CN1845519A

CN1845519A - 数字化社区一体化智能系统

Info

Publication number: CN1845519A
Application number: CN 200610031395
Authority: CN
Inventors: 戴瑜兴; 刘伟; 肖昕宇
Original assignee: Hunan University
Current assignee: Hunan University
Priority date: 2006-03-23
Filing date: 2006-03-23
Publication date: 2006-10-11
Anticipated expiration: 2026-03-23
Also published as: CN100385874C

Abstract

一种数字化社区一体化智能系统，它包括家庭智能控制节点、单元楼通信控制器、RS232/485和CAN接口转换单元、家居无线控制与报警系统、物业监控主机，由这些单元组成基于CAN总线的数字化社区控制网络通信系统。它通过智能控制设备和通信网络将数字化社区中原本相对独立的子系统联系起来，从而达到信息的无阻碍传输、共享和集中控制，实现了数字化社区的一体化智能控制、管理与通信。

Description

数字化社区一体化智能系统

技术领域

本发明涉及数字化社区的网络通信及家居无线控制与报警等的一体化智能系统。

背景技术

数字化社区是建筑艺术、生活理念与信息技术、电子技术的完美结合。数字化社区智能化系统的智能化发展大致分为三个阶段：①初级阶段：亦称设备自动化阶段，主要对设备进行简单的集中控制与管理。②中级阶段：亦称信息化阶段，主要是利用网络手段，实现高层次的自动控制。③高级阶段：亦称集成化、智能化、网络化阶段，即真正意义的智能化阶段，采用先进控制理论与算法，真正实现设备的智能控制和系统的智能决策，它的研究着眼于数字化小区的信息工程建设，对提高我国数字化小区水平具有重大的现实意义，代表了未来的发展方向。

当前我国数字化社区发展所面临的主要问题是相关的产品缺乏，关键技术与国外差距较大，且各子系统相互独立，运行开通率低、维护不便等。本发明基于以下背景技术开发相关产品，解决上述问题。

CAN(Controller Area Network)即控制器局域网络，是一种高性能、高可靠性、易于开发和低成本的现场总线。最初由德国BOSCH公司推出，用于汽车内部测量与执行部件之间的数据通信。现在其应用领域已由汽车行业扩展到过程控制、机械制造、机器人和楼宇自动化领域。CAN总线特点如下：为多主工作方式，网络上任一点均可在任一时刻主动向网络上的其他节点发送信息，不分主从，通信方式灵活，且无需站地址等节点信息。节点数主要取决于总线驱动电路。网络上的节点可以定义成不同的优先级，通过接口电路的“线与”功能实现无破坏性的基于优先级的仲裁功能。网络通信介质可以是双绞线、同轴电缆和光纤，通信距离最远可达10km(5kbps)，最高速率可达1Mbps(40m)。数据帧最长为8字节，每帧都有位填充、CRC校验等措施，保证了极低的出错率。节点在通信错误严重的情况下自动关闭，脱离总线。

RS232/485都是串行数据接口标准，最初都由电子工业协会(EIA)制订并发布。RS232在1962年发布，命名为EIA-232-E，作为工业标准，以保证不同厂家产品之间的兼容。RS485是为了弥补RS232的不足而提出，提高传输速率和传输距离，增加多点和双向通信能力，同时增加发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围。目前，RS232是PC机与通信行业中应用最广泛的一种串行接口。

被动红外探测技术的基本原理是探测人体发射的红外线(波长为10μm左右)，将其聚集到红外传感器上，红外传感器通常为热释电元件，这种元件在接受了红外辐射，温度发生变化时就会向外释放电荷。

电力线载波通信技术是利用现有的电力线来传输信号，其基本原理为将数据或语音调制在几十至几百KHz的载波频率上通过电力线发送出去，接收端将电力线上载有信号的载波接收下来进行解调还原出原来的语音或数据。通信的载体即现成的电力线，无需象有线通信一样重新铺设通信线路。也不象无线传输那样需要复杂的发送接收设备来传输信息。它无需架设额外的通信线路，也不占用宝贵的无线频谱资源，因此很适合于小集团内部(一般在同一个电力变压器间)组成局域网络达到数据或语音的传输目的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，考虑到数字化社区智能化系统发展的问题和需求，通过智能控制设备和通信网络将数字化社区中原本相对独立的子系统联系起来，从而达到信息的无阻碍传输、共享和集中控制，提高数字化社区的智能水平。

