基于GPRS的无线智能家居控制系统

引言
    随着网络技术和通信技术的不断发展以及人们对生活要求的不断提高，实现家庭智能的远程控制已经成为必然的趋势。国家建设部住宅产业化促进中心提出住宅小区要实现六项智能化要求，其中包括实行安全防范自动化监控管理：对住宅的火灾、有害气体的泄漏实行自动报警；防盗报警系统应安装红外或微波等各种类型报警探测器；系统应能与计算机安全综合管理系统联网；计算机系统能对防盗报警系统进行集中管理和控制。但由于目前无线通讯技术的不成熟、运行费用高等弊端，智能家居控制器与外网无线通讯技术成为导致市场接受度低的重要因素，而GPRS系统的特点能够很好的解决该问题。GPRS网络通信业务是通讯公司推出的一项数据传输通信业务，在GPRS网络覆盖区域内，传输距离不受限制，通信费用相对低廉，传输速率较快。本文涉及家庭智能系统及GPRS技术相关背景，分析了其各自基本特点和所要实现的基本功能，并在此基础上提出了基于GPRS无线家庭智能控制系统的总体解决方案。最后总结系统核心GPRS芯片软硬件实现方法。

系统总体架构
    网络应用的普及以及各种信息家电的产生都使得在家庭内部对Internet的访问不再局限于单个 PC，每个家庭都将面临如何在家庭内部传送 Internet 数据以及如何将各种家电设备连接起来的问题，基于此，智能家居网络应运而生。智能家居网络是信息社会的基本单元。未来的家庭中，各种家电设备将组成一个家庭局域网，并通过智能家居控制器接入互联网。智能家居网络的市场发展潜力极其可观，几家大的厂商 Intel、IBM、Microsoft 及 Sony 都早已涉及其中。
    智能家居网络指的是在一个家居中建立一个通信网络，将各种家电设备互相连接起来，实现对所有智能家居网络上的家电设备的远程使用和控制及任何要求的信息交换，如音乐、电视或数据等。智能家居网络的构架包括家庭内部网络系统、智能家居控制器以及智能家居网络与外部Internet网络之间的数据通信。其中，智能家居控制器是智能家庭网络的一个重要组成部分，起到核心的管理、控制和与外部网络通讯作用。它是通过家庭管理平台与家居生活有关的各种子系统有机结合的一个系统，也是连接家庭智能内部和外部网络的物理接口，完成家庭内部同外部通信网络之间的数据交换功能，同时还负责家庭设备的管理和控制。
    智能家居控制器一方面需要为家庭内部布线提供通讯接口，能够采集家庭设备的信息，并进行处理，自动控制和调节；另一方面智能家居控制器作为家庭网关，也为外部提供网络接口，连通家庭内部网络和外部Internet 网络，使得用户可以通过网络等方式访问家庭内部网络，实现监视和控制。此外智能家居控制器还应当具备自动报警等功能，即当发现报警信号如：有人恶意闯入，温度超高等，控制器能立即处理并向用户发出报警信号。
    智能家居控制器为系统的核心。可采用ARM嵌入式系统设计，能够自动运行、处理数据，通过 RS485 总线管理和控制各控制终端。并且控制器通过 GPRS模块，实现家庭系统与外部网络的通讯，使用户可以通过短信和互联网等方式实现家庭系统的远程控制，同时，控制器还通过键盘和显示屏为用户提供人机界面，方便用户实现本地控制。控制终端为单片机组成若干小的控制系统控制各家用设备，并通过控制总线将这些小的控制系统组成网络，连接到智能家居控制器，受智能家居控制器控制。

    智能家居控制器的具体功能包括：
◆家用设备的数据采集：采集家用设备包括室内温度，灯具家电，防盗门等设备的状态数据，经控制器处理后反馈给用户。 
◆本地控制：用户通过控制器上的键盘和显示屏，对家用设备进行监控。 
◆远程控制：远程用户可以通过发送手机短信或通过互联网对家庭系统进行控制和查询。 
◆自动报警：当控制器检测到非法闯入或温度超高等报警信号时，及时触发室内报警装置，并通过发送报警短信等方式及时通知用户。 
◆温度查询：用户可以通过控制器查询室内温度。 
◆防盗门密码设置：用户可以通过本地或远程方式修改防盗门的密码，在门外输入正确密码后才可打开门。 
◆红外家电控制：接收用户命令，通过红外发射电路控制电视、空调等红外可控的家电设备。 
◆其它灯具等开关量控制：接收用户命令控制灯具等开关量设备。
    智能家居控制器通过 GPRS模块，实现家庭系统与外部网络的通讯为系统核心部分，解决以前智能家居系统瓶颈的关键技术。GPRS(通用分组无线业务)的简称，是在现有的GSM 系统上新增新GGSN(网关支持节点)和SGSN(服务支持节点)节点发展出来的一种新的分组数据承载业务。GPRS 与现有的 GSM 系统最根本的区别是，GPRS 是一种分组交换系统，特别适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。GPRS网络传输的主要优点有：永远在线、按流量计费、快速登录、高速传输、覆盖范围内不受限制(传输距离、地形、天气等)、数据传输可靠等。
　　
基于ARM及GPRS智能家居控制器的软硬件实现
    GPRS通信模块安装在智能家居控制器中，主要功能为通过GPRS网络连接到Internet网络，并主动与监控中心建立通信链路，进行双向数据通信。GPRS通信模块设计采用了Freescale公司生产的内嵌TCP/IP协议的G24 GPRS OEM。该模块尺寸小，功耗低，便于集成。
    GPRS通信终端收发模块主要由G24模块、天线、SIM卡、相关的电平转换电路和RS232串口组成。模块的供电电压为5V，可采用USB端口供电。GPRS通信模块通过RS232串行口与智能家居控制器ARM进行通信。
    G24收发模块采用AT指令操作，通过RS232串行口进行数据通信。GPRS 网络通信原理为：首先通过SGSN节点使通信终端模块附在GPRS网络上；然后通过GGSN节点由PPP(Point to Point Protocol)协议获得一个随机分配的IP地址，连接到Internet上；最后通信终端模块通过Internet，按照监控中心设定的端口号与监控中心建立通信链路。软件流程如图2所示。

    (1) 测试G24通信是否正常。首先选择串行口并设置波特率，G24波特率的范围为600到460800bit/s，支持自动波特率侦听，能够自动与监控中心通讯模块的波特率保持一致。发送“AT”，如果模块返回“OK ”，则通信正常，否则重发。
    (2)接入Internet。首先测试当地是否有GPRS覆盖，向模块发送 “AT+CGPRS?”，如果返回“+CGPRS:1”，则有GPRS覆盖，否则隔5秒钟后再次检测。然后发送“AT+ CGATT=1”使模块附在GPRS网络上。最后发送“AT+MIPCALL=1,cmnet”通过PPP协议建立与GGSN的无线连接，获得一个动态的IP地址，接入Internet。
    (3) 连接监控中心。向模块发送  “AT+MIPOPEN= ,,<“Destination Address”>,, ”建立与监控中心通信连接。如果返回“+MIPOPEN: Socket ID,1”，则说明与监控中心建立了通信连接，如果返回“+MIPSTAT: 1,1”，则说明有物理链接中断，须重新进行连接。其中对AT+MIPOPEN指令的参数作以下说明：
    ·Socket ID：G24通信连接的ID号，G24有4个可用Socket，每个Socket有1372Byte缓冲区。 [Page]
    ·Source Port：G24的数据传输端口号，其值为0~65535。建议采用1024 以上的端口号。
    ·Destination Address：目标端的IP地址，也就是监控中心监控服务器的IP地址。
    ·Destination Port：目标端的数据传输端口号，即监控中心监控服务器设定的传输端口号。
    ·Protocol：传输通信协议，0表示TCP方式，1表示UDP方式。
    (4)数据收发。与监控中心建立通信连接后，就可以进行数据收发了。发送数据用“AT+MIPSEND=1, ’Data’; +MIPPUSH=1”。“Data”表示要发送的数据，本设计采用了G24 默认的ASCII码编码,须用十六进制的ASCII码形式表示。一旦有数据到达，G24模块就会通过RS232串行口返回“+MIPRTCP: ,,”。其中Left是一个十进制的数字，表示还有多少个字符在协议栈中尚未接收，如果数据全部接收，则Left为0；接收到的数据“Data”是十六进制的ASCII码形式。
    (5)断开通信连接。向模块发送“AT+ MIPCLOSE=Socket ID”，模块返回“OK”,表示断开成功。

