智能家居系統(tǒng)與藍牙技術(shù)的應(yīng)用展望

1、智能家居系統(tǒng)與藍牙技術(shù)的應(yīng)用展望    Tags：展望 智能家居 藍牙技術(shù) 摘要：文章介紹了住宅小區(qū)智能化的概念，探討了住戶智能化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和家用電器智能化的幾個方面；介紹了藍牙技術(shù)的特性，揭示了藍牙技術(shù)是住戶信息化的最好通訊方式。藍牙模塊由于其功耗低、兼容性好、可靠性高和無連接線等優(yōu)勢而受到全世界的重視。 關(guān)鍵詞：住宅小區(qū)智能家居家用電器智能化藍牙技術(shù)無線通訊 l智能住宅小區(qū)住宅小區(qū)智能化是指依靠先進的設(shè)備和科學的管理模式，利用計算機及相關(guān)的高新技術(shù)，將傳統(tǒng)的土木建筑與計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)以及信息技術(shù)相結(jié)合，對一定地域范圍內(nèi)住宅的使用功能智能化達到

2、節(jié)約能源、降低人工成本，提高住宅小區(qū)物業(yè)管理、安防及信息服務(wù)等方面的自動化程度，為小區(qū)住戶提供安全、舒適、方便、快捷的家居環(huán)境，簡稱4C技術(shù)。隨著人們生活水平的提高，以及全面建設(shè)小康社會這一宏偉目標的逐步實現(xiàn)，傳統(tǒng)的住宅小區(qū)和建筑往往因為不能提供必要的通訊設(shè)施和良好的辦公自動化支持系統(tǒng)而不再受到青睞。智能化住宅小區(qū)包括安全防范、管理與監(jiān)控、信息網(wǎng)絡(luò)三個子系統(tǒng)，如圖l所示，每個住戶都是這個子系統(tǒng)的節(jié)點。2智能家居系統(tǒng)家用電器智能化是家居智能化的前提。一般來說，家用電器可以分為四類：(1)家庭影院網(wǎng)絡(luò)；(2)計算機子系統(tǒng)；(3)電話子系統(tǒng)；(4)生活用電器類，如電冰箱、洗衣機、微波爐、抄表器等。在

3、智能家居系統(tǒng)中，每個電器都是智能化的，都由嵌入式計算機進行管理，它們在住戶家庭的局域網(wǎng)中都分配有一個唯一的IP地址，因此家庭服務(wù)器(HomeServer)就應(yīng)運而生。家庭服務(wù)器采用模塊化設(shè)計，是一種家庭智能節(jié)點模塊。這種家庭服務(wù)器可以稱為網(wǎng)絡(luò)智能數(shù)據(jù)終端(Intelligent Control Network Data Terminal,簡稱NDT)，也稱為智能家居控制器。其主要功能是：(1)通訊功能。它與外部的寬帶網(wǎng)絡(luò)相連，代表了一個住戶在小區(qū)網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點；另外智能化的家電又要靠它聯(lián)系起來，成為住戶局域網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)家居的網(wǎng)絡(luò)化；(2)管理功能。對家用智能電器進行管理、傳遞信息。例如電冰箱內(nèi)的食物

4、數(shù)量可以通過計算機打印出來；接收主人通過電子郵件、聲音或操作面板發(fā)來的控制命令控制門禁系統(tǒng)的開關(guān)、空調(diào)的起停和調(diào)節(jié)、操作洗衣機的工作、調(diào)節(jié)家庭影院系統(tǒng)；接收抄表器傳來的煤氣、水、電表的狀態(tài)并傳送到小區(qū)的抄表系統(tǒng)，等等；(3)信息顯示功能。接收小區(qū)智能系統(tǒng)的通知并顯示；家用電器的狀態(tài)顯示；當發(fā)生故障時能自動顯示故障電器及提示如何應(yīng)對這種故障。3已有的局域網(wǎng)絡(luò)中的通訊技術(shù)家庭網(wǎng)絡(luò)是一種局域網(wǎng)絡(luò)，它能夠提供視聽娛樂、溝通、設(shè)備的操作與控制和家庭安全防護等功能，有大量的信息流通。家庭網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵是將家庭內(nèi)的智能電器連接起來。主要分為有線和無線兩種連接方式。31有線通訊技術(shù)這是目前已經(jīng)實現(xiàn)的智能住戶的家庭網(wǎng)

