張衛(wèi)強，陳 群

（寧波大學 寧波 315211）

新型智能控制局域網(wǎng)設計方案

張衛(wèi)強，陳 群

（寧波大學 寧波 315211）

傳統(tǒng)的控制對象的組網(wǎng)方式是通過專用網(wǎng)絡線路連接后組成一個有線控制網(wǎng)絡，這種網(wǎng)絡需要安裝新的網(wǎng)絡專用線路，往往需要破壞環(huán)境原有的結構。而基于無線電磁波的智能控制局域網(wǎng)雖然具有使用方便、應用范圍廣的優(yōu)點，但是這些網(wǎng)絡不是基于以太網(wǎng)媒介就是采用點對點的無線傳輸方式，限制了這些無線控制網(wǎng)絡的實際使用和推廣。針對現(xiàn)有的局域網(wǎng)絡問題，作者提出了一種新型的智能控制局域網(wǎng)架構，并將該架構成功應用在智能家居控制局域網(wǎng)中，且申請到了該架構的實用新型專利。

智能控制；局域網(wǎng)絡；智能家居

1 概論

智能控制局域網(wǎng)廣泛應用于家庭、賓館、倉庫等小范圍內的聯(lián)網(wǎng)控制，以達到家用電器智能化、賓館以及倉庫管理的智能化的目的。如何把這些控制對象組成一個可靠性高又能互通信息的智能控制網(wǎng)絡是這些控制對象能夠真正發(fā)揮智能作用的關鍵。

傳統(tǒng)的控制對象的組網(wǎng)方式是通過專用網(wǎng)絡線路連接后組成一個有線控制網(wǎng)絡，這種網(wǎng)絡需要安裝新的網(wǎng)絡專用線路，往往需要破壞環(huán)境原有的結構，限制了這種有線控制網(wǎng)絡的應用范圍[1，2]。基于無線電磁波的智能控制局域網(wǎng)則不需要安裝新的網(wǎng)絡專用線路，不會破壞環(huán)境原有的結構，具有使用方便、應用范圍廣的優(yōu)點。但是最近出現(xiàn)的基于無線控制網(wǎng)絡的控制對象的組網(wǎng)方式，不是基于以太網(wǎng)媒介[3]就是采用點對點的無線傳輸方式[4]，導致網(wǎng)絡成本相對偏高，限制了這些無線控制網(wǎng)絡的實際使用和推廣。

2008年6月4日中國授權的發(fā)明專利 “基于無線應用協(xié)議通訊的智能家居控制方法”公開了一種基于WAP通信的智能家居控制系統(tǒng)及控制方法，通過WAP移動終端設備登錄到指定的WAP服務器，進入到家居服務器的家電控制頁面中來控制家電設備，由用戶選擇控制命令，WAP服務器判斷信號類型，然后生成一個文件通過FTP發(fā)送到家居服務器中指定的目錄下面，家居服務器內守護程序發(fā)現(xiàn)所述文件后將其內容讀出，再發(fā)送給應用程序，同時將所述文件從所述指定目錄下面刪除，應用程序將轉換過的信息發(fā)送給設備后，設備執(zhí)行命令。該專利的實施必須借助于移動商提供的WAP服務器，具有較高的維護成本，其命令執(zhí)行過程也要受到系統(tǒng)外界的影響，不便于實 際 使 用 和 推 廣[5，6]。

針對現(xiàn)有網(wǎng)絡的這些問題，通過分析現(xiàn)有網(wǎng)絡的弊端，并進一步對智能控制局域網(wǎng)絡進行研究、設計和驗證，作者提出了一種新型的智能控制局域網(wǎng)設計方案。

2 技術方案

2.1 系統(tǒng)組成

智能控制局域網(wǎng)整體結構如圖1所示，包括內置控制軟件及嵌入式處理器的控制服務器，控制服務器設有有線或無線的網(wǎng)絡接口；控制服務器網(wǎng)絡接口通過有線或無線方式配接有至少一個能與控制服務器進行數(shù)據(jù)交換的控制終端，控制終端直接連接智能控制局域網(wǎng)的控制對象并驅動所連接的控制對象；控制終端和控制服務器根據(jù)雙方認可的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議進行數(shù)據(jù)交換，控制服務器負責控制終端所需要的數(shù)據(jù)分析和處理，并把處理結果信息反饋到控制終端，控制終端根據(jù)所述反饋的處理結果信息對與其相連接的所述控制對象做出控制。

2.2 控制服務器

控制服務器安放在智能控制局域網(wǎng)中最安全的地方，由于負責處理全部控制終端及其次級控制終端的數(shù)據(jù)處理，所以對其數(shù)據(jù)處理能力根據(jù)智能控制局域網(wǎng)中控制終端的數(shù)量有一定的要求，一般情況下需要內嵌一個處理能力很強的帶有嵌入式操作系統(tǒng)的處理器。在設計有操作終端的智能控制局域網(wǎng)中，為了方便，控制服務器也可以直接內嵌到操作終端之中。在規(guī)模較大的智能控制局域網(wǎng)中，可以直接采用服務器電腦適當配接網(wǎng)絡接口卡作為其控制服務器。