结语
    本文提出了基于GPRS无线家庭智能控制系统的总体解决方案。该方案主要是采用 GPRS 无线通信技术实现远程终端对家庭系统的远程控制；采用RS485 总线技术实现家庭系统的组网；采用嵌入式系统方案搭建智能家居控制器的开发平台，并通过该平台实现对家用设备的智能管理和控制。最后本文提供系统核心GPRS芯片软硬件实现方法，为后续及相关工作提供技术基础。

技术交流

GIS技术目前应用领域及应用前景

    目前应用领域
    1.资源管理：要应用于农业和林业领域，解决农业和林业领域各种资源（如土地、森林、草场）分布、分级、统计、制图等问题。主要回答“定位”和“模式”两类问题。
    2.资源配置：城市中各种公用设施、救灾减灾中物资的分配、全国范围内能源保障、粮食供应等到机构的在各地的配置等都是资源配置问题。GIS在这类应用中的目标是保证资源的最合理配置和发挥最大效益。
    3.城市规划和管理：空间规划是GIS的一个重要应用领域，城市规划和管理是其中的主要内容。例如，在大规模城市基础设施建设中如何保证绿地的比例和合理分布、如何保证学校、公共设施、运动场所、服务设施等能够有最大的服务面(城市资源配置问题)等。
    4.土地信息系统和地籍管理：土地和地籍管理涉及土地使用性质变化、地块轮廓变化、地籍权属关系变化等许 多内容，借助GIS技术可以高效、高质量地完成这些工作。
    5.生态、环境管理与模拟：区域生态规划、环境现状评价、环境影响评价、污染物削减分配的决策支持、环境与区域可持续发展的决策支持、环保设施的管理、环境规划等。
    6.应急响应：解决在发生洪水、战争、核事故等重大自然或人为灾害时，如何安排最佳的人员撤离路线、并配备相应的运输和保障设施的问题。
    7.地学研究与应用：地形分析、流域分析、土地利用研究、经济地理研究、空间决策支持、空间统计分析、制图等都可以借助地理信息系统工具完成。ArcInfo系统就是一个很好的地学分析应用软件系统。
    8.商业与市场：商业设施的建立充分考虑其市场潜力。例如大型商场的建立如果不考虑其他商场的分布、待建区周围居民区的分布和人数，建成之后就可能无法达到预期的市场和服务面。有时甚至商场销售的品种和市场定位都必须与待建区的人口结构(年龄构成、性别构成、文化水平)、消费水平等结合起来考虑。地理信息系统的空 间分析和数据库功能可以解决这些问题。
    9.基础设施管理：城市的地上地下基础设施(电信、自来水、道路交通、天然气管线、排污设施、电力设施等)广泛分布于城市的各个角落、且这些设施明显具有地理参照特征的。它们的管理、统计、汇总都可以借助GIS完成，而且可以大大提高工作效率。
    选址分析：根据区域地理环境的特点，综合考虑资源配置、市场潜力、交通条件、地形特征、环境影响等因素，在区域范围内选择最佳位置，是GIS的一个典型应用领域，充分体现了GIS的空间分析功能。
网络分析：建立交通网络、地下管线网络等的计算机模型，研究交通流量、进行交通规则、处理地下管线突发事件(爆管、断路)等应急处理。警务和医疗救护的路径优选、车辆导航等也是GIS网络分析应用的实例。
可视化应用：以数字地形模型为基础，建立城市、区域、或大型建筑工程、著名风景名胜区的三维可视化模型，实现多角度浏览，可广泛应用于宣传、城市和区域规划、大型工程管理和仿真、旅游等领域。
分布式地理信息应用：随着网络和Internet技术的发展，运行于Intranet或Internet环境下的地理信息系统应用类型，其目标是实现地理信息的分布式存储和信息共享，以及远程空间导航。

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    GIS的应用前景
    目前GIS的研究和应用都处在一个高速发展的阶段。在国外GIS技术已被各级政府部门和企业界广泛认知和采用。尤其是在北美、欧洲、日本和澳大利亚等国家和地区，GIS市场已经基本形成。GIS数据公司和软件公司比较多，他们在GIS系统建立和空间数据的使用方面已有了一套比较规范和成熟作法。在我国GIS技术也正被越来越多的政府部门和大型企业所采用。虽然起步较晚，但是有后发优势，可以少走弯路，以比较高的起点开展GIS的理论研究和开发应用工作。
    未来若干年空间数据采集和GIS技术将会有新的更大的发展，从而给城市空间数据生产和GIS应用增添新的生命力。以信息高速公路和计算机宽带高速网为代表的国家信息基础设施（NII）的建设、高分辨率卫星影像技术的实用化、数字摄影测量和空间定位技术的发展以及超大容量、高速数据存储设备的发展将给城市空间数据生产和GIS应用带来巨大积极效用。新的数据获取与更新技术的发展、新数据形式的应用、数据共享政策及其实施、国家多尺度空间数据基础设施的建设以及数字地球和数字城市的建设都将大大改善我国城市空间数据的状况。
    GIS技术的一些最新发展（如WebGIS、OpenGIS、ComGIS、3D GIS、TGIS等）将在城市得到实际应用，从而提高GIS系统应用的水平。城市GIS将进一步由技术推动转向应用牵引。面向应用将是GIS的生命，GIS与其它技术的集成将成为主流，应用系统的质量将稳步提高，用户的意识和行动将更有利于GIS的发展，应用将向深层次和大众化两极发展。
    21世纪我国的城市将会有更大的发展，城市的发展将给城市GIS技术带来新的机遇。城市GIS虽然面临挑战，但未来无限光明。由于GIS本身的特点，过去建立起来的城市GIS系统的实际效益在未来几年将会逐步显示出来，人们的认识会进一步提高，城市GIS的生命力将愈加旺盛，并将会发挥应有的、符合其特点的作用，GIS也将真正走向产业化和市场化。

