專利名稱：基于全電力線的智能小區(qū)和智能家居自動(dòng)化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電力線網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用，更具體地說，本實(shí)用新型涉及同時(shí)使用電力線網(wǎng)絡(luò)和通信與信息技術(shù)的智能小區(qū)和智能家居自動(dòng)化系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)的飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，智能控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)取得了巨大的進(jìn)展，智能化建筑中的各弱電系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上建立起來的集成應(yīng)用，逐漸成為智能樓宇弱電系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
20世紀(jì)80年代初，隨著大量采用電子技術(shù)的家用電器的出現(xiàn)，住宅電子化(Home Electronics，HE)應(yīng)運(yùn)而生。國外對(duì)智能家居的研究較早，已形成X-10、CEBus、LonWorks、Smart House等成熟的網(wǎng)絡(luò)規(guī)范，并設(shè)計(jì)出簡單的家庭自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)。歐美、日本、新加坡、韓國有許多提供智能家居產(chǎn)品的專業(yè)生產(chǎn)廠商和分銷機(jī)構(gòu)，周邊產(chǎn)品和配備產(chǎn)品的廠家隊(duì)伍則更為龐大，一些知名企業(yè)如IBM、CISCO、Siemens、Samsung、Microsoft、Sony、Panasonic很早就投身這一領(lǐng)域，產(chǎn)品種類繁多，且各自采用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)也不盡相同，近幾年來，一些產(chǎn)品在技術(shù)方面已經(jīng)發(fā)展得比較成熟。
鑒于我國的實(shí)際國情，國內(nèi)的智能家居技術(shù)是與智能小區(qū)同步發(fā)展的，它既可以成為智能小區(qū)的一部分，也可以采取獨(dú)立安裝的方式來實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)家庭的智能家居控制。最初，在1994年，一家新加坡公司在國內(nèi)銷售的名為“萬智能”的多媒體電腦，堪稱國內(nèi)第一個(gè)智能家電的雛形。隨后，到1998年，Microsoft公司推出了轟動(dòng)一時(shí)的“維納斯”計(jì)劃，使智能家居在國內(nèi)取得了概念性的突破，極大地推動(dòng)了國內(nèi)信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。緊接著，1999年3月，國內(nèi)的凱思集團(tuán)正式向外界發(fā)布了Hopen嵌入式操作系統(tǒng)，并將Hopen產(chǎn)業(yè)化推進(jìn)策略命名為“女媧計(jì)劃”。該計(jì)劃以信息家電為目標(biāo)，以Hopen為基礎(chǔ)平臺(tái)，聯(lián)合芯片設(shè)計(jì)及制造商、電器制造商、軟件開發(fā)商、信息服務(wù)商和信息運(yùn)營商，共同推進(jìn)智能家居技術(shù)的發(fā)展。近年來，國內(nèi)專業(yè)的智能家居廠商的數(shù)量也在不斷增長，其中有獨(dú)立開發(fā)的，也有引進(jìn)國外技術(shù)而在國內(nèi)進(jìn)行生產(chǎn)和集成的。其中出現(xiàn)了不少知名產(chǎn)品，如EnjoinSmart易居家庭自動(dòng)化系統(tǒng)、引進(jìn)新加坡技術(shù)的Treasureway寶路家庭智能化系統(tǒng)、深圳交大科技研發(fā)的住宅網(wǎng)絡(luò)智能控制數(shù)據(jù)終端等。
目前國內(nèi)外智能家居網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品采用的通信介質(zhì)主要有三類無線、雙絞線和電力線。從理論上講，無線方案是其中最誘人的，因?yàn)樗恍枰獙?duì)家庭作重新布線，且宜于居室中設(shè)備的移動(dòng)。但由于該項(xiàng)技術(shù)并不完全成熟，在國外的智能家居中很少見，再加上目前多采用集中式控制，成本也比較高，此外，長期生活在數(shù)十MHz到數(shù)GHz的較強(qiáng)的電磁場中對(duì)人體健康的影響較大，所以，無線方案在行業(yè)內(nèi)推廣有一定的困難。