2.3 控制終端

控制終端是擇一選擇的轉換終端、暗藏終端、操作終端；或是轉換終端、暗藏終端、操作終端之間的串接構成；或是轉換終端、暗藏終端、操作終端及其串接構成之間的排列組合。設計者還可以根據(jù)用戶的需求把控制服務器直接內嵌制定的操作終端里面。

操作終端作為可選的控制終端分為機械操作終端和觸摸屏操作終端兩種。機械操作終端是由不帶嵌入式操作系統(tǒng)的控制電路以及簡單的開關控制面板組成的設計方案，設有用于操作控制的按鈕開關和一個LCD顯示器。按鈕開關組成一個開關矩陣，開關矩陣用于輸入控制指令，LCD顯示器用于顯示輸入開關按鈕的輸入信息以及輸入控制指令執(zhí)行后的結果信息。本方案直接采用開關按鈕輸入控制指令，操作不是很人性化，一些指令需要記憶，但是成本低廉。觸摸屏操作終端是由帶嵌入式操作系統(tǒng)的控制電路以及帶觸摸屏的彩色液晶屏組成的設計方案，設有帶觸摸屏的液晶屏，液晶屏用于顯示點擊液晶屏所需顯示的界面，以便輸入控制指令，并顯示指令信息以及指令執(zhí)行后的執(zhí)行結果信息。液晶屏具有圖形操作界面，具有延時休眠的功能，并能在觸碰觸摸屏時恢復液晶屏的顯示。由于液晶屏具有圖形操作界面，操作變得方便直觀，但是成本相對較高。

轉換終端設置有用于連接控制對象外置電源插頭的插孔，主要用于有外置電線插頭的控制對象，如電視機、電腦、空調等，市場定位主要針對需要靈活安裝的后裝修客戶。轉換終端一般采用無線方式和控制服務器或者與其上級控制終端連接，其優(yōu)點是使用方便，直接插到客戶原來的插座上，其他電器的電源插頭再插入轉換器式接收裝置的插孔取電；缺點是由于客戶的個性化需要，品種多，生產成本高。

暗藏終端設置有一對電源進線和一對電源出線，如圖2所示，并且其外殼上還設有接地線，一對電源進線和一對電源出線串接入所述控制對象原有電源線中，主要用于沒有外置電線插頭的控制對象，如電燈、吊扇等，市場定位主要針對還沒有進入裝修的客戶。

暗藏終端既可以在線路裝修時直接采用有線方式和控制服務器或者與其上級控制終端連接，也可以在線路裝修后采用無線方式和控制服務器連接。整個暗藏終端可以安裝在墻壁電源插孔內，或者電器的電源進線區(qū)，讓控制對象的電源線經(jīng)過該暗藏終端即可，地線用于兼容三線制電源插頭，作為兩線電源插頭使用時可舍棄地線不用。優(yōu)點是由于沒有個性化外殼，所以生產成本相對較低。

2.4 其他功能

智能控制局域網(wǎng)在身份識別方面的應用至少設有兩個控制終端，其中的一個控制終端作為操作終端內嵌有指紋采集器，控制服務器負責處理指紋數(shù)據(jù)，而余下的其他控制終端作為備用，控制服務器除了處理控制終端的信息以外，還可用于記錄和監(jiān)控指紋所有者的動態(tài)信息。操作終端和控制終端合并能顯示指紋所有者的信息時，可以作為考勤設備使用；控制服務器單獨設置時可組成網(wǎng)絡式指紋考勤設備，而控制服務器直接內嵌到所述操作終端中時可作為獨立考勤機使用[7，8]。其他控制終端用于控制指定門的開閉時，可用作門禁系統(tǒng)；控制服務器單獨設置時可組成網(wǎng)絡式門禁系統(tǒng)，而控制服務器直接內嵌到所述操作終端中時可作為獨立門禁系統(tǒng)使用。其他控制終端用于報警非法入侵時，可用于入侵報警系統(tǒng)；控制服務器單獨設置時可組成網(wǎng)絡式入侵報警系統(tǒng)，而控制服務器直接內嵌到所述操作終端中時可作為獨立入侵報警系統(tǒng)使用。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明采用的控制服務器設有有線或無線的網(wǎng)絡接口；控制服務器網(wǎng)絡接口通過有線或無線方式配接至少一個能與控制服務器進行數(shù)據(jù)交換的控制終端，控制終端連接所述智能控制局域網(wǎng)的控制對象；控制終端和控制服務器根據(jù)雙方認可的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議進行數(shù)據(jù)交換，控制服務器負責控制終端所需要的數(shù)據(jù)分析和處理，并把處理結果信息反饋到控制終端，控制終端根據(jù)所述反饋的處理結果信息對與其相連接的所述控制對象做出控制。在無線方式下無需安裝專用線路，在不破壞環(huán)境原有結構的情況下便可廣泛地使用，在有條件安裝線路的情況下也可以采用有線方式組網(wǎng)，而且采用服務器—終端的組網(wǎng)方式[9，10]，無需借助于以太網(wǎng)，控制終端可以采用有線或者無線的方法和其服務器利用雙方認可的協(xié)議直接進行數(shù)據(jù)交換，無需復雜的標準無線網(wǎng)絡協(xié)議，在保證功能強大的基礎上具有相對較低的生產成本，在實際使用和推廣中具有較為優(yōu)越的靈活性以及優(yōu)良的性價比。

