（控制理論與控制工程專業(yè)論文）家庭智能控制系統(tǒng)的研究與開發(fā).pdf

浙江人學(xué)碩 ：學(xué)位論文 摘要 隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對家居生活的要求也不斷提高。人們 期望所生活的家居能夠不斷滿足其對舒適、安全、高效、便捷等方面的要求，而 這些要求的實(shí)現(xiàn)直接需要新的技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來支持，于是家庭自動(dòng)化應(yīng)運(yùn)而 生。，本文論述的家庭智能控制系統(tǒng)的研究和開發(fā)也是在這方面進(jìn)行的一次有益的 嘗試。 本文共分六章，各章具體介紹如下。 第一章主要介紹了家庭自動(dòng)化的概念以及國際上在家庭自動(dòng)化方面的知名 協(xié)議。 第二章詳細(xì)介紹了家庭智能控制系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、功能描述和采用的協(xié)議以 及該協(xié)議各層的規(guī)定。 第三章介紹家庭智能控制系統(tǒng)的核心部分一主控模塊的軟硬件設(shè)計(jì)。 第四章介紹手持編址器的軟硬件設(shè)計(jì)。 第五章介紹基于p c 的總線監(jiān)控模塊軟硬件設(shè)計(jì)。 第六章將傳統(tǒng)照明系統(tǒng)與家庭智能控制系統(tǒng)進(jìn)行了比較，并詳細(xì)介紹了家庭 智能控制系統(tǒng)在家庭中的一種安裝和配置實(shí)例 第七章對全文進(jìn)行總結(jié)，并對系統(tǒng)提出了一些構(gòu)想。 浙江夫?qū)W碩士學(xué)位論文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fe c o n o m ya n d s c i e n c e ，p e o p l ec a r em o r e a n dm o r e a b o u tt h eq u a l i t yo fl i f e i no r d e rt og e ts u c hal i f ew h i c hi sc o m f o r t a b l e ，s a f e 。 e f f i c i e n ta n dc o n v e n i e n t ，n e wt e c h n o l o g yi sn e e d e d ，s u c ha se l e c t r o n i ct e c h n o l o g y ， n e t w o r kt e c h n o l o g y t h e r e f o r e ，h o m ea u t o m a t i o nc o m e si n t ob e i n g t h i sp a p e r d e s c r i b e st h er e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n t o fh o m e i n t e l l i g e n tc o n t r o ls y s t e mw h i c h i sp a r to f t h eh o m ea u t o m a t i o n t h i sp a p e ri sd i v i d e di n t os e v e n c h a p t e r s ： c h a p t e r o n ei n t r o d u c e st h ec o n c e p to fh o m ea u t o m a t i o na n ds o m ew o r l df a m o u s p r o t o c o l si nh o m e a u t o m a t i o nf i e l d s c h a p t e r t w oi st h eg u i d e l i n eo ft h eh o m e i n t e l l i g e n tc o n t r o ls y s t e m ，w i t hd e t a i l e d i n f o r m a t i o no ns y s t e m a r c h i t e c t u r e ，f u n c t i o n ，p r o t o c o la n ds p e c i f i c a t i o n c h a p t e rt h r e ep r e s e n t st h ec o r eo ft h eh o m ei n t e l l i g e n tc o n t r o ls y s t e m ，m a i n c o n t r o l l er i nt h i sc h a p t e r , w ee m p h a s i z et h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r ed e s i g no f m a i nc o n t r 0 1 c h a p t e r f o u ri n t r o d u c e st h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r ed e s i g no fp a l m a rc o d e r c h a p t e rf i v ed e s c r i b e st h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r ed e s i g no fb u sm o n i t o rb a s e d 0 n p c c h a p t e rs i xc o m p a r e st h et r a d i t i o n a ll i g h t i n gs y s t e ma n dt h eh o m ei n t e l l i g e n t c o n t r o ls y s t e ma n ds h o w sa ni n s t a l l a t i o ni n s t a n c eo ft h eh o m e i n t e l l i g e n tc o n t r o l s y s t e m a t l a s t ，c h a p t e rs e v e ns u m m a r i z e st h ew h o l ep a p e ra n dp u tf o r w a r d ss o m en e w i d e a sf o rt h eh o m e i n t e l l i g e n tc o n t r o ls y s t e m 4 浙江人學(xué)碩f 學(xué)位論艾 致謝 在碩士論文完成之際，我衷心地感謝我的導(dǎo)師張玉潤教授。近三年來，張 老師無論在工作、學(xué)習(xí)和生活上都給予我無微不至的關(guān)心和幫助。張老師開闊活 躍的思維、敏銳深刻的洞察力、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和永不停息的開拓意識給我留下 了深刻的印象。使我在學(xué)識和做人上都有了很大的進(jìn)步。 感謝杭州市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)的樓建人處長。