目前應(yīng)用最多的是采用雙絞線作傳輸介質(zhì)的全分布式系統(tǒng)，它傳輸速率較高，性能可靠，成本也比較低。它的主要不足之處是需要另外鋪設(shè)2-4根雙絞線，因此適合應(yīng)用于新建的家居中，但不適合大量需要智能化改造的已有建筑物。市場上所見到該類產(chǎn)品中，部分是與國外類似產(chǎn)品兼容的(如EIB、CEBus等)；另一部分是一些公司自己開發(fā)的，但技術(shù)不甚完善且兼容性較差，還需要經(jīng)過較長時(shí)間的應(yīng)用驗(yàn)證才可推廣應(yīng)用。
目前在智能家居中應(yīng)用電力線作傳輸介質(zhì)的比較少，這主要有幾個(gè)方面的原因1)可靠性差。開發(fā)商對(duì)電力線的傳播特性不甚了解，研制或生產(chǎn)的產(chǎn)品抗干擾能力差，不能實(shí)現(xiàn)可靠的傳輸；2)傳輸速率低。目前市場上使用的電力線載波通信設(shè)備的速率較低，最高的不過1200bps，有的只有幾十bps，不能滿足家庭信息實(shí)時(shí)化控制的要求；3)不具備家庭內(nèi)部的組網(wǎng)能力，不能構(gòu)建家庭內(nèi)部的局域網(wǎng)，滿足不了現(xiàn)在及未來人們對(duì)家庭智能網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的要求。
從實(shí)際需要方面講，人們擁有智能家居系統(tǒng)是為了享受更舒適便利、更安全的生活。因此，智能家居系統(tǒng)不僅要具有安裝靈活、使用方便等特點(diǎn)，還應(yīng)該提供更多的諸如住戶INTERNET接入、自動(dòng)控制、安防、娛樂、網(wǎng)上購物、遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程在線教育等功能，并且應(yīng)該可以實(shí)現(xiàn)小區(qū)的分戶管理。從建設(shè)成本方面講，智能小區(qū)及智能家居系統(tǒng)的普及化發(fā)展要求其設(shè)計(jì)要面向低成本、高性能的目標(biāo)。對(duì)于智能家居系統(tǒng)的安裝商來說，更應(yīng)該考慮系統(tǒng)是否易于安裝，是否需要修改用戶已有的房屋居住環(huán)境，是否需要額外布線，布線的復(fù)雜程度如何，布線是否可靠等問題。
從上述描述可知，現(xiàn)有技術(shù)中還沒有開發(fā)出將在住宅小區(qū)和各個(gè)家庭中已有的電力線網(wǎng)絡(luò)與信息通信技術(shù)的結(jié)合在一起，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)住宅小區(qū)和各個(gè)家庭進(jìn)行綜合智能家居和智能小區(qū)控制和管理的系統(tǒng)。
實(shí)用新型內(nèi)容為了解決現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本實(shí)用新型提出了采用現(xiàn)有的配電系統(tǒng)電力線網(wǎng)絡(luò)來充當(dāng)數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸和寬帶接入的媒介，從而可以充分利用無處不在的電力線資源來實(shí)現(xiàn)智能家居和智能小區(qū)控制。
具體地說，為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，根據(jù)本實(shí)用新型提供一種基于全電力線的智能小區(qū)和智能家居自動(dòng)化系統(tǒng)，其包括小區(qū)管理控制中心，小區(qū)電力線接入網(wǎng)絡(luò)，以及多個(gè)家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)。其中，每個(gè)所述家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通過現(xiàn)有的小區(qū)配電電力線路中屬于各家庭內(nèi)部的一部分將家庭內(nèi)部各信息通信設(shè)備耦接起來；所述小區(qū)電力線接入網(wǎng)絡(luò)通過所述現(xiàn)有的小區(qū)配電電力線路的另一部分將所述多個(gè)家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)與所述小區(qū)管理控制中心耦接起來，以便構(gòu)成小區(qū)內(nèi)部局域網(wǎng)，并完成各家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)與小區(qū)管理控制中心之間的交互通信。