CN1357996A - 家庭信息化智能终端 - Google Patents

Abstract

本发明为家庭信息化智能终端,属于信息化智能小区领域,更具体地说,属于小区中家庭信息化智能终端设备。本发明的主要技术特征在于基于“Everything Over IP”的思想,将各种信号打成IP包,通过以太网进行传输,同时解决了IP网络上的安全性、实时性、可靠性。本发明用途在于提供一种基于以太网的家庭信息化智能终端设备,将高速数据传输、IP电话、安防报警、可视/非可视对讲、四表(电表、水表、煤气表、纯净水表)远程抄写、远程家电控制、电子公告等功能一体化。

Description

家庭信息化智能终端

本发明属于信息化智能小区领域，更具体地说，属于小区中家庭信息化智能终端设备。

社会经济水平的不断提高促进了家庭生活自动化，居住环境舒适化、安全化。社会的信息化也唤起了人们对住宅智能化的要求。信息化智能小区就是由此应运而生的，信息化智能小区将各种与信息相关的住宅设备通过家庭内网络系统连接起来，并保持这些设备与住宅的协调，从而构成舒适的信息化居住空间，以适应人们在信息社会中快节奏和开放性的生活。

选择何种组网方式和通信接入方案，是目前各个信息化智能小区重要的差别所在。常用的方案有以下几种：

1、基于电信的传统电话网，住户通过ISDN数字电话或ADSL用户端设备接入。利用公众电话网这一方式能充分使用电信部门现有资源，建设周期短，远行维护工作量较少。每户可动态独享一定带宽，完全满足近期的高速数据通信与多媒体信息服务需求，缺点是对未来的宽带多媒体信息传输尚有局限，价格昂贵且不能将家庭内部的控制信息融入到系统中。

2、基于有线电视光纤同轴混合网(HFC：Hybrid Fiber Coaxial network)传输平台的智能控制器。该智能控制器采用频率分割、数字压缩，调制解调等技术，在有线电视光纤同轴混合网上，除传送常规的广播电视信号外，还可以进行高速的数据和低速的控制信号传输。这一方式在传输视频信号时因其带宽可达750M，效果较好，同轴电缆的屏蔽性能增强了系统的抗干扰能力，由于有线电视已经进入千家万户、因而布线简单。目前深圳市有线电视台在梅林一村利用该平台使用美国Moore公司智能控制器实现防盗报警、求肋报警、煤气泄露报警、火灾烟感报警、电磁门控、水电气三表自动抄表收费等功能，并结合Cable Modem将数据通信融合起来。该方案的缺点是如果要完全实现交互式信息交换，必须从用户终端到楼层、大楼、地区直到地方有线电视台全部实现双向750M电视系统，目前无论从用户设备还是全网的设备改造费都是非常昂贵的，虽有试验系统但近期尚难大面积推广，同时由于HFC网络自身的“漏斗效应”(由于有线电视HFC网络是树型结构，所以信号从用户端(大量的节点)到前端(少量节点，甚至一个节点)是一个汇聚过程，就象一个漏斗一样)，稳定性不是很好；HFC网为共享式网络，一旦使用用户增加必将减少每户的速率。

从以上的介绍不难看出，传统的方案均难以适应我国信息化智能小区建设，目前在小区内建设高速以太网实现信息化智能小区建设是最经济实用的网络方案。在整个小区内部铺设一张以太网，可根据需要灵活选择不同的速率接入，只要在接口端的设备足够支持就可以了，这一点在我们的家庭信息化智能终端发明中已充分给予了考虑。

本发明的目的在于，提供一种基于以太网的家庭信息化智能终端设备，将高速数据传输、IP电话、安防报警、可视/非可视对讲、四表(电表、水表、煤气表、纯净水表)远程抄写、远程家电控制、电子公告等功能一体化，并基于”Everything Over IP”的思想，将各种信号打成IP包，通过以太网进行传输，同时实现IP网络上的安全性、实时性、可靠性。