項(xiàng)目立項(xiàng)時(shí)，他給予了很大的 支持和幫助。項(xiàng)目開展時(shí)，樓處長以其廣博的知識和前瞻性的見解，對項(xiàng)目的發(fā) 展提供了很多獨(dú)到和極具價(jià)值的建議。 感謝吳明光副教授、黃克強(qiáng)高級工程師和謝鋒老師。作為開發(fā)小組的負(fù)責(zé) 人，他們技術(shù)熟練，業(yè)務(wù)精通，并且對開發(fā)小組成員體現(xiàn)了周到的關(guān)心和幫助。 在他們身上我學(xué)到了很多。 感謝杭州鴻雁電器公司的杜貴福老總。在他親自過問下，杭州鴻雁電器公 司提供了經(jīng)費(fèi)，項(xiàng)目的順利開展是和他的大力支持分不開的。 非常感謝同學(xué)周纘、潘險(xiǎn)峰、石向榮、張昌利，以及師弟劉敢鋒、黃h 夫 和劉凱。通過和你們的探討，我受益匪淺。謝謝你們的關(guān)心和幫助。 最后，我要特別感謝我的父母，是父母的理解、支持和鼓勵(lì)使我得以順利完 成學(xué)業(yè)! 陳引 2 0 0 1 年1 2 月于求是園 浙江人學(xué)碩i 學(xué)位論文 第一章幾種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡介 1 1 家庭自動(dòng)化簡介 家庭自動(dòng)化是一種過程或系統(tǒng)，通過使用家庭網(wǎng)絡(luò)或者家庭總線，使居住環(huán) 境達(dá)到舒適、安全和有效。它能將家庭中的照明、視聽、安全、通訊、制冷、加 熱以及空氣調(diào)節(jié)等各種設(shè)備連接起來，協(xié)同工作。從而將你的家庭從一個(gè)被動(dòng)的 結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成一個(gè)主動(dòng)的伙伴。幫助你的工作提高效率，增加安全感，節(jié)省能源消 耗，節(jié)約你的金錢，營造舒適溫馨的家庭氛圍。 在介紹一個(gè)家庭自動(dòng)化系統(tǒng)的功能和組成之前，先介紹一下白色家用電器 和黑色家用電器的概念。白黑色家用電器從家用電器外表的顏色來區(qū)分的，白 色家用電器主要是指電燈、微波爐、空調(diào)和洗衣機(jī)等白色外表的家用電器，與之 相對，黑色家用電器主要是指電視、錄攝象機(jī)和d v d 等。 一個(gè)完整的家庭自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)該具有以下的功能“3 ： ( 1 ) 對白色家用電器和其他設(shè)備的控制、調(diào)節(jié)和監(jiān)測，比如微波爐、洗衣 機(jī)、燈光、電動(dòng)窗簾、防盜報(bào)警器、自動(dòng)門煙霧探測器、有害氣體檢測裝置、溫 度和濕度控制器、風(fēng)量調(diào)節(jié)器、各種手動(dòng)開關(guān)和遙控器等。在這部分網(wǎng)絡(luò)上，主 要傳輸速率比較低的控制信號和設(shè)備狀態(tài)信息，它占用的信道帶寬比較窄，我們 稱之為控制網(wǎng)絡(luò)或家庭總線。 ( 2 ) 溝通黑色家電和其他音、視頻設(shè)備之間以及與外部世界之間的信息通 道，其中包括：臺式手持計(jì)算機(jī)、電視機(jī)、錄攝像機(jī)、監(jiān)視器、v c d d v d 和數(shù) 碼照相機(jī)等：同時(shí)，也可以實(shí)現(xiàn)對它們的控制和監(jiān)測。在這部分網(wǎng)絡(luò)上，主要傳 輸速率比較高的音、視頻信號和數(shù)據(jù)信息，我們稱之為信息網(wǎng)絡(luò)或?qū)拵ЬW(wǎng)。 ( 3 ) 通過對外的接口，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制和信息交換，如：通過電話線、有線 電視電纜、市電電源線、無線通訊方式和專用電纜等，建立與局域網(wǎng)或i n t e r n e t 的聯(lián)系。 一個(gè)完整的家庭網(wǎng)絡(luò)由下述五部分組成。 ( 1 ) 控制網(wǎng)：主要實(shí)現(xiàn)對白色家用電器( 如微波爐和冰箱等飾以白色外表 浙江大學(xué)頸f j 學(xué)位論文 的電器) 的開關(guān)量和少量模擬量的控制和監(jiān)視。 ( 2 ) 信息網(wǎng)：主要實(shí)現(xiàn)對黑色家用電器( 如電視、錄攝像機(jī)和d v d 等飾 以黑色外表的電器) 和計(jì)算機(jī)的信息交換和控制。 ( 3 ) 路由器網(wǎng)關(guān)或電話接口：主要實(shí)現(xiàn)控制網(wǎng)絡(luò)和信息網(wǎng)絡(luò)的信號綜合， 并提供與外界的接口，以便作遠(yuǎn)程控制和信息的交換。這個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)也為集成 商控制中心的遠(yuǎn)程監(jiān)測維護(hù)提供了良好的基礎(chǔ)。 ( 4 ) 控制中心通用遙控器：用以對家庭網(wǎng)絡(luò)上的任意一個(gè)家用電器的控 制和監(jiān)測，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)上的家用電器作參數(shù)設(shè)置。 ( 5 ) 用戶程序的開發(fā)環(huán)境：這是在通用計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的一個(gè)軟件丌發(fā)環(huán)境， 它不是家庭網(wǎng)絡(luò)上必備部分，一般只是由系統(tǒng)集成公司的技術(shù)人員來使用。它的 主要功能有兩個(gè)：一是在初始建立一個(gè)家庭網(wǎng)絡(luò)時(shí)為用戶生成應(yīng)用程序，為系統(tǒng) 設(shè)置必要的初始化參數(shù)，并將它們下載到遙控器和各個(gè)模塊中去；另一個(gè)功能是 用于調(diào)試和維護(hù)家庭網(wǎng)絡(luò)。 1 2 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡介 國際上對家庭自動(dòng)化的研究起于2 0 世紀(jì)7 0 年代，主要集中在北美、歐洲和 日本等一些經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的國家，其地理分布如圖1 1 所示”1 。目前在國際已經(jīng) 有一些比較成熟的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，如x 一1 0 、l o n g w o r k s 、e i b 、h b s 和b a c n e t 等， 下面對這些協(xié)議做一個(gè)簡單的介紹。 1 2 1x l o x 一1 0 是世界上最早出現(xiàn)的，也是最簡單的智能家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，x 1 0 在7 0 年代就開始在美國流行，成為當(dāng)時(shí)最具代表性的家庭自動(dòng)化產(chǎn)品。1 。 x l o 采用電力線作為其網(wǎng)絡(luò)通信介質(zhì)，系統(tǒng)中的各個(gè)設(shè)備直接掛在電力線 上就可以相互通信，所以x 一1 0 系統(tǒng)不需要另外再鋪設(shè)信號總線，這為系統(tǒng)組網(wǎng) 帶來了很大的方便“。 