谈智能家居嵌入式Internet技术

    智能家居为了实现远程监控以及与外部网络的通信，必须要实现单片机系统的Internet接入，智能家居中的嵌入式Internet技术在此发挥了很大作用。单片机采用互联网通讯与控制具有很好的实用价值，可以很容易地实现远程的控制与监测，也是信息家电要实现的主要目标。然而目前利用单片机实现嵌入式因特网方案的技术难点在于：如何利用单片机自身有限的资源对信息进行TCP/IP协议处理，使之变成可以在因特网上传输的IP数据包。从解决这一技术出发，目前出现如下几种方案0：

(1)32位MCU+RTOS

    采用32位高档单片机，在RTOS(实时多任务操作系统)平台上进行软件开发，在嵌入式单片机系统中集成TCP/IP协议，实现TCP/IP的协议处理，这一协议可以采用软件来实现，也可以通过硬件进行软件的简化。这种配置要求单片机有一定的存储空间来实施TCPIIP协议。目前国内较为流行的RTOS有VxWorks, pSOS, Nucleus, QNX, Windows CE等。

    由于采用高档单片机，此方案可以完成很多复杂的功能，但成本较高，开发周期较长，需要购买昂贵的RTOS开发软件，对开发人员的能力要求较高。

(2) 8位MCU+TCP/IP协议芯片

    这个方案是由MCU和固化了TCP/IP协议的芯片组成应用系统的核心。应用系统可以直接拨号上网，硬件电路相对简单，但需要大容量的存储器，如果使用的TCP/IP协议芯片是软件固化的，还要求MCU有较高的运行速度。采用这种方案的芯片有Scenix Semiconductor公司的SX-stack, Seiko公司的57600A,iReady公司的Internet Tuner, Connect One公司的iChip等。其中Scenix单片机为软件固化协议，软件协议栈用汇编语言编写，存储在单片机的FLASH程序存储器中；其它芯片则为硬件固化，硬件TCP/IP协议堆栈作为MCU和Internet之间的加速器。

    这个方案的优点是将8位单片机系统直接与Internet相连，可以使用PC机通过Internet远程访问单片机系统，也可以使用单片机系统将信息通过Internet发送到远程PC或其它终端上。但应用系统的设计工程师必须熟悉TCP/IP等协议和相关接口，软件设计量较大。另外每个电子设备都需要一个IP地址，因此需要扩充IP协议才能到更好的支持。

(3)MCU+EMIT协议+emGateway

    利用emWare公司开发的EMIT(Embedded Micro Internetworking Technology，嵌入式微Internet网络技术)，在应用系统的MCU内部使用emNet协议，再通过emGateway与Internet连接。EmGateway网络软件接口可以安装在计算机、TV机顶盒或专用的家用电器服务器中，它支持TCP/IP协议并运行HTTP服务程序，作为用户可以通过网络浏览器远程访问服务器。EmGateway通过RS-232, RS-485, CAN、红外及射频等通信方式与多个嵌入式设备相连，每个嵌入式设备的应用程序包含的一个独立的通信任务，称为emMicro，监测嵌入式设备中预先定义的各个变量，并将结果反馈到emGateway中，同时emMicr。还可以解释Gateway的命令，修改设备中的变量或进行某种控制。EmMicro和emGateway一起为嵌入式设备提供了Internet功能。

    由于复杂的网络协议是通过emGateway在PC机上实现的，应用系统MCU只使用较简单的emNet协议，因此对MCU的要求较低。但应用系统设计工程师必须熟悉emNet协议和相关的接口，原来客户应用系统的MCU也不一定符合要求，并且软硬件设计的工作量仍然较大。同时，应用系统的单片机处理emNet协议要占用一定的系统资源。
(4)MCU+Webchip+PC网关

    所谓Webchip是独立于各种微控制器的专用网络接口芯片，它通过标准的输入、输出口与各种MCU相连。MCU通过Webchip与网关连接即可接收并执行经由Internet远程传来的命令或将数据交给Webchip发送出去。