從而，在現(xiàn)有小區(qū)配電電力線路的基礎(chǔ)上，通過所述小區(qū)管理控制中心和小區(qū)電力線接入網(wǎng)絡(luò)，對(duì)各所述家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)中的信息通信設(shè)備進(jìn)行小區(qū)范圍內(nèi)的智能化控制和管理。
如上所述，本實(shí)用新型立足于電力線通信技術(shù)，研究開發(fā)出了基于電力線的智能家居自動(dòng)化系統(tǒng)，并結(jié)合電力線高速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，構(gòu)建基于低壓配電網(wǎng)的集INTERNET上網(wǎng)、智能家居控制于一體的智能化數(shù)字小區(qū)，為電力線通信技術(shù)和智能家居的應(yīng)用開辟了新的領(lǐng)域。該系統(tǒng)還可提供小區(qū)在線負(fù)荷監(jiān)測和分析功能，為電力、供水、燃?xì)獾炔块T的決策和管理提供可靠依據(jù)。


通過結(jié)合下面的附圖對(duì)具體實(shí)施例的詳細(xì)說明，本實(shí)用新型的目的、特征及其有益效果將變得更加明顯。
圖1是根據(jù)本實(shí)用新型的基于全電力線的智能小區(qū)和智能家居自動(dòng)化系統(tǒng)的一個(gè)具體實(shí)施例的示意性結(jié)構(gòu)配置圖。
具體實(shí)施方式
下面將參考圖1對(duì)實(shí)用新型的基于全電力線的智能小區(qū)和智能家居自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的描述。
如圖1所示，本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的家居智能管理系統(tǒng)建立在小區(qū)電力線寬帶接入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上，利用現(xiàn)有的電力線網(wǎng)絡(luò)對(duì)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行組網(wǎng)。鑒于我國家庭居住環(huán)境多以小區(qū)為單位，所以在本實(shí)施例中，所開發(fā)的智能小區(qū)及智能家居自動(dòng)化系統(tǒng)主要是由多個(gè)家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)3(圖中只示出其中一個(gè)，即與第N號(hào)住戶對(duì)應(yīng)的數(shù)字網(wǎng)絡(luò))、小區(qū)電力線接入網(wǎng)絡(luò)2、小區(qū)控制管理中心控制中心1構(gòu)成。家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)3是以家庭控制終端HCT(Home ControlTerminal)6為核心的集中控制系統(tǒng)，通過它完成對(duì)家庭內(nèi)部各種傳感器、表計(jì)及控制器等信息通信設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和控制。家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)3的數(shù)據(jù)傳輸充分地利用現(xiàn)有的電力線配置，采用低壓電力線載波的通信方式。小區(qū)電力線接入網(wǎng)絡(luò)2是在小區(qū)控制管理中心1和各個(gè)家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)3之間進(jìn)行信息交換的中介通信網(wǎng)絡(luò)。在本實(shí)施例中，小區(qū)控制管理中心1是基于以太網(wǎng)的信息平臺(tái)，采用C/S(客戶機(jī)/服務(wù)器)與B/S(瀏覽器/服務(wù)器)相結(jié)合的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，其主要由包含有中心管理服務(wù)器、控制工作站(未示出)的小區(qū)控制和管理單元10，以及互聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)絡(luò)路由器HUB 13組成，從而完成對(duì)整個(gè)小區(qū)住宅的智能化控制和管理。
