o r m a t i o nc o l l e c t i o na n di n t e l l i g e n th o m ec o n t r 0 1 w i r e l e s sc o n t r o l s i g n a l sa r et r a n s m i t t e dt ot h ei n f r a r e dc o n t r o ls i g n a lt oc o n t r o lt h ed o m e s t i ca p p l i a n c es u c ha s a i r - c o n d i t i o n i n ga n dt e l e v i s i o n c o n s e q u e n t l y , t h eh i g hp o i n t so ft h er e s e a r c ha n dd e s i g ni nt h i s p a p e ra r ef o l l o w i n g ： 1 s i n c ei m a g em o n i t o r i n g ，b u r g l a ra l a r m ，p h o n em o n i t o r i n g ，a p p l i a n c ec o n t r o l ，h o m e e n t e r t a i n m e n ta r ei n t e g r a t e di nah o s t ，t h el i m i t a t i o no ff e wf u n c t i o n si sb r o k e nt h r o u g h ，t h e n e e d so fm o d e mf a m i l i e sa r em e ta c c o r d i n g l y 2 b yt h eu s eo fs o u n dc a l i nt h ei n d u s t r i a lm o t h e r b o a r d ，f u n c t i o n so ft e l e p h o n ed i a l u p ， p h o n en u m b e ri d e n t i f i c a t i o n ，p h o n er e m o t ec o n t r o l w h i c ha r ec a r r i e dt h r o u g hb ym a n y i n t e g r a t e dc i r c u i t sb e f o r e ，a r ec o m p l e m e n t e db ys o f t w a r e ，o n l yw i t ha s m a l lt r a n s f o r m e ri nt h i s p a p e r 3 。t e c h n o l o g yf o rs e c o n d a r yd e v e l o p m e n ti sp r o v i d e d ，u s e r sc a nc o m p l e m e n tp e r s o n a l i z e d f i 桂林理工大学硕士学位论文 f u n c t i o n s ，j u s te n t e r i n gs i m p l es c r i p tl a n g u a g e 4 t h i sp a p e rd e s i g n sas e l f - l e a r n i n g - b a s e dw i r e l e s si n f r a r e dt r a n s p o n d e ra g r e e m e n tt o r e m o t ec o n t r o lal o n g - r a n g et e m p e r a t u r ea n dh u m i d i t yo ft h ea i r - c o n d i t i o n i n go rt vc h a n n e l a n dv o l u m e k 呵w o r d s ：s m a r th o m e ，v i d e os u r v e i l l a n c e ，w i r e l e s sr e m o t ec o n t r o l ，r e m o t ec o n t r o l ， b u r g l a ra l a r m ，i n f r a r e dr e p e a t e r 1 1 i 研究生学位论文独创性声明和版权使用授权书 独创性声明 本人声明：所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特手 , l j n 以标注和致谢的地方外，论文中不包含他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。