本发明的技术解决方案是，所述数字化社区一体化智能系统包括：

(1)家庭智能控制节点：它包括P87C591CPU，该CPU有地址锁存、32K静态SRAM数据存储器，通过8255做I/O扩展且其开关量输入通道18路、输出通道8路，开关量通道对多种家用电器如电冰箱、电视机、电饭煲、排风扇等接口进行启/停控制；地址数据连接LCD模块，连同9键键盘做为人机交互界面，24LC02定值存储器接所述CPU的I²C接口，模拟量输入通道为3路10位A/D转换，可接室内的温湿度传感器，作为温湿度采集，PWM输出为2路，可接灯光控制器，作为灯光控制；通信部份包括一个RS232/485串口(MAX485)和一个配有高速光电隔离(6N137)的CAN接口(PCA82C250)；

(2)单元楼通信控制器：预装有DOS并有四个串口的SCM-6231CPU接有SEM/CSD通信扩展板，该通信扩展板带有4个光电隔离异步串口、2个光电隔离的非智能CAN接口；

(3)RS232/485和CAN接口转换单元：PIC18F248CPU有带光电隔离的CAN接口(PCA82C250)和RS232/485串口(MAX485)；

(4)基于电话线传输的家居无线控制与报警系统：报警主机CPU采用Atmel公司的AT89S522，红外热释电传感器、门磁传感器等发射的报警信号通过射频接收模块和解码芯片PT2262/2272进入CPU进行处理。CPU通过DTMF收发电路，拨打用户预先设定好的电话号码，同时启动语音电路，将预先录制好的语音信号通过电话线传给用户。CPU输出警笛触发信号，经音频放大后推动警笛或喇叭。8路控制输出端可以控制有线连接的电器设备，也可通过编码和射频发射模块控制无线连接的电器设备。显示部分采用RT12232A图形点阵LCD模块，实现汉字、显报警时间与报警类型显示功能。键盘可实现密码修改、语音录入和信息查看功能；

(5)物业监控主机：PC机，内装三表远程抄送软件、家居防范管理软件、智能小区物业管理平台，所述软件均基于Windows操作系统平台，采用VC++、VB进行界面编制和管理，采用Microsoft SQL server 2000、Oracle8i等进行数据库操作，采用MAPX 5.0进行电子地图的编制，具有友好的可视化人机界面，软件编制模块化，易于维护和升级；

(6)基于CAN总线的数字化社区控制网络通信系统：由以上家庭智能控制节点、单元楼通信控制器、RS232/485和CAN接口转换单元、基于电话线传输的家居无线控制与报警系统、物业监控主机组成。家庭智能控制节点通过CAN总线接口接入控制网络，单元楼通信控制器一方面通过CAN总线接口接入控制网络，另一方面通过RS232/485和CAN接口转换单元与物业监控主机进行通信；基于电话线传输的家居无线控制与报警系统接入电话线网络并通过RS232/485和CAN接口转换单元接入控制网络。

以下对本发明做出进一步说明。

本智能化系统的工作原理是由传感器采集安防、三表(水、电、煤气计量表)和物业管理等的信息，通过有线或无线方式将信息传送到家居控制器(或无线防盗报警主机)，再通过底层网络将信息经通信控制器传送到PC机，由PC机组成小区信息系统，实现小区的数字化。底层网络通信也可通过电力线载波通信方式实现。

数字化社区必然要求用户住宅信息传输和控制的智能化，即用户方和社区物业管理方不必亲临现场，也可以了解到住宅的安全情况、重要设备的运行情况等。因此本发明提供了一种基于CAN总线的数字化社区控制网络通信系统，该网络系统包括：家庭智能节点，用于采集住宅的各种开关量和模拟量，传送至上层CAN总线网络，并接收来自上层CAN总线网络的指令来控制住宅的设备；单元楼通信控制器，用于接收单元楼中多个住宅的信息，进行相应的处理后发送给社区的物业监控主机，并可以接收和转发物业监控主机的指令给家庭智能节点；RS232/4ε5和CAN接口转换单元，用于将串口数据和CAN总线数据相互转发，是单元楼通信控制器和物业监控主机之间的桥梁，通过CAN总线接口连接单元楼通信控制器，通过RS232/485接口连接物业监控主机。

本发明还提供了一种基于电话线传输的家居无线控制与报警系统，通过将报警信号和控制信号在电话线上传输，使得用户方和物业管理方可以远程监控住宅的安全情况，并对相应的设备做出控制。该系统包括：传感器，分布在住宅及单元楼的红外热释电传感器、门磁、烟感、火警探头等负责采集各种信号，通过射频电路以无线方式发射出去，不同的传感器发射信号的编码方式不同。家庭智能报警主机，用于接收传感器发射的报警信号，通过识别不同的信号编码方式，判断报警信号来自何种传感器，并根据预先的设置通过电话线拨打用户电话，用户接听后主机播放与报警信号类型相一致的语音录音，用户也可以通过电话线远程设置、启用和停止报警主机。此外，报警主机也提供了RS232总线接口，可以通过RS232/485和CAN接口转换单元方便地接入到前面所述的基于CAN总线的数字化社区控制网络。

