【導(dǎo)讀】隨著智能時代的到來,智能家電也逐漸走向信息化,家電智能化、網(wǎng)絡(luò)化已經(jīng)成為一種趨勢。智能家電互聯(lián)技術(shù)應(yīng)運而生,它的出現(xiàn)豐富了家電市場,提高了家電企業(yè)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化,真正實現(xiàn)了節(jié)能、環(huán)保、舒適、方便。
1 智能家電網(wǎng)絡(luò)
智能家電,即“有感覺、能思考、善交流、會學(xué)習(xí)”的家電。智能家電是微處理器和計算機技術(shù)引入家電設(shè)備后形成的家電產(chǎn)品,具有自動監(jiān)測自身故障、自動測量、自動控制、自動調(diào)節(jié)與遠(yuǎn)方控制中心通信功能的家電設(shè)備。例如,炎熱的夏天下班前發(fā)個短信命令,家中的空調(diào)便開始工作;睡覺時空調(diào)能感知主人溫度而自動調(diào)節(jié)氣溫,從而免去因吹空調(diào)而感冒的后顧之憂;洗衣機能實現(xiàn)精確洗滌時間、精確用水量、精確烘干時間,高效而節(jié)能,因而節(jié)能和環(huán)保也成為智能家電發(fā)展的一個趨勢。
智能家電網(wǎng)絡(luò)包括智能家電網(wǎng)關(guān)、外部網(wǎng)和局部網(wǎng),家電,安防設(shè)備等,實現(xiàn)智能家電互聯(lián)的關(guān)鍵在于家庭網(wǎng)關(guān)的開發(fā)與應(yīng)用。在家庭信息化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系中,家庭與互聯(lián)網(wǎng)的連接需要一個家庭網(wǎng)絡(luò)中央控制器(家庭網(wǎng)關(guān))。家庭網(wǎng)關(guān)對外與Internet網(wǎng)絡(luò)連結(jié),對內(nèi)通過家庭內(nèi)部局域網(wǎng)將家電互聯(lián)互通進行集中控制與管理,如圖1所示。家庭網(wǎng)關(guān)作為智能家電網(wǎng)絡(luò)化的核心設(shè)備,管理或控制家中家電的網(wǎng)絡(luò)訪問。
2 嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)
2.1 嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)簡介
嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心,以計算機技術(shù)為基礎(chǔ),并且軟硬件可裁剪,適用于應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴(yán)格要求的專用計算機系統(tǒng),一般用于實現(xiàn)對其他設(shè)備的控制、監(jiān)視或管理等功能。網(wǎng)關(guān)實質(zhì)上是一個網(wǎng)絡(luò)通向其它網(wǎng)絡(luò)的IP地址。典型的家庭網(wǎng)關(guān)融合了ADSL接入功能和LAN側(cè)無線接入功能,并具有路由器、集線器和調(diào)制解調(diào)器的功能。為實現(xiàn)每種家電設(shè)備都能與外界信息進行交換,就有必要將嵌入式系統(tǒng)與家庭網(wǎng)關(guān)結(jié)合起來,設(shè)計一個嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)來實現(xiàn)它。它可使電視機,冰箱等嵌入式家電設(shè)備通過家庭網(wǎng)關(guān)與Internet連接,轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€家電網(wǎng)絡(luò)。
嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)是位于現(xiàn)代家庭內(nèi)部的一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備,它的作用是使家庭用戶連接到Internet,使位于家庭中的多種智能設(shè)備相互之間實現(xiàn)通信,或者使這些智能設(shè)備都能夠連接到Internet的服務(wù)。從技術(shù)角度說,嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)在家庭內(nèi)部以及內(nèi)部到外部實現(xiàn)橋接/路由、協(xié)議轉(zhuǎn)換、地址管理和轉(zhuǎn)換,承擔(dān)防火墻的職責(zé)等。
2.2 嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)功能
由于嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)是家庭內(nèi)網(wǎng)絡(luò)與外部互聯(lián)網(wǎng)連接的橋梁,具有很重要的地位。嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)所能提供的功能將直接影響智能家電的使用、控制及管理。一個好的嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)應(yīng)該使家庭內(nèi)外信息能夠安全高效地交換,應(yīng)具備以下的基本功能特點:
(1)共享信息:通過家庭網(wǎng)關(guān),能使住宅用戶獲得各種家庭服務(wù)。例如接收電子郵件、瀏覽各種網(wǎng)上信息和訂閱各種報紙與期刊等;
(2)智能管理:它將管理家庭內(nèi)的通訊家電設(shè)備的運行,使家庭內(nèi)部的多個PC及其它信息設(shè)備有效地共享寬帶接入,以保證家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運行正常;
(3)自動運行:能夠把家庭內(nèi)部的所有家電設(shè)備都連接到網(wǎng)絡(luò)上,通過相關(guān)管理控制軟件,可以實現(xiàn)對家電設(shè)備的管理監(jiān)測和故障診斷等。如果有故障發(fā)生,家庭管理控制系統(tǒng)會有相應(yīng)的提示,向家庭主人發(fā)出信號;
(4)節(jié)能安全:通過網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng),可以遠(yuǎn)程管理控制家庭內(nèi)家電設(shè)備的運行,提高家電的使用效率;同時能夠在家庭里安裝各類檢測報警裝置來管理控制家庭的安全,消防等。如家中安裝煤氣檢測報警器,如果有煤氣泄露時,當(dāng)氣體報警器檢測到氣體濃度達(dá)到爆炸或中毒報警器設(shè)置的臨界點時,煤氣檢測報警器就會發(fā)出報警信號,有效防止發(fā)生爆炸、火災(zāi)、中毒事故;
(5)操作簡單:因為該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是在大部分用戶中使用的,考慮到用戶各方面的差異,因此該系統(tǒng)的操作要簡單、方便、可靠,大部分人都會使用;