5、絡(luò)，住戶內(nèi)的各類信息，家電設(shè)備間的通訊、家庭內(nèi)部和外界的通訊通過家庭控制總線(Home Bus)來實現(xiàn)，這種總線可以是RS-232、RS485總線，也可以是各種現(xiàn)場總線。采用同軸電纜、雙絞線把智能家用電器與家庭服務(wù)器連成星型結(jié)構(gòu)。這種方法數(shù)據(jù)傳輸可靠，通訊距離長，不受房形的制約。但是由于有太多的信號線，為保證墻壁和房間的美觀必須在住戶人住前規(guī)劃安裝到位，而且在墻壁上安裝有插線板后，相應(yīng)的電器的位置就固定了，調(diào)整起來不方便。每臺電器都有電源線、信號線連接到墻壁上，則智能電器與墻壁之間也不美觀。32無線通訊方式無線通訊方式有家庭射頻網(wǎng)絡(luò)、紅外線、遵循IEEE8021 l的設(shè)備以及藍牙技術(shù)。紅外(I

6、R)連接標準(稱為IrDA標準)已被很多公司采用，使用紅外光在設(shè)備間傳遞信號，由于紅外光不能穿透固體，因此兩個設(shè)備必須靠近并且固定對整齊，而且之間沒有物體隔開。最低速率為115kbps，舊的紅外標準速率為4Mbps，新的標準速率為16Mbps。紅外通訊具有速度快、廉價、安全、低功耗等優(yōu)點，目前已經(jīng)在掃描儀、空調(diào)器、電視機、便攜式計算機等設(shè)備中采用。由于它信號傳輸距離近，且有接收角度的限制，所以不適合在家庭網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。家庭射頻(Home RF)網(wǎng)絡(luò)是特別設(shè)計用于家庭及小型商業(yè)網(wǎng)絡(luò)的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，使用24GHz頻段。連接距離為約13m以內(nèi)，速度可達10Mbps，且價格便宜，容易安裝。每個網(wǎng)絡(luò)最多可

7、允許127個設(shè)備。但它的功耗大，不適合便攜式設(shè)備應(yīng)用，而且工作不穩(wěn)定。IEEE8021l的設(shè)備類似于沒有線纜的以太網(wǎng)，速率達到11Mbps，可靠性高，是一種嚴格用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉藴?，不處理語音信號和電話業(yè)務(wù)。因此適合于在辦公室使用，而不適合在家庭網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。4藍牙技術(shù)藍牙的思想最早產(chǎn)生于1994年，隨后包括因特爾、3COM、摩托羅拉、微軟、朗訊、東芝等全球很多公司開展了藍牙技術(shù)的研究，并于1999年7月發(fā)表了藍牙規(guī)范10，目前已有藍牙11A、11B、20版本。藍壓技術(shù)是通過把一塊小且功耗低的無線電收發(fā)芯片嵌入到傳統(tǒng)的電子設(shè)備中而實現(xiàn)通訊功能。藍牙設(shè)備的結(jié)構(gòu)如圖2所示。設(shè)備中完成主要工作的部分，例

8、如打印機、繪圖儀等稱為主機，藍牙硬件和軟件稱為藍牙模塊(Bluetooth Module)。藍牙鏈路管理軟件(Bluetooth Link Manager Software)和藍牙模塊主機控制器(HC：Host Controller)處理主機和藍牙模塊之間的通訊。不同廠家生產(chǎn)的藍牙模塊具有互操作性，藍牙規(guī)范定義了可用于所有藍牙模塊以及采用藍牙技術(shù)主機設(shè)備的標準接口和通訊協(xié)議。在規(guī)范中，當藍牙模塊完全集成在主機設(shè)備中則不需要主機控制器接口(HCI：Host Controller Interface)。如果藍牙模塊是附件或者是作為插卡與主機相連，則需要主機控制器接口。藍牙采用TCPIP協(xié)議與連接因

