智能家居系统与蓝牙技术的应用展望.docx

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智能家居系统与蓝牙技术的应用展望

智能家居系统与蓝牙技术的应用展望

　　摘要　　文章介绍了住宅小区智能化的概念，探讨了住户智能化系统的结构和家用电器智能化的几个方面；介绍了蓝牙技术的特性，揭示了蓝牙技术是住户信息化的最好通讯方式。

蓝牙模块由于其功耗低、兼容性好、可靠性高和无连接线等优势而受到全世界的重视。

关键词住宅小区智能家居家用电器智能化蓝牙技术无线通讯

l智能住宅小区

住宅小区智能化是指依靠先进的设备和科学的管理模式，利用计算机及相关的高新技术，将传统的土木建筑与计算机技术、自动控制技术以及信息技术相结合，对一定地域范围内住宅的使用功能智能化达到节约能源、降低人工成本，提高住宅小区物业管理、安防及信息服务等方面的自动化程度，为小区住户提供安全、舒适、方便、快捷的家居环境，简称4C技术。

随着人们生活水平的提高，以及全面建设小康社会这一宏伟目标的逐步实现，传统的住宅小区和建筑往往因为不能提供必要的通讯设施和良好的办公自动化支持系统而不再受到青睐。

智能化住宅小区包括安全防范、管理与监控、信息网络三个子系统，如图l所示，每个住户都是这个子系统的节点。

2智能家居系统

家用电器智能化是家居智能化的前提。

一般来说，家用电器可以分为四类

（1）家庭影院网络；

（2）计算机子系统；

（3）电话子系统；

（4）生活用电器类，如电冰箱、洗衣机、微波炉、抄表器等。

在智能家居系统中，每个电器都是智能化的，都由嵌入式计算机进行管理，它们在住户家庭的局域网中都分配有一个唯一的IP地址，因此家庭服务器（HomeServer）就应运而生。

家庭服务器采用模块化设计，是一种家庭智能节点模块。

这种家庭服务器可以称为网络智能数据终端（IntelligentControlNetworkDataTerminal,简称NDT），也称为智能家居控制器。

其主要功能是

（1）通讯功能。

它与外部的宽带网络相连，代表了一个住户在小区网络上的节点；另外智能化的家电又要靠它联系起来，成为住户局域网络实现家居的网络化；

（2）管理功能。

对家用智能电器进行管理、传递信息。

例如电冰箱内的食物数量可以通过计算机打印出来；接收主人通过电子邮件、声音或操作面板发来的控制命令控制门禁系统的开／关、空调的起／停和调节、操作洗衣机的工作、调节家庭影院系统；接收抄表器传来的煤气、水、电表的状态并传送到小区的抄表系统，等等；

（3）信息显示功能。

接收小区智能系统的通知并显示；家用电器的状态显示；当发生故障时能自动显示故障电器及提示如何应对这种故障。

3已有的局域网络中的通讯技术

家庭网络是一种局域网络，它能够提供视听娱乐、沟通、设备的操作与控制和家庭安全防护等功能，有大量的信息流通。

家庭网络关键是将家庭内的智能电器连接起来。

主要分为有线和无线两种连接方式。

3．1有线通讯技术

这是目前已经实现的智能住户的家庭网络，住户内的各类信息，家电设备间的通讯、家庭内部和外界的通讯通过家庭控制总线（HomeBus）来实现，这种总线可以是RS-232、RS485总线，也可以是各种现场总线。

采用同轴电缆、双绞线把智能家用电器与家庭服务器连成星型结构。

这种方法数据传输可靠，通讯距离长，不受房形的制约。

但是由于有太多的信号线，为保证墙壁和房间的美观必须在住户人住前规划安装到位，而且在墙壁上安装有插线板后，相应的电器的位置就固定了，调整起来不方便。

每台电器都有电源线、信号线连接到墙壁上，则智能电器与墙壁之间也不美观。

3．2无线通讯方式

无线通讯方式有家庭射频网络、红外线、遵循IEEE802．1l的设备以及蓝牙技术。

红外（IR）连接标准（称为IrDA标准）已被很多公司采用，使用红外光在设备间传递信号，由于红外光不能穿透固体，因此两个设备必须靠近并且固定对整齐，而且之间没有物体隔开。

最低速率为115kbps，旧的红外标准速率为4Mbps，新的标准速率为16Mbps。

红外通讯具有速度快、廉价、安全、低功耗等优点，目前已经在扫描仪、空调器、电视机、便携式计算机等设备中采用。

由于它信号传输距离近，且有接收角度的限制，所以不适合在家庭网络中应用。

家庭射频（HomeRF）网络是特别设计用于家庭及小型商业网络的无线网络技术，使用2．4GHz频段。

连接距离为约13m以内，速度可达10Mbps，且价格便宜，容易安装。

每个网络最多可允许127个设备。

但它的功耗大，不适合便携式设备应用，而且工作不稳定。

IEEE802．1l的设备类似于没有线缆的以太网，速率达到11Mbps，可靠性高，是一种严格用于数据传输的标准，不处理语音信号和电话业务。

因此适合于在办公室使用，而不适合在家庭网络中应用。

　　4蓝牙技术

蓝牙的思想最早产生于1994年，随后包括因特尔、3COM、摩托罗拉、微软、朗讯、东芝等全球很多公司开展了蓝牙技术的研究，并于1999年7月发表了蓝牙规范1．0，目前已有蓝牙1．1A、1．1B、2．0版本。

