漫射紅外技術的智能家居無線局域網設計

摘要：分析了紅外技術在短距離無線通信中的優(yōu)勢，并將其應用在智能家居局域網中；結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，構成網絡的主從節(jié)點；介紹了網絡組建的過程，包括IrDA協(xié)議棧結構、數(shù)據編碼格式、鏈路連接、網絡管理機制等。本設計實現(xiàn)了對家居設備的統(tǒng)一管理，具有較高的應用價值。
關鍵詞：漫射紅外技術；智能家居；HSDL-3020；IrDA

引言
智能家居是融合了自動化控制系統(tǒng)、計算機網絡系統(tǒng)和網絡通信技術于一體的網絡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備，比如通過觸摸屏、無線遙控器、電話、互聯(lián)網或者語音識別控制家用設備，更可以執(zhí)行場景操作，使多個設備形成聯(lián)動。另一方面，智能家居內的各種設備相互間可以通信，不需要用戶指揮也能根據不同的狀態(tài)互動運行，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，進行數(shù)據傳輸。在日常生活中，紅外技術的應用隨處可見，如通過紅外遙控器對電視機、空調等家用電器進行控制和在耳機上以紅外的方式進行音頻傳輸?shù)?。在智能家居控制領域，紅外技術與射頻和藍牙技術相比有它自身的優(yōu)勢。一方面，從應用的角度上看，射頻信號的頻譜已經非常擁擠，而各個國家對射頻頻譜范圍管理較嚴格，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條例限制的。另一方面，與藍牙技術相比，紅外技術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，隨著編碼調制技術的發(fā)展，紅外無線數(shù)據傳輸率也越來越高，可以說紅外傳輸技術已經成熟。另外，它穩(wěn)定性高、私密性強，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 智能家居網絡結構
1．1 總體結構
在室內紅外網絡中，每個終端節(jié)點控制器配備用于光電信號相互轉化的紅外收發(fā)模塊，以發(fā)散的紅外光作為載體信號，使在同一室內的各終端節(jié)點以自組織方式構成網絡，形成對目標的監(jiān)測區(qū)域。每個房間分別裝有一個主節(jié)點控制器和若干個從節(jié)點控制器，這些控制器的尺寸很小，可以安裝在室內任何區(qū)域，工作范圍又僅限在自己的屋內，所以不受相鄰屋子系統(tǒng)操作的干擾。主節(jié)點控制器之間以電力線形式連接，實現(xiàn)家庭中各居室的相互通信。
主節(jié)點控制器同時又配有GPRS模塊，可以與外部網絡進行通信。主節(jié)點控制器通過外部網絡，把數(shù)據從監(jiān)測區(qū)域發(fā)送到遠程數(shù)據庫，然后利用各種應用軟件對采集到的數(shù)據進行分析處理，通過各種顯示方式提供給終端用戶。用戶和遠程任務管理單元也可以通過外部網絡，與主節(jié)點控制器進行交互，如向目的節(jié)點發(fā)布查詢請求和控制命令，并接收返回的信息。通過外部網絡控制主節(jié)點控制器發(fā)出紅外光，散射到天花板、墻壁或其他物體上，并在其表面產生漫反射，光信號載體就布滿了整個房間。這樣，從節(jié)點控制器接收輻射光的視覺角度寬，而且接收是適合各個方向的。因此，主從節(jié)點的發(fā)射模塊和接收模塊不需要有直接的照射光線，光的傳輸路徑不會輕易被打斷。同樣的傳輸方法也適用于上傳數(shù)據。紅外無線網絡體系結構如圖1所示。

1．2 室內結構
在充滿漫射紅外光的住宅內，紅外遙控器和主節(jié)點控制器都具有專用的身份識別碼、電器選擇碼。紅外遙控器還具有功能鍵代碼，當按下相應鍵時，便發(fā)射出紅外光，光線中攜帶有自身的編碼信息、操作對象及操作指令。每個家用設備都安裝一個從節(jié)點控制器，這些從節(jié)點控制器在出廠時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)點控制器通過自學習過程，存儲該編碼。使用過程中，從節(jié)點控制器接收到紅外光信息后，對信息進行身份識別，就可對與它連接的設備進行相應的操作，并在完成之后發(fā)出反饋信號。室內的不同控制器分別實現(xiàn)了其自身功能，室內智能家居結構如圖2所示。

室內智能家居向用戶提供家電統(tǒng)一管理、照明控制、供電控制、室內無線遙控、防盜報警、家居安全保障、溫度光照檢測與調節(jié)及GPRS遠程監(jiān)控等功能，并結合其他系統(tǒng)為住戶提供一個溫馨舒適、安全節(jié)能、先進易用的家居環(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。