波创智能工程案例分析

坐落在深圳市高新技术产业园区的深圳市波创科技发展有限公司作为波创企业集团的研发基地，是以智能家居技术、通讯技术、计算机技术为研发方向，开发具有自主知识产权的家居智能化、小区智能化产品的高新技术企业，也是深圳市重点软件企业。

目前开发的产品有波创智能网关，波创智能家居控制系统，波创智能照明管理系统，波创EHOME智能家居远程控制系统及波创智能开关等。

一、案例分析

1 建设要求

某小区的建设目标为中、高档智能化小区，单元楼，多种平层户型。

所提出的具体建设需求：

A.对讲部分

① 室内机可免提通话，彩色大屏幕、可触摸方式，可呼叫、对讲、开锁及监视；

② 至少满足8防区，可连接紧急按钮、烟感探测、红外探测等；

③ 可通过密码撤布防，具有无线撤布防功能；

④ 可接收多媒体、文字类型信息发布功能；

⑤ 单元门口机应用彩色CCD，420线以上，信号数字化传输；

⑥ 可增加围墙机、副门口机设备并可联网；

⑦ 门口机按键可夜光操作，摄像头有夜视功能，可通过门禁或密码开门；

⑧ 门口机可与管理中心联网，具有留影功能；

⑨ 管理中心可管理各终端，可监控各个门口机，发布信息等。

B.室内部分

① 家庭住户可通过电话、手机及网络对家电设备进行远程遥控和室内控制；

② 通过事件程序自动联动家电设备；

③ 能实现对家庭灯光、空调、电动窗帘等家电设备的控制；

④ 可在家庭实现场景控制，至少能满足5种不同的场景控制；

⑤ 场景控制可通过普通按键式无线遥控器、无线手持PDA等进行控制。

2 功能分析

A.对讲系统

首先，从整体架构上使用总线转TCP/IP的布线方式可满足信号数字传输的需求。简单的讲，单元楼内部使用总线制方案，将对讲线路逐户引入；在单元楼外部接入小区局域网来进行信号传输。具体如下图所示：

这种联网方式可有效避免传统总线方式中信号单通道的传输问题，可实现多个用户的同时通讯。公共部分的局域网传输为信号的传输与后期的调试及维护带来了保障和便利。

单元对讲门口机采用CCD摄像头，具有红外夜视功能，无论白天与黑夜都可输出高清晰的彩色视频影像。按键的蓝色夜光设计使人们在黑暗的环境下仍可方便的操作。

室内机使用目前技术比较领先的嵌入式开发设计，LINUX架构可以让显示界面丰富多彩，5寸大屏幕可任意触摸，65K色使颜色更加鲜艳动人，我们把它称做智能网关。

智能网关除了可以清楚的接收高清晰的对讲视频图像以外，还可兼容安防报警系统、家电及灯光的管理与控制系统、网络和电话的远程控制系统等。

B.安防系统

家庭智能网关可接入14个防区，连接有线安防探头。另外还有三个受控输出，可连接由安防系统联动的外接设备。

有线的安防连接方式可以有效的保证探头的工作稳定性，大幅度降低探头的误报警率。连接的探头可兼容市场上通用并常见的、符合国家标准的任何种类的有线安防探头。

报警时可通过本地及网络、电话、声光报警设备向外界输出报警信号，并可预设不同的报警语音。网络管理中心通过电子地图清晰显示出报警的具体位置。多方位的报警系统让您在触发警情的第一时间即可作出响应的处理。通过智能网关的设置，可以实现由任意探头来触发启动不同的灯光及家电控制场景。比如，下班回家时可以利用门磁的触发来启动客厅的灯光及空调等等。

C.家电及灯光的管理与控制

家庭智能网关配合bechamp品牌的智能开关与智能插座、无线红外转发器等，网络及电话线路的接入即可形成涵盖家电、灯光等的综合智能控制系统。

由上图可以看到，智能网关与开关、插座及无线红外转发器之间是采用无线射频(433.92MHz)方式，中间不需要添加任何信号线。

智能开关采用单火线连接方式，与使用普通机械开关的布线方式完全相同。外型参照国家标准86型设计。按键机械式大翘板设计，操作手感良好，可手动控制连接露负载，也可通过智能网关或情景遥控器来控制。

关于红外电器的控制则是采用无线转红外的方式，即先通过无线通讯穿越墙体，到达红外电器所在的房间，再通过无线红外转发器发出相应的红外码来控制红外电器，比如电视、空调、DVD等。

本系统中智能网关或信息家电遥控器等的红外控制均是以使用红外码学习的方式来实现的，控制器本身是没有红外编码库存在的，所以此种方式可学习不同种类的红外遥控器编码，即学即用、方便快捷。

智能网关网络和电话线路的接入，即可利用INTERNET网络，在世界任何一部计算机上访问并浏览、控制智能网关，远程的操作界面和您在本地操作所看到的界面是一模一样的。除此之外，使用手机、固定电话均可拨打家中的电话，接入智能网关后自动启动语音系统，您只需按照语音提示就可以控制安防情况，也可以控制家电及灯光等。