    Webchip的主要优点在于:对MCU应用系统的设计工程师来说，无需熟悉复杂的网络协议及其接口;对MCU芯片来说，对运行速度和存储器容量等方面无特殊要求;软件设计只需要增加一小段接口程序，其它无需作大的改动，在大程序上简化了应用设计的工作量，可以缩短MCU应用系统的设计周期。

    以上四种方案从不同途径实现了MCU应用系统与Internet的连接，再加上RS-232, RS-485总线、无线射频或红外控制模块等扩展方案，就可以构成小型的家庭控制网络。

技术交流

澳门君悦湾智能化控制系统方案

案例提供：上海索博智能电子有限公司

项目简介

    澳门君悦湾位于澳门东方明珠区友谊桥大马路，彼邻筹建中的港珠澳大桥澳门区落脚点，离珠海拱北关闸、港澳马头及国际机场只有几分钟车程，势将成为香港、澳门及珠海三地以至全球国际城市的枢纽。澳门君悦湾为一项综合性发展项目，占地15万平方尺，总建筑面积达250万平方尺。包括5座优质住宅、2座酒店公寓。可供选购的住宅单位共600多个，建筑面积1100-2500平方尺，宽敞的2房-4房间隔已足以满足家居，集海景豪第、服务式公寓、六星级酒店于一身，以至度假的需求。君悦湾不仅为澳门罕有之大型综合发展项目，更是别树一帜的地标式建筑群。

    随着港珠澳大桥基建排班，澳门东方明珠区旋即成为新一代澳门潜力优厚的发展区域，而坐落于该去的焦点新盘-君悦湾，以其迷人海景、华贵的会所、地势等优势，将成为澳门豪宅之最，其独具特色的“U”形排列的建筑面积，令大部分住宅单位均可拥有一望无际的迷人海景，满足讲究生活品味的住户需要。而绿化方面，则悉心打造澳门最大的绿化园林，务求用户能享受低密度的舒适生活，此外，华贵会所设施完善，划分为四大专区：悠闲过度、户外天地、动感天地、香薰之园，设有无边际海景泳池，小童戏水池，户外按摩池、儿童游乐区、桑拿浴室、瑜伽教室、英式桌球房、海景健身房、图书馆、私人影院、多功能宴会厅等设施，社会设施也极为完善，包括学校、超级市场、中西美食餐馆等，优势独一无二。项目中的五星级酒店式住宅大堂和会所，为设计四季酒店公寓的著名设计师设计，其整体风格，展现了君悦湾时尚面典雅、简洁面细腻，不流于浮夸的现代优质生活韵味。

方案说明

    君悦湾具备豪宅所有元素于一身，占尽地理优势，斥巨资打造澳门豪宅之最。君悦湾的住户都是极度讲究生活品味，看重生活质量的人群，智能家居产品自然成为高端住户的必需品，而索博凭借自身努力在智能家居和电力线通讯领域不断创新及产品实力，成为君悦湾住户的第一选择。

    本项目方案控制对象包括：iPad集中控制、远程控制、智能灯光、智能电器、电动窗帘、背景音乐等。住宅控制系统配置非常灵活，业主可以根据自己的需求选择需要控制的对象进行控制，并可以按照需求进行增加、删减与组合调整。

    住宅中的智能家居可划分为6个子系统，它们是：智能灯光控制系统、智能电器控制系统、家庭背景音乐系统、人体感应系统、电动窗帘系统。在餐厅与客厅之间配置3.5寸真彩液晶触摸面板，进行灯光、场景控制以及电动窗帘控制。

    在主卧（主卧门口、主卧床头、主卫）、客房（客房门口、客房床头、客卫）、书房、衣帽间等房间门口，均配置有水晶控制器、窗帘控制器，进行该区域的灯光控制与电动窗帘的开和关。