本发明还提供了一种基于电力线传输的数字化社区控制网络通信系统。设备控制器、安防报警器等位于智能小区各设备现场，负责采集设备数据及探测安全情况(入侵探测、火灾、煤气泄露等)，同时也具有控制底层设备的功能。每一个设备控制器或安防报警器都连接有一个通信器。通信器使得每个设备控制器、安防报警器之间都可以传递数据，同时也使设备控制器、安防报警器和集中器之间能够通信。集中器位于小区物管理中心，其任务是在通信器和物业管理服务器之间传递数据和命令。运行在服务器上的管理数据库系统是智能建筑控制网络的人机接口，也是与信息网络集成的接口，使管理人员能记录、检索智能建筑楼宇自控情况，并在此基础上实现管理、分析、监测等高级功能。集中器与通信器构成系统的通信节点，它们之间通过电力线连接，整个系统的信息采用电力线传输，网络的拓扑结构为总线型。

本发明还提供了数字化社区智能系统的相关软件，包括三表远程抄送软件，家居防范管理软件，智能小区物业管理平台。以上软件均基于Windows操作系统平台，采用VC++、VB进行界面编制和管理，采用Microsoft SQL server2000、Oracle8i等进行数据库操作，采用MAPX 5.0进行电子地图的编制，具有友好的可视化人机界面，软件编制模块化，易于维护和升级。

由以上可知，本发明为一种数字化社区一体化智能系统，它考虑了数字化社区智能化系统发展的问题和需求，通过智能控制设备和通信网络将数字化社区中原本相对独立的子系统联系起来，从而达到信息的无阻碍传输、共享和集中控制，实现了数字化社区的一体化智能控制、管理与通信。

附图说明

图1是基于CAN总线的数字化社区控制网络通信系统的结构框图；

图2是家庭智能控制结点硬件框图；

图3是单元楼通信控制器硬件框图；

图4是RS232/485和CAN接口转换单元；

图5是基于电力线传输的数字化社区控制网络通信系统的结构框图；

图6是集中器硬件框图；

图7是通信器硬件框图；

图8是家庭智能报警器硬件框图；

图9是三表远程抄送软件界面示意图，包括主界面(9-1)、数据删除界面(9-2)、操作员管理界面(9-3)、煤气自来水价格设置界面(9-4)、数据查询界面(9-5)和日报表显示(9-6)；

图10是家居防范管理软件界面示意图，包括安防主界面(10-1)、登陆和退出界面(10-2)、报警信息主界面(10-3)、报警信息查询界面(10-4)、用户信息设定报警状态界面(10-5)和用户信息管理界面(10-6)；

图11是数字化社区物业综合管理平台软件界面示意图，包括主操作界面(11-1)、登陆界面(11-2)、住户信息界面(11-3)、住户台帐界面(11-4)、收费标准界面(11-5)、收费统计界面(11-5)、住户报修界面(11-7)、办公设施界面(11-8)、增加办公设施界面(11-9)、员工信息界面(11-10)、权限管理界面(11-11)、报表统计子模块界面(11-12)和操作日志界面(11-13)；

图12是图4所示RS232/485和CAN接口转换单元的硬件电路图；

图13是图8中报警主机电路图；

图14是图8中红外热释电传感器电路图。

具体实施方式

参见图1，网络的拓扑结构为总线式，采用的总线协议为CAN总线。包括家庭智能控制节点、通信控制器、小区监控主机等模块。

图2中家庭智能控制节点的核心处理器采用Philips的8位单片机P87C591，P87C591是内部带有CAN控制器的80C51内核的处理器，此外在片内还集成了16K字节OTP程序存储器、6通道的10位AD转换、2通道的8位脉宽调制输出、I²C接口、片内看门狗。

通过地址锁存把低八位数据和地址分开，扩展32K字节的静态RAM做数据存储器，作为数据采集后的缓冲存储区，还有通信数据缓冲存储；通过8255做I/O扩展，作为开关量输入和输出，开关量输入通道共16路，每路输入带TLP521系列的光电隔离；开关量输出方式为光电隔离继电器输出或集电极开路输出；地址数据连接LCD模块，连同9键键盘作为人机交互界面。24LC02占用CPU的I²C接口，作为定值存储器，存放系统所需要的固定参数，上电后在初始化过程中可以作为引导参数。

