南京某别墅智能家居设计方案

一、***别墅的基本介绍
 (略)

二、别墅智能化的现状和必要性
    家庭智能化的出现已经有了将近20年的历史,最早从比尔•盖茨的豪宅开始,那个高度科技化就如幻想故事片般,神奇的令人向往的智能生活已经开始逐步走入了“平常人”的家中。即使是“平常人”,那也只是极少的一部分在观念上同步于世界潮流,在生活上引领世界潮流的高品位时尚人士。
    对于时尚的追求,我们脱离不了生活。追求的高品质生活,我们脱离不了智能科技带来的时尚。如美国(46.8%)、德国(42.4%)、瑞士(32.7%)、英国(28.5%)、法国(25.78%)、意大利(22.43%)……在这些开放的、浪漫的国度里,智能生活已经从百姓家庭逐渐向普及化迈进。中国的时尚,即使在近些年来紧随国际潮流的发展,但家居生活的时尚却与之相比相差甚远。即使中国早在97年初便开始提出高档住宅(豪宅)电气设计的总体要求:1.高度的安全性、私密性;2.舒适的生活环境;3.便利的通讯方式;4.综合的信息服务;5.家庭智能化系统。但是经过10年的发展,中国智能家庭的使用率也不到0.13%,而真正实现了家庭全智能化(语音智能、网络智能、照明智能、环境智能、监控/安防智能)的比例还不到千万分之一。通过此百分比的反差,我们也不难看出,即使是最寻常的百姓,他们也在积极的改善自己的生活,让自己的生活追随家居时尚发展的潮流。
    家庭智能化科技能带给我们生活怎样的变化?也许真正能了解的只有走在家居时尚潮流浪尖的人们才能真正的体味其中的独到之处。安全、舒适、便利是它带给消费者最基本的生活享受。
    智能化科技即将引领居家时尚生活的主流。
    家居智能设计长久以来一直坚持的原则:健康性、安全性、舒适性、时尚性!

三、别墅智能化设计的具体解决方案
    我们已经根据您别墅繁的布局做了一个初步设计方案。整个设计方案共分为四部分:
1.智能照明系统 
2.环境控制系统 
3.安防控制系统 
4.综合布线系统

    针对以上四个系统部分,我们给予简要的功能设计性描述:
    1.智能照明系统
    1.1 调光软启功能
    开灯时,灯光缓缓亮起,关灯时,灯光慢慢地变暗,然后熄灭,这个浪漫的过程即保护了您的眼睛免受光线骤变的刺激,又大大延长了灯具的寿命。灯光的亮度可以随意调节,即使将灯光亮度调制萤火状态,光线也不会闪烁。灯光的软启功能可记忆上次灯光亮度级别。
    1.2 定时功能
    可以对别墅室内外的灯光系统进行定时功能。在控制方式上为你节约能源时,还能让您感觉家庭照明系统的人性化。假如你长期出门在外,你可以在晚间设置好让家中的灯光自动开启和关闭,可以起到警示的作用。
    1.3 场景功能
    各种(组)灯光的变幻组合能在不同的时刻营造出和谐的氛围和浪漫的情调,通过智能照明系统的布线和设置,能轻松的根据自己的喜好组合不同的场景模式。并能将这些场景实现“一键式”存储和开启。每个灯在不同场景中各自的状态和亮度均可设置并记忆,使用时只需轻轻一按,复杂的灯光效果即刻呈现。场景功能中,照明灯光还可以与其它设备(如幕布、窗帘、电视/音响等)配合组合成复杂的场景。如会客、读书、听音乐、晚餐模式、影院模式等等。
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    1.4 多种方式的控制功能
    通过智能灯光系统,您可以座在沙发上或躺在床上用遥控器控制家中所有的灯具,而不必为了关上某一盏灯而楼上楼下、东房西房的来回走动。
假如你是坐在电脑旁边,那么你将更加轻松的控制家中所有的用电设备,灯具的控制自在其中。
    在你已在出门的门口,如果不想再去拿遥控器或开电脑,那么只要您一伸手,就能通过门口的智能弱电开光,控制家中所有灯具。
    假如你出门在外,而忘了关灯,那么只需你用电话拨通家中熟悉的号码,你就能轻松的实现对家中照明系统进行控制。除此之外,假如长途旅游在外,你还可以通过电话远程有规律的控制家中的灯光,已起到警示的作用。

