设为首页 | 加入收藏夹

八文网 - 汇聚八方文档 - 做最优秀的免费文档下载网站

以X-10实现家庭自动化网路

文档类型：

Adobe Acrobat PDF 文档文档大小：486.78KB

以X-10实现家庭自动化网路The Implementation of Home Automation Network using X-10林庆鸿曾佩宸黄文祥国立高雄应用科技大学电机工程系摘要随著计算机及网路科技的突飞猛进、家庭自动化的时代已悄悄来临,数位化的生活不再是遥不可及的梦想.家庭自动化网路的多项相关技术在国内外早已如火如荼般地展开竞争、本文即针对这课题探究一个在Linux平台下以高市场占有率X-10技术所实作开发的家庭自动化网路系统,其具有远端监控(Remote Control)及家庭自动化的功能.
关键词:X-10,家庭自动化,远端监控.
1. 前言由於网路技术的突飞猛进、如数个Tbps的超高频宽的DWDM骨干网路,Giga乙太网路,IEEE
802.11及BlueTooth的区域网路,及日益提高频宽的接取网路,已让家庭的网路通讯达到可以被接受的等级.尤其在日本与韩国相继提出西元2005年将提供该国IPv6的环境以彻底解决网际网路IP位址不足的问题,届时将更使家庭网路的应用大幅的跃进.其次,随著电脑在嵌入式科技的发展,各式各样的家电产品充斥著市场、尤其越来越多的智慧
家电如:具有播放音乐及MP3,上网,观看电视,影像电话、监控,记事本,写信等多种功能的网路冰箱[1,甚至网路洗衣机.在电影中才会看到
的情节:於下班前以电话预约家里的冷气在到家前10分钟先打开、进入家中除了有舒适的温度并会自动发声说「主人您下班了,请看个HBO休息一下吧!」客厅灯光自动打开、电视也开启并转至HBO频道[10.本文即针家庭自动化的数位化通讯课题,探究一个在Linux平台下所实作开发的家庭自动化网路系统.其实国外早在70年代便开始已经有这类的相关技术,发展至今最主要的产品有X-10,CEBus,Lon Works,ApBus各有其优缺点、基於X-10不须重新布线,装置成低,且技术支援与取得均较为容易的原因,本系统我们采用了X-10,系统包含了各个子系统间的整合,使用者介面的简化,伺服器与资料库程式的编撰,以达到其家庭自动化与远端监控的功能.
2. 相关背景本节将探讨X-10,CEBus,Lon Works,ApBus等各项Home Automation相关背景技术.X是Pico Electronics Ltd. 在1976年以不须重新架设新线路的前提下,利用既有的电力线网路来控制家中的电子电器产品所研发的计画,也是全球第一个将家庭自动化产品商业化成功的技术.X-10是利用60Hz(或50Hz)电力为载波,120kHz的脉冲为调变波(Modulating Wave),藉调变技术来传送讯息所发展出数位控制的技术,并制订出一套控制规格.在X-10网路中、有用於控制器的Transmitter模组,接受指令用的Receiver模组及双向传输的Two-way模组(除发出指令外还可回覆确认信号,可提高系统的可靠性),控制器依据定义好的指令发出讯息到电力线网路上,指令主
要分为三部分:第一部分为起始码、再来则是House Code,最後是Key Code.House Code有A到P(在指令中以0 F代表)等16组编码、Key Code有1到16(在指令中以0 F代表)等16组编码、因此总共可以使用的被控制电器节点共有256个;X-10是家庭自动化的众多技术中历史最悠久的产物,其产品已逾5000多种、不论是基本的灯光控制,保全系统,家庭剧院,温度或动作感测与电脑相关介面与控制.等的产品皆已完备;在美国是市场占有率最高的,目前约有超过400万个家庭在使用它、然而其反应速度略慢(在60Hz供电系统中、传送一个指令需时0.883秒),抗杂讯能力也较差(因为信号在电力线中传送、所以杂讯难免避免).CEBus [3[9]诞生的原因是美国电子工业同业公会(Electronics Industry 认为X-10控制规格并不能满足现代生活的需要、因此为了解决X-10技术上的缺点、於1992年正式推出CEBus(Consumer Electronic Bus),相较於X-10之下,CEBus除了可以在电力线网路上传输外,还可以在同轴电缆,双绞线或以无线电波与红外线的媒介传送信号,而且传输速率到达7500bps,可用节点高达40亿个,不同於X-10的调变技术,CEBus是使用展频技术(Spectrum Spread)来处理信号调变,虽然解决了X-10 在速度和抗杂讯能力这两个最让使用者诟病的缺点、但其布设成本对於其广泛运用在所有家庭还是稍嫌昂贵,所以市场占有率并未比X-10 高.Lon Works[4[9]是由Echelon Corp. 