    整个房子的控制系统不但能单独控制各种家庭设备，而且可以使包含这些设备的各个子系统相互配合、协调工作，从而形成一套高品质的智能服务体系。

精彩案例

广州合生帝景山庄智能设计方案

案例提供：广州影尚视听设备有限公司  付文 
项目名称：合生帝景山庄（4层别墅）
完成时间：2013年4月
功能设计：灯光系统控制、电动窗帘控制、中央空调及新风系统控制、视频监控系统、安防报警系统、门禁系统、可视对讲系统、停车场系统、背景音乐系统、家庭影院系统、高清共享系统、花园灌溉系统、网络电话系统、远程控制系统。
项目简介
合生帝景山庄位于广州天河区奥林匹克中心旁，是天河唯一原生态坡地纯别墅社区。环抱48万平方米，即将改造成为“岭南大观园”的“世界大观”公园，自然舒适的居住环境得天独厚。在96米天河至高点的半山，俯瞰城市的隽秀与繁华，尊享“前公园、后山林”的稀缺景观。依山而建，整体北高南低，沿着北面的山体，顺势而下。占地22万平方米，小区规划共305户，平均计算，达到一户一亩地的别墅享有，私密性极高。
方案概述

本案例采用美国Control4智能中控为主导，整合所有子系统实现在智能移动终端（平板iPad、手机iPhone）上自由操控所有灯光、窗帘、空调、电器、安防监控、影音等设备，真正实现一键开启智慧生活。项目最大的特点是全宅智能控制所有架构都很齐全，线路敷设至每个点，但前期重点控制所有公共区域和主要房间，后期未涉及智能的区域会陆续增加。一则满足客户对智能控制的渴求，另则让客户有一个适应的过程，渐渐对智能更加认可再覆盖其它区域。
方案说明
灯光控制系统
灯光系统以公共区域和主要区域覆盖为原则。主要有：影音室、所有梯间、所有走廊、玄关、客厅、餐厅、过厅、茶室、厨房、主卧、小孩房、老人房、书房。工人房、客房、储藏间和机房等区域并未做智能灯光控制。灯光系统主要具备有场景、开关和调光功能，梯间实现双控，所谓双控，即在三层梯口按墙壁控制面板可以控制其它层梯口的灯光。部分出入口公共区域设有感应开关，自动感应灯光，比如玄关负一层走廊。三楼主卧的灯光控制系统设计有4种灯光场景变化，奢华、温馨、浪漫、舒适都展现得淋漓尽致。

视频监控系统
监控部分以室外监控为主，共4个摄像头，其中前院和后花园各装有2个进口27倍室外高清快球，高清晰画面，并且带有云台控制。高清快球在负一层设备间配有一个监视显示器可以观看实时画面，用鼠标可以云台控制不同角度，还可以查询录像记录。业主的书房笔记本上安装软件通过IP输入用户名和密码可以访问监控主机，不仅能实时监控画面还能进行云台控制。
安防报警系统
本案例采用加拿大进口安防主机和探测器，周界的防护采用对射结合探测器，室内各出入口则均装有探测器，厨房区域装有燃气探测器和烟感控制器，当有煤气泄露或火灾等情况时，会自动报警。可布防和撤防，业主准备出门前，只需在一层玄关智能面板上按（离家模式）按钮或在移动终端上按“离家模式”，离家模式生效时，安防系统会自动进入设防状态。除此之外，家里的灯光、窗帘、空调等设备都将自动关闭。
当您回到家中，在一层玄关智能面板或移动终端一键启动（回家模式），所有的设备将自动开启为您服务。根据您的需要自动启动灯光、窗帘、空调，安防报警系统自动撤消。智能安全防护功能给住户的安全给予了很大的保证。假设有小偷闯入花园撬门立即会触发警报装置，智能终端自动将危险信息发到用户手机上，并且打电话给业主和小区保安。业主收到短信后登录远程控制查看信息和监控画面。
门禁系统
别墅一层有两扇铁门都实现智能控制，一层大门口设置了美国进口的指纹锁，业主不仅能通过指纹开启大门，同时还能设置密码或用传统的钥匙开门，并且可以通过移动终端iPhone、iPad开关门，非常方便。
可视对讲系统
一层铁门口装有一个室外可视对讲机，一层大厅装有一个室内机。有客人来访，可以在户外铁门口的可视对讲系统按“呼叫”键，与主人进行可视通话，主人通过客厅的室内机查看访客的图像，选择室内机上按“开锁”，正铁门则会自动打开，也可以通过移动终端实现开铁门锁和大门指纹锁。
新风系统控制
新风系统是业主非常看重的一面，长时间不在家的时候可以通过远程控制让家里通风，避免室内潮气太重。业主回家前也可以远程遥控新风系统。让家里先通风，避免回到家里再匆忙通风。

