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紅外收發模塊搭建了硬件電路，構成網絡的主從節點；介紹了網絡組建的過程，包括IrDA協議棧結構、數據編碼格式、鏈路連接、網絡管理機制等。本設計實現了對家居設備的統一管理，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、計算機網絡系統和網絡通信技術于一體的網絡智能化的家居控制系統。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、互聯網或者語音識別控制家用設備，更可以執行場景操作，使多個設備形成聯動。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等。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，但可節省大量成本。近幾十年來，隨著編碼調制技術的發展，紅外無線數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，每個終端節點控制器配備用于光電信號相互轉化的紅外收發模塊，以發散的紅外光作為載體信號，使在同一室內的各終端節點以自組織方式構成網絡，形成對目標的監測區域。每個房間分別裝有一個主節點控制器和若干個從節點控制器，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。主節點控制器之間以電力線形式連接，實現家庭中各居室的相互通信。
主節點控制器同時又配有GPRS模塊，可以與外部網絡進行通信。主節點控制器通過外部網絡，把數據從監測區域發送到遠程數據庫，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，與主節點控制器進行交互，如向目的節點發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點控制器發出紅外光，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，主從節點的發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點控制器，這些從節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，從節點控制器通過自學習過程，存儲該編碼。使用過程中，從節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，并在完成之后發出反饋信號。室內的不同控制器分別實現了其自身功能，室內智能家居結構如圖2所示。

室內智能家居向用戶提供家電統一管理、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及GPRS遠程監控等功能，并結合其他系統為住戶提供一個溫馨舒適、安全節能、先進易用的家居環境，讓住戶充分享受到現代科技給居家生活帶來的安全、舒適、便利與精彩。