基本信息
- 项目名称：
- 多网融合的远程分布式家庭无线网络
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本系统主要由无线网关、家电子节点和计算机终端的上位机软件组成。用户可根据实际需要选择现有的GPRS/GSM网络、Internet、PSTN网络或者现场监控终端（包括触摸屏遥控器），对从无线网关传输过来的数据进行监测、控制，从而实现智能电器、家居环境监测和安全防护。在计算机监控终端方面，操作者可以通过由LabView软件设计的人机交互软件监控家庭无线网络。
- 详细介绍：
- 随着经济的腾飞，人们的生活质量得到很大提升，对家庭居住环境在舒适、安全和便捷方面的要求也日益提高。电子信息、计算机和网络技术的飞速发展，为3C（Computer，Communication，Consumer Electrics，计算机、通信与消费电子产品）融合创造客观条件，物联网中的“数字家庭网络”成为现实。数字家庭网络分为家庭数据网络和家庭控制网络，后者主要实现对各种常用家电的控制、调节以及家居安全的监控。 绝大多数家庭网络存在成本高昂的问题，成为其广泛推广的障碍。本系统从简单实用、安全可靠、价廉低耗的角度出发，在不改造原有家电设备和线路的情况下，可充分发挥无线通信的优势。系统由LPC2148嵌入式芯片控制GPRS/GSM模块、嵌入式Modem，使用者可根据实际需要选择现有的通用分组无线服务技术/全球移动通讯系统（General Packet Radio Service/Global System for Mobile communications，GPRS/GSM）网络、Internet或者公共交换电话网络（Public Switched Telephone Network，PSTN），将监测数据传输给远程终端，基本不存在费用和距离的限制。可采用查询、定时上报或有异常则上报的机制，通信数据量少，能满足实际需求。系统能够进行远距离、多要素、多目标的家电设备、家居环境数据采集、传输、网络发布及综合应用。 系统结构 本系统主要由无线网关、家电子节点和计算机终端的上位机软件组成。如图1所示，无线网关作为系统的中枢，通过由nRF24L01模块组成的星状无线个域网，对各家电子节点进行数据监测。nRF24L01无线模块工作在2.4GHz的ISM（Industrial Scientific Medical，工业科学医学）频段，无需申请许可证，能在全球通用。用户可根据实际需要选择现有的GPRS/GSM网络、Internet、PSTN网络或者现场监控终端（包括触摸屏遥控器），对从无线网关传输过来的数据进行监测、控制，从而实现智能电器、家居环境监测和安全防护。在计算机监控终端方面，操作者可以通过由LabView软件设计的人机交互软件监控家庭无线网络。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计目的：从简单实用、安全可靠、价廉低耗的角度出发，在不改造原有家电设备和线路的情况下，充分发挥无线通信的优势，设计一种融合WPANs、GPRS/GSM、Internet和PSTN四种网络的远程分布式家庭无线网络。 基本思路和创新点：由ARM7嵌入式系统设计的无线网关作为家电网络中枢，使用nRF24L01短距离无线通信模块与各家电节点通信，组建星状WPANs。 技术关键：使用ARM7嵌入式系统LPC2148设计网关，STC12C5A60S2单片机为各家电子节点的控制核心，辅以nRF24L01短距离无线通信模块，组建星状WPANs，对相关家电进行数字智能控制。 技术指标：只要GPRS/GSM网络覆盖的区域，都可以使用手机监控家电网络；家电网络有异常，网关可在5s内向手机发送短消息报警。
科学性、先进性