圖1所示的基于全電力線的智能小區(qū)和智能家居自動(dòng)化系統(tǒng)中存在兩個(gè)電力線通信網(wǎng)絡(luò)一個(gè)是電力線寬帶接入網(wǎng)絡(luò)，即小區(qū)電力線接入網(wǎng)絡(luò)2；另一個(gè)是室內(nèi)電力線智能家居通信網(wǎng)絡(luò)，即家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)3。小區(qū)電力線接入網(wǎng)絡(luò)2完成小區(qū)的寬帶接入，實(shí)現(xiàn)通過家庭內(nèi)部的墻壁電源插座進(jìn)行通過電力線上網(wǎng)的目的，并完成各個(gè)家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)3之間、以及各家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)3與小區(qū)控制管理中心1之間的通信和信息交換。各個(gè)家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)3完成智能家居自動(dòng)化系統(tǒng)中以家庭為單位的通信和組網(wǎng)功能，為智能家居自動(dòng)化系統(tǒng)提供通信保障。
小區(qū)電力線寬帶接入網(wǎng)絡(luò)2在本實(shí)用新型基于全電力線的智能小區(qū)和智能家居自動(dòng)化系統(tǒng)中扮演住宅接入網(wǎng)絡(luò)的角色，各家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)3與小區(qū)控制管理中心1以及與外部網(wǎng)絡(luò)4之間的信息交換都通過該小區(qū)電力線寬帶接入網(wǎng)絡(luò)2進(jìn)行。
下面結(jié)合圖1詳細(xì)介紹本實(shí)用新型的基于全電力線的智能小區(qū)和智能家居自動(dòng)化系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)。圖1中以局部放大圖的方式示出了本實(shí)用新型的系統(tǒng)在小區(qū)的其中一住戶(第N號(hào)住戶)家中實(shí)現(xiàn)的情形，其中用粗實(shí)線代表電力線，而用細(xì)實(shí)線代表數(shù)據(jù)通信線(在該實(shí)施例中為以太網(wǎng)線，當(dāng)然根據(jù)實(shí)際需要也可以采取其他類型的數(shù)據(jù)通信線)。如圖1所示，在每個(gè)住戶家中安裝一臺(tái)HCT，每臺(tái)分配固定的IP地址(圖中只示出了在第N號(hào)住戶家中安裝的一臺(tái)HCT6)。家庭內(nèi)部的所有輸出型設(shè)備，如報(bào)警探測器(如煙感報(bào)警模塊)、求助按鈕(如應(yīng)急按鈕)、電子式脈沖表(如電表，水表等)，它們的信號(hào)I/O口均接有相同的電力線載波通信設(shè)備(PLC)，即“從站”模塊(圖中未示出)，用于將各輸出型設(shè)備所輸出的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成可在電力線上傳輸?shù)妮d波信號(hào)。然后該載波信號(hào)通過室內(nèi)電力線線路傳輸?shù)絻?nèi)嵌在HCT 6中的電力線載波通信設(shè)備(PLC)，即“主站”模塊(圖中未示出)，這樣HCT 6便可采集到來自各輸出型設(shè)備的上傳信號(hào)。采用同樣連接方式，家中的輸入型設(shè)備，如警燈警鈴等也耦接到HCT 6，并可由HCT 6的外設(shè)鍵盤進(jìn)行開關(guān)控制，也可以通過電話或互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，從而實(shí)現(xiàn)布防、撤防、查詢、家用電器控制等操作。