为了达到本发明的目的，本发明家庭信息化智能终端采用的技术方案包括：

1、IP处理模块。完成处理器统一协调管理的功能，即用于数据与IP包之间的封装/拆包处理，通过底层汇编实现TCP/IP协议栈，并协助其它各模块功能的完成；我们采用的单片机为RISC结构，可以获得比其它8位单片机优越得多的性能，它支持虚拟外设技术，为最大程度地减少系统硬件构成奠定了坚实基础，可以使得系统性能更加稳定、可靠。

2、以太网控制器模块。其完成以太网中物理层和数据链路层的数据包封装/拆包处理。

3、Switch模块。其主要完成以太网交换机的功能，该模块一方面用于接入入室的10M/100M以太网口，同时将该端口扩展成4个10M/100M以太网口，其中3个用于连接到户主家中的相应房间(客厅、主卧室、书房)；另1个用于连接以太网控制器模块，将以太网控制器上的IP信号交换/集线到统一的端口上。

4、控制模块。其提供8个红外报警(或玻璃破碎报警)接口用于连接各个防区的红外探头(或玻璃破碎报警器)，同时提供4个特殊探测器接口(门磁开关、烟感报警、煤气泄漏报警、紧急按钮)和4个脉冲表输入接口(实现家庭脉冲电表、水表、煤气表、纯净水表的远程读写)，并提供4个控制输出接口，用于控制家电、灯光或对水电煤收费进行控制。其将各种控制信号(如脉冲电表、水表、煤气表、纯净水表的脉冲信号，及门磁开关、烟感报警，煤气泄漏报警、紧急按钮、红外报警、玻璃破碎报警的开关量信号)转换为标准电信号，通过IP处理模块和以太网控制器将相应的信号封装为以太网数据包格式。

5、无线模块。该模块为可选模块，用于连接无线报警探头，可以采用45MHz～48MHz，此为国家无委会分配给信息产业部专用于室内无绳电话的合法使用频段，发射功率和接收灵敏度均严格遵守信息产业部行业标准、国家无委会标准和其它有关国家标准。初步定为10个信道自动扫描，同时还有内部编码，因此不会对室内的其它电子设备以及周围的其它无线系统产生干扰，而且它还有一定的抗干扰能力。

6、电源监视看门狗与E²PROM模块。用于防止IP处理模块中的程序走飞，E²PROM用于存储需保存的数据，当电源不正常时，可将IP处理模块和辅助处理模块中的数据存入E²PROM中；同时家庭信息化智能终端系统通常需要监测电源电压情况，以便在系统掉电时能及时复位，避免因电源干扰波动时影响系统的正常工作；在IP处理模块应用中需要预先设置一些参数，比如时钟初值、控制算法参数、需要用户设置的用户密码等，一旦设置完成后这些参数需要通过该模块实现掉电保护。

7、可视对讲模块。完成可视对讲功能中的可视功能，采用标准的扁平显像管，其中的控制信号(如来访客人按动访客键信号)通过以太网进行传输，图像视频信号通过同轴电缆线或阻抗匹配的导线传输。

8、话音模块。其用于对讲系统中的话音传输和处理，同时具有IP电话的功能。其将模拟的话音信号转变为数字信号，编码后发送给IP处理模块封装成IP包通过以太网进行传输；同时接收含有话音信息的数字信号，并将其还原为模拟的话音信号。

9、辅助处理模块。其主要完成按键显示模块和语音模块的处理功能。减轻IP处理模块的处理负担。

10、按键显示处理模块。键盘上有十个数字键和多个功能键(火警、匪警和医疗救护紧急按钮键，电表、水表、煤气表、纯净水表读数按钮键)，通过数字键可以进行布防/撤防、报警确认、设置密码、读电表、水表、煤气表和纯净水表等功能，液晶显示器主要用于显示水、电、煤气、纯净水以及报警、密码设置、公告信息等各种数据信息。通常情况显示当前时钟。当有报警出现时，液晶显示器左边会显示相应的报警图标。用户按下最右边的读表键时，液晶显示器左边显示相应的读表类型图标，右边显示表的读数。