x 一1 0 系統(tǒng)主要由發(fā)送器和接收器組成，發(fā)送器和接收器都有地址。x i o 的地址分為房間地址和設(shè)備地址，房間地址有1 6 個(gè)，設(shè)備地址也有1 6 個(gè)，所以 浙江火學(xué)顧i j 學(xué)位論交 圖1 1 家庭自動(dòng)化協(xié)議地理分布 x 一1 0 最多可以有2 5 6 個(gè)設(shè)備。 發(fā)送器和接收器的控制關(guān)系是由他們的地址來決定的。也就是說，當(dāng)發(fā)送器 a 的地址與接收器a 的地址相同時(shí)，發(fā)送器a 就可以控制接收器b ，發(fā)送器和接 收器的地址是可以改變的，當(dāng)發(fā)送器a 和接收器a 的兩者中的某一個(gè)的地址改變 后，他們之間的控制關(guān)系就不再存在了。 根據(jù)不同需要，發(fā)送器有多種類型，有的可以進(jìn)行燈光亮度調(diào)節(jié)，有的可實(shí) 現(xiàn)定時(shí)控制等。 x 一1 0 系統(tǒng)的低廉價(jià)格使其得到了一定的發(fā)展。2 0 0 1 年，美國6 5 0 萬戶家庭 裝備了x 一1 0 模塊。但是，由于其只支持電力線傳輸，而電力線容易受到干擾系 統(tǒng)，所以系統(tǒng)的抗干擾性能比較差，這點(diǎn)在國內(nèi)表現(xiàn)的尤為明顯。另外x 一1 0 的尋址空間小，對模擬量支持不夠也限制了他的可擴(kuò)展性和應(yīng)用范圍。 1 2 2h b s h b s 的全稱是家庭總線系統(tǒng)( h o m e b u ss y s t e m ) ”。他是由日本電子工 業(yè)聯(lián)合會(huì)無線工程電子協(xié)會(huì)( e i a j r e e a - - e l e c t r o n i ci n d u s t r ya s s o c i a t i o no f j a p a n r a d i oe n g i n e e f i n g & e l e t r o n i c sa s s o c i a t i o n ) h b s 標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)于1 9 9 7 年制定 的，得到了日本政府和商會(huì)的支持。 h b s 以雙絞線和同軸電纜為通訊介質(zhì)，介質(zhì)的最大長度為2 0 0 m 。h b s 有控 浙江大學(xué)碩i ：學(xué)位論文 制通道和信息通道之分，控制通道用于低速數(shù)據(jù)的傳輸，信息通道用于高速數(shù)據(jù) 的傳輸?？刂仆ǖ雷疃嗫梢杂? 4 個(gè)節(jié)點(diǎn)，傳輸速率為9 6 k b p s 。 h b s 對丌放系統(tǒng)互聯(lián)( o s i - o p e n s y s t e m i n t e r c o n n e c t ) ”1 七層模型作了精 簡，出三層結(jié)構(gòu)組成，分別為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層，類似現(xiàn)場總線。在 介質(zhì)訪問子層，h b s 采用帶碰撞檢測的載波偵聽多路訪問( c s m a j c d - - c a r r i e r s e n s em u l t i p l ea c c e s sw i t hc o l l i s i o nd e t e c t i o n ) , 仂、議。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)層的規(guī)定，h b s 的 子網(wǎng)之問由路由器連接，h b s 的子網(wǎng)和其他網(wǎng)之間用網(wǎng)關(guān)連接。h b s 的典型連 接圖如圖1 2 所示。 圖1 2h b s 典型連接 日本政府以及各大公司對h b s 投入了巨大的資金，h b s 主要面向白色家電， 價(jià)格低廉性能可靠的長處使其得到廣泛應(yīng)用。日本黑色家電主流技術(shù)為h a v i ， h b s 通過網(wǎng)關(guān)與h a v i 實(shí)現(xiàn)互聯(lián)( 見圖1 2 ) 。但是，h b s 不支持電力線和無線 傳輸，并且傳輸速率僅為9 6 k b p s ，這些不足限制了他的使用范圍。 1 2 3e i b 歐洲安裝總線( e i b e u r o p e a ni n s t a l l i n gb u s ) 是一個(gè)在歐洲占主導(dǎo)地位的 樓宇自動(dòng)化( b a ) 和家庭自動(dòng)化( h a ) 標(biāo)準(zhǔn)“3 ，他是由s i e m e n s ，a b b 等一些知 名企業(yè)首先提出的。e i b a 是e i b 的管理機(jī)構(gòu)，目前在全球已經(jīng)擁有1 1 0 多家生 浙江夫?qū)W碩l ：學(xué)位論文 產(chǎn)廠商。美國消費(fèi)電子制造協(xié)會(huì)( c e m a c o n s u m e re l e c t r o n i c sm a n u f a c t u r e r s a s s o c i a t i o n ) 批準(zhǔn)e i b 為家庭網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)( e i a 一7 7 6 ) ”1 。 e i b 采用雙絞線、電力線、同軸電纜、無線作為其通訊介質(zhì)，在很多場合， 主要還是使用雙絞線和電力線。使用雙絞線時(shí)，每個(gè)物理段可長達(dá)1 0 0 0 m ，傳輸 速率為7 6 k b p s ；使用電力線時(shí)，最大傳輸距離為6 0 0 m 。e i b 網(wǎng)絡(luò)也是一個(gè)完全 對等( p e e r l o p e e r ) 的分布式網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)上的每個(gè)設(shè)備具有相等的地位，網(wǎng)絡(luò) 拓?fù)鋱D如1 2 所示，e i b 中每個(gè)d o m a i n 最多可以有1 5 個(gè)a r e a ，每個(gè)a r e a 最多 圖1 2e i b 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?可以有1 5 l i n e 條的每個(gè)l i n e ，而每條l if l e 最多可容納2 5 5 個(gè)設(shè)備”1 。 e i b 通訊協(xié)議遵循o s i 七層模型。在介質(zhì)訪問子層，e i b 采用帶碰撞避免的 載波偵聽多路訪問( c s m a c a c a r r i e rs e n s em u l t i p l ea c c e s sw i t hc o l l i s i o n a v o i d a n c e ) 協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)層主要用來設(shè)置節(jié)點(diǎn)間通信所經(jīng)過的路由器的最大數(shù)目。 傳輸層支持面向連接和面向非連接的兩種服務(wù)”3 。 