技术交流

GIS技术的发展历史

    国外
    地理信息系统萌芽于20世纪60年代。1962年，加拿大的Roger F. Tomlinson提出利用数字计算机处理和分析大量的土地利用地图数据，并建议加拿大土地调查局建立加拿大地理信息系统（CGIS），以实现专题地图的叠加、面积量算、自然资源的管理和规划等；与此同时，美国的Duane F. Marble在美国西北大学研究利用数字计算机研制数据处理软件系统，以支持大规模城市交通研究，并提出建立地理信息系统的思想。在这一时期，针对GIS一些具体功能的软件技术有了较大进展，主要表面在：(1)栅格-矢量转换技术、自动拓扑编码以及多边形中拓扑误差检测等得到发展；(2)具有属性数据的单张或部分图幅可以与其它图幅或部分在图边自动拼接；(3)采用命令语言建立空间数据管理系统，可以实现属性再分类、分解线段、合并多边形、改变比例尺、量测面积、按属性搜索、输出表格和报告以及多边形叠加处理等。这一时期的软件主要是针对当时的主机和外设开发的，算法较粗糙，图形功能较为有限。
    20世纪70年代是地理信息系统走向实用的发展期。这一时期由于计算机硬件和软件技术的发展，特别是硬盘的使用，为空间数据的录入、存储、检索和输出提供了强有力的手段。用户屏幕和图形、图像卡的发展增强了人机对话和高质量图形显示功能，促使GIS朝着实用方向发展。美国、加拿大、英国、西德、瑞典和日本等国对GIS的研究均投入了大量人力、物力和财力。到1972年CGIS全面投入运行与使用，成为世界上第一个运行型的地理信息系统。在此期间美国地质调查局发展了50多个地理信息系统。
用于获取和处理地质、地理、地形和水资源信息；1974年日本国土地理院开始建立数字国土信息系统，存储、处理和检索测量数据、航空像片信息、行政区划、土地利用、地形地质等信息；瑞典在中央、区域和城市三级建立了许多信息系统，如土地测量信息系统、斯德哥尔摩地理信息系统、城市规划信息系统等。但由于当时的GIS系统多数运行在小型机上，涉及的计算机软硬件、外部设备及GIS软件本身的价格都相当昂贵，限制了GIS的应用范围。
    这一时期地图数字化输入技术有了一定的进展，采用人机对话交互方式，提高了工作效率，同时扫描输入技术系统也开始出现。图形功能扩展不大，数据管理能力也较差。
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    20世纪80年代是GIS的推广应用阶段，由于计算机技术的飞速发展，在性能大幅度提高的同时，价格迅速下降，特别是图形工作站和个人计算机的性价比大为提高，使GIS的应用领域与范围不断扩大。GIS技术在以下几个方面有了很大的突破：(1)栅格扫描输入处理方面，大大提高了数据输入的效率；(2)数据存储与运算方面，GIS处理的数据量与复杂程度大为提高，遥感影像的自动校正、实体识别、影像增强和专家系统分析软件也明显增加；(3)数据输出方面，GIS软件支持多种形式的图形输出；(4)在地理信息管理方面，适合GIS空间关系表达和分析的空间数据库管理系统也有了很大的发展。
    在这一时期，GIS与卫星遥感技术相结合，开始用于全球性问题的研究，如全球变化和全球监测、全球沙漠化、全球可居住区评价、厄尔尼诺现象及酸雨、核扩散及核废料等；从土地利用、城市规划等宏观管理应用，深入到各个领域解决工程问题，如环境与资源评价、工程选址、设施管理、紧急事件响应等。同时在这一时期，出现了一大批代表性的GIS软件，如ARC／INFO、GENAMAP、SPANS、MapInfo、ERDAS、MicroStation等。
    20世纪90年代至今为GIS的社会化阶段，随着地理信息产业的建立和数字化信息产品在全世界的普及，GIS成为了一个产业，投入使用的GIS系统，每2～3年就翻一番，GIS市场的增长也很快。目前，GIS的应用在走向区域化和全球化的同时，己渗透到各行各业，涉及千家万户，成为人们生产、生活、学习和工作中不可缺少的工具和助手。与此同时，GIS也从单机、二维、封闭向开放、网络(包括Web GIS)、多维的方向发展。
    由于网络技术以及面向对象软件方法论和支撑技术的成熟，为GIS注入了新的活力，同时大量的应用要求促使GIS软件技术的快速发展，开始具备作为应用集成平台的能力。这一时期的GIS具有以下特点：(1)仍然以图层为处理的基础，新的处理模式正在酝酿与探索之中；(2)引入了Internet技术，开始向以数据为中心的方向过渡，实现了较低层次的(浏览型或简单查询型)的B/S结构；(3)开放程度大幅度增加，组件化技术已成为GIS的一个主要方向，实现了跨平台运行。(4)逐渐重视元数据问题，空间数据共享、服务共享和GIS系统互连技术不断发展；(5)实现了空间数据与属性数据的一体化存储和初步一体化查询，提高了空间数据的操纵能力；(6)应用领域迅速扩大，应用深度不断提高，开始具有初步的分析决策能力。

    国内
    我国地理信息系统方面的工作始于20世纪80年代初。地理信息系统进入发展阶段的标志是第七个五年计划的开始，地理信息系统研究作为政府行为，正式列入国家科技攻关计划，开始了有计划、有组织、有目标的科学研究、应用实验和工程建设工作。许多部门同时展开了地理信息系统研究与开发工作。1994年中国GIS协会在北京成立，标志中国GIS行业已形成一定规模。九五期间，国家将地理信息系统的研究应用作为重中之重的项目予以支持，
    1996年，为支持国产GIS软件的发展，原国家科委开始组织软件评测，并组织应用示范工程。这一系列的举措极大的促进了国产GIS软件的发展与GIS的应用。1998年，国产软件打破国外软件的垄断，在国内市场的占有率达25%。地理信息系统在资源调查、评价、管理和监测，在城市的管理、规划和市政工程、行政管理与空间决策、灾害的评估与预测、地籍管理及土地利用，在交通、农业、公安等诸多领域得到了广泛的应用。

技术交流

GIS技术介绍及系统类型

    GIS技术介绍
    地理信息系统（Geographical Information System，GIS）是一种决策支持系统，它具有信息系统的各种特点。地理信息系统与其他信息系统的主要区别在于其存储和处理的信息是经过地理编码的，地理位置及与该位置有关的地物属性信息成为信息检索的重要部分。在地理信息系统中，现实世界被表达成一系列的地理要素和地理现象，这些地理特征至少由空间位置参考信息和非位置信息两个组成部分。
    地理信息系统的定义是由两个部分组成的。一方面，地理信息系统是一门学科，是描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法的一门新兴的交叉学科；另一方面，地理信息系统是一个技术系统，是以地理空间数据库（Geospatial Database）为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务的计算机技术系统。

    地理信息系统具有以下三个方面的特征：
    第一，具有采集、管理、分析和输出多种地理信息的能力，具有空间性和动态性；
    第二，由计算机系统支持进行空间地理数据管理，并由计算机程序模拟常规的或专门的地理分析方法，作用于空间数据，产生有用信息，完成人类难以完成的任务；
    第三，计算机系统的支持是地理信息系统的重要特征，因而使得地理信息系统能以快速、精确、综合地对复杂的地理系统进行空间定位和过程动态分析。
    地理信息系统的外观，表现为计算机软硬件系统；其内涵却是由计算机程序和地理数据组织而成的地理空间信息模型。当具有一定地学知识的用户使用地理信息系统时，他所面对的数据不再是毫无意义的，而是把客观世界抽象为模型化的空间数据，用户可以按应用的目的观测这个现实世界模型的各个方面的内容，取得自然过程的分析和预测的信息，用于管理和决策，这就是地理信息系统的意义。
    一个逻辑缩小的、高度信息化的地理系统，从视觉、计量和逻辑上对地理系统在功能方面进行模拟，信息的流动以及信息流动的结果，完全由计算机程序的运行和数据的变换来仿真。地理学家可以在地理信息系统支持下提取地理系统各不同侧面、不同层次的空间和时间特征，也可以快速地模拟自然过程的演变或思维过程的结果，取得地理预测或“实验”的结果，选择优化方案，用于管理与决策。

