無線／有線相結合的家庭和小區控制網絡

摘要：介紹了智能小區、以太控制網及無線網絡的概念，提出了將以太控制網和無線網技術應用到智能小區中，組建一種靈活的無線／有線混合的小區智能控制系統。即在家庭中配置家庭控制終端，利用藍牙技術組建家庭網絡；在大樓和小區中采用無線／有線混合以太控制網完成網絡構建。

關鍵詞：智能小區；以太控制網；家庭控制終端；藍牙；802．11；

Abstract：ThecontrolEthernet，intelligentcommunityandwirelessnetworkstechniqueisintroduced．Andanintelligentcontrolsystembasedonthecombinationofwirelessandwirednetworksispresented．ThesystemmakesuseofhomecontrolterminalbasedonBluetoohtoorganizehomeLAN，andmakesuseofcontrolEthernetbasedonwirelessandwiredtechniquetoorganizebuildingandcommunityLAN．

Keywords：intelligencecommunity；controlEthernet；homecontrolterminal；Bluetooth；802．11

信息化、智能化如今已經成為一種潮流。智能化的家居系統、智能化的建筑，已經成為人們生活中的重要組成部分。智能小區概念的提出已久，技術也日趨成熟，但在某些場合，現今常用的基于總線技術的系統存在一些局限性，如需對建筑做大量的布線規劃、布線后改變布線結構困難、與Internet融合較困難等。如果將以太控制網引入智能小區的網絡建設中，同時廣泛應用無線網絡技術，使無線和有線網絡進行相互補充，這樣既可解決小區控制網絡與Internet融合的問題，又可較好地解決布線問題。1智能小區與無線網絡技術1．1智能小區

智能小區指的是具有小區智能化系統的小區。所謂小區智能化系統，指的是在現代計算機網絡和通信技術的基礎上，將傳統的土木建筑技術與計算機技術、自動控制技術、通信與信息處理技術、多媒體技術等先進技術相結合的自動化和綜合信息網絡系統。

智能小區的根本特征在于網絡化，網絡化是小區智能化系統實現的前提和基礎。隨著網絡和通信技術的發展，Internet，Intranet和Infranet三網的融合成為可能，并成為未來發展的趨勢。

目前國內智能小區的建設大致有利用電話網的系統、基于單獨布線的系統和基于有線電視網的系統3種類型。其中基于LonWorks現場總線技術單獨布線的系統在我國得到了很好的推廣和應用。1．2以太控制網

以太網是目前應用最廣泛的局域網技術，具有開放性、低成本和廣泛應用的軟硬件支持等明顯優勢。以太控制網最典型的應用形式是Ethernet＋TCP／IP。他的底層是Ethernet，網絡層和傳輸層采用國際公認的標準TCP／IP。以太控制網容易與信息網集成，組建統一的企業網。以太控制網克服了現場總線的不足，更好的實現了控制網與信息網的集成，較好解決了Infranet與Internet和Intranet的融合問題，已成為控制網絡的新趨勢。1．3無線網絡技術

無線網絡技術是21世紀全球信息技術發展的重要標志之一。無線接入、無線局域網等技術在最近幾年得到了蓬勃發展。其中Bluetooth，802．11等技術已經日趨成熟。

Bluetooth是1998年由Ericsson，IBM，Intel，Nokia和Toshiba五家聯合發起制定的近距離無線通信技術標準，具有低成本、短距離、小范圍等特點。Bluetooth在發射功率為0dB（1mW）時通信距離為10m，當發射功率提高到20dB（100mW）時為100m。Bluetooth工作在無需申請許可證的2．4GHz的ISM頻段，采用FHSS技術，具有較強的抗干擾能力。遵循Bluetooth協議的設備能以無線方式接入Internet，Intranet和Infranet等網絡中。Bluetooth采取PPP連接協議，可構成由1個Master（主設備）和7個Slave（從設備）組成的Piconet，如果采用休眠-喚醒方式，則互聯設備數不受限制，但最多只能同時激活8個。

802．11是個系列標準，現在完成制定的包括802．11，802.11a，802.11b，802.11b-Corl，802.11d五個標準，其其中應用較多的是802．11b和802．11a。802．11b工作在2．4GHz的頻段，采用高速直接序列擴頻技術，最大速率可達11Mb／s。802．11a工作在5GHz頻段，采用OFDM擴頻技術，物理層最大速率為54Mb／s，傳輸層最大速率可達24Mb／s。2家庭和小區智能控制系統的構建

在將無線網絡技術和以太控制網相結合以后，構建的系統可以將整個小區實現無縫隙的智能化。從智能小區各單元的服務對象和工作范圍而言，整個智能小區系統可分割成家庭控制終端、大樓管理中心、小區管理中心3個層次。

家庭控制終端負責對家庭中的智能儀表、安防、智能家電等進行綜合的控制，并直接和大樓管理中心進行聯網通信。大樓管理中心分別和小區管理中心以及家庭控制終端進行連接，一方面對大樓內的公用設施進行控制，另一方面則負責完成小區管理中心和家庭終端之間通信的中間控制。小區管理中心負責整個小區的公用設施及對各大樓的家庭用戶的信息進行終端分析和控制。