- 随着通信技术的飞速发展，数字家庭网络技术已步入真正的发展期。目前，大部分数字家庭网络只是基于现有的智能家电、安防等产品的简单组合，只能实现对家电的现场控制。本系统从简单实用、安全可靠、价廉低耗及可扩展性强的角度出发，充分利用现有的各种可用网络，将家庭无线个域网与GPRS/GSM、Internet 及PSTN融合在一起，做到以用户为中心，以低廉的通信资费为用户提供多种便捷的监控途径。通过移动性强、覆盖面广的GPRS/GSM网络，实现“行于外，家就在身边”。 操作者能够在远程计算机终端通过Internet或PSTN访问家庭无线网络。远程计算机终端运行LabView设计的应用软件，它具有友好的人机交互界面，可以通过图形和数字方式显示家电运行状况，用户也可通过该软件方便地控制家电。应用软件还能存储备份家电设备运行过程中的海量数据，以供后续查询使用
获奖情况及鉴定结果
- 嘉应学院第十一届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛一等奖
作品所处阶段
- 作品还在实验阶段，尚未投入生产
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物，现场演示，图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本作品是通信技术、网络技术、嵌入式技术和计算机技术的完美结合。通过WPANs、GPRS/GSM和PSTN等网络技术的系统集成与优化设计，系统能够进行远距离、多要素、多目标的家电设备、家居环境数据采集、传输、网络发布及综合应用。由nRF24L01无线模块组建的WPANs具有低功耗、高速率、低成本、高可靠性、组网能力强、网络容量大、鲁棒性好的优势；GPRS网络技术使得家电网络具有实时在线、快捷登陆、高速传输，且通信资费按量计费的优点；PSTN网络传输实时性强，通信距离远，适合于隧道、地下矿场等GPRS/GSM网络覆盖的盲点区域。四种网络各具特色，优势互补，使得系统达到精确化、实时化、网络化、科学化的要求。图形化的触摸屏遥控器和界面友好的远程上位机监控软件使得操作者可以方便、快捷地访问家电网络。
同类课题研究水平概述
- 近年来，多个发达国家和地区都在积极部署和实施包含数字家庭与现代信息服务业的发展计划：日本成立ECHONET协会和UOPF协会，同时还提出u-Japan计划，从标准制定和政策服务等若干方面支持本国的数字家庭产业；韩国启动“U-City”重大科技计划，支持发展包括数字家庭相关的高科技攻关项目；欧洲不断加强对跨国高新技术联合研究和开发的大型计划——尤里卡计划的支持力度；德国也推出信息技术研究计划。 国内的中山大学、华南理工大学与清华大学、中国科学技术大学等著名大学及高层次科研院所合作组建研发团队，承担“数字家庭无线网络中若干智能信息处理理论与技术研究”、“可视媒体智能处理理论与传输方法”、“面向数字家庭的智能计算理论体系研究”、“数字家庭无线网络体系结构及兼容性理论与技术”等重点项目，取得一系列的突出进展和创新成果。北京科技大学王志良教授领导的课题组也在进行智能家居系统的研发。 由于智能网络家电蕴涵着巨大的商机，已经成为现代房地产商及电器生产商追逐的热点。智能网络家电遥控监控系统（INARMS）设计与实现的目的，就是为这个应用领域搭建一个商业化的实验平台，摸索一条走向市场的道路。目前，智能网络家电的国际国家标准尚未真正成熟。各大厂商和相关组织机构正在着手建立和制定设备之间的网络接口标准和数据传输协议。 国内外许多企业都积极开发数字家庭无线网络产品，如海尔U-home与杭州电信“我的e家”合作推出“我的e家﹒智慧屋”，让用户切身感受到“物联网”的无穷魅力；西门子推出“智能家庭网络”方案，为用户提供直观的家庭生活信息及控制；霍尼韦尔（Honeywell）的网络型智能家居系统在功能上是一个高集成化的系统，基本涵盖智能家居系统的所有功能；LG电子的智慧家居系统“LG HomeNet”将多数的智慧化设备通过网络来连接，随时随地提供方便、安全、快乐和适宜的居住环境。 总体而言，国内外的家庭无线网络产品各具特色，充分利用现有的各种网络，给用户提供视频、语音和图像服务，实现智能家居、安全防护等功能。几乎所有的产品都没有考虑中低端用户的需求，片面追求功能齐全、技术高端，使得操作很不太方便。有些功能甚至华而不实，反而抬高产品价格，国内普通阶层的消费者根本承受不起，因此暂时无法享受科技进步给我们家居生活带来的好处。