网络电话系统
光纤到户，所有网络设备都是千兆，千兆交换机，千兆无线AP。四层楼无缝隙无线AP覆盖，无论走在哪个角落都覆盖有很强的无线WiFi网络信号。
背景音乐系统
音乐在生活中占的比重越来越大，不同的音乐营造的氛围也不同。本案例中背景音乐主要是在每一层的走廊、楼梯间、客厅和餐厅，其它区域没有配置，可以实现独立区域单独控制、集成控制，以及同时播不同和相同的音源。
电动窗帘控制
别墅内所有电动窗帘都是双轨型，有布帘和纱帘。窗帘控制的区域有：客厅、玄关、茶室、餐厅、主卧、小孩房、老人房，其它房间未做窗帘控制。
中央空调控制
中央空调采用的是日本COOLMASTER对接模块，可以对接三菱、大金等进口中央空调的模块。价格虽不菲，但物有所值，每个房间的空调都能实现开关、调节温度和湿度，操作界面也非常简便。移动终端操作界面，可实时显示。如果要制冷点“Cool”，制热“Heat”， 自动“Auto”，关闭空调“Off”。在界面右侧可以上下调节温度，并且在屏幕上会显示出当前度数。
家庭影院系统
家庭影院系统同时包含了KTV功能，智能控制在这里得到非一般的展示。面对影音室一大堆的遥控器，选择与控制让人头疼不已，但有了智能控制，可以让您一键选择播放电影还是唱卡拉OK，简便的操作让家里的女主人和孩子爱上影音室！
高清共享系统
高清共享共4路，分配在客厅、餐厅、主卧和小孩房。共享的家庭影音来自蓝光机、高清播放机、机顶盒、电脑等HDMI信号，并共享和分配到4路高清显示器，在每一个显示器上面可以观看任意的视频源，且相互之间没有影响。在房间里面通过遥控来切换视频源，可以无缝的与中央控制主机连接，成为智能家居总体方案的一部分。
远程控制系统
无论业主身在公司，还是在外地出差，通过远程随时随地都能查看和掌握家里的情况。
结束语
一个好的设计方案应该是最贴近客户需求的，同时也是整个项目后期建设能否取得成功的关键。广州影尚视听对智能化家居系统建设强调人性化设计，“以人为本”，“节能”和“环境优先”的原则。从住户需求出发，提高智能设备的实用性、住宅安全。对住户的生活以“舒适、安全、方便”为目标，最终服务于住户。
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精彩案例

[解析]无线门磁传感器工作原理

    我们生活中的门磁系统一般可分为门磁开关、门磁传感器(探测器)、门磁报警器三大部分组成。一些门禁系统是基于智能总线和同个系统平台，这样智能家居的智能终端可以方便地接入可视门铃系统门口机和管理中心，实现访客对讲、留言、留影和门禁功能，成为我们家庭安全的第一道防线。这些还可同时配备智能感应卡、指纹锁，可实现智能联动，如同步撤防报警器，开启相应灯光或模式等。

有线门磁传感器的工作原理

    在智能家居门禁系统中门磁开关的作用是负责门磁通电否，通电带磁(闭门)，断电消磁(开门)，门磁安装于门与门套上，开关安装于屋内，配合自动闭门器使用，一般可承受150公斤的拉力。

    有线门磁为嵌入式安装更加隐蔽，感应门窗的开合，适用于木质或铝合金门窗发出有线常闭/常开开关信号。门磁是用来探测门、窗、抽屉等是否被非法打开或移动。它由无线发射器和磁块两部分组成。门磁系统其实和床磁等原理相同。这里主要以门磁为例。