    地理信息系统的类型
    地理信息系统按其内容可以分为三大类：
    (1)专题地理信息系统（Thematic GIS），是具有有限目标和专业特点的地理信息系统，为特定的专门目的服务。例如，森林动态监测信息系统、水资源管理信息系统、矿业资源信息系统、农作物估产信息系统、草场资源管理信息系统、水土流失信息系统等。
    (2) 区域信息系统（Regional GIS），主要以区域综合研究和全面的信息服务为目标，可以有不同的规模，如国家级的、地区或省级的、市级和县级等为各不同级别行政区服务的区域信息系统；也可以按自然分区或流域为单位的区域信息系统。区域信息系统如加拿大国家信息系统、中国黄河流域信息系统等。许多实际的地理信息系统是介于上述二者之间的区域性专题信息系统，如北京市水土流失信息系统、海南岛土地评价信息系统、河南省冬小麦估产信息系统等。
    (3) 地理信息系统工具或地理信息系统外壳（GIS Tools），是一组具有图形图像数字化、存储管理、查询检索、分析运算和多种输出等地理信息系统基本功能的软件包。它们或者是专门设计研制的，或者在完成了实用地理信息系统后抽取掉具体区域或专题的地理系空间数据后得到的，具有对计算机硬件适应性强、数据管理和操作效率高、功能强且具有普遍性的实用性信息系统，也可以用作GIS教学软件。
    在通用的地理信息系统工具支持下建立区域或专题地理信息系统，不仅可以节省软件开发的人力、物力、财力，缩短系统建立周期，提高系统技术水平，而且使地理信息系统技术易于推广，并使广大地学工作者可以将更多的精力投入高层次的应用模型开发上。

技术交流

HAI智能家居别墅解决方案

    根据本居室的面积和房间的特点，采用美国HAI公司的 OmniPro II智能控制系统，对居室内部安防、温度、灯光实现统一控制，同时具备免维护、模块化、层次化特点。通过增加影音控制系统“Windows Media Center Edition 2005”，还可以实现包括影音在内的统一管理，并可使用摇控器控制。

 
    实现功能描述
    回  家
    虽然每组灯光都安装了墙壁手动开关，但整套单元房的灯光控制根本无需手动操作，智能家居控制系统统一协调各房间的灯光效果。当傍晚您回到家时，在出入区的控制面板上输入正确密码撤销安防状态后，客厅、餐厅的主灯及走廊的照明灯自动打亮，并将亮度调为100%，方便刚回家后的您换鞋、更衣。同时启动咖啡壶、热水器，并将空调的温度设定从16℃提高到22℃(或在夏天时从30℃降到20℃)。使您更衣完毕后，可以在舒适的温度下喝上一杯香喷喷的咖啡，然后冲一个热水澡了。
    当然，咖啡壶和热水器等家用电器的启动、空调的温度设定也可以在您到家之前进行：或以时间编程自动实现（如：在下午五点定时启动），或当您驾车拥堵在路上时通过手机以电话命令方式启动，或当您在办公室时打开IE浏览器从互连网启动。后两种远程控制方式执行的前提是智能家居控制系统验证并接受了您远程输入的密码。
    晚  餐
    晚餐的时间到了，您只需轻点触摸屏上的晚餐图标，智能家居控制系统将为您关闭客厅的主灯，打开暗光源，并将走廊、卧室和卫生间的灯光调到30%的亮度，以节约能源。同时，所有房间的窗帘、百页窗都将关闭。而在餐厅里，则关闭暗光源，将主灯调为50% ，营造出温馨的进餐环境。

    娱  乐
    新闻联播开始了，您只需轻点触摸屏上的娱乐图标，智能家居控制系统将带您进入娱乐时光：关闭客厅主灯，将四周的射灯调节为30%的亮度，降下电视幕帘，启动电视节目至中央一套的新闻联播。
    您还可以将新闻联播的影音信号传送到任何一个安装了扬声器、电视或监视器的房间。或者，当您在看电视时，您的孩子在自已的房间观看喜爱的DVD电影，而您的夫人在主卧里欣赏优美的MP3歌曲。只要将您的房间铺设了综合布线，就可以实现DVD、CD、MP3和录像机等影音设备集中安放，而信号却可以传送到所有的房间。

    休  息
    夜深了，您已经上床就寝了，您只需轻点床头触摸屏的“休息”图标，就可以关闭所有的灯光，安然入睡了。此时，您的智能家居系统开始了夜间的工作模式。伴随着灯光的全部关闭，智能家居控制系统将您的家中设为夜间安防状态；所有的门/窗磁传感器、幕帘传感器、都已进入工作状态，餐厅、客厅的红外移动探测器也进入安防状态。这时，除卧室和卫生间，其它区域一旦有人活动，都将启动智能家居的报警系统。如开启所有的灯光起到威慑作用、闪烁大门外面的照明灯光以提示保安人员、物业中心接到报警信号并打入证实电话、拨打8部预置的电话号码报警。
    夜里，您可能感到口渴想到厨房取杯饮料，只需轻点触摸屏的“忽略”图标，就可以撤销厨房的安防设置。当您重新回到卧室后，再点击“恢复”图标，厨房又进入安防状态了。

    起  床
    清晨，伴随电子闹钟的悠扬乐曲，您应该起床了。抬手在床头的触屏上轻点“清晨”图标，关掉电子闹钟，打开电视至早间新闻，在洗漱、进餐的同时了解天气和路况信息。当您轻点“清晨”图标时，您也同时通知智能家居系统，启动咖啡壶、电饭堡等厨房电器，为您准备早餐。如果是在冬季，当您轻点“清晨”图标时，智能家居系统还启动了车库的加热设备，为您出行用车作好准备。

    上  班
    现在，您就要离家上班了。无需到处查看，只需在出入区的控制面板上点击“上班”快捷键，再输入您的密码，就可以放心上班去了。智能家居系统在设防的同时将会根据预先设定，关闭所有的灯光和相应的电器的电源，并将空调设为节能模式。

    度  假
    当您外出度假时，智能家居系统会担负起照顾居室的重任：监控家中所有的安防传感器，在异常状态时发出报警；管理家中空调的室内外机，控制相应的出风口，在冬季保护水管道以防冻裂；根据日光和降水状态控制绿地的浇灌时间；在火情发生时切断煤气管道阀门；在自来水管道漏水时或温度降至0℃以下时关闭阀门；当有传感器被触发时启动相应位置的摄像头记录下当时的情景；智能家居系统还将在夜间按您的作息时间表进行灯光的开、关，模拟有人在家的效果，防止夜贼的光顾。
    当您度假结束将要返程时，可以通过电话或互联网发出指令，智能家居系统将会适时地启动相应的设备，使您到家时有一个熟悉的环境，就好象从未离开一样。

精彩案例

Nico LONWORKS豪华别墅智能家居系统

    系统摘要
    这是上海某1000平米的超豪华别墅，总体要求：
    1.采用不需要主机的总线型系统，模块化结构，以确保整个系统的可靠性。
    2.采用触摸式智能面板，每个按键上有图形文字，并可以在使用中按照主人的要求随时调整这些文字和图片，以确保主人很容易识别各种功能。
    3.要集成对中央空调的控制：要求通过中央空调本身提供的控制接口，完整的控制中央空调所有室内机：读取大厅空调每个面板上的温度设定值和房间实际温度、风速、冷暖模式，并显示在主人房间用于集中控制的触摸屏或PDA上，通过一台触摸屏随意控制每个房间的空调，并支持远程Internet访问。
    4.系统可以根据每个房间的使用情况：有人无人、温度湿度、二氧化碳含量、季节、时间等，实现对中央空调、新风系统、灯光、窗帘的自动管理。如：有人进入一个房间：百叶窗自动打开，空调和新风系统自动启动；晚上灯光自动调亮；无人，空调系统进入节能运行，灯光调暗；无人超过一定时间，自动关闭空调、窗帘和灯光。
    5.安防系统做到万无一失，要和灯光、监视录像联动。报警时电子地图指示报警地点，报警区域灯光亮起，摄像机自动转向该区域录像。
    6.控制对象包括：灯光调节、电动窗帘、遮阳系统、中央空调、新风系统、除湿机、地暖、热水器、家庭影院AV系统、电动门窗、安防报警系统、背景音乐系统、气象系统等。