9、特網(wǎng)的設(shè)備相連。藍牙通訊使用射頻信號，目前流行的射頻頻段主要有：(1)535KHz,-17MHz；調(diào)幅廣播；(2)59-26IMHz短頻廣播；(3)88-108MHz；FM調(diào)頻廣播；(4)824849MHz蜂窩電話；(5)902928MHz新式900 MHz無繩電話。藍牙無線電收發(fā)器使用的無線電頻段在24-248GHz之間，其射頻信號可以穿透大多數(shù)固體物體。藍牙通訊的干擾小，可靠性高。藍牙無線收發(fā)器采用擴展頻譜跳頻技術(shù)。擴展頻譜指的是用頻率、時間或其它方法分割可用無線帶寬的幾種不同的技術(shù)。跳頻是擴展頻譜常用的方法之一，在一次傳輸過程中，信號從一個頻率跳到另一個頻率，這樣藍牙傳輸不會長時間保持在

10、一個頻率上，也就不會受到該頻率信號的干擾。藍牙具有自動同步、自動連網(wǎng)功能。藍牙技術(shù)支持各種設(shè)備之間的短距離無線通訊，包括數(shù)據(jù)和語音的通訊。這種通訊不需要用戶的直接干涉，一旦一個支持藍牙的設(shè)備發(fā)覺另一個同樣支持藍牙的設(shè)備，它們就自動同步，并建立一種無線網(wǎng)絡(luò)。藍牙采用時分gg-r(TDD：Time Division Duplex)方式實現(xiàn)全雙工傳輸。每個頻率被分割成時隙，每時隙長625ms，分配相臨時隙用于發(fā)送和接收。藍牙功耗少，它的通訊距離選定在10m范圍內(nèi)。當傳輸范圍為10m時，最大發(fā)送功率為lmw(當今移動電話的最大發(fā)送功率為3w)，10m的范圍是距離、尺寸、功耗的綜合考慮的結(jié)果，而且設(shè)備相

11、距越近功耗越小。也有100m的藍牙配件，但是它的發(fā)射功率很大，功耗也比較大。所有沒有連接的藍牙設(shè)備一開始都處于待機狀態(tài)，此時每128s監(jiān)聽一次其它設(shè)備的消息，當它主動參與微網(wǎng)通訊或收發(fā)數(shù)據(jù)時就處于激活模式，當它需要與網(wǎng)絡(luò)保持連接但不參與當前的數(shù)據(jù)流時，則處于低功耗的休眠狀態(tài)。藍牙產(chǎn)品具有全球通用性。任何一個公司開發(fā)的藍牙產(chǎn)品都具有兼容性能，不同的國家開發(fā)的藍牙產(chǎn)品之間不需要任何調(diào)整就可以相互通訊，而且藍牙產(chǎn)品在任何國家都可以使用。藍牙具有廣闊的應(yīng)用前景。由于它的無線電收發(fā)器的小尺寸、低價格使得藍牙技術(shù)可以在各種各樣的電子設(shè)備中應(yīng)用。使用藍牙模塊的家用電器，包括家庭影院網(wǎng)絡(luò)、計算機子系統(tǒng)、電話子系統(tǒng)、生活用電器，將具有極好的通訊兼容性能、可靠性高、功耗小，使得人們的生活極為方便。5結(jié)束語由于藍牙會帶來很多可預見的好處，世界上很多公司包括摩托羅拉、愛立信、3COM、微軟都投入了大量的資金和人力進行藍牙產(chǎn)品的開發(fā)，主要集中在藍牙模塊的開發(fā)上?？梢灶A計，當藍牙模塊成熟和大量推廣以及價錢下降