基于以太网智能家居控制器的研究及实现
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摘要
随着现代4C技术(计算机技术、控制技术、通信技术和图形显示技术)的迅速发展以及人们生活水平的不断提高，智能家居已成为智能建筑的一个重要分支。智能家居(Smart Home)是以住宅为平台，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理于一体的高效、舒适、安全、便利的居住环境。
本课题旨在设计一种成本低廉、面向普通家庭的、集本地控制和远程控制于一体的智能家居控制器，主要用于控制电视机、电冰箱、空调等家用电器的运行状态。智能家居控制器采用8位单片机W78E58B作为核心处理单元。本地端以红外通信技术为基础，发射端采用NB9148红外编码模块，接收端采用SJ1838进行接收解调。解调后的信号送至W78E58B，利用外部中断和定时器对信号进行识别，进而控制家居中各种设备执行相应的操作。远程控制的硬件平台由W78E58B和以太网控制器RTL8019AS等器件组成，软件主要以精简TCP／IP协议栈为核心，两者共同组建了嵌入式智能家居Web服务器。精简TCP／IP协议栈包括了以太网控制器驱动程序、ARP协议模块、IP协议模块、ICMP协议模块、TCP协议模块和HTTP协议模块。在HTTP协议的基础上，通过公共网关接口CGI实现浏览器与智能家居Web服务器的动态交互。用户可以使用任意的浏览器对家居中的设备和环境进行监测和控制。
最后，本文在以太网中对智能家居控制器进行了测试。结果表明，该系统操作灵活、性能稳定，具备良好的开发与应用前景。整个课题取得了预期的效果。
With the rapid development of 4C technology (include computer technology, control technology, communication technology, CRT technology) and the constant improvement of living standard, smart home has been one of the most important branches in intelligent building. Smart home combines with architecture, network communication, information appliance and automation device. Based on the house platform, it is integrated with system, structure, service and management. It provides a high-efficiency, comfortable, safety and convenient living environment.
This paper aims to design a cheap smart home controller for common family, including local control and remote control. It is used for controlling the operation status of house appliances, such as television, refrigerator, air condition, etc. The core-processing unit of smart home controller is an 8bit W78E58B microcontroller. Based on infrared communication technology, the infrared coding module NB9148 is used in the transmitter of local controller. The receiving terminal SJ1838 is used to decode the infrared time series. External interrupt and timer in W78E58B recognize the decoded signals. Then different appliances can be controlled in the house The hardware of remote controller is composed of W78E58B, Ethernet controller RTL8019AS and some other chips. The software is made up of simplified TCP/IP stack. These two parts are composed the embedded Web server in smart home. The simplified TCP/IP stack includes device driver program of RTL8019AS, the program modules of ARP protocol, IP protocol, ICMP protocol, TCP protocol and HTTP protocol. The embedded Web server of smart home can interact with CGI (Common Gateway Interface) dynamically based on HTTP protocol. So people can monitor and control the house appliances by browsers everywhere.
At last, the smart home controller is tested in Ethernet. The testing result shows this
本课题旨在设计一种成本低廉、面向普通家庭的、集本地控制和远程控制于一体的智能家居控制器，主要用于控制电视机、电冰箱、空调等家用电器的运行状态。智能家居控制器采用8位单片机W78E58B作为核心处理单元。本地端以红外通信技术为基础，发射端采用NB9148红外编码模块，接收端采用SJ1838进行接收解调。解调后的信号送至W78E58B，利用外部中断和定时器对信号进行识别，进而控制家居中各种设备执行相应的操作。远程控制的硬件平台由W78E58B和以太网控制器RTL8019AS等器件组成，软件主要以精简TCP／IP协议栈为核心，两者共同组建了嵌入式智能家居Web服务器。精简TCP／IP协议栈包括了以太网控制器驱动程序、ARP协议模块、IP协议模块、ICMP协议模块、TCP协议模块和HTTP协议模块。在HTTP协议的基础上，通过公共网关接口CGI实现浏览器与智能家居Web服务器的动态交互。用户可以使用任意的浏览器对家居中的设备和环境进行监测和控制。
最后，本文在以太网中对智能家居控制器进行了测试。结果表明，该系统操作灵活、性能稳定，具备良好的开发与应用前景。整个课题取得了预期的效果。
With the rapid development of 4C technology (include computer technology, control technology, communication technology, CRT technology) and the constant improvement of living standard, smart home has been one of the most important branches in intelligent building. Smart home combines with architecture, network communication, information appliance and automation device. Based on the house platform, it is integrated with system, structure, service and management. It provides a high-efficiency, comfortable, safety and convenient living environment.
