CN1744545A

CN1744545A - 家庭控制网络系统及家电控制片上系统芯片

Info

Publication number: CN1744545A
Application number: CN 200510060978
Authority: CN
Inventors: 刘彦鹏; 娄嘉骏; 吴明光; 陈波
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2006-03-08
Anticipated expiration: 2025-09-30
Also published as: CN100366014C

Abstract

本发明公开了一种家庭控制网络系统及家电控制片上系统芯片，用于控制一个以上家电设备的互联互操和资源共享。该系统包括：家庭接入控制网关；该系统还包括：家电控制网络模块，用于读取相关的家电描述信息，对其进行控制，实现家电间的互操作和动态组网，每个网络模块内嵌通信收发器、加载用设备描述语言建立的特定家电模型；家电控制网络模块由家庭控制片上系统芯片构成，该芯片集成了家庭控制网络的物理层、数据链路层IP，能满足家电产品组网、控制和显示的要求。本发明将家电设备联成网络，使设备之间互联互操，用户操作界面统一，利用互联网技术、移动通信技术可方便地对家电进行远程监控，为家庭用户提供更完美的服务。

Description

家庭控制网络系统及家电控制片上系统芯片

技术领域

本发明涉及一种家庭网络系统，特别是指一种家庭控制网络系统及家电控制片上系统芯片。

背景技术

家电按功能可以分为以下几种系统：照明系统，如各种电灯、开关；环境控制(HVAC)系统，包括空调、风扇、取暖器等；家庭多媒体系统，包括电视机、机顶盒、DVD、音响等；通讯系统，如电话、传真机等；安防系统，如各种传感器、报警器、摄像头等。作为单个的设备或独立子系统，它们都比较完善，但是作为一个整体就显得缺乏智能和协调，主要表现为：

首先，各个电器自成体系，而相互之间缺乏联系，甚至会相互干扰；

第二，各种电器协调工作的自动化程度不够；

第三，用户的操作界面不统一；

第四，各个设备的功能有冗余；

第五，控制器与执行器之间的对应关系比较固定，缺乏柔性和可扩展性。

如果将电器设备联成网络，使设备之间互相操作(Interoperability)，就能在家电单体自动化的基础上实现家电系统的综合自动化。计算机通过因特网互联，引起了一场信息的革命；家电设备走上互联的道路，也会带来巨大的变化。采用网络技术实现家庭自动化，因此所构建的网络一般称为家庭自动化控制网络，或简称为家庭网络(Home Networks)(见ZL02126052.4)。

现有的家庭自动化系统均采用集中控制方式，即由一个主控制器实现对家电的控制和状态显示，因此主控制器与各家电之间的设定相当复杂，导致系统的易用性差，可扩展性受限等弊端。一旦主控制器失效，整个系统都将瘫痪，可靠性差。运行时，主控制器需逐一对各个家电进行控制，需消耗大量网络资源，产生较长的时延。采用对等的分布式peer-to-peer网络，能够从根本上克服集中控制造成的全部缺陷。以SoC为核心设计家庭自动化网络模块，是微电子学由现行的IC(电路集成)向IS(系统集成)发展的第二次变革。SoC将多种IC芯片功能整合在单一芯片中，形成完整的系统，减少了组成网络模块的器件数量，降低了网络模块的复杂度和产品成本，提高了网络模块的可靠性和性能指标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种家庭控制网络系统及家电控制片上系统芯片。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

家庭控制网络系统：用于控制一个以上家电设备的互联互通和资源共享，包括：家庭接入控制网关，用于实现家电设备接入网络后设备和服务的注册、注销及资源管理，控制家电设备之间以及家电设备与外部网络之间链路的建立、数据传输以及命令和协议的解释与转换，该网关直接或通过适配器与家庭控制网络相连；该系统还包括：

家电控制网络模块，用于读取相关的家电描述信息并进行操作，以控制相关的家电，进行家电间的互操作和动态组网，每个网络模块内嵌通信收发器、加载用设备描述语言描述的特定家电模型；