11、语音模块。用于完成一些语音提示功能，例如布防、撤防、抄表报数语音提示等。

12、扬声器/听筒。用于实现对讲系统或电话的模拟信号转变为话音输出。

13、话筒。用于实现对讲系统或电话的话音输入，并转变为相应的模拟信号。

14、IP通讯接口。用于连接户外引入的以太网数据线。

15、信息点端口。用于连接户内各个房间的信息口。

16、电/水/煤气/纯净水表端口。家庭信息化智能终端共有4个读表模块，分别表示电、水、煤气和纯净水四个模块读取对象(电子脉冲式计量表)，每个模块有3根连线接口(+5V电源线输出、信号线输入和GND地线)。从家庭信息化智能终端的角度看，所有的计量表可以分为主动式和被动式两种。主动式表的接法为，+5V为家庭信息化智能终端的电源输出(表的电源输入)，信号线接表的信号输出，GND接表的地线；被动式表的接法为，表的其中一根线接信号线，另外一根GND。

17、报警端口。家庭信息化智能终端的报警端口包括门磁防区、煤气泄漏防区、烟雾探测防区、紧急按钮防区以及8个红外报警或玻璃破碎报警防区。门磁防区，常闭，具有延时报警功能，GATE接门磁开关信号线，GND接门磁开关地线；煤气泄漏防区，常闭，GAS接煤气泄漏报警器的信号线，GND接煤气泄漏报警器的地线；烟雾探测防区，常闭，SMOKE接烟雾报警器的信号线，GND接烟雾报警器的地线；紧急按钮防区，常开，BUTTON接紧急按钮的信号线，GND接紧急按钮的地线；红外报警或玻璃破碎报警8个防区，常闭，防区可以定制成具有延时报警功能。+12V和GND提供直流12V的电源给外围报警器。

18、输出控制端口。家庭信息化智能终端共有4个输出控制端口，可在管理中心对该四个控制端口实施人为关断和开启，这些控制端口可以管理水电气表，也可以是任意一种家用电器、灯光，这样家庭信息化智能终端可以为物业管理提供一定的控制手段，发生欠费或其它违章事件时，可关断煤气、水、电或任意具有开关量控制端口的设施，物业管理公司可以利用该功能实现与IC卡功能完全相当的予付费模式。同时控制端口也可以连接任意一个家电控制端口，控制家电的开关。该控制端口为开关量输出的光电隔离控制端口。

19、远端供电模块。家庭信息化智能终端通过远端供电模块实现远端48V直流供电，通过DC/DC变换为5V直流和12V直流，提供电压给其它模块及探头。有了远端供电模块使得家庭信息化智能终端不需要本地供电、也不需要蓄电池备用电，一方面可以减少日后的维护，降低物业维护成本，另一方面可以缩小产品本身的体积，适于家庭使用。

20、配线模块。家庭信息化智能终端配线模块主要解决内部模块与外部接入和接出的连线问题。其一方面连接各种户外引入的线到内部单板上，包括：入户的以太网的数据线(五类线的4芯)、入户电话双绞线(可用单独的三类线，也可用五类线的2芯)、远端供电线(可用五类线的2芯)、可视对讲视频线(可用同轴电缆线，也可用阻抗匹配的双绞线)、入户有线电视视频线。另一方面将内部单板和户外引入的线连接到户内各探头、表、家电、信息口等，包括：户内的信息点数据线、户内电话双绞线、户内有线电视视频线、电/水/煤气/纯净水表线、安防报警线、输出控制线等。

