翟冠杰
(深圳市賽元微電子有限公司,廣東深圳,518000)
考慮到當(dāng)前的家庭聯(lián)網(wǎng)技術(shù)尚未形成統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn),如果根據(jù)現(xiàn)有的點對點通信模式進行系統(tǒng)開發(fā),必須處理跨平臺之間的通信問題,使系統(tǒng)設(shè)計變得復(fù)雜。為了解決這一問題,當(dāng)前有學(xué)者提出了使用中間件的方式來實現(xiàn)頂層應(yīng)用和底層硬件之間的兼容性,從而達到跨平臺底層融合的目的,但這種中間件必須依賴于某一類技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),只有各廠家系統(tǒng)均遵守該標(biāo)準(zhǔn),才能完成跨設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸。顯然,這是治標(biāo)不治本的臨時解決方案。
為了更根本地解決問題,本文提出了一種其于多協(xié)議適配的軟總線解決方案,在上層應(yīng)用和底層硬件之間增加了一層通用接口與協(xié)議適配層,通信時根據(jù)不同的底層硬件接口標(biāo)準(zhǔn)與上層應(yīng)用進行適配。在本方案中,上層應(yīng)用接口已被完全抽象出來,把底層硬件接口與上層應(yīng)用相分離,使接口之間的適配更加簡便。為了實現(xiàn)移動互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用接入,本文對Net接口進行了再定義。具體實現(xiàn)過程如下。
(1)上層應(yīng)用接口。應(yīng)用程序通過上層應(yīng)用接口進行原子數(shù)據(jù)交換,但僅限于原語操作,從而實現(xiàn)接口功能的剝離,相應(yīng)的接口交給應(yīng)用程序來完成,控制單元只需要對指令進行傳遞,而不用對其進行解析,減少硬件復(fù)雜程度和數(shù)據(jù)處理壓力。
(2)底層硬件接口。硬件接口位于整個總線體系的底層,所有硬件接口都可以在底層實現(xiàn)無縫對接,通過各自的驅(qū)動程序與適配層進行對接,并通過原子操作實現(xiàn)硬件的輸入輸出。所有其它接口均以虛擬硬件接口的形式被抽象出來。
(3)創(chuàng)建Net接口。Net接口是實現(xiàn)智能家居系統(tǒng)應(yīng)用移動互聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié),為實現(xiàn)遠(yuǎn)程控制提供了可能,改變了傳統(tǒng)的以短信提醒為主流的遠(yuǎn)程監(jiān)控體系。通過軟件總線的應(yīng)用,可以虛擬出一個滿足移動互聯(lián)網(wǎng)通信的標(biāo)準(zhǔn)接口,并在此完成TCP/IP協(xié)議的封裝,通過Socket套接字完成與遠(yuǎn)端的通信。
圖1 多協(xié)議多平臺智能家居系統(tǒng)架構(gòu)
多平臺智能家居系統(tǒng)架構(gòu)是充分利用了家庭聯(lián)網(wǎng)軟總線技術(shù)對核心控制單元的支持功能,以及短距離低速率無線通信技術(shù)對多標(biāo)準(zhǔn)平臺的集成支持,其系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。
該架構(gòu)在核心在于軟總線上的應(yīng)用接口設(shè)計,它為應(yīng)用層提供更加豐富多彩的自定義接口功能,以滿足各類移動設(shè)備和家庭計算機對家居設(shè)備的統(tǒng)一控制需求。而軟件總線的硬件層則通過多協(xié)議的應(yīng)用使各類來自不同廠家、具有不同通信協(xié)議和通信要求的家居設(shè)備可以統(tǒng)一接入,通過家庭現(xiàn)場總線技術(shù)和短距離無線通信與控制中心相連,從而實現(xiàn)了多平臺的異構(gòu)聯(lián)網(wǎng)。其中面向移動互聯(lián)網(wǎng)通信的Net接口使得智能家居系統(tǒng)能夠直接與家庭寬帶網(wǎng)絡(luò)進行通信,無需由網(wǎng)關(guān)設(shè)備的中轉(zhuǎn)來完成,達到了智能家居通過移動互聯(lián)網(wǎng)直接與智能家居設(shè)備互連的目的。這種架構(gòu)對于智能家居的分布式智能遠(yuǎn)程控制有著很大的優(yōu)勢,能夠大大提高用戶接口的利用率和數(shù)據(jù)傳輸效率,減少實施成本,提高用戶體驗,對于所有的智能家居系統(tǒng)都具有較好的適用性。