在HCT 6網(wǎng)絡(luò)接口的輸出端口連接小區(qū)電力線接入網(wǎng)絡(luò)2的用戶端設(shè)備高速PLC 5，其傳輸速率為14Mbps(也可以為2Mbps或45Mbps等，根據(jù)對(duì)小區(qū)智能控制的要求和小區(qū)智能控制網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等因素確定其具體的傳輸速率)。相應(yīng)地，在小區(qū)控制管理中心1中的互聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)絡(luò)路由器HUB 13上也連接一臺(tái)具有同樣傳輸速率的小區(qū)電力線接入網(wǎng)絡(luò)2的用戶端設(shè)備高速PLC 8，這樣，通過小區(qū)電力線接入網(wǎng)絡(luò)2，即可實(shí)現(xiàn)各住戶的家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)3與小區(qū)控制管理中心1之間的相互通信，從而構(gòu)建小區(qū)內(nèi)部局域網(wǎng)。當(dāng)然，高速PLC 5和高速PCL 8的傳輸速率也可以不同，只要兩者能夠配合實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型所要求的智能小區(qū)和智能家居控制所要求的通信功能即可。
此外，通過互聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)絡(luò)路由器HUB 13，小區(qū)控制管理中心1與Internet 4以及其它控制網(wǎng)絡(luò)(如電力部門的能量管理系統(tǒng)、公用電話網(wǎng)絡(luò)等，圖中未示出)耦接，即可使小區(qū)電力線接入網(wǎng)絡(luò)2和各住戶的家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)3成為社會(huì)廣域網(wǎng)的一部分，這樣，任何人在任何地方或任何時(shí)間都可以隨意查詢自己家庭內(nèi)外的各種信息，對(duì)家庭設(shè)備進(jìn)行控制管理。如圖1所示，小區(qū)配變開關(guān)柜21負(fù)責(zé)小區(qū)電力線路的配置。因?yàn)檫@是屬于現(xiàn)有技術(shù)中很成熟的技術(shù)，故在此不再贅述。小區(qū)控制管理單元10對(duì)其所配備的控制服務(wù)器的性能要求比較高，優(yōu)選采用工業(yè)用計(jì)算機(jī)作為控制服務(wù)器，因?yàn)橐钇渥鳛橹行姆?wù)器，運(yùn)行管理控制軟件，數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器上，以實(shí)現(xiàn)小區(qū)對(duì)所有住戶家中的HCT 6的配置和管理。當(dāng)然，在某些對(duì)小區(qū)管理和控制的實(shí)時(shí)性和精確性要求不很高的場合，也可以選擇采用商用甚至高級(jí)家用計(jì)算機(jī)作為所述控制服務(wù)器，這樣可以降低成本。
在本實(shí)施例中，所述從站模塊和主站模塊采用電力線低速載波通信設(shè)備，即低速PLC。作為低速PLC的從站模塊應(yīng)用于各個(gè)家庭中數(shù)據(jù)信息交換量較小、通信速率要求不高的低速信息通信設(shè)備，例如，應(yīng)急按鈕(如緊急呼救設(shè)備)，煤氣煙感報(bào)警模塊，洗衣機(jī)，熱水器等家用電器。對(duì)于各個(gè)家庭中數(shù)據(jù)信息交換量較大、通信速率要求高的高速信息通信設(shè)備，例如，執(zhí)行上網(wǎng)功能的個(gè)人計(jì)算機(jī)，視頻點(diǎn)播，視頻監(jiān)視(如通過攝像機(jī)等進(jìn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)視)等，其每一個(gè)可以通過與所述用戶端設(shè)備PLC 5不同的另外的高速PLC(圖中未示出)耦接到所述小區(qū)電力線接入網(wǎng)絡(luò)2來實(shí)現(xiàn)上網(wǎng)等高速通信功能。此外，這些高速PLC也可通過電話、XDSL、CABLE、無線局域網(wǎng)、GSM等方式實(shí)現(xiàn)與之對(duì)應(yīng)的各高速信息通信設(shè)備的信息交換功能(這些高速通信技術(shù)都是現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)展得比較成熟的內(nèi)容，因此對(duì)其具體實(shí)現(xiàn)不再贅述)。于是，本實(shí)用新型的基于電力線的智能小區(qū)和智能家居控制系統(tǒng)既可以分別地采取電力線低速載波通信組網(wǎng)方式或者電力線高速載波通信組網(wǎng)方式，也可以將這兩種組網(wǎng)方式結(jié)合起來以實(shí)現(xiàn)混合組網(wǎng)方式。