    2.环境控制系统
    2.1 背景音乐系统
    不管您是想亲自为家人做一顿佳肴而工作于厨房,还是您懒洋洋的躺在客厅沙发小憩,还是您拿着一本时尚手册坐卧在书房,还是您和家人享受天伦嘻笑于花园草坪……柔和的背景音乐总是会环绕在您身边,让您及您的家人总是生活欢乐音乐的世界。
    2.2 窗帘控制系统
    清晨,也许不再需要那片刻间令人烦躁的闹钟将你吵醒,而靠的窗外的鸟语花香和柔和的自然阳光让您从睡梦中自然醒来。窗帘控制系统总是会最恰合时宜的开启窗帘,让室外清晨的花香飘入,让您懒洋洋的沐浴阳光。
    配合灯光的场景,窗帘的自动开合,有时也能酿造出另一份浪漫的气氛。只需轻点遥控,它便能为您的隐私起到第一层保护。
    2.3 空气调节系统
    酷暑炙热的夏天驱车回家,当您停车入库后,车库内换气系统可以通过(遥控)手动或自动定时控制将汽车的尾气和汽油的味道清除干净。等到次日清晨,自动定时的换气系统会将室外清晨空气中花香的味道注入车库,让你在享受晨曦的味道的时候,丝毫感觉不到汽车尾气的异味给您带来的不悦。
    2.4 庭院浇花
    别墅的花园种植一些植物和花木,浇水也是可以进行智能化管理的。用自动浇花系统可以自动浇水和定时浇水功能。在阳台上观景时可以用遥控器启动浇花的电磁阀门,站在阳台上,控制着花园里一个个的喷头,这种“阅兵式”的浇花,正是walltech智能化控制系统带给你的生活享受。即使是家中拥有保姆,但生活却不能缺少这一种享受。

    3.安防控制系统
    3.1 周界防范
    3.1.1 红外对射
    在别墅的四周安装红外对射栅栏,在设防状态下,如果有任何非法进入时,报警系统会启动。先进的红外对射栅栏采用人性化的设计,可随意旋转发射、接受器的角度。完善的防拆、防剪断、防短路、防宠物等功能,大大加强了防误报能力。即使人匐匍穿越,翻越而过,系统绝不漏报。红外栅栏将为您家庭安全站守第一岗。
    3.1.2 视频监控
    在房子的外围及内部可安装多处视频监控点,这样无论主人在哪里,通过便利的互联网就可以看到家中一天24小时内发生的所有情况。在您长期出门在外时,它可以将家中30天×24小时内所发生的一切全部记录下来,回家后您可以一一进行回放。甚至在您出门在外的过程中,它还可定时定量的给你的邮箱、手机发送相关捕捉的图象。当家中出现异常状况时,视频监控系统还可以自动电话报警。

    3.2  室内安防
    3.2.1  防火
    在衣帽间、厨房和餐厅安装烟感探头和煤气探头,当有烟雾和煤气泄漏时发出信号,系统会立刻响铃报警,待响铃等待时间带到您预先设定值时,会自动拨打电话报警。
假如险情是由于煤气泄漏,如果供气系统安装了煤气机器手还可将煤气阀门自动关闭。
    3.2.2 门/窗破入感应报警
    当家中安防设备都进行布防后,如果门窗被非法破坏后闯入,系统会立刻响铃报警,待响铃等待时间带到您预先设定值时,会自动拨打电话报警。
    3.2.3 移动探测
    当开启移动监测功能后,进入移动探测器范围内的任何移动的物体都会被监测。移动监测系统具备宠物等移动小物体识别功能,能有效的防止错报,漏报。在遇到紧急情况时,系统会立刻响铃报警,待响铃等待时间带到您预先设定值时,会自动拨打电话报警。

    4.综合布线系统
    我们的综合布线系统是从您家庭信息化、舒适化和安全化多方位考虑。我们将会把您别墅中各种信息家电的信号线(如电话线、网络线、有线电视信号线、音视频信号线、监控信号线等),按进户线和室内分配线统一归类并进行集中布线,方便集中管理,轻松自如地改变室内信号线的配置,完成对进户信号线的分配、跳接及管理,是各种信息家电的通讯桥梁。
    最具代表性的就是家庭网络的布线和背景音响的布线。网络化音响系统可以将一个音源共享给各个房间,使您在任何房间都可以听到同一首歌。控制起来也很方便,您可以通过智能家居的所有控制方式来对音响进行控制,可以任意一路进行单独的开关和调音。通过综合布线,可以在多个地点预留接口,为以后背景音响的拓展作准备。例如,在别墅的花园中进行接口预留,即使不立即使用,以后的拓展也是很方便的。现在背景音响的网络布线已经成为家庭综合布线的典型时尚代表。
    除此之外,我们会在您别墅范围通过综合布线,实现无线网络覆盖,即使您拿着笔记本电脑移动到您家庭或室外草坪的任何一个角落,也能轻松的上网。

