新型智能控制局域网设计方案

张卫强，陈 群

（宁波大学 宁波 315211）

新型智能控制局域网设计方案

张卫强，陈 群

（宁波大学 宁波 315211）

传统的控制对象的组网方式是通过专用网络线路连接后组成一个有线控制网络，这种网络需要安装新的网络专用线路，往往需要破坏环境原有的结构。而基于无线电磁波的智能控制局域网虽然具有使用方便、应用范围广的优点，但是这些网络不是基于以太网媒介就是采用点对点的无线传输方式，限制了这些无线控制网络的实际使用和推广。针对现有的局域网络问题，作者提出了一种新型的智能控制局域网架构，并将该架构成功应用在智能家居控制局域网中，且申请到了该架构的实用新型专利。

智能控制；局域网络；智能家居

1 概论

智能控制局域网广泛应用于家庭、宾馆、仓库等小范围内的联网控制，以达到家用电器智能化、宾馆以及仓库管理的智能化的目的。如何把这些控制对象组成一个可靠性高又能互通信息的智能控制网络是这些控制对象能够真正发挥智能作用的关键。

传统的控制对象的组网方式是通过专用网络线路连接后组成一个有线控制网络，这种网络需要安装新的网络专用线路，往往需要破坏环境原有的结构，限制了这种有线控制网络的应用范围[1，2]。基于无线电磁波的智能控制局域网则不需要安装新的网络专用线路，不会破坏环境原有的结构，具有使用方便、应用范围广的优点。但是最近出现的基于无线控制网络的控制对象的组网方式，不是基于以太网媒介[3]就是采用点对点的无线传输方式[4]，导致网络成本相对偏高，限制了这些无线控制网络的实际使用和推广。

2008年6月4日中国授权的发明专利 “基于无线应用协议通讯的智能家居控制方法”公开了一种基于WAP通信的智能家居控制系统及控制方法，通过WAP移动终端设备登录到指定的WAP服务器，进入到家居服务器的家电控制页面中来控制家电设备，由用户选择控制命令，WAP服务器判断信号类型，然后生成一个文件通过FTP发送到家居服务器中指定的目录下面，家居服务器内守护程序发现所述文件后将其内容读出，再发送给应用程序，同时将所述文件从所述指定目录下面删除，应用程序将转换过的信息发送给设备后，设备执行命令。该专利的实施必须借助于移动商提供的WAP服务器，具有较高的维护成本，其命令执行过程也要受到系统外界的影响，不便于实 际 使 用 和 推 广[5，6]。

针对现有网络的这些问题，通过分析现有网络的弊端，并进一步对智能控制局域网络进行研究、设计和验证，作者提出了一种新型的智能控制局域网设计方案。

2 技术方案

2.1 系统组成

智能控制局域网整体结构如图1所示，包括内置控制软件及嵌入式处理器的控制服务器，控制服务器设有有线或无线的网络接口；控制服务器网络接口通过有线或无线方式配接有至少一个能与控制服务器进行数据交换的控制终端，控制终端直接连接智能控制局域网的控制对象并驱动所连接的控制对象；控制终端和控制服务器根据双方认可的数据传输协议进行数据交换，控制服务器负责控制终端所需要的数据分析和处理，并把处理结果信息反馈到控制终端，控制终端根据所述反馈的处理结果信息对与其相连接的所述控制对象做出控制。

2.2 控制服务器

控制服务器安放在智能控制局域网中最安全的地方，由于负责处理全部控制终端及其次级控制终端的数据处理，所以对其数据处理能力根据智能控制局域网中控制终端的数量有一定的要求，一般情况下需要内嵌一个处理能力很强的带有嵌入式操作系统的处理器。在设计有操作终端的智能控制局域网中，为了方便，控制服务器也可以直接内嵌到操作终端之中。在规模较大的智能控制局域网中，可以直接采用服务器电脑适当配接网络接口卡作为其控制服务器。

2.3 控制终端

控制终端是择一选择的转换终端、暗藏终端、操作终端；或是转换终端、暗藏终端、操作终端之间的串接构成；或是转换终端、暗藏终端、操作终端及其串接构成之间的排列组合。设计者还可以根据用户的需求把控制服务器直接内嵌制定的操作终端里面。