(6)防火墻:網(wǎng)絡(luò)安全一直是需要重點考慮的問題。嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)應(yīng)具備一定的防網(wǎng)絡(luò)攻擊能力,為家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)提供一個相對安全的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
2.3 嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)的優(yōu)點
嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)是通過嵌入式操作系統(tǒng)來實現(xiàn)的,所以它同樣具有嵌入式系統(tǒng)應(yīng)有的特點,因此我們可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的不同來配置不同的嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)。嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)不僅僅具有普通家庭網(wǎng)關(guān)的功能,還具有防火墻和通信中信息加密功能。防火墻可避免外接網(wǎng)絡(luò)對家庭內(nèi)部設(shè)備的非法訪問和攻擊;加密這種較強有力的手段,能為數(shù)據(jù)提供保密性、真實性、完整性和限制性訪問。
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3 基于嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)家電互聯(lián)系統(tǒng)
本文介紹的基于嵌入式網(wǎng)關(guān)的家電互聯(lián)技術(shù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框架如圖2所示,嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)硬件平臺是以ARM9微處理器為中心的,外部通過LAN接入互聯(lián)網(wǎng),家庭內(nèi)的家電設(shè)備通過家庭內(nèi)部無線局域網(wǎng)連接起來,實現(xiàn)家電設(shè)備管理控制。這樣用戶通過PC機就可以對家電設(shè)備進行運行狀態(tài)的查詢和控制,在本地也可以通過家庭內(nèi)的手持控制終端進行家電設(shè)備的管理控制。
智能家電,即“有感覺、能思考、善交流、會學(xué)習(xí)”的家電。智能家電是微處理器和計算機技術(shù)引入家電設(shè)備后形成的家電產(chǎn)品,具有自動監(jiān)測自身故障、自動測量、自動控制、自動調(diào)節(jié)與遠(yuǎn)方控制中心通信功能的家電設(shè)備。例如,炎熱的夏天下班前發(fā)個短信命令,家中的空調(diào)便開始工作;睡覺時空調(diào)能感知主人溫度而自動調(diào)節(jié)氣溫,從而免去因吹空調(diào)而感冒的后顧之憂;洗衣機能實現(xiàn)精確洗滌時間、精確用水量、精確烘干時間,高效而節(jié)能,因而節(jié)能和環(huán)保也成為智能家電發(fā)展的一個趨勢。
智能家電網(wǎng)絡(luò)包括智能家電網(wǎng)關(guān)、外部網(wǎng)和局部網(wǎng),家電,安防設(shè)備等,實現(xiàn)智能家電互聯(lián)的關(guān)鍵在于家庭網(wǎng)關(guān)的開發(fā)與應(yīng)用。在家庭信息化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系中,家庭與互聯(lián)網(wǎng)的連接需要一個家庭網(wǎng)絡(luò)中央控制器(家庭網(wǎng)關(guān))。家庭網(wǎng)關(guān)對外與Internet網(wǎng)絡(luò)連結(jié),對內(nèi)通過家庭內(nèi)部局域網(wǎng)將家電互聯(lián)互通進行集中控制與管理。家庭網(wǎng)關(guān)作為智能家電網(wǎng)絡(luò)化的核心設(shè)備,管理或控制家中家電的網(wǎng)絡(luò)訪問。
4 家電網(wǎng)絡(luò)通信控制流程
(1)注冊家庭網(wǎng)關(guān):用戶通過嵌入式Web服務(wù)器網(wǎng)頁登錄嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)后,先進行家庭網(wǎng)關(guān)注冊。
(2)發(fā)送控制信息:注冊成功后將家電控制信息提交到家庭網(wǎng)關(guān),同時將家電控制信息轉(zhuǎn)化成家電控制指令,然后嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)應(yīng)用程序?qū)⒓译娫O(shè)備控制指令按照通信協(xié)議打包,通過無線模塊發(fā)送給家電設(shè)備。
(3)接收控制指令并執(zhí)行:家電設(shè)備接收到控制幀后,根據(jù)上述協(xié)議幀格式將信息幀進行解包,提取幀類型、有效控制指令和相關(guān)的有效信息,對家電設(shè)備進行設(shè)置及相應(yīng)操作。
(4)回送當(dāng)前狀態(tài)信息:操作完成后按照上述格式將設(shè)置后的家電設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)按上述狀態(tài)幀的格式打包,發(fā)送給嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)。
(5)接收新指令并執(zhí)行,通信結(jié)束:嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)收到家電設(shè)備發(fā)送的狀態(tài)幀后,發(fā)送確認(rèn)幀給家電設(shè)備,然后根據(jù)不同的狀態(tài)幀,再調(diào)用相應(yīng)的家庭網(wǎng)關(guān)應(yīng)用程序進行處理。如果嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)在規(guī)定的時間里(300 ms)沒有收到狀態(tài)幀,則會重新發(fā)送三次此控制幀給家電設(shè)備。當(dāng)家電設(shè)備收到嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)發(fā)出的確認(rèn)幀后結(jié)束此次通信。
如果家電設(shè)備沒有收到確認(rèn)幀,會繼續(xù)發(fā)送三次此狀態(tài)幀后結(jié)束。如果嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)收不到家電設(shè)備發(fā)來的狀態(tài)幀,嵌入式家庭網(wǎng)關(guān)會向用戶報告設(shè)置失敗,結(jié)束通信。
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