基于GPRS的无线智能家居控制系统

引言
    随着网络技术和通信技术的不断发展以及人们对生活要求的不断提高,实现家庭智能的远程控制已经成为必然的趋势。国家建设部住宅产业化促进中心提出住宅小区要实现六项智能化要求,其中包括实行安全防范自动化监控管理:对住宅的火灾、有害气体的泄漏实行自动报警;防盗报警系统应安装红外或微波等各种类型报警探测器;系统应能与计算机安全综合管理系统联网;计算机系统能对防盗报警系统进行集中管理和控制。但由于目前无线通讯技术的不成熟、运行费用高等弊端,智能家居控制器与外网无线通讯技术成为导致市场接受度低的重要因素,而GPRS系统的特点能够很好的解决该问题。GPRS网络通信业务是通讯公司推出的一项数据传输通信业务,在GPRS网络覆盖区域内,传输距离不受限制,通信费用相对低廉,传输速率较快。本文涉及家庭智能系统及GPRS技术相关背景,分析了其各自基本特点和所要实现的基本功能,并在此基础上提出了基于GPRS无线家庭智能控制系统的总体解决方案。最后总结系统核心GPRS芯片软硬件实现方法。

系统总体架构
    网络应用的普及以及各种信息家电的产生都使得在家庭内部对Internet的访问不再局限于单个 PC,每个家庭都将面临如何在家庭内部传送 Internet 数据以及如何将各种家电设备连接起来的问题,基于此,智能家居网络应运而生。智能家居网络是信息社会的基本单元。未来的家庭中,各种家电设备将组成一个家庭局域网,并通过智能家居控制器接入互联网。智能家居网络的市场发展潜力极其可观,几家大的厂商 Intel、IBM、Microsoft 及 Sony 都早已涉及其中。
    智能家居网络指的是在一个家居中建立一个通信网络,将各种家电设备互相连接起来,实现对所有智能家居网络上的家电设备的远程使用和控制及任何要求的信息交换,如音乐、电视或数据等。智能家居网络的构架包括家庭内部网络系统、智能家居控制器以及智能家居网络与外部Internet网络之间的数据通信。其中,智能家居控制器是智能家庭网络的一个重要组成部分,起到核心的管理、控制和与外部网络通讯作用。它是通过家庭管理平台与家居生活有关的各种子系统有机结合的一个系统,也是连接家庭智能内部和外部网络的物理接口,完成家庭内部同外部通信网络之间的数据交换功能,同时还负责家庭设备的管理和控制。
    智能家居控制器一方面需要为家庭内部布线提供通讯接口,能够采集家庭设备的信息,并进行处理,自动控制和调节;另一方面智能家居控制器作为家庭网关,也为外部提供网络接口,连通家庭内部网络和外部Internet 网络,使得用户可以通过网络等方式访问家庭内部网络,实现监视和控制。此外智能家居控制器还应当具备自动报警等功能,即当发现报警信号如:有人恶意闯入,温度超高等,控制器能立即处理并向用户发出报警信号。
    智能家居控制器为系统的核心。可采用ARM嵌入式系统设计,能够自动运行、处理数据,通过 RS485 总线管理和控制各控制终端。并且控制器通过 GPRS模块,实现家庭系统与外部网络的通讯,使用户可以通过短信和互联网等方式实现家庭系统的远程控制,同时,控制器还通过键盘和显示屏为用户提供人机界面,方便用户实现本地控制。控制终端为单片机组成若干小的控制系统控制各家用设备,并通过控制总线将这些小的控制系统组成网络,连接到智能家居控制器,受智能家居控制器控制。

    智能家居控制器的具体功能包括:
◆家用设备的数据采集:采集家用设备包括室内温度,灯具家电,防盗门等设备的状态数据,经控制器处理后反馈给用户。 
◆本地控制:用户通过控制器上的键盘和显示屏,对家用设备进行监控。 
◆远程控制:远程用户可以通过发送手机短信或通过互联网对家庭系统进行控制和查询。 
◆自动报警:当控制器检测到非法闯入或温度超高等报警信号时,及时触发室内报警装置,并通过发送报警短信等方式及时通知用户。 
◆温度查询:用户可以通过控制器查询室内温度。 
◆防盗门密码设置:用户可以通过本地或远程方式修改防盗门的密码,在门外输入正确密码后才可打开门。 
◆红外家电控制:接收用户命令,通过红外发射电路控制电视、空调等红外可控的家电设备。 
◆其它灯具等开关量控制:接收用户命令控制灯具等开关量设备。
    智能家居控制器通过 GPRS模块,实现家庭系统与外部网络的通讯为系统核心部分,解决以前智能家居系统瓶颈的关键技术。GPRS(通用分组无线业务)的简称,是在现有的GSM 系统上新增新GGSN(网关支持节点)和SGSN(服务支持节点)节点发展出来的一种新的分组数据承载业务。GPRS 与现有的 GSM 系统最根本的区别是,GPRS 是一种分组交换系统,特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输,也适用于偶尔的大数据量传输。GPRS网络传输的主要优点有:永远在线、按流量计费、快速登录、高速传输、覆盖范围内不受限制(传输距离、地形、天气等)、数据传输可靠等。
  