本文設(shè)計的智能家居系統(tǒng)以家庭聯(lián)網(wǎng)軟總線技術(shù)為基礎(chǔ)通信平臺,以移動互聯(lián)網(wǎng)為核心通信體系,構(gòu)建了一套簡潔而高效的智能家居體系結(jié)構(gòu),使遠(yuǎn)程控制、多媒體應(yīng)用、智能識別等智能服務(wù)的質(zhì)量得到提升。系統(tǒng)組網(wǎng)方案如圖2所示。
圖2 基于移動互聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)架構(gòu)
本系統(tǒng)以基于賽元ARM內(nèi)核MCU的嵌入式系統(tǒng)為主控核心,負(fù)責(zé)統(tǒng)一協(xié)調(diào)其它各模塊的工作。配套模塊包括通信單元、感知單元、顯示單元、執(zhí)行單元、數(shù)據(jù)存儲單元等。主控核心模塊與智能設(shè)備之間的通信支持多種通信方式,本文采用了通用現(xiàn)場總線技術(shù),并且對工業(yè)以太網(wǎng)和無線射頻等短距離無線通信技術(shù)具有天然的兼容特性,成為智能家居系統(tǒng)構(gòu)建的最佳選擇。當(dāng)智能家居設(shè)備與賽元ARM內(nèi)核MCU主控模塊的通信協(xié)議相同時,可以直接通過現(xiàn)場總線接口進行通信;如果兩者之間的通信協(xié)議不同,則需要通過多協(xié)議軟總線接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)通信介質(zhì)可以采用紅外、射頻、有線等方案。家庭控制網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換需要經(jīng)過家庭寬帶的中轉(zhuǎn),也可以通過移動互聯(lián)網(wǎng)直接與互聯(lián)網(wǎng)相連,其通信方法非常靈活。系統(tǒng)中可以安裝臺式計算機、移動終端等各種用戶終端設(shè)備,通過軟總線和移動互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。
主控單元作為整個系統(tǒng)的心臟,負(fù)責(zé)對所有子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)和控制,是智能家居系統(tǒng)的指揮模塊。主控單元采用了基于賽元ARM內(nèi)核MCU的嵌入式系統(tǒng),對多種通信接口都具有較好的兼容性,通過內(nèi)核移植和軟總線模塊完成整個系統(tǒng)運行,系統(tǒng)的人機交互采用了TFT液晶和觸摸屏。主控單元與終端設(shè)備之間通過Net接口進行數(shù)據(jù)透傳,基于移動互聯(lián)網(wǎng)和不硬件協(xié)議完成 各模塊之間以及模塊與主控單元之間的通信,遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)在檢測到異常情況后向主控單元發(fā)出信號,由主控單元通過GSM接口向移動終端攝像頭報警短信。
從控單元受到主控單元的統(tǒng)一指揮,由各種智能家居設(shè)備通過家庭網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)而成,例如家庭安防系統(tǒng)、智能家電設(shè)備、智能電表等等,它們通過x-10、ZigBee、紅外、無線射頻等不同的通信方式與主控單元進行數(shù)據(jù)交換,實現(xiàn)了溫濕度檢測、空調(diào)智能控制、人體熱釋電檢測、安防監(jiān)控、燈光控制、自動窗簾、火災(zāi)檢測與消防報警等眾多智能化服務(wù)。從控單元在主控單元的協(xié)調(diào)下成為整個智能家居系統(tǒng)的重要組成部分。