公司所制定之自动化控制规格,有一整个包含软,硬体的完整工具,用来设计,安装、侦错,和维修的一套开放性,分散性控制网路系统,Lon Works的装置具有互操作性与X-10或CEBus的单一方向的控制性大不相同、大大提高了灵活度,编码方式为类曼彻斯的每一个装置都具有Neuron神经晶片,电源,感测器,控制设备和收发器,晶片内含的三个处理器(CPU),分别处理媒介(Media),网路及应用程式,同时内建RAM,ROM 及EE PROM,因此除了家庭自动化用,Lon Works还可用於更复杂的建筑自动化(Building Automation,BA)与工业自动化(Industrial 传输媒介包含了所有CEBus可以用的媒介还外加光纤,速率为78kbps,主干更高达125Mbps,单一个网域可提供超过32000个节点、因为每个装置都有CPU的关系,虽然功能与速度强大,但是其造价之昂贵非一般家庭都可以架设的起,所以在家庭自动化的市场占有率颇低,但是Lon Works在BA与IA的舞台可是大放光彩呢!ApBus为中国在2000年所开始研发的技术,当时的外来技术主要为上列三项、ApBus采用了各项技术的优点、将其汇整并加入自己的构思、发展了成为更为适合中国市场的技术;和Lon Works一样,ApBus亦是一种分布式的自动化控制网络技术,ApBus产品具有双向通信能力、以及互操作性和互换性,采用双绞线汇流排结构,通过同一汇流排实现节点间的无极性(Polarity Insensitive),无拓扑逻辑限制的互连(Free Topology Wiring),信号传输速率和系统容量则与CEBus一样,分别为10Kbps和4Gbps,ApBus在传送信号时较为特别、并没有一套规格来指定说怎样的指令对应怎样的信号,而是以触发事件的机制来达成,也就是一种封包对应一种事件,发射端可以有数种不同的封包内容、接受端也可以有不同的事件对应不同的封包、达到了发射端,接受端皆可程式化(Programming),除了灵活度提高外,在效率也有很大的改进、在ApBus中可以设计成只要发出一个指令,就可以将想要控制的数个家电同时动作.ApBus还有一个特点就是无碰撞的载波侦测多重存取(Carrier Sense MultipleAccess with Collision-Free; CSMACF)使各节点可以实现无碰撞的多节点随机信号传输.
3. 系统架构图一为家庭自动化网路系统的示意图.在本实作系统架构中将仅以桌上台灯与小夜灯如图二
所示来代表其它的家电,所使用到的配备有:
(a) X-10 Serial Port Interface Kit (Lynx coprocessor)将软体所下的指令转为X-10的信号送给TW-523,且将TW-523所回传的X-10信号转为ASCII码.图一、家庭自动化网路的示意图图二、系统架构图(b) X-10 TWTwo-way power line interface(双向电力线控制介面),在众多的控制模组
中、为了打造友善的使用者介面,模组最好可以与电脑沟通,并且可以得知电器状态、TW-523达到了这两个要求(双向,可与电脑连接),所以选用TW-523模组.
(c) LM14A X-10 Two-way lamp module [2] (双向灯泡应用模组).
(双向一般家电应用模组)PC除了对家电沟通外,对外还要担任网页伺服器与资料库,以便达到远端监控的功能.
(e) 家电1是小夜灯与LM14A模组搭配.
(f) 家电2是110V的桌上型台灯与AM14A模组搭配.图三、实际架设情形
4. 系统运作原理个人电脑PC经由RS-232埠与X-10 Serial PortInterface Kit以ASCII码的指令沟通,也就是说把指令以ASCII的型态传给RS-232,而X-10 SerialPort Interface Kit会把我们的信号转成TW-523可以理解的电力线信号,也就是X-10的信号,如此一来才可以正确的和TW-523沟通以达到控制家电或得知家电状态的功能.本系统利用对非同步串列控制器的驱动程式的撰写,可将传回的X-10信号直接馈给系统资料库做定时定量的记录,及依据使用者的设定做即时性的反应服务.