数字家居智能系统控制技术

    1．引言

　　在数字家居智能终端系统上，国外厂商绝大多数仍以总线方式的可视对讲为主要产品。近年来，韩国三星、PADO Systes、Commax、美国Honeywell等公司推出智能家居产品，其中PADO Systes、Commax、美国Honeywell均采用基于TCP/IP通信协议，说明了基于TCP/IP通信的嵌入式智能终端系统是今后的研发方向。

　　上述产品均是在可视对讲系统功能的基础上，实现家居的安全、便利与节能，以及社区的物业管理功能。其中PADO Systes公司提出家居标准化功能配置如下：（1）Safty――安全（远程煤气阀控制、紧急呼救及发送手机短信），（2）Security――安防（火灾探测、入侵报警），（3）Convenience――便利（远程照明及其模式控制），（4）Energy Saving――节能（温度控制、远程抄表）。其照明、远程抄表、环境温度控制采用RS485总线接口方式，网络家电主要解决了与LG、三星的互连。

　　现阶段，该行业国内市场面临国外产品的竞争，但国外产品主要面向家庭使用开发，不太适合国内市场面向小区尤其是规模较大小区的网络应用，今后还面临与“e家佳”、“闪联”等国内家庭网络标准的兼容问题，而且国外产品的价格局高不下也大大影响了其在国内市场的推广与应用。

　　然而，国内的家居智能终端系统标准甚多且不规范、技术封闭、升级换代困难，不同厂家开发出来的产品不能互联且与其它弱电子系统也难以互联。市场主流产品仍大量采用传统模拟传输技术，其抗干扰能力差，当有干扰时常出现没有信号或图像不清晰等现象，因此，传输距离受限，距离远时必需加视频放大器，小区较大时联网困难且成本高。采用总线技术的产品，户户对讲通话时常占线。大部分产品功能单一仅限于通话、开锁等功能，设备使用率极低，仅少数厂家支持简单的文字信息发布功能，性能不够稳定，安装服务困难，不能共用小区综合布线。

　　针对国内外数字家居智能终端系统研究与开发的现状及存在的不足，本公司在已开发生产系列小区智能化系统产品的基础上，应用最新的数字技术与嵌入式操作系统，成功地开发研制出数字家居智能终端系统，并将开发设计理念定位在：安全、稳定、实用、标准、开放和时尚。

　　2．基于TCP/IP数字家居智能终端系统

　　本公司开发的数字家居智能终端系统包括：数字家居智能终端、梯口智能终端、区口智能终端、管理员机、中心服务器、小区局域网等构成，其中，管理中心具备信息处理与发布功能，对外提供开放的软硬件接口，方便与其它厂商的软硬件接入，为小区其它智能化系统提供综合管理集成平台（如图1所示）。

　　该系统以数字家居智能终端、公用智能终端（梯口、区口智能终端）、小区局域网为基础，基于TCP/IP通信协议，实现包括楼宇可视对讲、安防报警、三表远程抄收、电气控制（空调、照明、窗帘等）、家电控制、信息管理（社区信息、访客留言留影等）、电子像册等的数字家居智能控制，并应用基于TCP/IP的小区总线集成与综合管理平台，实现对其它智能化系统（如周界报警、CCTV监控、车辆管理、建筑设备监控、电子巡更等）的综合管理。

　　2．1数码小区模型及其智能化编码寻址技术

　　为了解决当前国内智能化小区普遍存在数据传输量小，不能实时传输大数据量的音视频等信息，且在安装设备时，必须为每一新增设备作一系列设置，设备线路不能重复利用，不能有效利用小区综合布线，系统扩充困难等问题。本系统采用TCP/IP通信协议，对接入小区局域网的智能终端进行通信管理，根据小区总平结构、楼栋及住户编号与IP地址的映射关系，提出“数码小区模型及其智能化编码寻址技术”。

　　数码小区模型分六个层级：区、栋、单元、层、房间和设备，根据小区的分片区或分期习惯，提出区的概念，通过统一编码解决了不同小区互联互通的需求。该模型符合小区建筑总平的实际结构及楼栋、单元、层、房间的概念，可以进行灵活的删减，以适应不同情况的变化。如有些小区没有单元概念，我们在编码时就可以省略单元。此外，该模型提出设备层概念以适应一户多个设备的需求，解决多家庭终端设备既能统一编码，又得到唯一编码的需要，为系统扩容升级提供理论基础。