3 具體應用方案

以下結合圖3所示的智能家居控制局域網(wǎng)實施例對該智能控制局域網(wǎng)作進一步詳細描述。

智能控制局域網(wǎng)各種控制終端實物和控制服務器實物分布如圖3所示，由一個位于一樓進門處的內嵌有控制服務器的操作終端以及多個分布于各個房間的控制終端組成，操作終端及其內嵌控制服務器和所有轉換終端、暗藏終端內嵌有ZigBee協(xié)議芯片，通過ZigBee協(xié)議組成一個無線智能控制局域網(wǎng)，通過各個轉換終端、暗藏終端控制對應的控制對象，比如冰箱、空調等具體控制對象。

案例對象為一個兩層樓的戶型?？刂品掌靼卜旁诰钟蚓W(wǎng)中最安全的地方，不在圖中表示。轉換終端、暗藏終端、操作終端分布在整個環(huán)境的各個不同區(qū)域，它們通過無線或有線的方式連接在一起，這樣也方便隨時增加終端節(jié)點。

操作終端采用機械式控制裝置如圖4所示，內嵌控制服務器，該控制終端配備128×64點陣單色LCD，可以以16點陣的方式顯示4行每行8個中文字符，操作面板上設置有輸入鍵盤陣列，分別為 “確定”、“取消”、“菜單”、“←”、“→”、“↑”、“↓”、“*”、“#”以及“0”-“9”的數(shù)字鍵。本操作終端由不帶嵌入式操作系統(tǒng)的處理器及其控制電路以及單色LCD和簡單的開關按鈕構成的控制面板組成；客戶通過開關按鈕輸入控制指令，LCD顯示器用于顯示輸入開關按鈕的信息以及指令執(zhí)行后的結果信息；本方案直接采用開關按鈕輸入控制指令，操作不是很人性化，一些指令需要記憶，但是成本低廉。

4 結束語

傳統(tǒng)的控制對象的組網(wǎng)方式是通過專用網(wǎng)絡線路連接后組成一個有線控制網(wǎng)絡，這種網(wǎng)絡需要安裝新的網(wǎng)絡專用線路，往往需要破壞環(huán)境原有的結構。而基于無線電磁波的智能控制局域網(wǎng)雖然使用方便，應用范圍廣的優(yōu)點，但是這些網(wǎng)絡不是基于以太網(wǎng)媒介，就是采用點對點的無線傳輸方式，限制了這些無線控制網(wǎng)絡的實際使用和推廣。針對現(xiàn)有的局域網(wǎng)絡問題，作者提出了一種新型的智能控制局域網(wǎng)架構。并將該架構成功應用在智能家居控制局域網(wǎng)中，且申請到該架構的實用新型專利，公開專利號為 10132110。

1 孫浩明，韓焱.無線傳感器網(wǎng)絡電源智能控制系統(tǒng)設計.現(xiàn)代電子技術，2009（7）：24～27

2 高丹.基于智能控制的超市網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng).福建電腦，2009（3）：31～34

3 Cheng Xue,Wang Bin，Xu Yan.Application of network technology in intelligent greenhouse control system. Microcomputer Information,2009（1）：11～14

4 王炳鵬，胡學文.無線局域網(wǎng)在城市軌道交通中的應用.福建電腦，2009（2）：34～37

5 楊云海.家庭有線局域網(wǎng)的布線、組建及應用.科技資訊，2009（2）：16～20

6 Xu Kai,Jia Qingx uan,Sun Hanxu.Robot-controlling system based on WLAN.Instrumentation Technology,2009（1）：41～47

7 胡兆斌.無線局域網(wǎng)在大型體育場館中的構建及應用.現(xiàn)代商貿工業(yè)，2009（1）：24～27

8 Xu Bo.Planning and application of WLAN.Railway Signalling&Communication,2009（3）：14～18

9 童慧.淺談高校圖書館小型無線局域網(wǎng)建設.黑龍江史志，2009（3）：27～31

10 徐小平.無線局域網(wǎng)技術及發(fā)展前景展望.黃岡職業(yè)技術學院學報，2009（1）：8～13

Design of Intelligent Control LAN

Zhang Weiqiang,Chen Qun
(Ningbo University,Ningbo 315211,China)

The traditional methods of constructing a control object is connected via a dedicated network lines form a wired control network,such networks are needed to install a new network dedicated lines,and often required the structure of the original damage to the environment.The wave of intelligent controlling is based on wireless local area network.Although it is easy to use and is advantages of wide range of applications,but these networks are ethernet-based media,or used of point to point wireless transmission,these were limited their practical using in wireless control network and promotion.For the existing local network problems,authors propose a new local area network of intelligent control architecture.And it was successfully applied to the structure of intelligent home control LAN,and the application to the structure of the utility model was patented.

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2010-07-08）