图四、X-10 Serial Port Interface Kit灯号abcdX-10 Serial Port Interface Kit与TW-523之间是用一般的四蕊电话线(RJ-11)作为媒介沟通,传送给TW-523的X-10信号与在电力线上传送的X-10信号有点不一样,在RJ-11的第一只接脚侦测到电源信号零点发生时,如果传送的位元为「1」时,则将第四只接脚接收指令封包输入端原本的高电位、改送1mV 低电位的讯号,如果传送的位元为「0」时,则不改变电位、且每一组完整的编码不需要重复两次,不过由於我们使用X-10 Serial PortInterface Kit,因此简化了此项工作,在图四中可以看到藉由X-10 Serial Port Interface Kit的灯号得知其即时的状态;TW-523在收到信号後会将信号转为在电力线传送的格式传送出去,如果指令为使A1这个电器ON,在电力线的END NODE中、不论是LM14A或是AM14A,只要有电器设定为A1,此电器就会成为ON的状态、并回传确认信号给TW-523,TW-523再将传回X-10 Serial PortInterface Kit,我们再从RS-232读取ASCII,由此可以得知指令是否执行成功.图三中所实作完成的系统可以对RS-232[8]进行正确的读写(以ASCII的型态)、以即本地端单机对电器的控制,远端以PHP网页来控制电器(由於以网际网路经NIC介面再透过Apache伺服程式上的PHP对MySQL资料库做存取的部份已很普遍、本文不在此重述),可以对单一的电器进行开关或是对同一House Code的电器,甚至是所有的电器做同时地开关控制,其控制部分的程式流程简述如图三、其中使用到一些函数是利用System call呼叫Linux系统本身就具有的函式库,在读写RS-232时使用到read,write,初始化RS-232时则是用到型别为termios的一个结构,假设利用struct termios setting;宣告了一个名叫setting型别为termios的结构,当tcgetattr(档案读写指标, setting结构位址)回传值正常时,我们利用设定termios中的数个旗标来达到设定输入模式,输出模式,控制模式,传输鲍率;当初使化RS-232完成後便可以利用write来把指令以ASCII的方式写入RS-232,值得注意的是要关闭A1这个电器,在X-10的规范中必须使用F000指令,其中F表示OFF,第一个0表示单独关闭一个电器,第二个0表示A,第三个0表示1,全部合在一起就代表要单独关闭A1这个电器;RS-232必须以ASCII码写入,即表示F000须以写入.由於本架构中全使用双向模组,因此可以藉由回覆讯息来确认指令是否执行成功;当read所回传回来的ASCII码是42(即字元)就表示指令执行无误;又由於要利用PHP网页来执行所写的程式且要保有系统的灵活度,所以指令
在执行时须以下面的型态表示:
指令在开发程式时即以系统灵活度为前提,使用者可利用PHP网页的内建指令来控制或其它可执行的指令;PHP也可以直接执行Linux指令(在撰写PHP时指令部分以单引号括起来).图五、程式流程图
4.结论与未来的工作本文叙述在Linux平台上所制作的一个具有家庭自动化与远端监控系统的实作,其以不须重布设新线路下的X-10技术做为传输的基础、且整个系统架设费用非常低.由於采用Linux的缘故系统开发的自由度相当高,使用者可以采用本系统现有的模组,或是做些微调修改成更符合自己家电情况的系统,也可将其他的多媒体网路技术如HAVi等整合进来,对现在逐渐流行的Home Network提供一个实用的平台.本实验室将把本系统整合到具有网路服务品质的居家闸道器(Residential Gateway)
[11]的研究中、同时继续加入IEEE1394网路,无线网路等传输系统使家庭网路更加多元化,让家庭数位化,网路化,自动化而带给人们更多的便利.参考文献[1]自由时报-资讯时代版新闻2003年2月7日[3] CEBus Industry Council Inc,[4] LonMark Association,[7] 智能建筑及网路通信行业网站千家网,[8] Gary Frerking,Peter Baumann, Serial2001年8月26日[9] 李晨含、结合无线通讯网际网路於家庭自动化的应用,国立成功大学电机工程系硕士论文[10] 官振萱, 决战客厅、天下杂志,[11] 萧君晖, 宽频家用闸道器市场潜力大, udnnews, 2002年12月5日

pdf文档的标签：家庭网路实现自动化 10

更多推荐标签：建国方案糖果调查研究中药论文丹参项目实例食品加工美容院招聘表学习记录测试项目名称工业工程案例住宅经济学定价的策略陷波器台北广告人才营销策划大纲工作抽查激发个人潜能四川环保项目王玉静纪要格式经济系论文律师营销我国零售业北大测试依法行政总结广州录钢铁炼成过程调查问卷内容飞行技术张水平