e i b 網(wǎng)絡(luò)中，最基本的單元是總線耦合單元( b c u - - b u sc o u p l eu i t i t ) 和應(yīng) 浙江大學(xué)碩l 學(xué)位論文 用單元( a u a p p l i c a t i o nu n i t ) ”m 。b c u 中固化了e i b 的部分通訊協(xié)議，以 便設(shè)備與總線交互。在b c u 的基礎(chǔ)上，用戶可以根據(jù)不同的應(yīng)用選擇不同的a u 。 e i b 一出現(xiàn)，就獲得了巨大的成功，國際上很多知名公司都推出了符合e i b 規(guī)范的相關(guān)產(chǎn)品。但是，e i b 較低的傳輸速率影響了他的適用范圍”。 1 2 4 l o n g w o r k s l o n g w o r k s 是美國e c h e l o n 公司于1 9 9 0 年開發(fā)成功的全分布式智能控制網(wǎng) 絡(luò)技術(shù)，他使用l o n g t a l k 作為其通訊協(xié)議。9 。目前，l o n g w o r k s 在工業(yè)自動(dòng)化、 樓宇家庭自動(dòng)化方面，得到了廣泛的應(yīng)用。1 9 9 7 年，l o n g w o r k s 被電子工業(yè)聯(lián) 合會(huì)e i a 定為家庭網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)( e i a ) s 一7 0 9 ) 。 l o n g w o r k s 協(xié)議支持電力線、雙絞線、同軸電纜、無線和光纖作為通訊介質(zhì)， 大多數(shù)場合下使用電力線和雙絞線”。使用雙絞線時(shí)，傳輸速率可以為7 8 k b p s ( 最大傳輸距離為2 7 0 0 k m ) 和1 2 5 m b p s ( 最大傳輸距離為1 3 0 k m ) 。l o n g w o r k s 網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的地位是對等的，是一個(gè)真正的分布式控制網(wǎng)絡(luò)，支持的網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點(diǎn)數(shù)最多為3 2 0 0 0 個(gè)“。 l o n g t a l k 協(xié)議是第一個(gè)宣稱完全遵循o s i 七層模型的通訊協(xié)議。在數(shù)據(jù)鏈 路層的介質(zhì)訪問子層，l o n g t a l k 使用了p 堅(jiān)持的載波偵聽多路訪問( c s m a ) 協(xié) 議( p c s m a ) ，p c s m a 能有效地減少網(wǎng)絡(luò)碰撞，提高網(wǎng)絡(luò)的利用率。l o n g w o r k s 最基本的部件是具有通訊和控制功能的n e u r o n 芯片，該芯片有3 個(gè)微處理器， 內(nèi)部固化了l o n g t a l k 通訊協(xié)議和3 4 個(gè)常用的r o 控制對象。 l o n g w o r k s 是一個(gè)功能強(qiáng)大的智能控制系統(tǒng)，但其協(xié)議的非開放性和造價(jià)高 又限制了他在家庭自動(dòng)化方面的應(yīng)用。 1 2 5b a c n e t b a c n e t 是美國采暖、制冷和空調(diào)工程師協(xié)會(huì)( a s h r a e ) 組織2 0 多位世界 級專家，經(jīng)過近9 年時(shí)間的研究制定的世界上第一個(gè)樓宇自動(dòng)控制網(wǎng)絡(luò)協(xié)議”“。 該協(xié)議1 9 9 5 年經(jīng)頒布，即引起了各國政府、專家學(xué)者和企業(yè)的廣泛關(guān)注。1 9 9 5 年由美國國家標(biāo)準(zhǔn)學(xué)院通過成為美國國家標(biāo)準(zhǔn)，目前韓國、日本已將其列為國家 標(biāo)準(zhǔn)，也成為歐盟標(biāo)準(zhǔn)草案。同時(shí)，一些主要的自動(dòng)控制設(shè)備生產(chǎn)商都支持 浙江人學(xué)碩f j 學(xué)位論史 b a c n e t 。 b a c n e t 遵從o s i 七成模型的原則，將協(xié)議分為四層：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、 網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。b a c n e t 的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層支持l o n g t a l k 協(xié)議。另外，他 的物理層還支持e i a 一2 3 2 、e i a 一4 8 5 、e t h e r n e t 和a r c n e t 協(xié)議。數(shù)據(jù)鏈路層還 支持i e e e 8 0 2 2 、m s t p ( i 從，令牌傳遞) 利p q l pf 點(diǎn)到點(diǎn)) 協(xié)議”“ b a c n e t 采用了面向?qū)ο蟮募夹g(shù)。，它定義了一組具有屬性的對象( o b j e c t ) 來表示任意的樓字自控設(shè)備的功能，從而提供了一種標(biāo)準(zhǔn)的表示樓宇自控設(shè)備的 方式。同時(shí)b a c n e t 定義了四種服務(wù)原語來傳遞某些特定的服務(wù)參數(shù)。目前 b a c n e t 共定義了1 8 個(gè)對象，1 2 3 個(gè)屬性和3 5 個(gè)服務(wù)。由于一個(gè)樓宇自控系統(tǒng) 中并不是所有的設(shè)備都要有必要支持b a c n e t 所有的功能，b a c n e t 協(xié)議還定義 了6 個(gè)性能級別和1 3 個(gè)功能組“。 b a c n e t 是一個(gè)完全開放性的樓宇自控網(wǎng)協(xié)議，其開放性表現(xiàn)在：獨(dú)立于任 何制造商，不需要專門芯片，并得到眾多制造商的支持；有完善和良好的數(shù)據(jù)表 示和交換方法；按標(biāo)準(zhǔn)制造的產(chǎn)品有嚴(yán)格的性能等級和完整的說明；產(chǎn)品有良好 的互操作性，有利于系統(tǒng)的擴(kuò)展和集成”。 1 3 其他協(xié)議 以上所述的四個(gè)協(xié)議，是在家庭自動(dòng)化方面，人們使用的最多和研究的最多 的協(xié)議。除此之外，還有一些比較有名的協(xié)議，比如消費(fèi)電子總線( c e b u s - - c o n s u m ee l e c t r o n i cb u s ) 協(xié)議“”和無線通訊協(xié)議i e e e 8 0 2 1 1 “。c e b u s 在很多方 面彌補(bǔ)了x l o 的不足，他在物理層幾乎定義了所有的傳輸介質(zhì)，尋址能力也 得到了很大的加強(qiáng)。以前曾風(fēng)靡一時(shí)的藍(lán)牙( b l u e t o o t h ) 協(xié)議“，現(xiàn)在逐漸被 i e e e 8 0 2 1 1 協(xié)議取代，相信在以后的家庭無線網(wǎng)絡(luò)中，i e e e 8 0 2 1 1 協(xié)議定能大 展風(fēng)采”。 