    功能概述
以下是详细功能说明：
1.入户门
①安装指纹门禁系统。
②门口通过指纹和密码开门，室内通过对讲系统开门，并支持智能家居系统中通过触摸屏和遥控器开门。

2.门厅
①安装触控式场景面板1只，触摸控制面板配置了欢迎与离家模式，当客人来到时，一个WELCOME场景，灯光将整个客厅照亮。
②在正门入口处安装1只19″彩色液晶显示触摸屏（挂壁安装），管理整个别墅的灯光、窗帘、空调、地暖、安防、监控。可设置各种个性化控制模式，如：回家模式、离家模式、迎宾模式、度假模式等。
回家模式：客厅、走道、玄关的灯光场景控制，欢迎主人回家或者客人的来访。开门后，住户只要按一下“回家模式”，门厅及客厅的灯光开启，客厅的窗帘关闭，同时沿着去主卧室的走道灯、楼梯灯光自动开启。
离家模式：把整个别墅的灯光、空调、电器全部关闭。
③可以在触摸屏调节控制每个房间的灯光、窗帘、空调，显示室内外温湿度，电子地图显示报警地点和监控录像等。离开触摸屏，屏幕自动切换为一幅美丽的风景画或主人的电子相册。
④门厅处的人体感应器在天黑时一旦感应到人体的移动，灯光便会打开，无人时自动熄灭。
⑤远程Internet控制功能，让主人在外地通过网络随时监控家中的灯光、空调、地暖和报警信息。

3.客厅
①灯光调节、电动窗帘（双层）、中央空调。
②安装触控式场景面板2只，控制灯光和电动窗帘。
③灯光设置多个场景：“会客”、“看电视”、“休闲”、“调亮”、“调暗”、“自动”。具体灯光场景效果，可根据主人的喜好而设定。在不同场合，只需要按下其中的一个场景，完美的灯光氛围瞬间转化。
④设置有一只湿度传感器，湿度值可以在客厅触摸屏上显示出来。在黄梅天，湿度比较大，超过预先设好的湿度警戒值，系统会发出报警提示，同时自动启动空调的除湿功能，直到恢复到正常值。
⑤设置有一个亮度感应器，在“自动”场景下，系统能根据室外自然光线的变化，自动调整室内灯光始终保持在一个最舒适的恒定照度（如400LUX）。
⑥安装环境监测系统，检测温湿度和CO2浓度，联动中央空调系统，自动调节空气环境。
⑦空调的控制内容为：设定各个区域的温度、风速、模式、ON/OFF，通过触摸屏集中控制，也可以通过Internet控制。
⑧电动窗帘既可以本地面板控制也可以集中控制。
⑨采用别墅专用背景音乐系统，设置触摸屏式高档音乐开关1只，独立选择各类音乐节目。
⑩在夏季，本别墅西晒很强。靠窗安装室外温度探测器1只，能结合温度自动控制。当室外日照强烈，气温超过37度，自动拉上窗帘遮阳。并具有定时控制功能，早上太阳升起时，自动开窗。

4.餐厅
①灯光调节、电动窗帘（双层）、中央空调。
②安装触控式场景面板2只，控制灯光和电动窗帘。
③灯光设置多个场景：“备餐”、“用餐”、“烛光”、“调亮”、“调暗”、“全关”。
具体灯光场景效果，可根据主人的喜好而设定。在不同场合，只需要按下其中的一个场景，完美的灯光氛围瞬间转化。
④设置有一只湿度传感器，湿度值可以在客厅触摸屏上显示出来。在黄梅天，湿度比较大，超过预先设好的湿度警戒值，系统会发出报警提示，同时自动启动空调的除湿功能，直到恢复到正常值。
⑤设置有一个亮度感应器，在“自动”场景下，系统能根据室外自然光线的变化，自动调整室内灯光始终保持在一个最舒适的恒定照度（如400LUX）。
⑥空调的控制内容为：设定各个区域的温度、风速、模式、ON/OFF，通过触摸屏集中控制，也可以通过Internet控制。
⑦电动窗帘即可以本地面板控制也可以集中控制。
⑧采用别墅专用背景音乐系统，设置触摸屏式高档音乐开关1只，独立选择各类音乐节目。

5.主卧
①灯光调节、电动窗帘、中央空调。
②卧室入口和床头安装触控场景面板各1只，共2只。
③灯光设置多个场景： “明亮”、“看电视”、“起夜”、“早安”、“调亮”、“调暗”
④起夜场景：地脚灯打开，卫生间的灯也同时打开。按下“早安”场景，灯光渐亮，电动窗帘自动打开。
⑤设置别墅专用背景音乐系统，安装触摸屏式高档音乐开关1只，独立选择各类音乐节目。

6.卫生间
①装有一个人体移动感应器，开门后灯光自动亮起，排气扇自动换气，人离开后灯光和排气扇自动关闭。
②寒冷的冬季，主人可通过触摸屏来设置时间，定时开启卫生间的空调或地暖：比如清晨主人还在睡眠中的时候，就自动对卫生间加热，方便主人起床后使用。
③晚上，当主人起夜时，卫生间的主灯光自动调整为30%的亮度，避免刺眼。
④安装1只“智能控制面板”，可手动调光。

7.休闲室、酒吧
①灯光调节、电动窗帘。
②墙面安装1只“智能控制面板”，设置如下场景：“酒吧”、“明亮”、“暗淡”、“调亮”、“调暗”、“全关”。酒吧场景：灯光自动调节到50%的亮度，灯光瞬间变的暗淡旖旎。
③设置别墅专用背景音乐系统，安装触摸屏式高档音乐开关1只，独立选择各类音乐节目。

8.起居室
①灯光调节、电动窗帘。
②墙面安装2只“智能控制面板”，控制各种场景，如：“早安”、“休闲”、“窗帘”、“调亮”、“调暗”、“全关”。
③设置别墅专用背景音乐系统，安装触摸屏式高档音乐开关1只，独立选择各类音乐节目。
④早上，主人起床，按下“早安”场景，窗帘自动拉开，曙光照进室内，选择一支清澈悠扬的钢琴曲，湖光山色中，新的一天开始了。

9.厨房
①灯光调节与空调、排风扇的自动控制。
②安装火警探测器1个，火险发生时，本地报警，管理中心报警，电话报警。
③安装煤气探测器、煤气阀门关闭控制器1个，煤气泄露时，本地报警，管理中心报警，电话报警，并自动关闭煤气阀门。
④设置别墅专用背景音乐系统，安装触摸屏式高档音乐开关1只，独立选择各类音乐节目。