对论文的完成提供过帮助的有关人员已在论文中作了明确的说明并表 示谢意。 学位论文作者( 签字) ： 么纠f 垒庄! 签字日期：五堑阜斗 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解( 学校) 有关保留、使用学位论文的规定，有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的印刷本和电子版本，允许论文被查阅和借阅。 本人授权( 学校) 可以将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、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技 术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社 会公众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：刁江( 疗 签字日期：a 1 年6 。月7 日 占月q 日 ? 桂林理工大学硕士学位论文 1 1 智能家居概述 第1 章绪论 随着社会经济和人均c p i 的不断提高，人们已经不再只满足于吃饱穿暖，不再只满 足于生活品味和消费格调，而是逐渐演变成更方便、更时尚的生活态度。在网络高度发 达的当今社会，家用电器数字化、网络化是必然趋势。然而，在网络非常普及的今天， 人们可以通过电脑非常方便地上网，但却不能对家庭的电器设备进行控制，无法在外地 了解家里电器设备的运转情况，这是一件十分遗憾的事。为此，人们提出了智能家居的 概念。 家庭智能化系统的功能包括三表抄送功能、安防报警功能、可视对讲功能、监控中 心功能、家电控制功能、有线电视接入、电话接入、住户信息留言功能、家庭智能控制 面板、智能布线箱、宽带网接入和统软件配置等。它综合利用计算机、网络通讯、家电 控制、综合布线等技术，将家庭智能控制、信息交流及消费服务、小区安防监控等家居 生活有效地结合起来，在传统“智能小区 的基础上实现了向家的延伸，创造出高效、 舒适、安全、便捷的个性化住宅空间。 自从世界上第一幢智能建筑1 9 8 4 年在美国出现后，美国、加拿大、欧洲、澳大利亚 和东南亚等经济比较发达的国家先后提出了各种智能家居的方案。智能家居在美国、德 国、新加坡、日本等国都有广泛应用。智能家居也叫数字家庭，或称智能住宅，在英文 中常用s m a r th o m e ，在香港、台湾等地区还有数码家庭、数码家居等称法。 1 2 智能家居在中国的发展 2 0 0 0 年概念导入阶段：2 0 0 0 年是智能家居在中国的一个概念年。通过广播 电台、电视、报纸和杂志等诸多媒体的广泛宣传，相当一部分居民已经接受了智能家居 这个概念。 2 0 0 1 年研究开发阶段：2 0 0 1 年是各个科研机构和公司从规划到实际研究 和开发的关键一年。如同以往相类似产品( 如彩色电视机和v c d 及d v d 机) 在我国的 发展过程一样，有些机构和公司开始引进一些国外的系统和产品，在一些豪华的公寓和 住宅中已经看到了它们的踪迹。 2 0 0 2 年 - 2 0 0 3 年实验阶段：在这一年中，有一部分高档住宅小区和私人住宅， 将在控制和管理上实现一般意义上的智能化，宽带网将进入一般居民的住宅和小区，为 桂林理工大学硕士学位论文 智能家庭网络功能的完善佐以_ 定的条件。 2 0 0 3 年2 0 0 4 年推广阶段：到2 0 0 3 - - 2 0 0 4 年，是智能家庭网络系统在中国推 广应用的两年。我国自行研制的系统已经较为成熟，并有能力与国外的系统和产品相抗 衡。新建的住宅和小区大部分将配备一定的智能化设施和设备。美国和欧洲将在2 0 0 3 年 2 0 0 4 年全面普及智能家庭网络，各种可连网的终端电器设备将大量出现在市场上。 2 0 0 5 年至今推广阶段：我国在智能家居技术领域与欧美国家的差距并不 大，估计仅滞后2 3 年，在这几年中，我国将全面普及智能家庭网络系统和产品，即开 始走进普通居民的家居中。 1 3 本课题的研究内容 本课题试图结合计算机网络技术、无线遥控技术、图像编码与传输技术、电器控制 技术等技术，来实现通过一台智能家居主机达到防盗监控、硬盘录像、远程观看、远程 控制、家庭娱乐等诸多功能，将家里的设备全部连成网络，不仅在外地通过手机可以控 制，而且可以通过手机看到图像。各种家电通过不同的互联方式进行通信及数据交换， 实现家用电器之间的“互联互通”，这将极大地提高人类居住的舒适性和娱乐性。 具体地说，要求智能家居主机具有4 路图像，可以2 4 小时录像或定时录像与报警触 发录像，可以接入有线或无线报警探头，在布防状态下，一当有触发就立刻报警，报警 时拉响警笛、拨打预设的电话，将报警信息发送到中心服务器与用户手机。