1 4 本章小結(jié) 由以上的介紹可以看出，在家庭自動(dòng)化方面，國際上有很多的協(xié)議，但是， 至今為止還沒有哪個(gè)協(xié)議能占據(jù)主導(dǎo)地位，可以說現(xiàn)在還處在搶協(xié)議的階段。環(huán) 顧國內(nèi)，類似的協(xié)議和產(chǎn)品幾乎為零，家庭自動(dòng)化的廣大市場，差不多均被國外 浙江人學(xué)碩f 學(xué)位論文 產(chǎn)品壟斷”“。 因此，本著由易到難、循序漸進(jìn)的方針，我們開發(fā)了家庭智能控制系統(tǒng)，本 論文將對該系統(tǒng)作一個(gè)詳細(xì)介紹。 浙江大學(xué)碩i 二學(xué)位論文 第二章系統(tǒng)總體描述 2 1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)描述 家庭智能控制系統(tǒng)如圖2 1 所示 驅(qū)動(dòng)模 鏘f 駱動(dòng)摸電話模 塊1塊”ff塊f 主控模塊 q ，繼囂 i 摶_ 制?？刂颇？刂颇保安接 ；塊1【 塊2 【 塊n i【入模塊【 圖2 1 家庭智能控制系統(tǒng) 從圖中可以看出，家庭智能控制系統(tǒng)是一個(gè)有線連接的總線型的系統(tǒng)，系統(tǒng) 中任何設(shè)備都要連接到總線上。 總的來說，總線上的設(shè)備可以分為主控和中繼模塊類、控制模塊類、驅(qū)動(dòng)模 塊類和擴(kuò)展功能模塊類，下面分別予以介紹。 2 1 1 主控和中繼模塊類 每套家庭智能控制系統(tǒng)必須包含一個(gè)主控模塊，該模塊負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)總線上的通 信，以及向總線上其他模塊供電。系統(tǒng)中控制類模塊和驅(qū)動(dòng)類模塊之間的通信， 都必須經(jīng)過主控模塊仲裁，系統(tǒng)中的許多功能，比如調(diào)光、定時(shí)等，也都是由主 模塊實(shí)現(xiàn)的。主控模塊有兩個(gè)接口，一個(gè)是2 2 0 v 電力線輸入端口，另一個(gè)是總 線輸出端口，總線上是2 4 v 的交流信號，系統(tǒng)中的控制類模塊和驅(qū)動(dòng)模塊的工 作電源都是從總線上獲得的。 中繼模塊是系統(tǒng)的可選模塊。由于總線自身存在電阻，所以當(dāng)總線很長時(shí)， 總線上傳輸?shù)男盘枙?huì)被衰減，這樣到達(dá)控制和驅(qū)動(dòng)模塊的信號就會(huì)發(fā)生畸變，使 浙江大學(xué)碩 學(xué)位論文 得他們( 尤其是驅(qū)動(dòng)模塊) 不能與主控模塊正常通信。因此，為了保證系統(tǒng)工作 的可靠性，總線上的信號需要每隔一段距離就進(jìn)行放大。當(dāng)然，在一些總線長度 比較短的小系統(tǒng)中，并不需要中繼器。中繼器模塊也有兩個(gè)接口，一個(gè)是需要被 放大的總線信號輸入接口，另一個(gè)是經(jīng)過中繼器放大后的總線信號輸出接口。 2 1 2 控制模塊類 控制類模塊主要是人機(jī)界面，是用戶使用的最多的模塊。用戶的指令由他負(fù) 責(zé)發(fā)到總線上，經(jīng)過主控模塊和驅(qū)動(dòng)模塊處理后，指令執(zhí)行的結(jié)果又由他顯示。 控制類模塊基本上以按鍵形式出現(xiàn)，包括開關(guān)控制器、調(diào)光控制器、遙控器紅 外接收和集控模塊幾種類型。 開關(guān)控制器是最常用的控制類模塊，通過他可以來控制對象的打開和關(guān)閉， 每個(gè)開關(guān)模塊可以控制四個(gè)對象，每個(gè)被控對象的狀態(tài)都在面板上由兩盞指示燈 來顯示，如果此時(shí)被控對象處在打開的狀態(tài)，則紅色的指示燈亮，如果處在關(guān)閉 的狀態(tài)，則綠色的指示燈亮。 調(diào)光控制器也是一種常用的控制類模塊。開關(guān)模塊只可以控制對象打開或者 關(guān)閉，而調(diào)光模塊除了這個(gè)功能之外，還可以連續(xù)調(diào)節(jié)白熾燈的亮度。和開關(guān)模 塊一樣，調(diào)光模塊的面板上也顯示被控對象的當(dāng)前開關(guān)和亮度狀態(tài)。 紅外接受模塊接收遙控器發(fā)出的控制信號，然后再將此控制信號轉(zhuǎn)發(fā)到總線 上，這樣用戶可以直接用遙控器就可以控制家里的電器，給用戶生活能帶來很大 的方便。 保安接入模塊接收傳感器發(fā)出的報(bào)警信號，經(jīng)過處理后，一方面可以在本地 報(bào)警，另一方面，可以將報(bào)警信號轉(zhuǎn)換成規(guī)定的格式發(fā)到系統(tǒng)總線上。 控制類模塊不需要接入2 2 0 v 電力線，他只要連接到系統(tǒng)的總線上就可以工 作了，系統(tǒng)使用的是2 4 v 的低電壓總線，所以對用戶來說，這樣減少了不少安 全隱患。另外，開關(guān)模塊和調(diào)光模塊面板上的指示燈，可以在夜里給用戶提供微 弱的照明。 2 1 3 驅(qū)動(dòng)模塊類 浙江人學(xué)碩 學(xué)位論文 驅(qū)動(dòng)類模塊是具體的驅(qū)動(dòng)單元，他一般安裝在比較隱蔽的地方。驅(qū)動(dòng)類模塊 從總線上接收控制類模塊的命令( 已經(jīng)經(jīng)過主控模塊處理) ，然后去驅(qū)動(dòng)具體的 對象，如燈，電源丌關(guān)等。系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)模塊包括丌關(guān)驅(qū)動(dòng)器，調(diào)光驅(qū)動(dòng)器兩種 類型。 開關(guān)驅(qū)動(dòng)器接收總線上的信號，通過繼電器去控制燈的開關(guān)，同時(shí)向總線上 回送燈此時(shí)燈的狀態(tài)，以供在控制類模塊的面板上顯示設(shè)備工作狀態(tài)。 調(diào)光驅(qū)動(dòng)器接收總線上的信號，通過控制繼電器和可控硅來調(diào)節(jié)燈的開關(guān)和 亮度。同時(shí)也向總線上回送此時(shí)燈的開關(guān)和亮度狀態(tài)。 2 1 4 擴(kuò)展功能模塊類 擴(kuò)展功能累模塊主要是電話模塊，電話模塊使智能家庭控制系統(tǒng)有了遠(yuǎn)程監(jiān) 控的能力，用戶可以遠(yuǎn)程查詢和遙控家中的電器，如果有了報(bào)警信號，則報(bào)警信 號可以通過此模塊發(fā)送到用戶預(yù)先設(shè)定的固定電話或者移動(dòng)電話上。 2 2 系統(tǒng)功能描述 由于家庭智能控制系統(tǒng)采用了總線的技術(shù)，所以使系統(tǒng)具備了很多的功能， 比如一對一控制，一對多控制，多對一控制，組控制，場景控制，定時(shí)等。為了 更好的理解家庭智能控制系統(tǒng)的這些功能，我們先介紹一下系統(tǒng)最基本的工作原 理。 家庭智能控制系統(tǒng)中控制類模塊和驅(qū)動(dòng)類模塊在工作前，都必須有一個(gè)地 址?？刂祁惸K和驅(qū)動(dòng)類模塊的之間的控制關(guān)系是由他們的地址決定的，如果一 個(gè)控制類模塊的地址和一個(gè)驅(qū)動(dòng)類模塊的地址一樣的時(shí)候，他們之間的控制關(guān)系 就形成了，如果當(dāng)中任一個(gè)的地址改變后，他們的控制關(guān)系將不復(fù)存在。