下面结合附图和实例对本发明进行描述。

图1：本发明家庭信息化智能终端结构示意图；

本发明提供的基于以太网平台的家庭信息化智能终端，完全实现了小区住宅的信息化和智能化。图1给出了家庭信息化智能终端结构示意图。

所述的住宅小区家庭信息化智能终端可以实现水、电、煤气、纯净水表抄表功能，首先将用户的水、电、煤气、纯净水表脉冲信号分别通过水/电/煤气/纯净水表端口16传送至控制模块4中，控制模块4接收到信号后，通过内部驱动电路和整形电路、计数电路将脉冲信号进行处理，并输出到相应的IP处理模块1的输入I/O口上，IP处理模块1通过驻留在内部的程序对输入信号进行计数，并将相应的数据保存在家庭信息化智能终端的随机存取存储器(RAM)中，供小区管理中心和用户查询。

小区管理中心可以通过小区内的以太网读取住户的三表数据，实现远程抄表功能。具体操作为，小区管理中心通过相应的物业管理软件发送抄表指令，该指令封装成IP包后通过以太网发送到相应的住户家中的家庭信息化智能终端，家庭信息化智能终端通过IP通讯接口14接收到该数据包后，发送到Switch模块3，Switch模块3接收该数据包经确认该数据包的目的MAC地址为以太网控制器2的MAC地址，则将该数据包发送给以太网控制器2，以太网控制器2接送该数据包后，进行相应的拆包工作，将其数据链路层封装的字节拆除后，然后将相应的IP包发送给IP处理模块1，IP处理模块1接收到数据包后，首先做数据包有效性的校验，并根据IP地址和端口号判断是否应该接收该报文，并触发状态机处理程序实现相应的TCP状态机转换，完成相应的抄表请求，在获知为抄表请求后，IP处理模块1会将相应的应用层数据打包，并基于TCP/IP协议栈与小区管理中心物业管理软件进行通信，发送IP包到以太网控制器2，由以太网控制器2对IP数据进行物理层和数据链路层封装后通过Switch模块3发送到以太网上，并由小区管理中心接收并处理。

住户室内的安全防卫主要包括：红外报警(或玻璃破碎报警)、门磁开关、紧急按钮、烟感报警、煤气泄漏报警等功能。IP处理模块1一直通过控制模块4监测各报警端口17，一旦有报警发生，例如烟感报警器由常闭状态变为常开状态，则该信号经控制模块4驱动整形后，通过I/O口发送给IP处理模块1，IP处理模块1通过TCP/IP协议栈，与小区管理中心的物业管理软件进行通信，并将具有报警信息的数据打包，将该IP包发送到以太网控制器2，由以太网控制器2对IP数据进行物理层和数据链路层封装后通过Switch模块3发送到以太网上，并由小区管理中心接收并处理。同时，IP处理模块1还可以通过辅助处理模块9发出本地报警声，辅助处理模块9接收到IP处理模块1发来的报警信息后，通过语音模块11提取相应的语音信息并驱动扬声器12发出具有指导意义的报警声音(例如：“有火警，请尽快撤离！”，“有煤气泄漏，请尽快关煤气或撤离，不要开灯以防爆炸”等)。

小区管理中心接收到报警信息后，将尽快做出反应，并将相关信息反馈给用户，例如小区管理中心接收到紧急医疗求助报警并确认后，将通过以太网发送消息给家庭信息化智能终端，通过IP处理模块1控制话音模块8，并启动扬声器12和话筒13与住户进行IP网上的话音对话，也可以通过IP处理模块1控制辅助处理模块9，通过语音模块11提取相应的语音信息并驱动扬声器12发出具有指导意义的声音(例如：“已叫救护车，管理人员3分钟内赶到”等)。