无线门磁传感器的工作原理

    无线门磁是由无线发射模块和磁块两部份组成，在无线发射模块有两个箭头处有一个“钢簧管”的元器件，当磁体与钢簧管的距离保持在1.5厘米内时，钢簧管处于断开状态，一旦磁体与钢簧管分离的距离超过1.5厘米时，钢簧管就会闭合，造成短路，报警指示灯亮的同时向主机发射报警信号。无线门磁传感器用来监控门的开关状态，当门不管何种原因被打开后，无线门磁传感器立即发射特定的无线电波，远距离向主机报警。

    无线门磁的无线报警信号在开阔地能传输200米，在一般住宅中能传输20米，和周围的环境密切相关。无线门磁一般采用省电设计，当门关闭时它不发射无线电信号，此时耗电只有几个微安，当门被打开的瞬间，立即发射1秒左右的无线报警信号，然后自行停止，这时就算门一直打开也不会再发射了，这是为了防止发射机连续发射造成内部电池电量耗尽而影响报警，无线门磁还设计有电池低电压检测电路，当电池的电压低于8伏时，下方的LP发光二极管就会点亮，这时需要立即更换A23报警器专用电池，否则会影响报警的可靠性。

    无线门磁传感器一般安装在门内侧的上方，它由两部分组成：较小的部件为永磁体，内部有一块永久磁铁，用来产生恒定的磁场，较大的是无线门磁主体，它内部有一个常开型的干簧管，当永磁体和干簧管靠得很近时(小于5毫米)，无线门磁传感器处于工作守候状态，当永磁体离开干簧管一定距离后，无线门磁传感器立即发射包含地址编码和自身识别码(也就是数据码)的315MHZ的高频无线电信号，接收板就是通过识别这个无线电信号的地址码来判断是否是同一个报警系统的，然后根据自身识别码(也就是数据码)，确定是哪一个无线门磁报警。

门磁系统在实际生活当中的应用

    这是市面上常见的一款暗装式门磁，不带电线的一端内藏磁铁，带电线的低端内部藏有干簧管等元器件，当磁铁接近时，电线输出闭合信号，当磁铁远离时，两条电线输出开路信号。不带电线的一端装在门的顶部，带电线的一端装在门框上。门关好时，两端正好重叠接近。市面上还有一些门磁是方形的，适用于明装场合，用于门窗上。

    哪种特性的门磁可用于门禁系统：

    门关闭时输出闭合信号(用万用表测量电阻为0)，门打开时输入开路信号。(用万用表测量电阻无穷大)
    市面上90%的门磁是这种特性，还有少量门磁特性正好相反，或者闭合信号和开路信号都有输出(三条线，一条是公共，另外两条配合公共线分别输出开路和闭合信号，用的时候，选其中一对即可，不合特性的一条闲置)。有些电锁的门磁也是这样，例如：5线电插锁(2条是电源，3条是门磁信号线)，8线电插锁(不但带门磁输出，而且带锁头位置状态输出)，把不用的线闲置即可。

    在软件实时监控时，可以看到每个门现在的状态是开着的还是关着的。可以配合门禁控制器启用门被非法闯入(没有刷卡或者按按钮的合法操作，而门被打开了，例如踹开或者撬开)报警。可以配合门禁控制器启用门长时间未关闭报警等。

    如果不需要这几个功能的门禁系统，可以不接门磁。如果需要这几个功能，就将门磁接到控制器的门磁输入点上，不用区分正负。如果一个大型多门门禁系统，只有几个门用到门磁的这几个功能，则其他的门磁输入点用导线进行短接，避免产生误报警信号。

    物联网的智能家居系统由家庭环境感知互动层、网络传输层和应用服务层组成。家庭环境感知互动层由带有有线或无线功能的各种传感器节点组成，主要实现家庭环境信息的采集、主人状态的获取以及访客身份特征的录入;网络传输层主要负责居家信息和主任控制信息的传输;应用服务层负责控制家居设施或应用服务接口。