家庭智 能控制系統(tǒng)的地址由單獨(dú)、調(diào)光、組和場景四種，一般單獨(dú)類型的地址都用來設(shè) 置丌關(guān)控制器和驅(qū)動(dòng)器，調(diào)光類型的地址設(shè)置調(diào)光控制器和驅(qū)動(dòng)器，組和場景類 型的地址用來設(shè)置開關(guān)驅(qū)動(dòng)器。 一對一的控制是最常用的一種類型。當(dāng)某個(gè)控制類模塊的地址，和某個(gè)驅(qū)動(dòng) 類模塊的地址一致時(shí)，并且是一一對應(yīng)的關(guān)系，那么他們之間的控制關(guān)系是一對 一的。如果有多個(gè)驅(qū)動(dòng)類模塊與某一控制類模塊的地址一致時(shí)，那么他們之間形 浙江人學(xué)碩f ：學(xué)位論文 成了對多的控制關(guān)系。如果由多個(gè)控制類模塊的地址和某一個(gè)驅(qū)動(dòng)類模塊的地 址一致時(shí)，那么他們形成了多對一的控制類關(guān)系。設(shè)備的地址是通過一個(gè)手持編 址器設(shè)定的，用戶可以根據(jù)需要隨時(shí)更改設(shè)備的地址。 組或者場景控制中，具體個(gè)組或者場景包含那些驅(qū)動(dòng)器，用戶可以通過系 統(tǒng)中的設(shè)置模塊進(jìn)行編程。當(dāng)用戶使用手持編址器，將某一控制類模塊設(shè)置了一 個(gè)組類型的地址時(shí)，他必須先通過設(shè)置模塊對其進(jìn)行編程，可以讓其包含一個(gè)驅(qū) 動(dòng)器，也可以讓其包含多個(gè)甚至所有的驅(qū)動(dòng)器。由以上的介紹可知，組控制的類 似與對多的控制，但是他們之間的控制原理有本質(zhì)的不同，因?yàn)橐粚Χ嗫刂茣r(shí) 有多個(gè)驅(qū)動(dòng)模塊的地址是一樣的，這樣就不能對他們進(jìn)行單獨(dú)的控制，在有些場 合不能滿足用戶的需要：而在組或者場景控制中，他們之間的控制關(guān)系是由組或 場景內(nèi)在的包含關(guān)系決定的，那些被包含的驅(qū)動(dòng)模塊，既可以對他進(jìn)行單獨(dú)控制， 又可以進(jìn)行組或場景控制。 場景類型的地址與組類型的地址類似，他們都能達(dá)到一對多的控制功能，但 是他們有以下三點(diǎn)不同：首先，組地址只能設(shè)置包含哪些驅(qū)動(dòng)器，而場景地址除 此之外，還可以設(shè)置所包含的驅(qū)動(dòng)器的狀態(tài)，例如他可以被設(shè)置為包含a 驅(qū)動(dòng)器 打開的狀態(tài)和b 驅(qū)動(dòng)器關(guān)閉的狀態(tài)。其次，場景是控制驅(qū)動(dòng)器達(dá)到事先設(shè)定好的 一種狀態(tài)，當(dāng)這個(gè)狀態(tài)達(dá)到后，用戶再操作該具有場景地址的控制器時(shí)，他所包 含的驅(qū)動(dòng)器狀態(tài)不會(huì)再變化，而具有組地址的控制器，可以控制其所包含的驅(qū)動(dòng) 器的狀態(tài)連續(xù)變化，即可以連續(xù)的全開和全關(guān)。最后，組地址有定時(shí)功能，而場 景地址沒有。 家庭智能控制系統(tǒng)中，單獨(dú)地址和組地址具有定時(shí)的功能，定時(shí)分軟定時(shí)和 硬定時(shí)兩種類型，兩者的區(qū)別如下，如果個(gè)驅(qū)動(dòng)器處在軟定時(shí)的狀態(tài)，用戶可 以將其強(qiáng)行關(guān)閉，如果處在硬定時(shí)的狀態(tài)，用戶是不能將其關(guān)閉的，只有當(dāng)定時(shí) 時(shí)間到的時(shí)候，他才會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。軟定時(shí)有2 0 秒、1 分鐘、5 分鐘、1 小時(shí)、2 小時(shí)五種，硬定時(shí)有2 0 秒、1 分鐘、5 分鐘三種。 2 3 系統(tǒng)通信協(xié)議描述 浙江大學(xué)頒 學(xué)位論史 眾所周知，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程中，o s i 七層參考模型在通信領(lǐng)域不但 起到了巨大的作用而且他提出的接口、服務(wù)和協(xié)議的概念卻深入人一h 即使在 現(xiàn)代的面向?qū)ο蟮木幊碳夹g(shù)中也得到了很好的體現(xiàn)“6 “1 。 由前面的介紹可知，智能家庭控制系統(tǒng)是一個(gè)總線型的系統(tǒng)，系統(tǒng)所有設(shè) 備之間的通信數(shù)據(jù)都在總線上傳輸?shù)?。因此，為了保證系統(tǒng)工作的高性能和可靠 穩(wěn)定型，我們一方面借鑒了o s i 七層模型的思想。1 ”，另一方面也根據(jù)系統(tǒng)工 作的實(shí)際需要，設(shè)計(jì)了三層模型的通信規(guī)范，即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和命令層， 該通信協(xié)議的模型與o s i 七層模型的比較如表2 1 所示。 2 3 1 物理層描述 根據(jù)0 s i 七層參考模型，物理層處在通信協(xié)議最低層，他主要解決通信介 質(zhì)和數(shù)據(jù)編碼的問題。在物理層常用的協(xié)議有r s 2 3 2 、r s 4 8 5 4 2 2 等。 層次 j s o 0 s i家庭智能控制系統(tǒng) 第七層應(yīng)用層命令層 第六層表示層 第五層會(huì)話層未使用 第四層傳輸層 第三層網(wǎng)絡(luò)層 第一層 數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)鏈路層 第一層物理層物理層 表2 1 協(xié)議模型比較 常用的通信介質(zhì)有磁介質(zhì)、雙絞線、同軸電纜、光纖和無線等。考慮到系 統(tǒng)成本、可靠性和實(shí)際需要諸因素，家庭智能控制系統(tǒng)采用普通的雙絞線作為通 信介質(zhì)。 常用的數(shù)據(jù)編碼格式有未經(jīng)編碼的基帶數(shù)字信號、曼徹斯特編碼、歸零碼 和非歸零碼等。 浙江人學(xué)碩士學(xué)位論文 家庭智能控制系統(tǒng)采用了脈寬編碼，即根據(jù)總線上信號的脈沖寬度來區(qū)分o 或者l 。家庭智能控制系統(tǒng)中主控模塊在總線上發(fā)出的是電壓信號，而控制類模 塊和驅(qū)動(dòng)類模塊發(fā)出的是電流信號。電壓信號和電流信號都統(tǒng)一的采用脈寬編 碼。脈沖編碼的原理如圖2 2 所示， 00100 同盟n 廠 l 圖2 2 脈寬編碼 當(dāng)兩個(gè)脈沖之間的間隔是2 0 0 u s 時(shí)，表示的是1 ，當(dāng)間隔是1 0 0 u s 時(shí)，表示的是 0 。采用脈寬編碼技術(shù)，可以使系統(tǒng)總線有較強(qiáng)的抗干擾能力。 家庭智能控制系統(tǒng)總線上傳輸?shù)氖? 4 v 的交流載波信號。主控模塊每隔1 6 m s 必須向總線上發(fā)送一幀數(shù)據(jù)，主控模塊發(fā)出的數(shù)據(jù)占用1 6 m s 中的1 0 m s ，其余6 m s 由控制類模塊和驅(qū)動(dòng)類模塊向主控模塊發(fā)送響應(yīng)信號，電壓信號和電流信號時(shí)間 上的分布如圖2 3 所示。 