　　在上述数码小区模型及编码的方法的基础上，提出一种基于IP的寻址通讯协议。它规划了智能小区及数字家居的结构模型，给出了一种通讯单元的智能化寻址方法，并对该技术提出了一种基于IP的通讯协议，实现了由小区可访问单元到IP地址的查询与反向查询及相互通讯的问题。这样既适应了大规模、复杂总平结构的小区需求，也实现了地址编码的唯一性，且具有小区管理层参与编码的特点。基于IP的通讯协议通过mDHCP服务实现了小区终端设备IP等参数自动分配和管理功能，通过mDNS服务实现了小区编码和IP地址相互查询功能。

　　2．2基于TCP/IP的全数字化通信传输与监控技术

　　采用PHILIPS PNX1300 媒体处理器和嵌入式实时操作系统，其性能稳定可靠，图像质量和网络带宽动态可调，采用IGMP组播协议支持多个客户端连接，不占用额外的网络带宽，可以通过五类线、光纤或无线媒介在10/100Base-T网络上以每秒25(PAL)幅画面传送高质量图像。其DVP（Digital Video Plateform）提供一个强大的智能终端开发平台环境，利用已经包含的多种外设接口和方便的开发环境、友好的SDK接口，可以快速开发出包含最新音视频压缩和网络传输技术产品，它还提供音频、视频、网络的接口，利用DiskOnChip系统，使用者可以像在标准PC平台一样建立文件系统、存储程序、设置数据等等，所提供的标准C/C++开发工具，包含音频输入输出、视频输入输出、文本/图形Overlay、网络TCP/IP协议栈等各种模块的库函数接口以及例子原程序，可选的PSOS RTOS为多任务系统提供高效的任务系统调度以及各种信号的控制。

　　系统将智能终端的音视频信号采用H.263/ G.722压缩协议的软编码/软解码，通过宽带网络或小区局域网，将编码后的音视频数据以IP包的形式传送给多个远端智能终端，实现音视频信号的全数字化网络传输、网络监控和网络存储，同时可以支持远程报警管理。

　　系统应用面向对象的设计方法，自主开发了嵌入式系统的GUI库，通过GUI图形用户接口实现智能终端系统主处理模块MPM（Main Process Module）、通信处理模块CPM（Communicate Process Module）、系统服务模块SSM( System Service Module)之间的协调，实现智能化系统控制管理及基于TCP/IP智能终端系统控制管理。

　　此外，系统采用了独特的Shell技术，在智能终端系统中，将软件分成功能程序和一个Shell程序，通过Shell程序和计算机软件通讯，传输新的功能程序，从而使系统实现远程升级功能。

　　2．3 数字家居智能系统综合管理平台

　　系统在小区范围内采用2层以太网络，从网络架构上分为家居智能终端、公用智能终端、管理员机与管理中心服务器，并提供与其它智能化系统的通讯接口。其中管理员机是一种仿真式的管理机，它采用PC结合管理软件实现智能终端系统的管理功能；管理中心是数字家居智能终端系统的工作平台（如图2所示），集成智能终端系统及其住户管理子系统、事件管理子系统、设备管理子系统、参数管理子系统，还集成了安防管理子系统、信息发布子系统、电子相册管理子系统，可在家居智能终端上进行文字、图片、多媒体、语音信息发布管理、便民信息发布、电子相册管理、留言留影设置管理，并为整个居住小区设备如智能照明、安防报警、远程抄表、建筑设备监控等提供一个集中管理的接入平台，实现各种设备、资源的有效整合管理。

　　3．结束语

　　本系统基于TCP/IP通信协议，将分布的嵌入式智能终端系统进行集中管理，使各智能终端系统能通过网络充分利用小区服务器的存储及管理资源，如家居及公用智能终端软件远程升级、访客留言留影、电子像册、信息发布、Internet接入、Internet远程监控以及物业管理等，从真正意义上实现任务共享、设备共享、资源共享的智能化集成。

　　因此，本公司开发的数字家居产品，不仅在系统功能上实现了音视频及控制信号的全数字化传输，而且在一定程度上实现了小区总线的集成，随着嵌入式系统及网络技术的应用，基于TCP/IP通信传输在小区智能化系统应用的普及，冠林数字家居智能系统将以其“安全、稳定、实用、标准、开放和时尚”理念，跻身社区、小区及家居的数字化应用前列。