按键显示处理模块10主要为用户提供一个很好的使用界面，通过按键、液晶显示和语音提示使用户能很方便的使用家庭信息化智能终端的大部分功能。一方面用户可以使用十个数字键进行密码设置、布防撤防等。用户按动按键显示处理模块10上的按键后，辅助处理模块9会捕捉到该信息，进行判断、处理，并根据辅助处理模块9上的程序启动语音模块11和扬声器/听筒12发出相关的语音提示，同时辅助处理模块9与IP处理模块1进行数据通信，IP处理模块1获得相关的信息后，根据内部的程序做相应的反应：若是火警、匪警、医疗救护紧急按钮键，则将该信息发送至小区管理中心，并接收相关的回应信息；若是电表、水表、煤气表、纯净水表读数按钮键，IP处理模块1则将相应的数据发送给辅助处理模块9，并启动按键显示处理模块10中的液晶显示功能将相应的读数显示处来，同时启动语音模块11和扬声器/听筒12报出相应读数；若是修改密码的数字键，则将相应的数据存储到RAM中，同时通过辅助处理模块9同时启动语音模块11和扬声器/听筒12进行相应的语音提示；若是布防撤防键，则将相应的数据存储到RAM中；若是可视对讲/电话的数字按键，则将该信息打成IP包通过以太网发送至呼叫的家庭信息化智能终端或楼口机，并启动可视对讲模块7、话音模块8、听筒13和扬声器/听筒12进行IP可视对讲/电话通信。按键显示处理模块10中的液晶显示器在通常情况下显示当前时钟，当有公告广播信息、报警信息或读数信息时则显示相应的信息。

该家庭信息化智能终端还可以远程对家居进行监测与控制：可以通过上网或电话登陆到小区管理中心，通过物业管理软件查询IP处理模块1中的RAM变量值，以获得相应电器的工作状态。如主人离家时忘了关空调，此时标识空调器开关状态的变量标识位为1，可以通过远程连接IP处理模块1更改该标识位为0，并通过输出控制端口18将连接空调的继电器断开使该空调器关闭；同样，可以进行远程布防设置。

使用家庭信息化智能终端，可以实现可视对讲/电话功能。当有客来访时，客人会使用楼口机将来访信息指令通过以太网发送到家庭信息化智能终端上，家庭信息化智能终端通过IP通讯接口14接收到该数据包后，发送到Switch模块3，Switch模块3接收该数据包经确认该数据包的目的MAC地址为以太网控制器2的MAC地址，则将该数据包发送到以太网控制器2，以太网控制器2接受该数据包后，进行相应的拆包工作，将其数据链路层封装的字节拆除后，然后将相应的IP包发送给IP处理模块1，IP处理模块1接收到数据包后，首先做数据包有效性的校验，并根据IP地址和端口号判断是否应该接收该报文，并触发状态机处理程序实现相应的TCP状态机转换，完成相应的对讲请求，然后启动扬声器12发出振铃声，用户提起听筒12或按免提键后，将自动启动可视对讲模块7，通过专门的视频线将楼口机摄像头采集的视频信号在可视对讲模块7上的扁平显像管上显示出来。同时住户的话音通过话筒13发送给话音模块8进行模数转换、低通滤波、采样、量化、编码、压缩后传输给IP处理模块1，IP处理模块1将含有话音信号的数据打包，并基于TCP/IP协议栈与楼口机进行通信，发送IP包到以太网控制器2，由以太网控制器2对IP数据进行物理层和数据链路层封装后通过Switch模块3发送到以太网上，并由楼口机接收并拆包还原成话音信号。

本发明是基于以太网平台的家庭信息化智能终端设备，基于“Everything OverIP”思想，可以利用现有的以太网布线系统传输数据、话音、视频和各种控制信号。它有4个标准RJ-45接口，1个用于连接外部的以太网，3个用于连接户内的信息口(如计算机、5类线机顶盒)，同时可以连接各种探头、脉冲表等，实现防盗报警、求助报警、煤气泄漏报警、火灾烟感报警、水电气纯水四表自动抄收、家电控制、电子公告等功能，是真正意义上的网络化的家庭智能控制产品，极大地简化了小区布线系统的复杂性，提供小区规范化管理，为施工和应用带来了很大方便。

Claims (1)

1、一种基于以太网的家庭信息化智能终端设备，其特征在于：将高速数据传输、IP电话、安防报警、可视/非可视对讲、四表(电表、水表、煤气表、纯净水表)远程抄写、远程家电控制、电子公告等功能一体化，将各种信号打成IP包，通过以太网进行传输，同时实现以太网上数据传输的安全性、实时性和可靠性。

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