i唧階勝警 圖2 3 電壓電流時(shí)間分布 2 3 2 數(shù)據(jù)鏈路層描述 根據(jù)i s o 七層參考模型的規(guī)定，數(shù)據(jù)鏈路層主要解決通信中以下問題：成幀、 差錯(cuò)控制。如果是廣播網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)鏈路層中還要有一個(gè)介質(zhì)訪問子層，專門用來 解決數(shù)據(jù)幀沖突問題。 1 9 浙江大學(xué)碩上學(xué)位論文 家庭智能控制系統(tǒng)從總體上說是主從式結(jié)構(gòu)，每一次通信都是由主控模塊 發(fā)起，他將數(shù)據(jù)發(fā)到總線上，控制類模塊和驅(qū)動(dòng)類接收總線上的數(shù)據(jù)，并將響應(yīng) 發(fā)到總線上以供主控模塊接收?？偩€通信有兩種模式，靜態(tài)掃描和動(dòng)態(tài)掃描。 靜態(tài)掃描時(shí)，主控器依地址順序，向驅(qū)動(dòng)類模塊發(fā)狀態(tài)查詢幀，在獲得他 們的響應(yīng)后向相應(yīng)的控制類模塊發(fā)狀態(tài)設(shè)置幀，使其在面板上顯示狀態(tài)。 當(dāng)用戶操作控制模塊后，控制模塊在主控模塊發(fā)出的幀起始位置上發(fā)出電 流信號( 我們稱之為c u ti n 信號) ，從而打斷靜態(tài)掃描，通信進(jìn)入動(dòng)態(tài)掃描。 主控模塊發(fā)地址查詢幀，發(fā)出c u t i n 請求的控制模塊作出響應(yīng)( 請他模塊保持沉 默) ，于是主控模塊獲得了他的地址以及具體的控制信息。然后發(fā)出設(shè)置幀，設(shè) 罱執(zhí)行模塊。最后向執(zhí)行模塊發(fā)狀態(tài)查詢幀，獲得執(zhí)行結(jié)果，并將此結(jié)果通過狀 態(tài)設(shè)置幀發(fā)給控制模塊，從而結(jié)束此次動(dòng)態(tài)掃描。通訊重新進(jìn)入靜態(tài)掃描。 在智能家庭控制系統(tǒng)中。主控模塊發(fā)出的數(shù)據(jù)幀的結(jié)構(gòu)如圖2 4 所示，開始 是5 個(gè)b i t 起始位，每位的i b j 隔是i m s ，命令和分頁各4 個(gè)b i t 、地址和數(shù)據(jù)各 是8 b i t ，最后校驗(yàn)有4 b i t ，所以一共有3 3 個(gè)b i t 。校驗(yàn)方式采用累加和校驗(yàn)。 方法是對命令、地址和數(shù)據(jù)共2 4 b i t ，每隔四位相加，進(jìn)位拋棄，最后所得的四 l 起始命令分頁地址數(shù)據(jù)校驗(yàn) 圖2 4 主控模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)幀格式 位結(jié)果求反后，即為校驗(yàn)碼。 家庭智能控制系統(tǒng)中，成幀的功能是按照如下的方法實(shí)現(xiàn)的。在主控模塊中，命 令層將要發(fā)送的數(shù)據(jù)交給數(shù)據(jù)鏈路層，數(shù)據(jù)鏈路層將這些數(shù)據(jù)按照圖2 4 所示的 幀結(jié)構(gòu)組成一幀數(shù)據(jù)，然后依次將該數(shù)據(jù)幀中的每個(gè)b i t 發(fā)到總線上。當(dāng)控制類 模塊或者驅(qū)動(dòng)類模塊有響應(yīng)時(shí)，數(shù)據(jù)鏈路層將他們的響應(yīng)打包后交給命令層處 理，他的工作流程如圖2 5 所示。在控制類模塊和驅(qū)動(dòng)類模塊中，他們的主要任 務(wù)是接收主控模塊發(fā)出的數(shù)據(jù)幀和向主控模塊發(fā)送c u t i n 信號和響應(yīng)，他們的工 作流程如圖2 6 所示。由于家庭智能控制系統(tǒng)采用脈寬編碼，所以數(shù)據(jù)鏈路層在 發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時(shí)，主控模塊、控制類模塊和驅(qū)動(dòng)類模塊都要用到定時(shí)器。 雖然系統(tǒng)采用了脈寬編碼，可以有效增強(qiáng)總線的抗干擾能力，但是由于干 浙江人學(xué)碩i j 學(xué)位論文 發(fā)送起始位中的第一f 接收c u ti n 信號 發(fā)送數(shù)據(jù)楨中剩余f t 匕、 等待i m s _ 啐 將響應(yīng)打包交給命令層 結(jié)束 發(fā)送c u t i n 一 發(fā)送響臆 l 適多 j ， 結(jié)柬 圖2 5 主控模塊發(fā)送數(shù)據(jù)幀流程圖2 6 其他模塊接收數(shù)據(jù)幀流程 擾等原因，信號的脈沖邊沿會(huì)產(chǎn)生畸變，所以如果沒有差錯(cuò)檢測功能，系統(tǒng)工作 有時(shí)會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。按照脈寬編碼的規(guī)定，2 0 0 u s 的脈寬表示b i t l ，1 0 0 u s 的脈寬表 示b i t o ，他們之間有i o o u s 的間隔，所以在主控模塊、控制類模塊和驅(qū)動(dòng)類模塊 接收總線上的數(shù)據(jù)時(shí)，我們將脈寬小于1 4 0 s 的信號認(rèn)為是0 ，而大于1 6 0 u s 的信 號認(rèn)為是1 ，增加了干擾容限，大大提高了總線的抗干擾能力。 2 3 3 介質(zhì)訪問子層描述 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分為兩類：采用點(diǎn)到點(diǎn)連接的網(wǎng)絡(luò)和采用廣播信道的網(wǎng)絡(luò)。 浙江夫?qū)W碩j 學(xué)位論丈 在所有的廣播網(wǎng)絡(luò)中，關(guān)鍵的問題是：當(dāng)信道的使用產(chǎn)生競爭時(shí)，如何分 配信道的使用權(quán)。為了更清楚的認(rèn)識這個(gè)問題，現(xiàn)在考慮一個(gè)召丌電話會(huì)議的情 況：6 個(gè)人均有各自的電話，電話能互相連通，因此每個(gè)人都可以聽到其他人講 話，同時(shí)也可以與其他人通話。很可能會(huì)發(fā)生這樣的情況，當(dāng)其中的一個(gè)人停止 講話時(shí)，兩個(gè)人或更多人會(huì)立即開始同時(shí)講話，因而導(dǎo)致混亂。再面對面的會(huì)議 中，這種混亂可以通過一些外部方法，如舉手申請發(fā)言的形式來避免。但是在只 有單個(gè)信道可以使用時(shí)，要決定下一個(gè)該誰講話就困難了。廣播信道有時(shí)也稱多 路訪問信道( m u l t i a c c e s sc h a n n e l ) 或隨機(jī)訪問信道( r a n d o ma c c e s sc h a n n e l ) “。 為了解決這個(gè)問題，人們已經(jīng)制定了許多協(xié)議。比如a l o h a 協(xié)議、載波 偵聽多路訪問( c s m a - - c a r r i e rs e n s em u l t i p l ea c c e s s ) 協(xié)議等。 