可以在手机 与电脑上通过i n t e r n e t 查看家里的图像，控制家里的电器设备。 1 4 智能家居控制技术现状 从前面介绍的智能家居在我过的发展历程看出，单功能的智能家居设备已经进入家 庭，比如宽带、数字电影，可视电话等。但整体功能欠缺，有的有防盗报警功能却没有 录像功能，有的有录像功能却没有智能家居控制功能。到目前为止，理论研究较多而实 际产品很少。 1 5 本课题的研究目的及意义： 本课题重在解决现代家庭的安全防范、家电控制以及便捷的远程监控。智能家居控 制主机技术的实现，除了防火防盗报警，对改善居住条件、提高生活档次也是具有重要 意义。本课题设计出来的智能家居主机，使用红外探测器、门磁等设备来检测是否有人 闯入，检测方便准确，是现代家庭的主要防盗措施。智能家居控制主机不仅解决了防盗 问题，还具有录像功能。智能家居控制主机对改善居住条件、提高生活档次也是具有重 要意义。 2 桂林理工大学硕士学位论文 第2 章智能家居主机的有关技术 2 1 网络控制与t c p i i p 技术 智能家居主机的网络图像观看与远程控制( 包括手机看图像与手机控制) 都是基于 t c p i p 技术的，t c p f l p 技术的核心就是t c p i p 协议。远程控制技术是在网络上由一台 电脑或手机( 主控端r e m o t e 客户端) 远距离去控制另一台电脑( 被控端h o s t j 艮务器端) 的技术，这里是指控制智能家居主机。 2 1 1t c p ip 协议 t c p i p 协议( t r a n s f e rc o n t r o l np r o t o c o l i n t e m e tp r o t o c 0 1 ) n q 做传输控制网际协议，又 叫网络通讯协议，这个协议是i n t e m e t 国际互联网络的基础。它规范了网络上的所有通信 设备，尤其是一个主机与另一个主机之间的数据往来格式以及传送方式。t c p i p 是 i n t e r n e t 的基础协议，也是一种电脑数据打包和寻址的标准方法。 t c p i p 是网络中使用的基本的通信协议。虽然从名字上看t c p i p 包括两个协议，传 输控制协议( t c p ) 和网际协议( i p ) ，但t c p f i p 实际上是一组协议，它包括上百个各种功能 的协议，如：远程登录、文件传输和电子邮件等，而t c p 协议和i p 协议是保证数据完整 传输的两个基本的重要协议。通常说t c p i p 是i n t e m e t 协议族，而不单单是t c p 和i p 。 t c p i p 是用于计算机通信的一组协议，我们通常称它为t c p i p 协议族。它是7 0 年 代中期美国国防部为其a r p a n e t 广域网开发的网络体系结构和协议标准，以它为基础 组建的i n t e r n e t 是目前国际上规模最大的计算机网络，正因为i n t e r n e t 的广泛使 用，使得t c p i p 成了事实上的标准。 之所以说t c p f l p 是一个协议族，是因为t c p f l p 协议包括t c p 、i p 、u d p 、i c m p 、 r i p 、t e l n e t f t p 、s m t p 、a r p 、t f t p 等许多协议，这些协议一起称为t c p i p 协议。 以下我们对协议族中一些常用协议英文名称和用途作一介绍： t c p ( t r a n s p o r tc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 传输控制协议 i p ( i n t e m e t w o r k i n gp r o t o c 0 1 ) 网间网协议 u d p ( u s e rd a t a g r a mp r o t o c 0 1 ) 用户数据报协议 i c m p ( i n t e m e tc o m r o lm e s s a g ep r o t o c 0 1 ) 互联网控制信息协议 s m t p ( s i m p l em a i lt r a n s f e rp r o t o c 0 1 ) 简单邮件传输协议 s n m p ( s i m p l en e t w o r km a n a g ep r o t o c 0 1 ) 简单网络管理协议 f t p ( f i l et r a n s f e rp r o t o c 0 1 ) 文件传输协议 桂林理工大学硕士学位论文 a r p ( a d d r e s sr e s o l a t i o np r o t o c 0 1 ) 地址解析协议 2 1 2t c p lp 的层次结构与常用协议 从协议分层模型方面来讲，t c p i p 由四个层次组成：网络接口层、网间网层、传输 层、应用层。 