模拟量输入通道为3路10位A/D转换，带二阶有源低通滤波电路，可以作为温湿度的采集；PWM输出为2路，频率≤50Hz，可以做灯光控制，由用户需求来订制。

通信部分包括一个RS-232/RS-485串口和一个CAN接口，串口可以与远传式脉冲表通信，采集表计的读数；CAN接口与楼道的单元通信控制器通信传送家庭的信息数据。CAN通信口配置有高速光电隔离6N137，电平转换时间典型值为45ns。CAN通信的波特率可以采用比较高的速度，200k～600k bit/s，而且采用多主结构的通信协议，总线效率高，信息传递及时。

显示部分为128×64汉字，工作电源为5V，500mA，功率≤2W；节点具有32K带后备电池的SRAM，256字节EEPROM。

参见图3，单元楼通信控制器采用盛博科技的PC/104嵌入式系统平台作为CPU核心板，嵌入式PC模块广泛应用于高可靠的智能设备中，超小尺寸、超低功耗、宽温特性、+5V供电，以及一系列的针对嵌入式应用的功能扩展，可将它视为一个超级芯片，系统维护升级方便。

SCM-6231采用增强型3.3V的80486DX CPU 50M～133MHz处理器做CPU，在板上包含了所有的PC/AT兼容的DMA控制器、中断控制器及定时器，ROM-BIOS，8M至16M字节的DRAM及键盘、喇叭接口；在板的外部接口包括一个PC/AT兼容的双向并行打印机接口、四个RS-232串行口、Ethernet接口、2K EEPROM，看门狗、1个用外接后备电池支持的实时时钟，1个32脚DIP字节款存储器插座(128K D0000h～EFFFFh)。在IBM-PC上运行的众多软件全部都能在以SCM-6231为基础的系统中运行。

SEM/CSD为盛博科技设计的通信扩展板，在板上带有4个光电隔离异步串行口，带有16字节FIFO，2个光电隔离的非智能CAN总线接口，1个8255兼容的I/O口，1个8位扩展的I/O端口。

SCM-6231和SEM/CSD可以构成整个通信控制器的硬件基础，其电源为+5V，580mA；工作环境：-25摄氏度～+75摄氏度，相对湿度：5～95％。在此硬件平台上用户可以着重于软件的设计，SCM-6231预装有DOS3.32，在DOS环境下，可以像对待标准PC/AT一样使用I/O设备，包括键盘口、扬声器接口、并行打印口、串行口、3个可编程定时器、7个标准DMA通道以及14个中断控制器。

参见图4，这个模块的主要功能是将串口数据和CAN接口数据相互转发，CPU采用PIC18F248。

PIC18F248为MicroChip的Flash单片机，内带有16K的Flash ROM，768字节的SRAM，256字节的EEPROM，看门狗定时器，内部集成有通用异步同步串行口、CAN接口、I²C，支持在线编程，支持多种C编译器。模块电源为+5V，300mA。

参见图5、图6和图7，在电力线通信方式中以SC1128电力载波芯片和AT89C52单片机为核心，采用ATMEL公司EEPROM芯片24C128作为数据缓冲区的存储器。专门针对我国电网特性、电网结构而开发研制的扩频调制/解调芯片SC1128，运用直序扩频技术，采用63位伪随机码，CMOS工业级封装，接收灵敏度达到70μV。系统的串行接口程序设计采用的开发工具为Borland公司的C++Builder，主要是实现服务器计算机与集中器的串行通信接口。集中器与计算机通信接口采用RS-232C串行接口。Windows系统下通常用到的对RS-232C串口通信编程的方法有：使用通信控件、在高级语言中嵌入汇编以及使用API(Application Programming Interface)函数。在这几种方法中，使用API函数编写的串口通信程序最为高效、灵活。本系统的通信接口即采用API函数编程实现，其基本思路为：程序中启用两个线程，辅助线程不停的循环监视串口，一有数据到来马上用消息通知主线程；主线程负责数据的发送和接收，在发送时启动定时器控件，根据定时时间内是否收到应答信号判断发送是否成功。