根據(jù)前面的介紹可知，家庭智能控制系統(tǒng)屬于廣播網(wǎng)絡(luò)，控制類模塊和驅(qū) 動(dòng)類模塊把數(shù)據(jù)以廣播的形式發(fā)送到總線上，所以系統(tǒng)存在著信道競爭的問題。 從家庭智能控制系統(tǒng)的工作原理可以看出，如果有多個(gè)控制類模塊在同一幀數(shù)據(jù) 起始位同時(shí)發(fā)了c u t i n ( 在總線上也會(huì)發(fā)生碰撞，但是不影響主控模塊的接收) ， 主控模塊收到c u t i n 后，會(huì)接著發(fā)出查詢命令，以便獲得他們的具體地址，這時(shí) 候這些發(fā)c u t i n 的控制類模塊會(huì)同時(shí)回送地址，他們發(fā)出的數(shù)據(jù)在總線上就會(huì)發(fā) 生碰撞，使主控模塊不能正確接收，從而造成系統(tǒng)的誤動(dòng)作。從上面的分析可知， 如果主控模塊在接收c u t i n 時(shí)，能判別出是一個(gè)控制類模塊發(fā)出的c u t i n 還是多個(gè) 控制類模塊發(fā)出的c u t i n ，那么就能從更本上解決信道競爭的問題。 在家庭智能控制系統(tǒng)中規(guī)定，c u t i n 信號的脈寬至少為5 0 u s ( 一般為5 0 u s ) 。 如果有多個(gè)控制類模塊同時(shí)發(fā)出c u t i n 請求，由于c u t i n 信號在總線上的延時(shí)和疊 加，主控類模塊接收到的c u t i n 信號脈寬至少會(huì)大于7 0 u s 。 根據(jù)上述這點(diǎn)，如果主控模塊發(fā)現(xiàn)接收到的c u t i n 信號小于7 0 u s ( 一般為 5 0 u s ) ，那么他就知道，只有一個(gè)控制模塊發(fā)出了c u t i n ，接著他會(huì)發(fā)出查詢命 令來獲得發(fā)c u t i n 信號的控制模塊的地址，以進(jìn)行下一步的操作。如果主控模塊 發(fā)現(xiàn)接收到的c u t i n 信號大于7 0 u s ，他就知道此時(shí)有多個(gè)控制類模塊同時(shí)發(fā)出了 c u t i n 請求，這時(shí)他就不理會(huì)這些請求，繼續(xù)作自己的工作，而控制類模塊發(fā)現(xiàn) 自己發(fā)出t u r i n 請求后，主控模塊并沒有發(fā)出查詢地址的命令，他就知道了他發(fā) 出的c u t i n 信號與另外一個(gè)控制類模塊發(fā)生了碰撞，因此，他會(huì)等待一個(gè)隨機(jī)長 浙江大學(xué)碩i 二學(xué)位論文 的時(shí)間之后，再向主控模塊發(fā)出c u t i n 請求，因?yàn)樗却艘粋€(gè)隨機(jī)長的時(shí)間， 所以下次他再發(fā)c u t i n 信號時(shí)，- - 與n 2 發(fā)生碰撞的模塊再次發(fā)生碰撞的機(jī)率就會(huì) 小的多了。 2 3 4 命令層描述 由于家庭智能控制系統(tǒng)采用主從式通訊方式，因此所有的命令幀都是由主 控模塊發(fā)出的，控制類模塊和驅(qū)動(dòng)類模塊只返回響應(yīng)和c u t i n 申請。由圖2 4 可 以看出，每幀數(shù)據(jù)去除起始位和校驗(yàn)位后，還剩下命令、分頁、地址和數(shù)據(jù)四項(xiàng)， 共三個(gè)字節(jié)，下面分別予以說明。 命令表明此幀要執(zhí)行什么操作。目前有查詢、設(shè)置和等待三類命令。其中 查詢分查詢驅(qū)動(dòng)類模塊：0 1 0 0 ，查詢控制控制類模塊：1 0 0 0 、0 1 1 0 、0 0 1 0 ；設(shè)置 驅(qū)動(dòng)類模塊和控制類模塊均為為11 0 0 ；等待命令：0 0 0 0 。 分頁：系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)使用，目前只是用了0 0 0 1 。 在介紹地址和數(shù)據(jù)項(xiàng)之前，我們先來看看家庭智能控制系統(tǒng)的地 址規(guī)定。我們知道家庭智能控制系統(tǒng)的地址分為四種類型，這四種類型地址的定 義和分布如下： 1 單獨(dú)類型地址( i ) 。分為6 4 組，每組4 個(gè)?？刂祁惸K單獨(dú)類型 地址范圍為o 6 3 ，驅(qū)動(dòng)類模塊單獨(dú)類型地址范圍為1 2 8 1 9 l 。 2 調(diào)光類型地址( d ) 。分為1 6 組，每組1 個(gè)。控制類模塊調(diào)光類型 地址范圍為6 4 7 9 ，驅(qū)動(dòng)類模塊調(diào)光類型地址范圍為1 9 2 2 0 7 。 3 組類型地址( g ) 。分為3 2 組，每組4 個(gè)。組的地址范圍是8 0 1 1 l 。 4 場景類型地址( p ) 。分為1 6 組，每組4 個(gè)。場景的地址范圍是1 1 2 1 2 7 。 我們將以上所說的四種類型地址再細(xì)分為兩部分：段地址和偏移地址。段地 址就是其組號，偏移地址是指該組所包含的元素的編號，編號有1 ，2 ，3 ，4 四 種。對單獨(dú)類型地址，段地址就是組號，范圍為0 6 3 ，每組中包含四個(gè)元素， 偏移地址范圍為1 ，2 ，3 ，4 ，可以以1 - 1 ，1 - 2 ，1 - 3 ，1 4 來表示。對調(diào)光類型地 址，同樣段地址為其組好，范圍為6 4 7 9 ，但是調(diào)光類型的組地址只包含一個(gè) 浙江人學(xué)碩 學(xué)位淪文 元素，所以其偏移地址固定為1 ，可以以6 4 1 ，6 5 一l 來表示。組和場景類型的地 址與單獨(dú)類型地址類似，段地址即為其編號，偏移地址范圍為1 ，2 ，3 ，4 。 通過上述對地址的劃分規(guī)定，我們將組號填入數(shù)據(jù)幀的地址項(xiàng)中，因?yàn)楦?種類型地址其范圍不一樣，所以從數(shù)據(jù)幀的地址項(xiàng)中我們就能看出是對何種類型 的地址操作。 圖2 7 單獨(dú)類型數(shù)據(jù)項(xiàng)結(jié)構(gòu) 偏移地址體現(xiàn)在數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)項(xiàng)中。對單獨(dú)類型地址，他們每個(gè)地址的通 信內(nèi)容只要占用兩個(gè)b i t 就夠了，因此，我們將數(shù)據(jù)項(xiàng)這個(gè)字節(jié)劃分為四塊( 如 圖2 7 所示) ，b i t o ，1 是留給偏移地址1 的，b i t 2 ，3 是留給偏移地址2 的，以此類 推。所以數(shù)據(jù)項(xiàng)同時(shí)兼有兩種功能，一方面根據(jù)該兩位的數(shù)值可以表明通信的內(nèi) 容，另一方面根據(jù)位置可以表明他的偏移地址。對于調(diào)光類型地址，他的通信內(nèi) 容要包含亮度的信息，所以他必須占用一個(gè)字節(jié)，這也是調(diào)逛類型地址的偏移地 址固定為1 的原因。組和場景類型地址的數(shù)據(jù)項(xiàng)與單獨(dú)類型地址類似，此處不在 例如，命令幀0 1 0 0 ，1 0 0 0 ，1 0 0 0 0 0 0 0 ，0 0 0 0 0 0 0 0 表明的是向單獨(dú)類型地址的驅(qū) 動(dòng)模塊查詢狀態(tài)，該驅(qū)動(dòng)模塊的地址是0 1 ，o 2 ，o 一3 ，0 4 。而命令幀 1 1