网络接口层这是t c p i p 软件的最低层，负责接收i p 数据报并通过网络发送之，或 者从网络上接收物理帧，抽出l p 数据报，交给i p 层。 网间网层负责相邻计算机之间的通信。其功能包括三方面。一、处理来自传输层的 分组发送请求，收到请求后，将分组装入口数据报，填充报头，选择去往信宿机的路径， 然后将数据报发往适当的网络接口。二、处理输入数据报：首先检查其合法性，然后进 行寻径一假如该数据报已到达信宿机，则去掉报头，将剩下部分交给适当的传输协议：假 如该数据报尚未到达信宿，则转发该数据报。三、处理路径、流控、拥塞等问题。 传输层提供应用程序间的通信。其功能包括：一、格式化信息流；二、提供可靠传 输。为实现后者，传输层协议规定接收端必须发回确认，并且假如分组丢失，必须重新 发送。 应用层向用户提供一组常用的应用程序，比如电子邮件、文件传输访问、远程登录 等。远程登录t e l n e t 使用t e l n e t 协议提供在网络其它主机上注册的接口。t e l n e t 会话提供了基于字符的虚拟终端。文件传输访问f t p 使用f t p 协议来提供网络内机器间 的文件拷贝功能。 数据链路层包括了硬件接口和协议a r p ，r a r p ，这两个协议主要是用来建立送到 物理层上的信息和接收从物理层上传来的信息： 网络层中的协议主要有i p ，i c m p ，i g m p 等，由于它包含了i p 协议模块，所以它是 所有机遇t c p i p 协议网络的核心。在网络层中，i p 模块完成大部分功能。i c m p 和i g m p 以及其他支持i p 的协议帮助i p 完成特定的任务，如传输差错控制信息以及主机路由器 之间的控制电文等。网络层掌管着网络中主机间的信息传输。 传输层上的主要协议是t c p 和u d p 。正如网络层控制着主机之间的数据传递，传输 层控制着那些将要进入网络层的数据。两个协议就是它管理这些数据的两种方式：t c p 是一个基于连接的协议；u d p 则是面向无连接服务的管理方式的协议。 应用层位于协议栈的顶端，它的主要任务就是应用了。上面的协议当然也是为了这 些应用而设计的，具体说来一些常用的协议功能如下： t e l n e t ：提供远程登录( 终端仿真) 服务。 f t p ：提供应用级的文件传输服务，就是远程文件访问等等服务； s m t p ：电子邮件协议。 t f t p ：提供小而简单的文件传输服务，实际上从某个角度上来说是对f t p 的一种替 换( 在文件特别小并且仅有传输需求的时候) 。 4 桂林理工大学硕士学位论文 s n t p ：简单网络管理协议。 d n s ：域名解析服务，也就是如何将域名映射城i p 地址的协议。 h t t p ：这是超文本传输协议。 2 1 3win d o w ss o c k e t s 与网络编程 智能家居主机软件是运行在w i n d o w s 平台上的，所使用的t c p i p 技术是基于 w i n d o w ss o c k e t s 系列a p i 。w i n d o w ss o c k e t s 是。个编程接口，它是在加州大学伯克利 分校开发的套接字接口的基础上定义的。它包括了一组扩展件，以充分利用m i c r o s o f t w i n d o w s 消息驱动的特点。规范的1 1 版是在1 9 9 3 年1 月发行的，2 2 0 版在1 9 9 6 年5 月发行。w i n d o w s2 0 0 0 支持w i n s o e k2 2 版。在w i n s o c k 2 中，支持多个传输协议 的原始套接字，重叠i o 模型、服务质量控制等。 这里介绍w i n d o w ss o c k e t s 的一些关于原始套接字( r a ws o c k e t ) 的编程。同w i n s o c k l 相比，最明显的就是支持了r a ws o c k e t 套接字类型，通过原始套接字，我们可以更加自 如地控制w i n d o w s 下的多种协议，而且能够对网络底层的传输机制进行控制。 l 、创建一个原始套接字，并设置i p 头选项。 