漫射紅外技術(shù)的智能家居無線局域網(wǎng)設(shè)計(jì)

摘要：分析了紅外技術(shù)在短距離無線通信中的優(yōu)勢(shì)，并將其應(yīng)用在智能家居局域網(wǎng)中；結(jié)合安華高科技公司的HSDL-3020紅外收發(fā)模塊搭建了硬件電路，構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)的主從節(jié)點(diǎn)；介紹了網(wǎng)絡(luò)組建的過程，包括IrDA協(xié)議棧結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)編碼格式、鏈路連接、網(wǎng)絡(luò)管理機(jī)制等。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了對(duì)家居設(shè)備的統(tǒng)一管理，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：漫射紅外技術(shù)；智能家居；HSDL-3020；IrDA

引言
智能家居是融合了自動(dòng)化控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)于一體的網(wǎng)絡(luò)智能化的家居控制系統(tǒng)。智能家居將讓用戶用更方便的手段來管理家庭設(shè)備，比如通過觸摸屏、無線遙控器、電話、互聯(lián)網(wǎng)或者語音識(shí)別控制家用設(shè)備，更可以執(zhí)行場景操作，使多個(gè)設(shè)備形成聯(lián)動(dòng)。另一方面，智能家居內(nèi)的各種設(shè)備相互間可以通信，不需要用戶指揮也能根據(jù)不同的狀態(tài)互動(dòng)運(yùn)行，從而給用戶帶來最大程度的高效、便利、舒適與安全的使用環(huán)境。
紅外技術(shù)是目前使用最廣泛的一種通信和遙控手段，它利用紅外線作為載體，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在日常生活中，紅外技術(shù)的應(yīng)用隨處可見，如通過紅外遙控器對(duì)電視機(jī)、空調(diào)等家用電器進(jìn)行控制和在耳機(jī)上以紅外的方式進(jìn)行音頻傳輸?shù)?。在智能家居控制領(lǐng)域，紅外技術(shù)與射頻和藍(lán)牙技術(shù)相比有它自身的優(yōu)勢(shì)。一方面，從應(yīng)用的角度上看，射頻信號(hào)的頻譜已經(jīng)非常擁擠，而各個(gè)國家對(duì)射頻頻譜范圍管理較嚴(yán)格，可提供的無線電波的頻率范圍也非常緊缺，而電磁波譜中的光譜是不受通信管理委員會(huì)條例限制的。另一方面，與藍(lán)牙技術(shù)相比，紅外技術(shù)在傳輸距離上雖與之相似，但可節(jié)省大量成本。近幾十年來，隨著編碼調(diào)制技術(shù)的發(fā)展，紅外無線數(shù)據(jù)傳輸率也越來越高，可以說紅外傳輸技術(shù)已經(jīng)成熟。另外，它穩(wěn)定性高、私密性強(qiáng)，所以，非常適合用在短距離無線通信智能家居控制系統(tǒng)中。

1 智能家居網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
1．1 總體結(jié)構(gòu)
在室內(nèi)紅外網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)終端節(jié)點(diǎn)控制器配備用于光電信號(hào)相互轉(zhuǎn)化的紅外收發(fā)模塊，以發(fā)散的紅外光作為載體信號(hào)，使在同一室內(nèi)的各終端節(jié)點(diǎn)以自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，形成對(duì)目標(biāo)的監(jiān)測(cè)區(qū)域。每個(gè)房間分別裝有一個(gè)主節(jié)點(diǎn)控制器和若干個(gè)從節(jié)點(diǎn)控制器，這些控制器的尺寸很小，可以安裝在室內(nèi)任何區(qū)域，工作范圍又僅限在自己的屋內(nèi)，所以不受相鄰屋子系統(tǒng)操作的干擾。主節(jié)點(diǎn)控制器之間以電力線形式連接，實(shí)現(xiàn)家庭中各居室的相互通信。
主節(jié)點(diǎn)控制器同時(shí)又配有GPRS模塊，可以與外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。主節(jié)點(diǎn)控制器通過外部網(wǎng)絡(luò)，把數(shù)據(jù)從監(jiān)測(cè)區(qū)域發(fā)送到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫，然后利用各種應(yīng)用軟件對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，通過各種顯示方式提供給終端用戶。用戶和遠(yuǎn)程任務(wù)管理單元也可以通過外部網(wǎng)絡(luò)，與主節(jié)點(diǎn)控制器進(jìn)行交互，如向目的節(jié)點(diǎn)發(fā)布查詢請(qǐng)求和控制命令，并接收返回的信息。通過外部網(wǎng)絡(luò)控制主節(jié)點(diǎn)控制器發(fā)出紅外光，散射到天花板、墻壁或其他物體上，并在其表面產(chǎn)生漫反射，光信號(hào)載體就布滿了整個(gè)房間。這樣，從節(jié)點(diǎn)控制器接收輻射光的視覺角度寬，而且接收是適合各個(gè)方向的。因此，主從節(jié)點(diǎn)的發(fā)射模塊和接收模塊不需要有直接的照射光線，光的傳輸路徑不會(huì)輕易被打斷。同樣的傳輸方法也適用于上傳數(shù)據(jù)。紅外無線網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1．2 室內(nèi)結(jié)構(gòu)
在充滿漫射紅外光的住宅內(nèi)，紅外遙控器和主節(jié)點(diǎn)控制器都具有專用的身份識(shí)別碼、電器選擇碼。紅外遙控器還具有功能鍵代碼，當(dāng)按下相應(yīng)鍵時(shí)，便發(fā)射出紅外光，光線中攜帶有自身的編碼信息、操作對(duì)象及操作指令。每個(gè)家用設(shè)備都安裝一個(gè)從節(jié)點(diǎn)控制器，這些從節(jié)點(diǎn)控制器在出廠時(shí)不帶有自身的編碼地址信息，需用戶輸入指定的身份地址編碼，從節(jié)點(diǎn)控制器通過自學(xué)習(xí)過程，存儲(chǔ)該編碼。使用過程中，從節(jié)點(diǎn)控制器接收到紅外光信息后，對(duì)信息進(jìn)行身份識(shí)別，就可對(duì)與它連接的設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的操作，并在完成之后發(fā)出反饋信號(hào)。室內(nèi)的不同控制器分別實(shí)現(xiàn)了其自身功能，室內(nèi)智能家居結(jié)構(gòu)如圖2所示。

室內(nèi)智能家居向用戶提供家電統(tǒng)一管理、照明控制、供電控制、室內(nèi)無線遙控、防盜報(bào)警、家居安全保障、溫度光照檢測(cè)與調(diào)節(jié)及GPRS遠(yuǎn)程監(jiān)控等功能，并結(jié)合其他系統(tǒng)為住戶提供一個(gè)溫馨舒適、安全節(jié)能、先進(jìn)易用的家居環(huán)境，讓住戶充分享受到現(xiàn)代科技給居家生活帶來的安全、舒適、便利與精彩。