蓝压技术是通过把一块小且功耗低的无线电收发芯片嵌入到传统的电子设备中而实现通讯功能。

蓝牙设备的结构如图2所示。

设备中完成主要工作的部分，例如打印机、绘图仪等称为主机，蓝牙硬件和软件称为蓝牙模块（BluetoothModule）。

蓝牙链路管理软件（BluetoothLinkManagerSoftware）和蓝牙模块主机控制器（HC：

HostController）处理主机和蓝牙模块之间的通讯。

不同厂家生产的蓝牙模块具有互操作性，蓝牙规范定义了可用于所有蓝牙模块以及采用蓝牙技术主机设备的标准接口和通讯协议。

在规范中，当蓝牙模块完全集成在主机设备中则不需要主机控制器接口（HCI：

HostControllerInterface）。

如果蓝牙模块是附件或者是作为插卡与主机相连，则需要主机控制器接口。

蓝牙采用TCP／IP协议与连接因特网的设备相连。

蓝牙通讯使用射频信号，目前流行的射频频段主要有

（1）535KHz,--1．7MHz；调幅广播；

（2）5．9-26．IMHz短频广播；

（3）88-108MHz；FM调频广播；

（4）824~849MHz蜂窝电话；

（5）902~928MHz新式900MHz无绳电话。

蓝牙无线电收发器使用的无线电频段在2．4--2．48GHz之间，其射频信号可以穿透大多数固体物体。

蓝牙通讯的干扰小，可靠性高。

蓝牙无线收发器采用扩展频谱跳频技术。

扩展频谱指的是用频率、时间或其它方法分割可用无线带宽的几种不同的技术。

跳频是扩展频谱常用的方法之一，在一次传输过程中，信号从一个频率跳到另一个频率，这样蓝牙传输不会长时间保持在一个频率上，也就不会受到该频率信号的干扰。

蓝牙具有自动同步、自动连网功能。

蓝牙技术支持各种设备之间的短距离无线通讯，包括数据和语音的通讯。

这种通讯不需要用户的直接干涉，一旦一个支持蓝牙的设备发觉另一个同样支持蓝牙的设备，它们就自动同步，并建立一种无线网络。

蓝牙采用时分gg-r（TDD：

TimeDivisionDuplex）方式实现全双工传输。

每个频率被分割成时隙，每时隙长625ms，分配相临时隙用于发送和接收。

蓝牙功耗少，它的通讯距离选定在10m范围内。

当传输范围为10m时，最大发送功率为lmw（当今移动电话的最大发送功率为3w），10m的范围是距离、尺寸、功耗的综合考虑的结果，而且设备相距越近功耗越小。

也有100m的蓝牙配件，但是它的发射功率很大，功耗也比较大。

所有没有连接的蓝牙设备一开始都处于待机状态，此时每1．28s监听一次其它设备的消息，当它主动参与微网通讯或收发数据时就处于激活模式，当它需要与网络保持连接但不参与当前的数据流时，则处于低功耗的休眠状态。

蓝牙产品具有全球通用性。

任何一个公司开发的蓝牙产品都具有兼容性能，不同的国家开发的蓝牙产品之间不需要任何调整就可以相互通讯，而且蓝牙产品在任何国家都可以使用。

蓝牙具有广阔的应用前景。

由于它的无线电收发器的小尺寸、低价格使得蓝牙技术可以在各种各样的电子设备中应用。

使用蓝牙模块的家用电器，包括家庭影院网络、计算机子系统、电话子系统、生活用电器，将具有极好的通讯兼容性能、可靠性高、功耗小，使得人们的生活极为方便。

5结束语

由于蓝牙会带来很多可预见的好处，世界上很多公司包括摩托罗拉、爱立信、3COM、微软都投入了大量的资金和人力进行蓝牙产品的开发，主要集中在蓝牙模块的开发上。

可以预计，当蓝牙模块成熟和大量推广以及价钱下降时，家用电器上采用蓝牙模块、实现家电的智能化和无线信息化就为期不远了。

参考文献

1建设部．《全国住宅小区智能化系统示范工程建设要点与技术导则》（试行），1999

2马鸿雁．李慧升．智能住宅小区北京机械工业出版社，

3【美】MichaelMiller着．李纯等译．蓝牙技术起跳北京电子工业出版社，

4庄亦琪．蓝牙梦想与实现北京机械工业出版社，20021