作為上述的主站模塊和從站模塊的各低速PLC承擔(dān)系統(tǒng)的模擬量采集、脈沖量采集和開關(guān)量采集或網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換任務(wù)。在住戶室內(nèi)的溫度控制器、水浸控制器等低速信息通信設(shè)備中加裝采集模塊(未示出)和低速PLC(即，從站模塊)，兩者集成在一起，并在一個(gè)單片機(jī)(未示出)的控制下進(jìn)行模擬量采集和轉(zhuǎn)換。然后，由相應(yīng)的傳感器輸入的模擬量(例如，電流值4～20mA)經(jīng)過所述采集模塊轉(zhuǎn)換為電平信號(hào)，并以數(shù)字量0、1通過單片機(jī)寫入數(shù)字幀，再經(jīng)相應(yīng)的低速PLC轉(zhuǎn)換為載波信號(hào)，然后通過家庭內(nèi)部的電力線發(fā)送給所述主站模塊。主站模塊采用類似原理，將所接收的載波信號(hào)解調(diào)出數(shù)字幀，解讀還原為數(shù)字量發(fā)給HCT 6。四表(水電氣熱表)抄送屬于脈沖量采集，故由其各自的從站模塊采集脈沖量，并將所采集的脈沖量轉(zhuǎn)換為載波信號(hào)發(fā)送給HCT 6中的主站模塊，主站模塊還原該脈沖量并上傳給HCT 6。其余低速信息通信設(shè)備，如門磁、窗磁、應(yīng)急按鈕、家電控制器模塊、警鈴警燈模塊等，無論輸入或輸出都屬開關(guān)量采集，所以其工作原理與前兩者類似。這樣，通過各從站模塊以及在HCT 6中內(nèi)置的用于家庭內(nèi)部電力線局域網(wǎng)絡(luò)的低速PLC(即主站模塊，圖中未示出)，即可以實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部各低速信息通信設(shè)備之間的信息交換，從而可以對(duì)各低速信息通信設(shè)備進(jìn)行小區(qū)范圍內(nèi)的智能控制和管理。同時(shí)，通過HCT 6及電力線接入網(wǎng)絡(luò)2實(shí)現(xiàn)可實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部各低速信息通信設(shè)備與小區(qū)控制管理中心1，乃至與外部其他網(wǎng)絡(luò)4的通信聯(lián)系，從而，可以對(duì)小區(qū)內(nèi)各家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)3中的低速信息通信設(shè)備進(jìn)行智能化遠(yuǎn)程監(jiān)視和自動(dòng)控制。對(duì)于各家庭中的高速信息通信設(shè)備，例如，個(gè)人計(jì)算機(jī)，攝像機(jī)等，由于其進(jìn)行信息通信時(shí)數(shù)據(jù)交換量較大，故與其相應(yīng)的高速PLC采用基于TCP/IP協(xié)議的、具有通用網(wǎng)絡(luò)接口的高速PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。如上所述，由于這些高速信息通信設(shè)備也可通過小區(qū)電力線接入網(wǎng)絡(luò)2與小區(qū)控制管理中心1，乃至與各種外部網(wǎng)絡(luò)4相耦接，因此，可以利用本實(shí)用新型的智能控制系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行小區(qū)范圍內(nèi)的以及遠(yuǎn)程的智能化控制和管理。當(dāng)然，這些高速信息通信設(shè)備也可通過現(xiàn)有技術(shù)中已知的電話、XDSL、CABLE、無線局域網(wǎng)、GSM等方式實(shí)現(xiàn)其信息交換功能。
本實(shí)用新型的系統(tǒng)中采用的所述低速PLC優(yōu)選地采用窄帶擴(kuò)頻技術(shù)來實(shí)現(xiàn)可靠的電力線數(shù)據(jù)傳輸。其中，由于數(shù)據(jù)信號(hào)占用的帶寬較小，因此在所用的頻帶內(nèi)，電力線信道完全可以看成近似理想的線性信道，這樣就可以避免影響電力線可靠傳輸?shù)淖钪饕蛩刂弧诺李l率選擇性的影響。擴(kuò)頻技術(shù)的采用可以減少或消除脈沖干擾、背景噪聲的影響，從而實(shí)現(xiàn)可靠的數(shù)據(jù)傳輸。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，也可以采用寬帶擴(kuò)頻技術(shù)來實(shí)現(xiàn)可靠的電力線數(shù)據(jù)傳輸。此外，本系統(tǒng)中所采用的所述高速PLC優(yōu)選地采用OFDM(正交頻分多址)和信道編碼技術(shù)，信道MAC層協(xié)議采用改進(jìn)的時(shí)分復(fù)用協(xié)議。利用OFDM技術(shù)將總的可用信道劃分為若干帶寬很窄的子信道，從而將非線性信道劃分為具有理想頻率響應(yīng)特性的信道，子信道的傳輸速率總和即是信道的總傳輸速率。OFDM技術(shù)可以消除信道頻率選擇性引起的時(shí)間色散帶來的碼間干擾，消除信道多徑傳輸?shù)挠绊?，避免脈沖噪聲的影響等。當(dāng)然，也可以采用其他類似的信道劃分技術(shù)，例如TDM(時(shí)分調(diào)制)，CDMA(碼分多址)等。此外，利用改進(jìn)型的信道協(xié)議可以將網(wǎng)絡(luò)所傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)劃分，保證實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)的傳輸要求。