s o c k e t s o c k ； s o c k2 s o c k e t ( a f _ i n e t , s o c k _ r a w , i p p r o t o _ i p ) ； 或者： s = w s a s o c c k e t ( a f _ i n e t , s o c k _ r a w , i p p r o t o _ i e n u l l ，0 ，w sk jl a g o v e r l a p p e d ) ； b o o l b l n f i a g = t r u e ； s e t s o c k o p t ( s o c k ，i p p r o t o _ i p , i p _ h d r i n c l ，( c h a r ) & b l n f l a g ，s i z e o f ( b l n f l a g ) ； 对于原始套接字在接收数据报的时候，要注意这么几点： 1 、如果接收的数据报中协议类型和定义的原始套接字匹配，那么，接收的所有数据 就拷贝到套接字中。 2 、如果绑定了本地地址，那么只有接收数据i p 头中对应的远端地址匹配，接收的 数据就拷贝到套接字中。 3 、如果定义的是外部地址，比如使用c o n n e c t o ，那么，只有接收数据i p 头中对应 的源地址匹配，接收的数据就拷贝到套接字中。 2 、构造i p 头和t c p 头 i p 头和t c p 头的结构如下： s t a n d a r dt c pf l a g s # d e f i n eu r g0 x 2 0 # d e f i n ea c k0 x1 0 # d e f i n ep s h0 x 0 8 # d e f i n er s t0 x 0 4 # d e f i n es y n0 x 0 2 桂林理5 - 大学硕士学位论文 # d e f i n ef i no x o1 t y p e d e fs t r u c t u n s i g n e dc h a rhl e n v e r ；4 位首部长度“位i p 版本号 u n s i g n e dc h a rt o s ；8 位服务类型t o s u n s t g n e ds h o r tt o t a ll e n ；1 1 1 6 位总长度( 字节) u n s i g n e ds h o r ti d e n t ；1 6 位标识 u n s i g n e ds h o r tf r a ga n d _ f l a g s ；3 位标志位 u n s , g n e dc h a rt t l ；8 位生存时间t t l u n s i g n e dc h a rp r o t o ；8 位协议( t c p , u d p 或其他) u n s i g n e ds h o r tc h e c k s u m ；1 6 位i p 首部校验和 u n s i g n e di n ts o u r c e l p ；3 2 位源i p 地址 u n s i g n e di n td e s t l p ；3 2 位目的i p 地址 i ph e a d e r ； 当需要自己填充i p 头部和t c p 头部的时候，就同时需要自己计算他们的检验和。 3 、发送原始套接字数据报 填充这些头部稍微麻烦点，发送就相对简单多了。只需要使用s e n d t 0 0 就o k 。 s e n d t o ( s o c k ，( c h a r ) & t c p h e a d e r ,s i z e o f ( t c p h e a d e r ) ，0 ， ( s o c k a d d r 宰) & a d d r _ _ i n ，s i z e o f ( a d d r _ i n ) ) ； 4 、接收数据 和发送原始套接字数据相比，接收就比较麻烦了。因为在w i n 我们不能用r e c v 0 来 接收r a ws o c k e t 上的数据，这是因为，所有的i p 包都是先递交给系统核心，然后再传输 到用户程序，当发送一个r a w ss o c k e t 包的时候( 比如s y n ) ，核心并不知道，也没有这个 数据被发送或者连接建立的记录，因此，当远端主机回应的时候，系统核心就把这些包 都全部丢掉，从而到不了应用程序上。所以，就不能简单地使用接收函数来接收这些数 据报。 要达到接收数据的目的，就必须采用嗅探，接收所有通过的数据包，然后进行筛选， 留下符合我们需要的。可以再定义一个原始套接字，用来完成接收数据的任务，需要设 置s i or c v a l l ，表示接收所有的数据。 s o c k e ts n i f f e r s o c k ； s n i f f s o c k = w s a s o c k e t ( a fi n e t s o c k ，raw, i p p r o t oi p ,n u l l 0 w s a _ f l a g _ o v e r l a p p e d ) ； d w o r d l p v b u f f e r = l ； d w o r d i p c b b y t e s r e t u r n e d = 0 ； w s a i o c t l ( s n i f f e r s o c k ，s i o r c v a l l ，& l p v b u f f e r , s i z e o f ( 1 p v b u f f e r ) ，n u l l ，0 ，& l p c b b y t e s r e t u m e d ，n u l l ，n u l l ) ； 创建一个用于接收数据的原始套接字，我们可以用接收函数来接收数据包了。