漫射紅外技術(shù)的智能家居無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)設計

摘要：分析了紅外技術(shù)在短距離無(wú)線(xiàn)通信中的優(yōu)勢，并將其應用在智能家居局域網(wǎng)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(wǎng)絡(luò )的主從節點(diǎn)；介紹了網(wǎng)絡(luò )組建的過(guò)程，包括IrDA協(xié)議棧結構、數據編碼格式、鏈路連接、網(wǎng)絡(luò )管理機制等。本設計實(shí)現了對家居設備的統一管理，具有較高的應用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：漫射紅外技術(shù)；智能家居；HSDL-3020；IrDA

引言
智能家居是融合了自動(dòng)化控制系統、計算機網(wǎng)絡(luò )系統和網(wǎng)絡(luò )通信技術(shù)于一體的網(wǎng)絡(luò )智能化的家居控制系統。智能家居將讓用戶(hù)用更方便的手段來(lái)管理家庭設備，比如通過(guò)觸摸屏、無(wú)線(xiàn)遙控器、電話(huà)、互聯(lián)網(wǎng)或者語(yǔ)音識別控制家用設備，更可以執行場(chǎng)景操作，使多個(gè)設備形成聯(lián)動(dòng)。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(hù)指揮也能根據不同的狀態(tài)互動(dòng)運行，從而給用戶(hù)帶來(lái)最大程度的高效、便利、舒適與安全的使用環(huán)境。
紅外技術(shù)是目前使用最廣泛的一種通信和遙控手段，它利用紅外線(xiàn)作為載體，進(jìn)行數據傳輸。在日常生活中，紅外技術(shù)的應用隨處可見(jiàn)，如通過(guò)紅外遙控器對電視機、空調等家用電器進(jìn)行控制和在耳機上以紅外的方式進(jìn)行音頻傳輸等。在智能家居控制領(lǐng)域，紅外技術(shù)與射頻和藍牙技術(shù)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(jīng)非常擁擠，而各個(gè)國家對射頻頻譜范圍管理較嚴格，可提供的無(wú)線(xiàn)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(huì )條例限制的。另一方面，與藍牙技術(shù)相比，紅外技術(shù)在傳輸距離上雖與之相似，但可節省大量成本。近幾十年來(lái)，隨著(zhù)編碼調制技術(shù)的發(fā)展，紅外無(wú)線(xiàn)數據傳輸率也越來(lái)越高，可以說(shuō)紅外傳輸技術(shù)已經(jīng)成熟。另外，它穩定性高、私密性強，所以，非常適合用在短距離無(wú)線(xiàn)通信智能家居控制系統中。

1 智能家居網(wǎng)絡(luò )結構
1．1 總體結構
在室內紅外網(wǎng)絡(luò )中，每個(gè)終端節點(diǎn)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點(diǎn)以自組織方式構成網(wǎng)絡(luò )，形成對目標的監測區域。每個(gè)房間分別裝有一個(gè)主節點(diǎn)控制器和若干個(gè)從節點(diǎn)控制器，這些控制器的尺寸很小，可以安裝在室內任何區域，工作范圍又僅限在自己的屋內，所以不受相鄰屋子系統操作的干擾。主節點(diǎn)控制器之間以電力線(xiàn)形式連接，實(shí)現家庭中各居室的相互通信。
主節點(diǎn)控制器同時(shí)又配有GPRS模塊，可以與外部網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行通信。主節點(diǎn)控制器通過(guò)外部網(wǎng)絡(luò )，把數據從監測區域發(fā)送到遠程數據庫，然后利用各種應用軟件對采集到的數據進(jìn)行分析處理，通過(guò)各種顯示方式提供給終端用戶(hù)。用戶(hù)和遠程任務(wù)管理單元也可以通過(guò)外部網(wǎng)絡(luò )，與主節點(diǎn)控制器進(jìn)行交互，如向目的節點(diǎn)發(fā)布查詢(xún)請求和控制命令，并接收返回的信息。通過(guò)外部網(wǎng)絡(luò )控制主節點(diǎn)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(chǎn)生漫反射，光信號載體就布滿(mǎn)了整個(gè)房間。這樣，從節點(diǎn)控制器接收輻射光的視覺(jué)角度寬，而且接收是適合各個(gè)方向的。因此，主從節點(diǎn)的發(fā)射模塊和接收模塊不需要有直接的照射光線(xiàn)，光的傳輸路徑不會(huì )輕易被打斷。同樣的傳輸方法也適用于上傳數據。紅外無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )體系結構如圖1所示。

1．2 室內結構
在充滿(mǎn)漫射紅外光的住宅內，紅外遙控器和主節點(diǎn)控制器都具有專(zhuān)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(shí)，便發(fā)射出紅外光，光線(xiàn)中攜帶有自身的編碼信息、操作對象及操作指令。每個(gè)家用設備都安裝一個(gè)從節點(diǎn)控制器，這些從節點(diǎn)控制器在出廠(chǎng)時(shí)不帶有自身的編碼地址信息，需用戶(hù)輸入指定的身份地址編碼，從節點(diǎn)控制器通過(guò)自學(xué)習過(guò)程，存儲該編碼。使用過(guò)程中，從節點(diǎn)控制器接收到紅外光信息后，對信息進(jìn)行身份識別，就可對與它連接的設備進(jìn)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(shí)現了其自身功能，室內智能家居結構如圖2所示。

室內智能家居向用戶(hù)提供家電統一管理、照明控制、供電控制、室內無(wú)線(xiàn)遙控、防盜報警、家居安全保障、溫度光照檢測與調節及GPRS遠程監控等功能，并結合其他系統為住戶(hù)提供一個(gè)溫馨舒適、安全節能、先進(jìn)易用的家居環(huán)境，讓住戶(hù)充分享受到現代科技給居家生活帶來(lái)的安全、舒適、便利與精彩。