10.视听室
①控制对象：灯光开关、灯光调光、电动窗帘、中央空调。
②在入口安装1只“智能控制面板”，对以上设备进行智能化控制，设置6组常用场景模式：“准备”、“电影”、“中间休息”、“纯音乐”、“调光”、“离场”。
按下“准备”模式，灯光自动调亮，空调自动启动，投影机吊架自动放下，人员入场。
按下“电影”模式，灯光逐渐暗下（过度时间2秒），只留有最后面的两个壁灯在5%的亮度，电动窗帘自动闭合，投影机自动打开。[Page]
按下“中间休息”模式，灯光渐亮，方便休息，喝点咖啡。
按下“纯音乐”模式，单独的音乐欣赏，灯光调节到一个温和的亮度。
按下“调光”模式，可对以上四个场景的灯光亮度做手动调节，以适合不同人的要求。
按下“离场”模式，灯光全关，窗帘打开，投影机吊架自动收起，空调自动关闭。
    以上所有场景模式在“智能控制面板”上都有图文标志，背光设计，即便黑暗状态下依然清晰可见，很容易记忆和使用。
③另配有1台7”无线移动触摸屏幕，应用了最先进的IP无线通讯技术，兼容802.11b协议。通过触摸屏，控制DVD等AV、音响设备的操作。同时集中控制整栋别墅的灯光、空调、窗帘、新风、报警和视频录像，支持随时随地的无线上网。

11.书房
①安装1只“智能控制面板”，控制灯光、电动窗帘。
②场景功能，读书、工作、休息、照度自动平衡等多个场景，一键切换调节灯光。
③安装有一个亮度感应器，在智能面板上按下“照度平衡”模式：系统根据室外光线的明亮变化，自动调整室内灯光，让光线始终保持在一个最舒适的照度（如400LUX）。以避免读书和办公时，忘记天色变暗而造成眼睛疲劳。
④设置别墅专用背景音乐系统，安装触摸屏式高档音乐开关1只，独立选择各类音乐节目。

12.楼梯/走道
①楼梯口装有一个人体移动感应器，光线暗时，上下楼梯灯光自动亮起，人离开后自动熄灭。
②通过楼梯口的智能控制面板，总控楼层所有的灯光。设置有一个“无人”场景，按下关闭该层所有的灯光与空调。

13.车库
①车库内照明采用人体移动感应的方式进行控制，平时库内灯光关闭，当有人进入车库内，库内的灯全部自动打开，人离开时自动恢复原状。
②人体移动感应器兼具有安防报警作用，夜间设防后，有人闯入立刻启动报警系统。

14.庭院灯光控制
①设置一个经纬度天文时钟，输入千岛湖的地理经纬度后，系统自动更新全年的日出日落时间，夕阳西下后，自动打开庭院灯光，黎明时自动熄灭。
②庭院入口灯、车道灯、路灯具有定时控制和软启动功能：晚上6∶00—11∶00点，无人车时，灯光亮度为50%，人车经过时，渐变为100%亮度的“欢迎模式”，人车过后再渐次暗下。

15.安防系统
①系统拥有80多个防区，可以直接和安防系统联系在一起，当安防主机报警时，庭院的灯光、室内的灯光都会打开，提醒主人的同时，也会吓走盗贼。
②无论是在客厅的大触摸屏上，还是手中的无线触摸屏，都可以查看庭院的录像。软件显示别墅房型图，报警时自动弹出报警的发生地点，摄像机自动转向报警区域，开始录像。
③住宅内安装各种无线探测器、窗磁、门磁、煤气泄漏探测器、玻璃破碎探测器等安防探头。当出现紧急情况时，系统可通过电话告知住户，同时整个别墅灯火通明。
④各房间安装呼叫按钮，当主人在夜间听见可疑声响时，按下紧急按钮后，将自动开启整个住宅的灯光，对盗贼产生震慑作用。
⑤在别墅大门、后门、车库门
、金库、室内主要走道等地，安装高分辨率监控摄像头。
⑥CCTV监控系统，可保留各个区域200天的录像记录。主人可通过触摸屏随时查看历史和当前的视频录像。

    另有气象站功能可作为选配：系统的独特之处是设置了一个“气象站”，这在实现舒适和节能两个方面起到了关键的作用，也是智能型综合控制功能的一个典型应用。
    “气象站”建立在别墅楼顶上，实时监测室外的温度、相对湿度、风速、风向、降雨量和阳光照度，并把这些数据传输给LONWORKS网络。依据这些室外环境条件，智能控制系统自动进行调节和控制，保证别墅内部的环境处于最佳状态。
    比如照明系统将按照室外阳光的多少，把室内人工照明调整到最合适水平，最大限度的利用自然光源。这样不仅提高了室内环境的舒适度，而且也节约了电力照明的能耗。在炎热的、阳光强烈的白天，有时需要减少照进室内的光线，“气象站”发出的信息会自动调整遮阳帘的开度，防止室内过热，自然也就减少了制冷系统的负荷，节约能源。
    同时，别墅里每个房间的人还可以根据自己的需要，手动调整周围环境的空调和灯光，既照顾了舒适度，又考虑到了能耗的最佳。

精彩案例

数字化 让居家生活更智能

    以前梦想中拍拍手灯就会开，打个电话就可以关闭家中电源的便利生活，如今都已出现在生活之中。让人更期待未来的便利生活，还可能发展到什么样的地步？


    “我的房子会是由木头、玻璃、水泥和石头建造的。它建在山上，大部分的玻璃窗都望向华盛顿湖和西边的西雅图，可以将夕阳西下以及奥林匹克山景尽收眼底。我的房子也是由硅芯片及软件建造的。硅晶微处理器及记忆芯片的装置，加上软件的带动，将使整个房子具备互动网络的特征，这是未来几年后上百万栋房子都会有的特征。今天我使用的科技是实验性的，但是过了一段时间之后，我所做的一部分将会被人们广为接受，同时也会比现在便宜，我的娱乐系统几乎可以仿真未来媒体真实的使用情况，我可以从中去感受与各种不同科技共存的情形。”
    这是比尔盖兹在他的《拥抱未来》一书中，对当时仍在兴建的豪宅所做的描述，《拥抱未来》中文版在1996年问世，10年后的现在，我们回头看他当初的愿景，的确已逐步成真。
    撇开国外案例不谈，光是台湾配备数字自动化架构的建案，就已在这两年开始陆续出现甚至交付使用，嘉新丽水花园、宝徕花园广场等，都是其中著名建案，虽然这些建案都以豪宅居多，不过在IT业界，每一项新产品、新架构乃至于新概念的落实，本来就会从金字塔较高端往下延伸，最终才会在大众中普及。


【利用UbiQ eHome 数字居家面板，可进行门户管理、社区沟通、检查来客留言、控制室内开关等便利功能，让居家生活更舒适。】

    周全考虑，现代人健忘的救星谈了愿景，可能许多人还不了解何谓智能家居 (Smart eHome)，甚至跟Intel前几年一直在推的数字家庭 (Digital Home) 搞混。两者的不同，在于可移动性，简单说也就是“带的走”跟“带不走”之间的区别，举一个例子来看会更清楚：
    早上9点，Maggie上班已经快要迟到了，她大门一甩冲上街，招了辆出租车就上路，坐定后才忽然想起烧着开水的瓦斯炉好像没关，于是她不慌不忙拿起手机，用3G接上家中网络，按了off键将瓦斯总开关给关掉，不再像以前老是要司机马上掉头，回家关瓦斯。
    10点的时候，Maggie手机响了，拿起来一看，屏幕上是她新请的钟点女佣，站在Maggie家门口的对讲机前，她按下门铃，家里的系统随即连上3G网络，让Maggie知道来者何人，确认身份后，Maggie用手机打开大门门锁让钟点工进去。打扫时，Maggie顺便用公司计算机连上她家的监视器看一下打扫情形。
    快下班了，Maggie今天生日，她打算请几个朋友在家里自己做饭吃，从网络上找了几道食谱并输入家里的数字系统，系统依据菜单检查冰箱，发现少了几样菜，于是主动发讯息给跟这栋大楼的物业管理公司进行配合的超市，Maggie到家时，这几样菜就会送达。
    拎着菜进门后，墙上的智能家居系统的控制面板提醒她有留言讯号，她打开一看，原来是钟点工留话，画面中女佣跟她说洗衣精快用完了，提醒她下次跟超市订货要记得买，听完留言，Maggie准备开始做菜，不过她先拿起遥控器按下音乐键，系统打开位于卧室的计算机，播放出昨天她从iTune下载的新歌。菜做完时，朋友也都到了，开始准备用餐。她按了遥控器上的用餐模式键，霎时客厅灯光熄灭，餐厅灯光则调到适当的亮度，音乐也转成轻快的爵士乐。

