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一种智能家庭嵌入式系统的设计与实现 姓名：王学号：2000101310 专业：物理教育 摘要:针对电力线载波技术是实现家庭与个人信息化“最后10米”问题最有效手段之一,提出了一种基于电力线载波通信的家庭智能化解决方案;借助电力线的公共性,采用载波通信处理芯片,设计智能家庭嵌入式软件系统,实现对智能家庭管理的灵活性和便捷性。 关键词:电力线载波;智能家庭;嵌入式软件 随着信息技术的快速发展,个人或家庭对信息服务和管理的需求越来越大;特别是随着经济的快速增长,人们对居住环境的安全性、舒适性和效率性的要求越来越高,家庭住宅中对智能化的需求呈现多样性。智能家庭是指那些采用信息技术来控制电器设备,并能够与外界进行通信联系的住宅,提供给住户更好的家庭生活体验,而屏蔽复杂的实现技术和模糊的用户接口,系统可靠、安全且能保护用户的隐私。在智能家庭计算系统中,两个问题尤为突出:a)“最后10米或100米”问题,即智能家庭系统中系统与外界(包括人)的交互以及系统中各计算单元之间采用什么样的通信方式;b)系统的智能计算模式的设计和实现,通过软件系统的设计来实现智能家庭的个性化、人性化,实现人与住宅、人与家用电气设备之间的有效沟通与和谐。在智能家庭系统中,根据不同设备的特性、不同用户的需求,设计不同的计算模式和管理手段来提供面向家居需求的智能服务,使得家庭能够变得更舒适、安全和有效。在先进软件系统的支持下,智能家庭系统可以在没有或很少有人干预的情况下,对家内或家外可能发生的事情按预先设定的响应作出反应,从而具有人性化的智能家居环境。　　智能家庭随着微电子技术、通信技术和嵌入式软件技术的进步而不断改进,它涉及到对家庭网络内所有的智能器具、设备和系统的操作、管理,以及微电子技术的应用。家庭网络的通信媒体主要有以太网(双绞线)、电力线、无线射频、红外线和无线接入等,当前主要以双绞线、无线接入和电力线为主流。本系统使用电力线网络,不需要另外再敷设通信线路,这不仅给系统通信网络建设带来了极大的方便,同时也克服了无线通信的弊端,如成本高、电磁污染等。　　随着智能家庭的发展,家用电气的种类繁多,应用模式和准则也各不相同,智能家庭系统计算中要控制和管理的电器设备越来越多,电器设备的控制也越来越来多样性;还要求考虑各个体电器设备的独立性和整体的一致性,如电源群控模式和交替(耦合)控制时,需要计算设备之间的用电功率消耗以预防用电功率给各电气设备带来的损坏或影响系统的正常运行。这就要根据电气设备的性能和应用场景,设计设备控制模式。智能家庭中的控制规则和计算模式是通过嵌入式软件系统实现的。因此,给智能家庭软件系统的开发设计带来了许多挑战,即在计算资源和单位计算成本的约束下,系统功能越来越丰富、系统结构越来越复杂、开发成本越来越低。这就要在智能家庭系统的开发和实现过程中,设计灵活的软件体系结构,实现构件化软件功能模块,提高软件系统的柔性软件功能的复用水平。 1.智能家庭系统的体系构架　　基于电力线载波通信的智能家居系统是利用载波通信技术实现有源家居电器设备的智能化控制和网络化管理的简单、便捷和环保的现代化家居管理系统,它是一个三层体系结构系统,分为以下三层。　　a)接入层。其主要负责PC机、移动控制器和电话等用户接入终端接入设备的系统访问和交互支持。下层为现场总线层包括所有的家用电器控制、视频监视、安防控制、照明控制、通风控制等单元,两层之间通过电力线连接起来。　　b)控制层。其主要功能及服务由中心控制器完成,它是智能家庭系统的中心管理单元,负责接收终端用户的控制指令,并将其转换成为控制信号加载在电力线上。中心控制器还负责分检和接收从被控设备端传来的加载在电力线上的信息。　　c)执行层。其负责接收和分检中心控制器加载在电力线上的控制指令,并根据系统对设备的管理模式采集需要控制的家电设备信息,并将其加载在电力线上,发送给中心控制器。其中控制适配器实现执行层的功能,对智能家庭中的所有电器设备进行现场控制与管理。智能家庭通过控制适配器挂接到家庭中的220 V电力线上,形成一个以LonWorks现场总线为平台的控制和监测网络。采用现场总线结构组建监控网络可方便地去除和增加控制节点,并将电器设备的控制分散到了各个智能控制节点中,实现了真正意义上的集中管理和分散控制。　　 2.智能家庭系统硬件运行平台设计与实现　　智能家庭系统硬件运行平台由中心控制器和被控电器适配器硬件计算环境组成。　　中心控制器由电路电力线载波通信芯片和外围电路组成。外围电路是智能家庭控制器芯片正常运转的最小系统,它由输入信号滤波电路、输出信号放大驱动电路、电力线耦合电路构成。为了保证与电