家电控制网络模块由家庭控制片上系统芯片构成，该芯片集成了家庭控制网络的物理层、数据链路层IP，能满足家电产品组网、控制和显示的要求；

家庭控制片上系统芯片：微处理器分别与3通道10位模数转换器、串行液晶控制器、串行外围接口主控制器、家庭控制网络数据链路层、11位数模转换器、I²C总线主控制器、可编程计数器阵列、中断控制器、P0接口、P1接口、P2接口、P3接口、1K启动程序存储器、4K数据存储器、256字节的数据存储器相连。

本发明的优点是：

1)将电器设备联成网络，使设备之间互联互操，在家电单体自动化的基础上实现家电系统的综合自动化；

2)用户操作界面统一，非常便于用户使用；

3)采用家庭控制片上系统芯片技术成本低，可靠性强；

4)该系统是一个开放性系统，可扩展性强；

5)本发明利用互联网技术、移动通信技术可方便的对家电进行远程控制，为家庭用户提供更完美的服务。

附图说明

图1是家庭控制网络系统的原理图；

图2是家庭控制片上系统芯片框图；

图3是描述家电模型的树状层次数据结构图；

图4是采用设备描述语言上下文和对象所建立的电视机模型；

图5是家电互联互操原理图；

图6是网络变量实现信息共享原理图；

图7是家庭控制网络系统软件流程图。

具体实施方式

如图1所示，是家庭控制网络系统的原理图。该系统中每个网络化的家电(111-163)都配置网络模块191。网络模块191内嵌固化的特定家电模型和通信收发器，家电模型采用设备描述语言描述。所有家电都能互联互操，并且共享所有的网络资源。该系统通过状态对象和侦听对象的连结实现动态组网，能够最大限度的简化网络家电的安装，提高家电间的互操作性和易用性。该系统中没有主控制器，接入网络的每个家电具有同等地位，用户设定的信息分别保存在相应的家电网络模块中，即使某个家电出故障，也不会导致整个系统的瘫痪，是一个完全对等的分布式peer to peer网络。远程控制则通过嵌入式家庭网关实现。

如图2所示，家庭控制片上系统芯片：微处理器分别与3通道10位模数转换器、串行液晶控制器、串行外围接口主控制器、家庭控制网络数据链路层、11位数模转换器、I²C总线主控制器、可编程计数器阵列、中断控制器、P0接口、P1接口、P2接口、P3接口、1K启动程序存储器、4K数据存储器、256字节的数据存储器相连。其中：

1)微处理器为增强型MCS-51中央处理单元，完全兼容8051，指令速度是普通8051的8倍；

2)1K字节启动程序存储器支持ISP；

3)自带256字节片内数据存储器，内扩4K的数据存储器；

4)支持多种外设：通用可编程计数阵列、I²C总线控制器、中断控制器、模数转换器、数模转换器、串行液晶控制器、串行外围接口主控制器等；

如图3所示，是描述家电模型的树状层次数据结构图。家电由若干个上下文(21-23)、对象(24-26)、实例变量(27-29)来描述。其中通用上下文31是必不可少的，由它控制设备命名、寻址等，其它上下文代表了这个家电按照功能划分的子系统。

如图4所示，是采用设备描述语言上下文和对象所建立的电视机模型。音量控制33和调谐34就是电视机中上下文32的对象。上下文被分为对象，每个对象代表上下文中的一种控制功能，即家电的某项功能。对象分为若干类，每一类代表家电中的一种共有的功能。例如，类号为07的对象33是“模拟控制对象”，可代表音量控制，也可以代表温度调节和亮度调节；类号为09的对象35是“多路开关”，可代表频道切换，也可代表照明系统的场景切换。一个对象的具体功能依赖于所属的上下文。图4的声音上下文，有音色控制34和音量33控制对象，用对象序号加以区分。每个对象包含若干“实例变量”，“当前值”就是音量控制中的一个实例变量，代表当前的音量。每个对象都能够解释执行函数，函数更新实例变量，并完成实际的操作。例如对音量对象中的“当前值”应用“递增”函数，就会使音量增大一定的幅度。设备描述语言是一种面向对象的语言，家电的每一个功能可用一个对象表示，对象可理解为家电的元模型；对象封装若干实例变量和函数，并对他们有完全的访问权。因此，各种家电均可以用上下文、对象、实例变量组成的树状数据结构进行统一的形式化描述。