【使用UbiQ的遥控器系统，也可在家中远程控制灯光开关或设定、空调大小、室内环境设定功能。】   

    愉快的晚餐结束后，Maggie硬拉着朋友一起看她上个月在尼泊尔拍的照片，按下影片观赏模式按键，投影机自动开机，窗帘自动地被拉上，投影机同时也连上她卧房内的计算机，撷取档案夹内的数据，尼泊尔的壮丽山色顿时在Maggie台北家中呈现。
    看完相片聊了一下天，已近午夜，朋友告别后，Maggie梳洗完准备睡觉，之前她每天一定会忘了关某处电灯就上床，不是浴室就是客厅，每个月的电费硬是多了好几百，但搬来这里后，只要睡前按下床头的睡眠模式，就一切ok，该开该关的电器一样也少不了。
【来客可以通过视讯系统与3G手机，与不在家的主人联络，即使主人不在家，也可以在系统中留言。通知主任访客的意图。】

    化繁为简
    从此幸福快乐的Maggie所使用的这套系统，其实是智能家居与数字家庭二合一。简单来分，智能家居比较偏向自动化控制，最基础的就是对家中三表——水表、电表、瓦斯表等架构，透过有线或无线网络进行控制，有了基础控制再往上延伸，将空调、灯光、家电、娱乐、内部通讯、电信、与安全监控整合到单一控制接口。
以往家中电器设备的控制，都必须逐一操作，但在使用智能居家解决方案后，可以针对生活中不同的应用情境，量身设计一套专属的情境操控模块，例如影片观赏模式，就是由电视、灯光、窗帘三者的控制组合起来。
除了家庭内部的情境控制之外，智能家居系统也能作为小区信息传递的重要媒介，穿越水泥墙面，打造无藩篱的生活空间。以研华的eHome架构来看，就有故事里Maggie用到的留言系统与物业管理系统，由于牵涉到线路管线埋设，这些系统都是在房屋兴建时就一并被设计在里面，之后就算Maggie搬家，也无法带走，所以这就是前面所说“带不走”的这一块。
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    智能化建材 
    智能家居等相关产品都是整合在建筑物或是住宅的环境中，也因此被形容“智能化建材”。毫无疑问的，为了能与室内的装潢设计相互搭配，因此产品的外观设计及质感也是产品开发时的另一个重点。以研华UbiQ eHome在产品设计时即采用全白、简约而洗练的设计风格，注入美学的概念，而让产品也能成为屋内装潢的完美地结合在一起。

    【运用大楼的监控系统，管理员可通过分隔画面清楚看到大楼需要巡视的重点空间，如有访客来临，则可以用UbiQ eHome系统联系业主，以确认是否可让访客进入，维护社区安全。】

    后续维修是重头戏
    智能家居系统既然带不走，就会出现一些问题，其中最重要的就是后续维修。产品没有不坏的，但是不同产品的生命周期差别，就容易让系统出问题。一座建筑物的使用寿命多在50年以上，而市面上的IT产品淘汰更换周期则顶多2～3年左右，当人还没搬走，系统却已频频发生故障该怎么办？
    这可从两点来解决，第一点是寻找稳定高、零组件有长期供货保证的厂商来架构系统，像研华这样的产业计算机厂商就是最佳选择，工业控制产品的各种规格都是工业等级，在稳定度上要远高其它消费产品，而且零组件备货期也都至少保证5年，不会有坏了没零件可换的窘境。
    第二点则是从设计上着手，一般来说，埋设在建筑体内的管线不会有故障问题，损坏的大多是镶嵌在墙壁上的各种界面。像是电灯开关，智能家居系统也一样，生命周期较短的会是系统操作接口。因此这必须采用客制化，设计成可简单拆卸的架构，以便进行维修，这些都是产业计算机厂商的强项。从目前市场发展看来，产业计算机业者也的确是智能家居系统的主力推动者，放眼未来，这股优势将不容易消失。
    
    利用UbiQ eHome 数字居家面板，可进行门户管理、社区沟通、检查来客留言、控制室内开关等便利功能，让居家生活更舒适。
    使用UbiQ的遥控器系统，也可在家中远程控制灯光开关或设定、空调大小、室内环境设定功能。
来客可以通过视讯系统与3G手机，与不在家的主人联络，即使主人不在家，也可以在系统中留言。通知主人访客的意图。
    运用大楼的监控系统，管理员可通过分隔画面清楚看到大楼需要巡视的重点空间，如有访客来临，则可以用UbiQ eHome系统联系业主，以确认是否可让访客进入，维护社区安全。

精彩案例

利用蓝牙技术实现家庭无线网络系统

    当今信息化的一个重要方面就是因特网(Internet)和移动通信(mobilecommuniCAtion)的迅猛发展。它使得人们的生活方式、工作方式以及思维方式都发生了巨大的变化，同时也刺激人们对电脑以外的各种数据源和网络服务的需求日益增长。智能家庭网络的出现和发展给信息社会注入了新的生机和活力，而蓝牙(Bluetooth)技术的日趋成熟无疑给这个新的浪潮起到了推波助澜的作用。

    家庭网络是指在家庭和社会的信息网络相连之前，将家庭内部所有的信息设备连接起来而形成的网络。显然，连接家庭网络最理想的技术是无线通信技术，它用微波取代了传统网络中错综复杂的电缆。目前，关于该技术有不少产品和标准，如utterfly,Diamond,Proxim,Shavewave等公司的产品，其中最具有代表性的是Bluetooth和HomeRF两种技术。Bluetooth的优势在于全球标准的统一，具有互操作性，以及能非常方便地实现快速、灵活、安全、低成本、低功耗的数据和语音通信，因此Bluetooth技术在家庭无线网络系统中的发展潜力巨大。 

    系统设计
    蓝牙的载波选用在全球公用的2.4GHz工科医学（ISM）频带，并采用跳频扩谱技术（FHSS）。跳频速率为1600次/s，以2.45GHz为中心频率最多可得到79个1MHz带宽的信道。蓝牙设备采用的是GFSK调制技术，其传输速率为1Mb/s，实际有效速率最高可达721Kb/s，传输距离为10m。语音传输采用连续可变斜率调制编码（CVSD）技术，通信协议则采用时分多址（TDMA）协议。遵循Bluetooth协议的各类数据和语音设备都能够以无线方式接入到公共网络系统中（如Internet,Intranet）。