二、产品的配置方案

按照三房两厅的基本配置，我们可以采用以下方案：

使用本套方案，除安防探头的接入及可视对讲的需要，布设部分线路之外，家电控制、灯光及插座控制均采用无线控制。只需按要求正确安装各个控制点，再通过无线对码方式即可组成控制网络，可以随意更改控制方式或情景模式。

本方案的产品配置总造价（市场价）不超过2万元，对于中、高端用户群来说都是比较容易接受的。方便快捷的安装方式，无须预布线，后期的维护和产品的扩展都比较方便，所以越来越多的人开始接受智能家居。

三、产品的安装与调试

A.开关的安装与调试

智能开关采用的单火线连接方式，与现有的机械类开关是一样的。外观是按照86型设计，所以在整体安装方面没有特殊的要求，只要按照正常的布线即可。

智能开关属于电子类产品，所以有别于普通机械开关，对负载的功率有严格的要求。另外在负载类型上区分为可调光型和不可调光型。在使用方案建立时就需要将开关的负载功率和负载类型等因素考虑进去。

事实上只有纯阻性负载才允许做调光型的负载，感性及容性负载因其灯具本身的特性限制，在没有辅助设备的帮助下是不允许进行调光的。

安装时需要由专业电工或施工人员按照电工操作规范中的要求进行专业安装。安装完毕并检查线路无断路或短路的情况下进行上电调试，只要手动可以正常控制并其连接的负载能得到有效的控制即可。

B.智能插座的安装调试

智能插座的安装需要将火线、零线及地线分别接入相应的接线端口中，之后检查线路中是否出现短路、断路等问题，确认无误后上电调试。插座面板上的控制键可以有效的控制插座孔内的电源输出即可。

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C.智能网关的安装与调试

智能网关的安装需要连接由安防引入的安防信号线，由小区对讲系统引入的对讲信号线，LAN网络等等。

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B.智能插座的安装调试

智能插座的安装需要将火线、零线及地线分别接入相应的接线端口中，之后检查线路中是否出现短路、断路等问题，确认无误后上电调试。插座面板上的控制键可以有效的控制插座孔内的电源输出即可。

C.智能网关的安装与调试

智能网关的安装需要连接由安防引入的安防信号线，由小区对讲系统引入的对讲信号线，LAN网络等等。

连接完成并检查线路无问题后，开始上电调试。

1）检查对讲系统的呼叫、对讲及监视是否正常。

2）检查安防探头的各个点是否可以正常触发，端口是否可以正常检测到探头的触发。

3）检查网络线路及电话线路是否畅通。

4）检查电源电压是否正常。

5）检查智能网关软件是否能正常启动；触摸屏幕是否功能正常。

6）调试与智能开关或插座的对码和控制是否正常。

7）撤布防遥控器的对码与控制；设置安防防区中的内容。

D.信息家电控制器的调试

按照产品使用说明书中的方法，可将家庭中已有的红外电器遥控器中的红外码学习到信息家电控制器中，并尝试控制是否正常，以及测试遥控器在居室内的控制范围。

E.无线红外转发器的调试

无线红外转发器的使用要根据实际的控制电器位置来决定。

选择位置的原则是：要将转发器的发射窗正对电器的红外接收窗，选定位置后就近选择或安装一个220V的普通插座即可。

一个转发器可分别控制8个不同的红外电器，针对家庭影院的控制更加方便有效。

四、应用技术

1.信息家电控制器或无线红外转发器控制红外电器的方案是通过红外接收管接收被学习的遥控器所发射出的红外信号，并把它解调后数字化存储到存储器上，完成学习的过程。发射时再把数字信号还原后调制成合适的红外载波并发射出去，从而达到完全仿真原有家电遥控器的功能。该方案相对比较复杂、技术含量较高，它在原理上几乎可以学习所有的红外遥控器，有非常大的灵活性。

国内市场上此类产品还不太多，波创的信息家电控制器在此项技术的应用上积累了大量的经验并进行了大量的技术创新，从而保证了产品质量的可靠性和稳定性。另外，在此基础上波创的信息家电控制器还增加了射频发射功能。

2.产品使用的射频方案是属于模拟的，不同于GPRS、蓝牙、802.11 B的数字方式。因为所要传输的数据量不大，在模拟的射频存在调频和调幅两种调制模式即FSK和ASK, 前者的传输距离和抗干扰性比后者要好，但是成本相对较高，功耗也相对较大，一般对讲机和无绳电话采用的都是这种方案。波创的遥控产品（特别是单火的开关）因为对功耗要求特别高，所以选用ASK方案。波创所使用的射频方案属于超外差，它不同于超载声。前者的接收灵敏度和抗干扰性要比后者好。使用的频率值是433.92MHz，相关产品的身份ID识别码是采用24位编码方式，大大降低了产品的相互控制影响力。

3.电话控制器在技术方案中分为三个部分，第一个部分是语音播放部分，它采用的是ISD的语音芯片。第二个部分主要是处理电话信号，比如电话的摘机、挂机、电话的振铃检测、忙音检测、DTMF按键检测等，此部分波创严格按照国标的相关规定来确保它的可靠性。第三个部分主要是处理无线和红外的学习和发射，它的方案与信息家电控制器的方案是基本相同的。