然后 在使用一个过滤函数达到筛选的目的，接收我们需要的数据包。 6 桂林理工大学硕士学位论文 2 2无线遥控技术 智能家居主机的报警采集与智能家居控制使用的是无线遥控技术。遥控技术就是对 远距离的控制对象发送指令以实施控制的技术。遥控技术是在自动控制技术和通信技术 基础上发展起来的。完成遥控任务的整套设备称遥控系统。智能家居主机无线遥控部分 是采用标称频率为31 5 0 0 0m i - - i z 与4 3 3 9 2 0 m h z 的载波频率，接收机是宽带调幅( 或a s k ) 制。控制信号经过编码后，以调幅方式加载到3 1 5 0 0 0m h z 无线电波上，发射到接收机 端，经解码后还原为控制信号。 目前各种无线遥控产品中的绝大多数都是采用p t 2 2 6 2 p t 2 2 7 2 及其兼容的固定码编 码解码器，而这类编码解码器一般只有八位三态地址，密码容量为6 5 6 1 组不重复，而 这类遥控组件在社会上的拥有量又非常之大，重码概率也非常高，由于同频干扰的原因， 比较容易导致误控。智能家居主机采用二态编码方案，取消了高阻态，可防止由于电路 板受潮、数字电路引脚受到强电磁干扰时引起的状态变化而带来的误码，同时，地址码 由8 位扩充为3 6 位，有足够的容量，大大减少了重复机会。智能家居主机采还用软件纠 错技术降低数据在传输过程中因受到短时的突发尖峰干扰而产生的误码率，从而提高通 信距离及可靠性。 下面以常用的p t 2 2 6 2 p t 2 2 7 2 编解码芯片为例，介绍无线遥控原理。p t 2 2 6 2 2 2 7 2 是 一种c m o s 工艺制造的低功耗低价位通用编解码电路，是目前在无线通讯电路中作地 址编码识别最常用的芯片之一。p t 2 2 6 2 2 2 7 2 最多可有1 2 位( a 0 a 11 ) 三态地址端管 脚( 悬空，接高电平，接低电平) ，任意组合可提供5 3 1 4 4 1 地址码，p t 2 2 6 2 最多可 有6 位( d o d 5 ) 数据端管脚，设定的地址码和数据码从1 7 脚串行输出。 图2 2 1 所示是p t 2 2 6 2 的一段波形，可以看到一组一组的字码，每组字码之间有同 步码隔开。 数据。厂 广 。厂 数据厂 厂 厂 数据f 厂厂 厂 图2 2 1p t 2 2 6 2 p t 2 2 7 2 波形图 7 桂林理工大学硕士学位论文 1 8 位宽= 4 a1 位宽= 3 2 a 卜4 倍位宽：1 2 8 a 一 图2 2 同步码头波形 p t 2 2 6 2 有三种编码：0 ，1 ，和悬空。 1 、数据“0 发送的码位如下： 2 、数据“1 ”发送的码位如下： 图2 2 30 码波形图 3 、数据“f ”发送的码位如下： 图2 2 41 码波形图 图2 2 5f 码波形图 2 2 7 2 在接收到这样的波形后，还原为数据0 ，l ，f o 如果地址码与2 2 7 2 设定的地址 码相同，并且连续两次数据正确，就按数据位是0 或l 来输出。 智能家居主机在兼容p t 2 2 6 2 p t 2 2 7 2 的基础上，将地址码扩充为3 6 位，数据位扩充 桂林理工大学硕士学位论文 为1 2 位，一共是4 8 位。 2 3x 1 0 电力载波技术 x 1 0 协议是一种目前广泛应用于智能家居和楼宇自动化领域的电力线载波通信 ( p l c ) 协议，由英国的皮可公司( p i c oe l e c t r o n i c sl t d ) 在1 9 7 6 年提出【2 】，它利用家中现有 的电力线路控制家庭内部电器开关以及进行照明调光、供水供暖、安防警报的智能化设 备。其产品长期占据着美国智能家居市场的主导地位，在国内市场也应用广泛。 x 1 0 信号是加载在家用2 2 0 v 电力线上、满足x - i o 通信协议的脉冲群。其发送时 刻为交流电正弦波的过零点，过零点处有幅值为5 v 、频率为1 2 0 k h z 的脉冲时表示二进 制1 ，无则表示o 。在家庭环境下，载波传送距离可达到5 0 0 米。一条完整的x 1 0 指令 由间隔三个电力线周期的两部分数据帧组成，如图2 - 3 1 所示。 2452 44 324 起始码 图2 3 1x 1 0 指令编码格式 控制指令的内容包括：地址码和执行码，如：a 1o n ，a 1o f e 一 在系统中为了识别网络中的不同设备，采用了2 位1 6 进制编码，称之为地址码，这 样系统中的所有被控制设备都被赋予一个唯一地址码，就像给人起名子一样。