操作终端作为可选的控制终端分为机械操作终端和触摸屏操作终端两种。机械操作终端是由不带嵌入式操作系统的控制电路以及简单的开关控制面板组成的设计方案，设有用于操作控制的按钮开关和一个LCD显示器。按钮开关组成一个开关矩阵，开关矩阵用于输入控制指令，LCD显示器用于显示输入开关按钮的输入信息以及输入控制指令执行后的结果信息。本方案直接采用开关按钮输入控制指令，操作不是很人性化，一些指令需要记忆，但是成本低廉。触摸屏操作终端是由带嵌入式操作系统的控制电路以及带触摸屏的彩色液晶屏组成的设计方案，设有带触摸屏的液晶屏，液晶屏用于显示点击液晶屏所需显示的界面，以便输入控制指令，并显示指令信息以及指令执行后的执行结果信息。液晶屏具有图形操作界面，具有延时休眠的功能，并能在触碰触摸屏时恢复液晶屏的显示。由于液晶屏具有图形操作界面，操作变得方便直观，但是成本相对较高。

转换终端设置有用于连接控制对象外置电源插头的插孔，主要用于有外置电线插头的控制对象，如电视机、电脑、空调等，市场定位主要针对需要灵活安装的后装修客户。转换终端一般采用无线方式和控制服务器或者与其上级控制终端连接，其优点是使用方便，直接插到客户原来的插座上，其他电器的电源插头再插入转换器式接收装置的插孔取电；缺点是由于客户的个性化需要，品种多，生产成本高。

暗藏终端设置有一对电源进线和一对电源出线，如图2所示，并且其外壳上还设有接地线，一对电源进线和一对电源出线串接入所述控制对象原有电源线中，主要用于没有外置电线插头的控制对象，如电灯、吊扇等，市场定位主要针对还没有进入装修的客户。

暗藏终端既可以在线路装修时直接采用有线方式和控制服务器或者与其上级控制终端连接，也可以在线路装修后采用无线方式和控制服务器连接。整个暗藏终端可以安装在墙壁电源插孔内，或者电器的电源进线区，让控制对象的电源线经过该暗藏终端即可，地线用于兼容三线制电源插头，作为两线电源插头使用时可舍弃地线不用。优点是由于没有个性化外壳，所以生产成本相对较低。

2.4 其他功能

智能控制局域网在身份识别方面的应用至少设有两个控制终端，其中的一个控制终端作为操作终端内嵌有指纹采集器，控制服务器负责处理指纹数据，而余下的其他控制终端作为备用，控制服务器除了处理控制终端的信息以外，还可用于记录和监控指纹所有者的动态信息。操作终端和控制终端合并能显示指纹所有者的信息时，可以作为考勤设备使用；控制服务器单独设置时可组成网络式指纹考勤设备，而控制服务器直接内嵌到所述操作终端中时可作为独立考勤机使用[7，8]。其他控制终端用于控制指定门的开闭时，可用作门禁系统；控制服务器单独设置时可组成网络式门禁系统，而控制服务器直接内嵌到所述操作终端中时可作为独立门禁系统使用。其他控制终端用于报警非法入侵时，可用于入侵报警系统；控制服务器单独设置时可组成网络式入侵报警系统，而控制服务器直接内嵌到所述操作终端中时可作为独立入侵报警系统使用。

与现有技术相比，本发明采用的控制服务器设有有线或无线的网络接口；控制服务器网络接口通过有线或无线方式配接至少一个能与控制服务器进行数据交换的控制终端，控制终端连接所述智能控制局域网的控制对象；控制终端和控制服务器根据双方认可的数据传输协议进行数据交换，控制服务器负责控制终端所需要的数据分析和处理，并把处理结果信息反馈到控制终端，控制终端根据所述反馈的处理结果信息对与其相连接的所述控制对象做出控制。在无线方式下无需安装专用线路，在不破坏环境原有结构的情况下便可广泛地使用，在有条件安装线路的情况下也可以采用有线方式组网，而且采用服务器—终端的组网方式[9，10]，无需借助于以太网，控制终端可以采用有线或者无线的方法和其服务器利用双方认可的协议直接进行数据交换，无需复杂的标准无线网络协议，在保证功能强大的基础上具有相对较低的生产成本，在实际使用和推广中具有较为优越的灵活性以及优良的性价比。