4.智能网关的方案是以PC做为核心处理部分，加上一些外挂的设备来实现智能网关的功能。PC的处理能力一般比较强，也都有多任务的操作系统，软件的可移植性也比较好，但是它同样有很大的局限性：

■PC不是专用的家庭智能化设备，相对操作比较复杂，有很大的操作局限性。

■PC一般功耗比较大，不能长期从事不间断工作。

■PC易受病毒或其它恶意软件的攻击，系统的稳定性不够。

■成本相对比较高。

基于嵌入式系统的解决方案也在近几年刚刚兴起，目前已经大量应用于掌上电脑、手机、网络设备、数字电视、汽车电子等很多方面。它与以前基于单片机的系统比较，有极大的性能提升，主要表现在：

■处理能力大大增强，毫不逊色于普通PC，但是功耗却和单片机相差无几。

■根据系统定制的实时操作系统具有更好的稳定性和实时性，它不像Windows那样庞大臃肿，而是根据硬件量身定做，其效率和稳定性更高。

■通过操作系统合理的配置资源，使该方案能够多任务分时工作，最大限度的发挥处理器的性能。

■应用软件的编写具有硬件无关性，可以很方便的移植和扩展。

■一般只采用一颗主芯片，系统架构更加清晰明了。

波创的家庭智能网关采用的就是该方案，主要电路如下图：

其优点如下：

■运行稳定安全可靠

（1）主处理器高度集成，系统结构简洁、信号稳定；

（2）采用6层高频板工艺，高速线路采用等长设计，双路时钟输入，拒绝一切干扰；

（3）操作系统采用开源的Linux操作系统，安全、稳定；

（4）采用双电源热备份设计，主用电源为ATX电源，备用电源为带充电电路的锂电池；

（5）正常情况下，主用电源为系统供电（包括后备电源充电），锂电池处于待命状态并进行必要的充电；

（6）在主用电源失效的情况下备用电源自动启用，主用电源恢复正常后再切换回主用电源，二者之间的切换做到无缝，即二者的切换不会影响到相关软硬件系统正在进行的工作；

（7）备用系统电源能持续工作3小时以上，待机24小时以上。

■高效低耗

其主处理器采用主频高达200MHZ的韩国三星公司的S3C2410（ARM9内核）高效低耗处理器（该处理器主要用于手持设备，其功耗之低可想而知），再配备上海量（相对于传统的基于51单片机的解决方案）的64MFlash和64MSDRAM，可以轻松处理TCP/IP网络协议栈、音视频处理和一些复杂的桌面应用（如Word, Excel, 图片查看程序，邮件客户端和网络浏览器），这些是根本无法想象的，具有不可比性。

■人机交互界面友好

采用带背光和触摸屏接口的320240 STN彩屏，色彩达到64K色，并配有快捷按键，所有人机交互界面均采用纯图形，美观大方。

■系统可扩展性强

硬件接口丰富，这些接口包括：

——10M以太网络IC及其接口1个

——LCD接口

——触摸屏接口

——人机交互键盘

——串口：485接口1个（用于接485设备），232接口1个

——LED指示灯4个

——I2S接口，引出Microphone和立体声Speaker

——USB Host和Device接口各一个，可用于连接U盘，数码相机和摄像头等USB设备

——SD存储卡接口

——JTAG，采用20针接口，方便系统级调试

——其他未使用CPU口线，统一引出，以备将来系统扩展操作系统采用开源的Linux操作系统，开发资源丰富，软件上提供一套标准通用的API二次开发接口，可移植性强。

■系统升级方便

系统的所有软件包括启动代码、操作系统内核、系统文件、应用程序均基于文件系统，在目标机中以文件的形式存在，均可单独升级，而且是在线升级（通过以太网络或USB接口或串口），给产品的后续升级维护提供了很大的方便，这些是传统的基于51单片机的解决方案所无法做到的，具有不可比性。

■连接INTERNET即可实现智能网关的网页浏览功能。远程计算机也可通过网络服务器或个人网络登陆智能网关浏览和控制网关。

五、工程总结

■主体控制部分均无需布线，有效减轻前期的布线工作量及方案设计的复杂性。

■方便调试及维护。

■安装符合标准化，安装便捷。

■智能网关、智能开关、无线红外转发器、信息家电控制器等模块化处理，组网方便，可做任意的组合搭配使用，可任意设置使用场景。

■施工成品相比同类型产品具有高性价比。

■控制稳定，同型号产品相互之间不会产生干扰等现象。

“诚信、创新、卓越”的企业精神，在每一位波创员工的行动上得到了最好的体现，也激励着每一位波创员工继续诚信服务社会，锐意技术创新，在面向未来的社会信息化浪潮中追求卓越的贡献。在今天这个以“高科技”著称的时代，生活本应以高科技为指引、人文为向导。在高科技面前，波创将不断努力，倾力创建小康生活新标准，共创人类美好的家居新生活。

注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文