基于ARM及GPRS智能家居控制器的软硬件实现
    GPRS通信模块安装在智能家居控制器中,主要功能为通过GPRS网络连接到Internet网络,并主动与监控中心建立通信链路,进行双向数据通信。GPRS通信模块设计采用了Freescale公司生产的内嵌TCP/IP协议的G24 GPRS OEM。该模块尺寸小,功耗低,便于集成。
    GPRS通信终端收发模块主要由G24模块、天线、SIM卡、相关的电平转换电路和RS232串口组成。模块的供电电压为5V,可采用USB端口供电。GPRS通信模块通过RS232串行口与智能家居控制器ARM进行通信。
    G24收发模块采用AT指令操作,通过RS232串行口进行数据通信。GPRS 网络通信原理为:首先通过SGSN节点使通信终端模块附在GPRS网络上;然后通过GGSN节点由PPP(Point to Point Protocol)协议获得一个随机分配的IP地址,连接到Internet上;最后通信终端模块通过Internet,按照监控中心设定的端口号与监控中心建立通信链路。软件流程如图2所示。

    (1) 测试G24通信是否正常。首先选择串行口并设置波特率,G24波特率的范围为600到460800bit/s,支持自动波特率侦听,能够自动与监控中心通讯模块的波特率保持一致。发送“AT”,如果模块返回“OK ”,则通信正常,否则重发。
    (2)接入Internet。首先测试当地是否有GPRS覆盖,向模块发送 “AT+CGPRS?”,如果返回“+CGPRS:1”,则有GPRS覆盖,否则隔5秒钟后再次检测。然后发送“AT+ CGATT=1”使模块附在GPRS网络上。最后发送“AT+MIPCALL=1,cmnet”通过PPP协议建立与GGSN的无线连接,获得一个动态的IP地址,接入Internet。
    (3) 连接监控中心。向模块发送  “AT+MIPOPEN= ,,<“Destination Address”>,”建立与监控中心通信连接。如果返回“+MIPOPEN: Socket ID,1”,则说明与监控中心建立了通信连接,如果返回“+MIPSTAT: 1,1”,则说明有物理链接中断,须重新进行连接。其中对AT+MIPOPEN指令的参数作以下说明:
    ·Socket ID:G24通信连接的ID号,G24有4个可用Socket,每个Socket有1372Byte缓冲区。 [Page]
    ·Source Port:G24的数据传输端口号,其值为0~65535。建议采用1024 以上的端口号。
    ·Destination Address:目标端的IP地址,也就是监控中心监控服务器的IP地址。
    ·Destination Port:目标端的数据传输端口号,即监控中心监控服务器设定的传输端口号。
    ·Protocol:传输通信协议,0表示TCP方式,1表示UDP方式。
    (4)数据收发。与监控中心建立通信连接后,就可以进行数据收发了。发送数据用“AT+MIPSEND=1, ’Data’; +MIPPUSH=1”。“Data”表示要发送的数据,本设计采用了G24 默认的ASCII码编码,须用十六进制的ASCII码形式表示。一旦有数据到达,G24模块就会通过RS232串行口返回“+MIPRTCP: ,,”。其中Left是一个十进制的数字,表示还有多少个字符在协议栈中尚未接收,如果数据全部接收,则Left为0;接收到的数据“Data”是十六进制的ASCII码形式。
    (5)断开通信连接。向模块发送“AT+ MIPCLOSE=Socket ID”,模块返回“OK”,表示断开成功。

结语
    本文提出了基于GPRS无线家庭智能控制系统的总体解决方案。该方案主要是采用 GPRS 无线通信技术实现远程终端对家庭系统的远程控制;采用RS485 总线技术实现家庭系统的组网;采用嵌入式系统方案搭建智能家居控制器的开发平台,并通过该平台实现对家用设备的智能管理和控制。最后本文提供系统核心GPRS芯片软硬件实现方法,为后续及相关工作提供技术基础。