This paper aims to design a cheap smart home controller for common family, including local control and remote control. It is used for controlling the operation status of house appliances, such as television, refrigerator, air condition, etc. The core-processing unit of smart home controller is an 8bit W78E58B microcontroller. Based on infrared communication technology, the infrared coding module NB9148 is used in the transmitter of local controller. The receiving terminal SJ1838 is used to decode the infrared time series. External interrupt and timer in W78E58B recognize the decoded signals. Then different appliances can be controlled in the house The hardware of remote controller is composed of W78E58B, Ethernet controller RTL8019AS and some other chips. The software is made up of simplified TCP/IP stack. These two parts are composed the embedded Web server in smart home. The simplified TCP/IP stack includes device driver program of RTL8019AS, the program modules of ARP protocol, IP protocol, ICMP protocol, TCP protocol and HTTP protocol. The embedded Web server of smart home can interact with CGI (Common Gateway Interface) dynamically based on HTTP protocol. So people can monitor and control the house appliances by browsers everywhere.
At last, the smart home controller is tested in Ethernet. The testing result shows this
引文
[1] 王再英等．智能建筑：楼宇自动化系统原理与应用．北京：电子工业出版社，2005．1～2
[2] 马鸿雁等．我国智能化住宅小区发展综述．北京建筑工程学院学报，2003，19(1)：88～93
[3] Jiang Li, ect. Smart home research. Proceedings of 2004 International Conference on Machine Learning and Cybernetics, 2004, 2: 659～663
[4] 李福彬．浅析智能家居．IB智能建筑与城市信息，2004，(10)：39～43
[5] 中国智能家居联盟网．http://www.ehomecn.com
[6] 千家网—智能建筑行业网站．http://www.qianjia.com
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[8] 夏继媛．网络化智能家居监控系统的研究：[学位论文]．黑龙江：哈尔滨理工大学，2005
[9] 黄布毅等．家庭网络中央控制器体系结构的研究．微计算机信息．2005，(7-2)，114～116
[10] 孙修善．智能家居自动化技术研究．信息技术，2003，27(10)：54～57
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[13] 陈永甫．红外辐射红外器件与典型应用．北京：电子工业出版社，2004．1～10
[14] 陈永甫．红外探测与控制电路．北京：人民邮电出版社，2004．1～4
[15] 邱磊等．基于IrDA协议栈的红外通信综述．无线通信技术，2004，(4)：28～32
[16] Patrick J. Megowan. IrDA Infrared Communications: An Overview. Counterpoint Systems Foundry, Inc.
[17] 王力虎等．PC控制及接口程序设计实例．北京：科学出版社，2004．316～319
[18] TOSHIBA．TC9148P Datasheet．
[19] 陈勇旗．基于MCU的红外遥控智能家用照明系统的设计．工业控制计算机，2004，17(7)：44～45
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[21] 康华光等．电子技术基础．北京：高等教育出版社，2001．111～112
[22] 张卫强．使用P87LPC762单片机处理红外控制信号．广州周立功中片机发展有限公司．
[23] W78E58B Datasheet. Winbond Electronics Corp., 2004
[24] 尹勇等．μ Vision2单片机应用程序开发指南．北京：科学出版社，2005．47～50
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[30] Ethernet Technologies. Internetworking Technology Overview. 7-1～7-14
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