    蓝牙系统以点到点PPP（Point-to-PointProtocol）连接为基础，用无线方式将若干蓝牙设备连接成1个微图1主从设备的拓扑结构图微网（Piconet）。每个Piconet的蓝牙装置组成为1个主设备（Master）和若干个从设备（Slave），主设备负责通信协议的运作。MAC地址用3位来表示，即在1个微微网内可寻址８个设备（互联的设备数量实际是没有限制的，只不过在同一时刻只能激活８个，其中１个为主，７个为从）。图1给出了1个微微网中主从设备的拓扑结构图。此外，蓝牙系统还支持点到多点的通信构成分布式网络，即1个主设备可以是其他Piconet的从设备，每个从设备也可以是其他Piconet的主设备。 

    1硬件组成
    本系统中的硬件主要包括：天线单元、2.45GHz功率放大模块、Bluetooth模块、语音编译码器、嵌入式微处理器系统、接口电路以及一些辅助电路。此外，主设备还包括以太网接口和嵌入式Modem部分。系统的天线属于微带天线，因此天线部分可以做得体积小、质量轻。空中接口建立在天线电平为0dBm的基础上，遵循FCC(美国联邦通信委员会)有关电平为0dBm的ISM频段的标准。由于Bluetooth采用跳频扩谱技术，所以天线要求是宽带天线：起始频率为2.402GHz；终止频率为2.480GHz。为了抵抗多路径干扰，本系统设计成是多样化天线。系统的功率放大器工作在全球都可以使用的24GHzISM频带上,功放的带宽为2400~24835MHz。系统设计的通信距离为10m（0dB）。如果发射功率增加到20dB（100mw），会使距离达到100m。主设备的微处理器系统采用嵌入式系统，它是系统中关键技术难点。从某种角度上说，主设备起了智能网关的作用。它是整个家庭无线网络系统的核心部分，要完成家庭无线网络中各种不同通信协议之间的转换和信息共享，以及同外部通信网络之间的数据交换功能，同时还负责对各个从设备的管理和控制。考虑到为普通家庭用户所能接受，微处理器采用非PC的廉价设备，主、从设备处理器都采用嵌入式Internet技术和高性能微处理器。Bluetooth模块主要完成基带部分协议的转换以及将数字语音处理电路送来的语音数据流和微处理器送来的数据进行整合，然后经编码、调制后送给功率放大器放大再无线发出。该模块主要包括两大单元。 

    （1）无线射频（RF）单元。蓝牙模块的射频单元功率也符合FCC关于ISM波段的要求，因此，在使用中都会遇到不可预测的干扰源。蓝牙模块特别设计了快速确认和跳频扩谱技术以确保链路稳定。在2.4GHzISM频带上以伪随机方式，按1600次/s的速率，在总计79个频率上进行跳转（以2.4GHz为中心频率，最多可以得到79个1MHz带宽的信道），这样可以有效地防止信号干扰和减弱。与其他工作在相同频段的系统相比，蓝牙跳频更快，数据包更短，这使蓝牙比其他系统都更稳定。此外系统还采用了时分双工（TDD）方案被用来实现全双工传输。FEC（前向纠错）的使用抑制了长距离链路的随机噪声。

    （2）基带（baseband,BB）和链路管理（linkmanager,LM）单元。BB负责跳频和蓝牙数据及信息帧的传输；LM负责连接的建立和拆除。它们实现的功能包括：对SCO和ACL连接方式的支持；差错控制，可以采用多种检纠错方式，其中包括前向纠错编码(FEC)；物理层的认证与加密；链路管理。数字语音处理电路包括语音编译码器和语音接口电路两部分。语音编译码器采用CVSD编码方式。CVSD（ContinuousVariableSlope Delta Modulation）即连续可变斜率增量调制。它是一种自适应增量调制技术，它不重发语音数据包也能够获得高质量传输的音频编码。CVSD编码擅长处理丢失和被损坏的语音采样，即使比特错误率达到4%，CVSD编码的语音还是可听的。语音接口电路包括标准音频输入和输出以及必要的音频放大部分。系统的接口部分设置了RS232、USB、UART、I2C接口以及电话线接口，另外主设备还有以太网接口和ADSL插孔。其中RS232、USB和UART与计算机、智能耳机、PDA以及智能家电设备相连，完成信息的交换。主设备中的RS232串口还用于现场参数设置和程序的升级。嵌入式Modem是系统与外部通信网络（Internet网和公共电话网）的物理接口。嵌入式Modem采用了简单、灵活的实现方式，以减小系统的复杂性和降低一般家庭用户对Modem基本操作技能的依赖性；嵌入式Modem需要完成Modem的基本功能，负责将家庭无线网络接入到外部通信网络中。根据Modem的发展现状，系统的Modem采用了ADSL高速Modem标准。通过以太网接口可以直接接到LAN（局域网）中。系统可以经过内部高速数据通道和嵌入式Modem连接到DSL上，经过ADSL Modem的信号分离器，其输出通过接到家庭电话线（或通过ISDN接入方式）来登陆到Internet上，这样就可以享受ISP服务商提供的各种信息和服务。辅助电路包括液晶显示电路、键盘控制电路和电源管理电路。 

    2软件协议栈
    系统的软件（协议栈）单元是一个独立的操作部分，不与任何操作系统捆绑。它符合已经制定好的蓝牙规范。系统的协议栈采用分层结构，分别完成数据流的过滤和传输、跳频和数据帧传输、连接的建立和释放、链路的控制、数据的拆装、业务质量、协议的复用和分用等功能。主从设备的协议栈略有不同，如图4、图5所示，但大致都分为3个层次：底层协议、中间协议和高层协议。

    （1）底层协议。该层包括基带BB和链路管理（LM）。这部分协议已经固化在Bluetooth模块之中。底层协议对应用而言是十分透明的，负责在蓝牙单元之间建立物理射频链路，构成微微网。LM还要完成像鉴权和加密等安全方面的任务，包括生成和交换加密键、链路检查、基带数据包大小的控制、蓝牙无线设备的电源模式和时钟周期、微微网内蓝牙单元的连接状态等。

    （2）中间协议。这是系统中需要开发的协议部分。包括逻辑链路控制与适应协议L2CAP（LogicalLinkControl and Adaptation Protocol）、业务搜寻协议SDP（Service Discovery Protocol）、串口仿真协议RFCOMM和电话控制协议TCS（仅在主设备协议栈中）和PPP协议。逻辑链路控制与适应协议（L2CAP）完成基带与高层协议间的适配，并通过协议复用、分用及重组操作为高层提供数据业务和分类提取。它允许高层协议和应用接收或发送长达64000个字节的L2CAP数据包。业务搜寻协议（SDP）是极其重要的部分，是所有使用模式的基础。它为上层应用程序提供一种机制，来发现网络中可用的服务及其特性。由SDP可查询设备信息、业务及其特征，并在查询之后建立2个或多个蓝牙设备间的连接。SDP支持３种查询方式：按业务类别搜寻、按业务属性搜寻和业务浏览（browsing）。串口仿真协议RFCOMM也位于L2CAP之上，它通过在蓝牙的基带上仿真RS232的控制和数据信号，为那些将串行线用作传输机制的高级业务（如对象交换OBEX协议）提供传输能力。该协议由蓝牙特别兴趣小组BSIG基于ETSI标准TS07.10上开发而成的。电话控制协议包括电话控制规范二进制（TCS BIN）协议和一套电话控制命令（AT|commands）。其中，TCS BIN定义了在蓝牙设备间建立语音和数据呼叫所需的呼叫控制信令；AT|commands则是一套可在多使用模式下用于控制移动电话和调制解调器的命令，它也是由BSIG在ITU|T Q.931的基础上开发而成。  [Page]

    （3）高层协议。设计高层协议的总原则就是尽量吸收现有成熟的协议。系统采纳的协议为PPP和UDP/TCP/IP。

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