2 位1 6 进 制编码分别用字母( a 、b 、c p ) 和数字( 1 、2 、3 1 6 ) 表示，对应为根码和子码，它 们两者之间组合，共有2 5 6 种组合，因此这套系统可容纳2 5 6 个不同的地址，可以执行 的指令包括：o n ，o f f , d i m ，b r i g h t ，a l ll i g h t so n ，a l lu n i t so f f x 1 0 电力线载波技术是基于在电力线上传输的正弦波在过零点处电气噪声最低，所 以选择在正弦波过零点处注入高频脉冲来传送信息，在正弦波的0 相位处有1 2 0 k h z 脉 冲群，并且紧随其后的相位处无脉冲群则表示”l ”信号，反之，如果在正弦波的0 相位 处没有脉冲群而紧随其后的相位处有脉冲群则表示”o ”，如图2 3 2 所示。所以这种信 息传输方式每个正弦波只能载一位数据，最快的信息传输速率率也就是5 0 b p s ，所以它只 适用于要求传输速率很慢或要求传输的数据量很小的情况，我们在配电自动化系统中刚 好就是这种情况，所以比较适合选用x i o 电力线载波技术。 9 桂林理工大学硕士学位论文 位处无脉冲群则 表示”l t 信号 表示”0 ” 图2 3 2 1n 和”0 “示意图 八八八八八八 一( 。v 。v 。v 。v 。v l e t t e rc o d e l l = 0 1 1 0 0 5 = 0 0 0 1 09 = 0 1 1 1 0 1 3 = 0 0 0 0 0 2 = 1 1 1 0 06 = 1 0 0 1 01 0 = 1 1 1 1 01 4 = 1 0 0 0 0 3 = 0 0 1 0 07 = 0 1 0 1 01 1 = 0 0 1 1 01 5 = 0 1 0 0 0 4 = 1 0 1 0 09 = 1 1 0 1 01 2 = 1 0 1 1 01 6 = 1 1 0 0 0 图2 3 3 数字码编码方式图 卯八八八八 ，。io，。v 。v 。v 。 起始码 “p a = 0 1 1 0e = 0 0 0 li = 0 l l lm = 0 0 0 0 b = 1 l l of = 1 0 0 l j = 1 1 1 1n = 1 0 0 0 c = 0 0 1 0g = 0 1 0 1k = 0 0 1 1o = 0 1 0 0 d = 1 0 1 0h = 1 1 0 ll = 1 0 1 1p = 1 1 0 0 图2 3 4 字母码编码方式图 在x 1 0 技术中最关键的技术还有它的传输协议，协议分为编码和传输格式两部分， 其编码包括起始码、字母码、数字码。他们的编码方式如图2 3 3 与图2 3 4 所示。 i o 桂林理工大学硕士学位论文 2 4红外探测技术 红外探测器。不同种类的物体发射出的红外光波段是有其特定波段的，该波段的红 外光处在可见光波段之外。因此人们可以利用这种特定波段的红外光来实现对物体目标 的探测与跟踪。将不可见的红外辐射光探测出并将其转换为可测量的信号的技术就是红 外探测技术。从目前应用的情况来看，红外探测有如下几个优点：环境适应性优于可见 光，、尤其是在夜间和恶劣天候下的工作能力；隐蔽性好，一般都是被动接收目标的信号， 比雷达和激光探测安全且保密性强，不易被干扰：由于是目标和背景之间的温差和发射 率差形成的红外辐射特性进行探测，因而识别伪装目标的能力优于可见光；与雷达系统 相比，红外系统的体积小，重量轻，功耗低；探测器的光谱响应从短波扩展到长波；探 测器从单元发展到多元、从多元发展到焦平面；发展了种类繁多的探测器和系统；从单 波段探测向多波段探测发展；从制冷型探测器发展到室温探测器；由于红外探测技术有 其独特的优点从而使其在军事国防和民用领域得到了广泛的研究和应用，尤其是在军事 需求的牵引和相关技术发展的推动下，作为高新技术的红外探测技术在未来的应用将更 加广泛，地位更加重要。红外探测器是将不可见的红外辐射能转变成其它易于测量的能 量形式的能量转化器，作为红外整机系统的核心关键部件，红外探测器的研究始终是红 外物理与技术发展的中心。自1 8 0 0 年h e r s c h e l 发现太阳光谱中的红外线时所用的涂黑水 银温度计为最早的红外探测器以来，随着红外实验和理论的发展，新器件不断涌现。红 外探测器制备涉及物理、材料、化学、机械、微电子、计算机等多学科，是- t 7 综合科 学。 2 5视频录像技术 视频录像过去采用磁带录制模拟图像，现在主要采用硬盘录像机，将数字视频经压 缩后录制到硬盘上。硬盘录像机与传统的模拟录像机相比，硬盘录像机具有较大优越性， 表现在：录像时间长，最大录像时间取决于连接的存储设备的容量，一般可达几百小时； 支持的视音频通道数多，可同时进行几路、十几路、甚至几十路同时录