3 具体应用方案

以下结合图3所示的智能家居控制局域网实施例对该智能控制局域网作进一步详细描述。

智能控制局域网各种控制终端实物和控制服务器实物分布如图3所示，由一个位于一楼进门处的内嵌有控制服务器的操作终端以及多个分布于各个房间的控制终端组成，操作终端及其内嵌控制服务器和所有转换终端、暗藏终端内嵌有ZigBee协议芯片，通过ZigBee协议组成一个无线智能控制局域网，通过各个转换终端、暗藏终端控制对应的控制对象，比如冰箱、空调等具体控制对象。

案例对象为一个两层楼的户型。控制服务器安放在局域网中最安全的地方，不在图中表示。转换终端、暗藏终端、操作终端分布在整个环境的各个不同区域，它们通过无线或有线的方式连接在一起，这样也方便随时增加终端节点。

操作终端采用机械式控制装置如图4所示，内嵌控制服务器，该控制终端配备128×64点阵单色LCD，可以以16点阵的方式显示4行每行8个中文字符，操作面板上设置有输入键盘阵列，分别为 “确定”、“取消”、“菜单”、“←”、“→”、“↑”、“↓”、“*”、“#”以及“0”-“9”的数字键。本操作终端由不带嵌入式操作系统的处理器及其控制电路以及单色LCD和简单的开关按钮构成的控制面板组成；客户通过开关按钮输入控制指令，LCD显示器用于显示输入开关按钮的信息以及指令执行后的结果信息；本方案直接采用开关按钮输入控制指令，操作不是很人性化，一些指令需要记忆，但是成本低廉。

4 结束语

传统的控制对象的组网方式是通过专用网络线路连接后组成一个有线控制网络，这种网络需要安装新的网络专用线路，往往需要破坏环境原有的结构。而基于无线电磁波的智能控制局域网虽然使用方便，应用范围广的优点，但是这些网络不是基于以太网媒介，就是采用点对点的无线传输方式，限制了这些无线控制网络的实际使用和推广。针对现有的局域网络问题，作者提出了一种新型的智能控制局域网架构。并将该架构成功应用在智能家居控制局域网中，且申请到该架构的实用新型专利，公开专利号为 10132110。

1 孙浩明，韩焱.无线传感器网络电源智能控制系统设计.现代电子技术，2009（7）：24～27

2 高丹.基于智能控制的超市网络监控系统.福建电脑，2009（3）：31～34

3 Cheng Xue,Wang Bin，Xu Yan.Application of network technology in intelligent greenhouse control system. Microcomputer Information,2009（1）：11～14

4 王炳鹏，胡学文.无线局域网在城市轨道交通中的应用.福建电脑，2009（2）：34～37

5 杨云海.家庭有线局域网的布线、组建及应用.科技资讯，2009（2）：16～20

6 Xu Kai,Jia Qingx uan,Sun Hanxu.Robot-controlling system based on WLAN.Instrumentation Technology,2009（1）：41～47

7 胡兆斌.无线局域网在大型体育场馆中的构建及应用.现代商贸工业，2009（1）：24～27

8 Xu Bo.Planning and application of WLAN.Railway Signalling&Communication,2009（3）：14～18

9 童慧.浅谈高校图书馆小型无线局域网建设.黑龙江史志，2009（3）：27～31

10 徐小平.无线局域网技术及发展前景展望.黄冈职业技术学院学报，2009（1）：8～13

Design of Intelligent Control LAN

Zhang Weiqiang,Chen Qun
(Ningbo University,Ningbo 315211,China)

The traditional methods of constructing a control object is connected via a dedicated network lines form a wired control network,such networks are needed to install a new network dedicated lines,and often required the structure of the original damage to the environment.The wave of intelligent controlling is based on wireless local area network.Although it is easy to use and is advantages of wide range of applications,but these networks are ethernet-based media,or used of point to point wireless transmission,these were limited their practical using in wireless control network and promotion.For the existing local network problems,authors propose a new local area network of intelligent control architecture.And it was successfully applied to the structure of intelligent home control LAN,and the application to the structure of the utility model was patented.

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2010-07-08）