    门磁系统中门磁传感器就是属于我们说的家庭环境感知互动层。无线门磁的英文名为Doorsensor，一般歹徒从门进入住宅的方法有两种：一是偷到主人的钥匙，把门打开;二是借助工具把门撬开。不论歹徒是用何种方法进入，他都必须推开住宅门。一旦盗贼推开门，门与门框必将产生移位，门磁与磁体也同时产生位移，(电波)信号即刻发射给主机，主机鸣响报警声并拨打6组预设的电话号码。从而为家居生活起到更加智能化的安全防护。保障家庭生活以及财产的安全。

技术交流

常熟山湖苑智能化系统解决方案

张国华，智能家居首席设计工程师，10年住宅智能化产品销售及设计经验。
个人座右铭：宁静致远，勇往直前，用寻常的心态走完不寻常的路。
项目名称：山湖苑独栋别墅
完成时间：2013年3月
功能设计：安全防范系统，包括监控、报警系统；可视对讲系统；家庭高清影音共享系统。
项目介绍

    位于苏州下的常熟，是一座富饶且充满商机的城市。山湖苑项目坐落于闹中取静的常熟市中心，位临虞山风景区附近。本案为独栋别墅，地起三层，建筑面积为450平方米，装修设计为中西混搭风格。此次智能化方案针对业主的实际需求，设计了：安全防范系统，其中包括监控，报警系统；家庭高清影音共享系统；可视对讲系统。
本案项目起始于2012年3月，2013年3月竣工。
方案说明
安全防范系统

    当一个机械式的普通安防系统建立时，探测器通常安装于建筑物的内部。当在探测范围内探测到入侵者时，便会发送信号到监控站从而报警。而在本案中，不仅要做好内部区域防范，同时也要增加周界及边界区域的防范。为此，选用OPTEX特有的A，B，C分层防区防范系统，能够最大程度地防范对建筑物及其周界的未经授权地闯入。通过将室外与室内监视结合，完成周界保护、中间区域保护和边界保护三个警告层次的防线。
依照山湖苑结构特点，选定在A、C区作为安全防范区域。
·在A防区（周界）设置红外对射，对外来非法进入起到第一层保护，并配合监控系统协同工作。
·在C防区（室内）设置吸顶幕帘与室内摄像机。
安防系统特点

·局部采用了分层防范的设计，将报警幕帘与监控设备在地理位置上有效的结合。
·报警与监控系统均可通过手机远程撤布防与远程监控。
·探测器可与摄像机联动。
·采用高清摄像机，680线 ，效果更佳。
·监控画面通过高清共享系统输送至每一个电视机上，随时可调取观看画面。
·超长存储时间，最长达到月为单位。
可视对讲系统

    本案在正大门入口安装有可视对讲室外机、在餐厅及入门与楼道处分别安装可视对讲室内分机，方便业主在家或就餐时查看访客信息，为访客开门。
住宅娱乐系统
随着社会的进步，生活水平的提高，人们对居住环境的要求也从单一化过度到了系统化。从实用角度出发，本方案采用了澳斯迪中央式背景音乐系统，主要分布在业主与来访客人及朋友休闲娱乐的区域如地下的棋牌室及客厅、餐厅。

家庭高清共享系统

    现如今，电视机在别墅里的数量越来越多，并伴随当下流行的高清机顶盒和高清网络电视节目等，如何有效的管理各类机顶盒节约摆放空间已成为一项必须考虑的问题。本案着重为客户推荐了一套HDMI高清共享系统，具有以下几点优势：
1.传输真正意义的高清信号，电视机接口末端直接采用86面板的HDMI配套专用面板。
2.使用高清共享系统后，有效的为客户节省出每个电视机柜的空间支出。
3.一机多用，可将各类信号源接入设备，最高支持8路输入源。
4.监控设备利用该共享系统，即可实现每个电视机输出监控画面，方便又有效，体现家庭智能化以人为本的设计思路。
5.取代繁多的遥控器，用一只专门的遥控器控制每个电视机终端，方便省去使用各类遥控器操作的麻烦。

    别墅采用了高清共享系统后的房间，为电视机摆放节约了大量的空间，所有机顶盒及输入源可归类集中摆放（机柜中间为高清共享系统主机）。

精彩案例