如图5所示，是家电互联互操原理图。家庭自动化网络中，按照提供和获取信息的不同把对象分为二类：状态对象41、侦听对象42。并对每一种状态对象都规定了相应的侦听对象和特定的对象序号，包含在特定上下文中。状态对象在缺省情况下，向一个默认的侦听对象发送广播消息，相应的侦听对象接收到该广播消息，将侦听对象所属的上下文序号设定到与状态对象的上下文序号一致，从而实现动态组网。当用户操作控制面板，面板中的状态对象发出消息到电风扇的侦听对象，电风扇的工作状态改变后，又发出一个报告。这个报告反馈至控制面板，指示用户命令执行状态；同时远端指示面板的侦听对象也收到电风扇的状态报告，从而更新指示；实现家电间的互操。

如图6所示，是通过网络变量实现信息共享的原理图。网络变量是实现家电互操、信息共享的一个重要机制。以用户离家为例：主人按下离开按钮，则产生一条屋内无人的消息5，发往指定家电(广播消息)，则收到该消息的家电根据预设的上下文、对象作出各自的响应，如照明设备关闭，保安系统布防、空调进入节电模式、电视机将待机等。如不采用网络变量，则主控制器要向上述家电逐一发布命令，无法实现信息共享。

如图7所示，是家庭控制网络系统软件流程图。系统上电以后各个设备开始向相应的绑定对象发出消息，此时有如下几种情况：

1)如果系统中的某类的状态对象只有一个，那么侦听对象无需选择，只要把自己所属的上下文序号调整到与状态对象一样就可以了。

2)如果有多个同类的状态对象，而且该侦听对象对状态对象的“类型”没有要求，那么绑定到其中任一状态对象就可以了。

3)如果有多个同类的状态对象，侦听对象要选择其中一个。于是侦听对象读取状态对象上下文的“类型”来判断绑定到哪一个状态对象。

4)如果无法判断，就需要手工绑定了。对于简单的手工绑定，只要按下按钮表示绑定到指定的设备。

5)对于特别复杂的手工绑定，就需要安装工具的辅助。

Claims

1.一种家庭控制网络系统，用于控制一个以上家电设备的互联互操和资源共享，包括：家庭接入控制网关，用于实现家电设备接入网络后设备和服务的注册、注销及资源管理，控制家用设备之间以及家电设备与外部网络之间链路的建立、数据传输以及命令和协议的解释与转换，该网关直接或通过适配器与家庭控制网络相连；其特征在于，该系统还包括：家电控制网络模块，用于读取相关的家电描述信息并进行操作，以控制相关的家电，实现家电间的互操作和动态组网，每个网络模块内嵌通信收发器、加载用设备描述语言建立的特定家电模型；

家电控制网络模块由家庭控制片上系统芯片构成，该芯片集成了家庭控制网络的物理层、数据链路层IP，能满足家电产品组网、控制和显示的要求。

2.根据权利要求1所述的一种家庭控制网络系统，其特征在于，所述的家庭控制片上系统芯片：微处理器分别与3通道10位模数转换器、串行液晶控制器、串行外围接口主控制器、家庭控制网络数据链路层、11位数模转换器、I2C总线主控制器、可编程计数器阵列、中断控制器、P0接口、P1接口、P2接口、P3接口、1K启动程序存储器、4K数据存储器、256字节的数据存储器相连。

3.根据权利要求1所述的一种家庭控制网络系统，其特征在于，所述的微处理器为增强型MCS-51。

4.根据权利要求1所述的一种家庭控制网络系统，其特征在于，所述的特定家电模型包括设备描述语言，设备描述语言对家电的功能进行了系统化的抽象和分类，预定义了涵盖各种家电功能的多种对象及函数，采统一的上下文、对象和实例变量组成的树状层次数据结构，建立特定家电的数学模型；设备描述语言是家庭控制网络系统通信语言，使用这种语言可实现网络资源分配、家电控制，设备描述语言可采用C、C++语言实现。

5.根据权利要求1所述的一种家庭控制网络系统，其特性在于，所述的家电模型：通过状态对象和侦听对象的连接实现动态组网和互操，通过控制网络中的网络变量实现家电间信息共享。

6.根据权利要求1所述的一种家庭控制网络系统，其特征在于，所述的内置的通信收发器包括与通信介质相连的硬件，并载有驱动该硬件的软件，所述的通信介质是无线或有线。