参见图8，利用BIS0001专用芯片和美国陆军用的LHI968高灵敏红外热释电探测元器组成红外热释电防盗传感器，采用HT7551电源芯片，静态电流消耗≤40uA。以三极管组成皮尔斯振荡电路，实现射频无线传输，工作频率433MHz最大传输距离可达1000米。屏蔽距离≥100米，发射功率≥10mW，节点地址大于6551个，可带传感器种类729种。以ISD1420组成语音录入、提示、应答与报警电路，以MT8888组成DTMF电路，将家居无线控制与报警系统接入电话网，以AT89S52为控制核心，实现远程数据传输和远程家电控制。无线红外探测器的技术指标为：电流消耗静态电流：≤40uA，报警电流：≤15mA，发射功率：≥10mW，调制方式：PCM，有效探测距离：＞10m×10m，信号发射距离：直线≥500m；屏蔽距离≥100m，双元探测距离：垂直60°，场宽100°，电池电压：DC9V层叠式电池。报警主机的功能如下：电话自动拨号与语音报警(可拨打手机、办公室电话等)，无线遥控布、撤防，远程操作，异地监控，无线发射接收，报警拨号个数、顺序可自行设定，密码自编；具有有线、无线联网功能，交流/直流供电，具有备用电池；具有紧急求助功能，十个无线防区，液晶显示，带用户设置键盘，可录制20秒语音信息，可配置门磁、红外、烟感、火灾探测器，具有声光报警功能，可外接警笛。无线接收距离≥500米。无线工作频率435MHz。可选功能为三表抄收和远程家电控制。

参见图9，三表抄送软件使用计算机及其网络系统对使用中的电表、水表、煤气表进行智能化管理，实现抄表自动化，并可随时对电表、水表、煤气表的使用进行监控、计量和计费。通过与银行计算机系统的联网，可以实现费用的收费自动化。上位机系统管理软件基于Windows操作平台，可以方便接入其他MIS管理系统、Internet网络。主要工作是对采集的计量数据进行管理，如指针数据的历史保存、分析、用量和费用的计算、统计报表、用户票据的制作等，其后台数据管理采用大型数据库，可动态设置住户信息数据库的连接，对整点水费、电费、气费进行整理，生成各种年、月、季、日统计报表。系统可以对各时期的水气电表进行备份，用备份数据库修复原数据库。所有程序在C++BUILDER下编制，三表数据库采用SQL SEVER 2000，共有10张表，分别是管理员表、操作员表、电费率设置、煤水价格表、用户信息管理表、整点水气电表、日用水气电表、月用水气电表、季用水气电表、年用水气电表。费率设置包括用电价格设置与水煤气价格设置，用于设置不同的类别收费价格、用量限制。数据查询界面可实现整点、日、月快速查询。

参见图10，家居防范管理软件能调用通信管理软件抄收的数据，分析报警类型、时间、地点、并加以存储并发送报警命令及联动命令，通知用户，同时可调用GIS地理信息管理软件，从PC机上显示报警地理位置，最后打印各种报表。所有程序在VC++下编制，数据库采用SQL server 2000。

参见图11，物业综合管理平台在整个系统中充当可视化操作工具的角色，是整个软件系统的核心。能用于协调各子模块的相互调用；用户管理操作界面的制作；软件操作权限的设定；版本信息帮助信息的编制等功能。管理平台的数据库结构包括楼宇信息、公共设施、住户信息、用户报修、员工信息、办公设施和操作日志。物业管理模块包括：登录、基本设置、收费管理、报修管理、公司设置、系统帮助、统计报表等子模块。开发环境为：Windows 2000操作系统；Visual C++6.0开发工具；SQL server 2000数据库服务器。

Claims

1、一种数字化社区一体化智能系统，其特征是，它包括：

(1)家庭智能控制节点：它包括P87C591CPU，该CPU有地址锁存、32K静态SRAM数据存储器，通过8255做I/O扩展且其有开关量输入通道18路、输出通道8路，开关量通道对多种家用电器接口进行启/停控制；地址数据连接LCD模块，连同9键键盘做为人机交互界面，24LC02定值存储器接所述CPU的I2C接口，模拟量输入通道为3路10位A/D转换，PWM输出为2路，通信部份包括一个RS232/485串口和一个配有高速光电隔离的CAN接口；

(3)RS232/485和CAN接口转换单元：PIC18F248CPU有带光电隔离的CAN接口和RS232/485串口；

(4)基于电话线传输的家居无线控制与报警系统；

(5)物业监控主机：PC机，内装三表远程抄送软件、家居防范管理软件、智能小区物业管理平台；

(6)基于CAN总线的数字化社区控制网络通信系统：由以上家庭智能控制节点、单元楼通信控制器、RS232/485和CAN接口转换单元、基于电话线传输的家居无线控制与报警系统、物业监控主机组成；家庭智能控制节点通过CAN总线接口接入控制网络，单元楼通信控制器通过CAN总线接口接入控制网络并经RS232/485和CAN接口转换单元与物业监控主机进行通信，基于电话线传输的家居无线控制与报警系统接入电话线网络并通过RS232/485和CAN接口转换单元接入控制网络。