如何處理3個層次之間的網絡建設和通信，使得整個系統具有可靠性好、可擴展性強的特點是系統設計的關鍵問題。家庭終端是整個小區系統最底層，也是整個系統中最基本和最靈活的單元，所以家庭控制終端和家庭網絡是本系統的關鍵。從技術和市場上考慮，在家庭網絡中采用無線技術，將充分體現家庭網絡靈活、擴展性強的特點。在大樓中根據需求選擇無線或有線方式組建以太控制網，在小區中采用有線為主、無線做補充的思想組建控制網，以無線彌補有線的不足，從而實現小區網絡的整體提升。采用無線／有線混合網絡以后，家庭和小區控制系統的具體網絡結構如圖1所示。在家庭集中控制器中嵌入藍牙模塊和微處理器作為主設備，各種儀表設備、智能家電、安防報警等終端設備內嵌入藍牙模塊以及單片機作為從設備，構建Piconet。整個系統采用監視-主從問答式，平時從設備處于休眠狀態，在有需求時，對從設備進行喚醒，并進行通信，即可滿足需要。具體示意圖如圖3所示。

從設備主要分為2大類：一類為各種智能儀表設備和智能家電，這些終端的特點是從設備對主設備的詢問進行響應，并反饋信息；另一類為安防報警等終端，其特點為從設備對主設備發出的突發性信息，由主設備給出響應。兩類設備的優先級別不同，由于第2類從設備的信息直接關系著居住人的安全，故應該將其置于較高的優先等級上，而對于第1類從設備則處于相對較低的優先等級。

對于不同類型的從設備，可以從藍牙設備的標識碼中進行區別。對于第2類從設備，在發現緊急情況后，主動喚醒藍牙裝置，并向主設備發出呼叫和報警，主設備確認后，切斷主設備與其他設備的連接，并不停的向大樓和小區發出呼叫和報警，直到大樓和小區發回應答信息為止。對于第1類從設備，平時處于休眠狀態，等待大樓和小區發出的詢問，當大樓或小區發出詢問并由主設備確認詢問后，按標識碼尋找到詢問的對象從設備，并向該從設備發出詢問，喚醒從設備完成詢問要求的工作后，主設備得到從設備的回答，經過確認，向大樓或小區發回回答信息。

下面給出主從設備嵌入MCU的程序流程，如圖4所示。2．2大樓管理中心與大樓網絡

大樓管理中心是整個大樓信息處理和控制的中心，也是聯系大樓內家庭控制終端和小區管理中心的樞紐。目前，大樓控制網絡采用的多是RS485總線或LonWorks總線技術。如果改用以太控制網，則可以和大樓信息網乃至Internet網結合，若采用802．11構建無線以太網，又可具有無線網靈活、架設簡單等優點。根據實際需要靈活的選擇有線或無線方式構建以太控制網，既適用在新建各智能大樓上，也可快速、靈活的完成普通大樓的智能化改造。相對于家庭網絡，大樓網絡的傳輸距離和速率要求都要高一些。為此，在組建無線以太網時候，采用了802．11系列標準。由于控制網絡一般信息傳輸量不是很大，故一般情況下采用最大傳輸速率為11Mb／s的802．11b即可。該標準目前技術成熟，且產品價格便宜，選擇余地較廣。

對于大樓管理中心，配置幾臺PC作為大樓服務器，其主要工作是實現家庭與小區之間的通信，完成對家庭控制系統的上級指令控制及大樓內公用設備的管理，這些PC承擔的就是整個系統中位機的任務。大樓管理控制中心的主要工作可由軟件完成，且軟件實現不是很復雜。程序實現方法可以采用類似家庭網絡的監控主從問答式。對于智能儀表的數據采集任務，可以由小區管理中心下達定時采集的指令，由大樓中心在小區中心規定的時間段內對各家庭發出采集指令，并對數據進行匯總，以大樓數據表的形式向小區進行報告，并向家庭回送本用戶的匯總信息。對于緊急呼叫報警等情況，可以在接收到家庭報警信息后，根據網絡標識，識別出報警位置，并迅速對小區進行報警，而那些對大樓其他用戶構成一定利害的報警信息，則進行大樓廣播。當然，大樓中心除了上述功能外，還需要對樓宇內的其他設施進行監控，具體實現方式與家庭終端類似。2．3小區管理中心

小區管理中心是智能小區的“大腦”，而小區網絡可以說是智能小區的“中樞神經”。小區管理中心負責的除了對各大樓的智能管理外，還要完成小區其他設施的管理。包括車輛與停車場管理、保安與巡更管理、小區門禁與出入管理、小區防越界管理、小區公用設施管理等。除上述監視管理功能外，小區中心同時提供用戶信息數據（如三表數據）供各用戶查詢。對于小區網絡可以采用以太控制網進行構建。由于小區網絡的通信信息量較大，同時小區網絡多在戶外條件下建設，并建成后變動不大，在此情況下，可選擇有線以太網。同時對于一些較獨立的設施和系統，可以采用無線方式實現作為有線的很好補充。

小區管理中心采用PC機作為上位機，利用VC，Delphi等進行軟件開發。軟件主要分為大樓（家庭）用戶數據采集及查詢模塊、報警監視模塊、小區保安與出入管理模塊、小區公用設施管理模塊和車輛管理模塊等。3結語

采用無線／有線混合的網絡構建家庭和小區控制系統，充分發揮了無線和有線網絡的各自優點。利用藍牙構建家庭網絡，使家庭網絡靈活性和可擴展性提高；在大樓和小區網絡中，全面采用無線／有線混合的以太控制網代替原有的LonWorks總線技術，為控制網與信息網