在本實(shí)施例中，雖然所述高速PLC 5是與所述HCT 6分開配置的，但是，也可以將高速PLC 5集成在所述HCT 6中。此外，在HCT 6中內(nèi)置的用于家庭內(nèi)部電力線局域網(wǎng)絡(luò)通信的主站模塊采用低速PLC，其數(shù)據(jù)傳輸速率低，無網(wǎng)絡(luò)接口，用于傳輸命令或數(shù)據(jù)包等，完全可以滿足各家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)3內(nèi)部各信息通信設(shè)備之間的通信要求。由于其價(jià)格低廉，所以是家庭內(nèi)部各低速信息通信設(shè)備實(shí)現(xiàn)信息通信的首選設(shè)備。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員了解，也可以采用其他類型的電力線載波通信設(shè)備來實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)部的數(shù)據(jù)通信。
在本實(shí)施例的系統(tǒng)中，所述低速PLC、高速PLC以及電力線接入網(wǎng)絡(luò)2分別采用不同的頻段。低速PLC的頻率范圍為10-100KHz，高速PLC的頻率范圍是300KHz-1.5MHz，電力線接入網(wǎng)絡(luò)2的頻率范圍為2MHz-30MHz。
通過上述的詳細(xì)描述可以看出，與國內(nèi)外同類技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下特點(diǎn)1)智能家居系統(tǒng)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和外部網(wǎng)絡(luò)全部采用電力線作為通信介質(zhì)。
2)各個(gè)家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)具有靈活性，既可以采用電力線低速通信網(wǎng)絡(luò)，也可采用電力高速線通信網(wǎng)絡(luò)，也可混合使用。
3)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以是總線式的集中結(jié)構(gòu)，也可是基于TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
4)家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)和小區(qū)控制管理中心之間既可以通過電力線寬帶接入系統(tǒng)進(jìn)行信息交換，實(shí)現(xiàn)監(jiān)視和控制，也可通過電話、XDSL、CABLE、無線局域網(wǎng)、GSM等方式實(shí)現(xiàn)信息交換。
5)具有小區(qū)監(jiān)視、安全防衛(wèi)、三表抄收、上網(wǎng)、遠(yuǎn)程圖像監(jiān)視、遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程教育、家電和室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控以及緊急按鈕報(bào)警、短信報(bào)警、遠(yuǎn)程報(bào)警等功能，并能提供小區(qū)用電、用水、用氣以及暖氣負(fù)荷檢測和預(yù)測分析功能。
智能家居自動(dòng)化和電力線載波通信是兩個(gè)蓬勃發(fā)展的嶄新學(xué)科。隨著電力線載波通信技術(shù)的發(fā)展，特別是電力線高速通信技術(shù)的發(fā)展和成熟，將電力線載波通信技術(shù)引入智能家居領(lǐng)域?qū)?huì)對(duì)智能家居的發(fā)展和普及起到積極的推動(dòng)作用。本實(shí)用新型正是結(jié)合了上述兩個(gè)學(xué)科的最新發(fā)展，提供了一種基于低壓配電網(wǎng)、全電力線介質(zhì)的，集Internet訪問、表計(jì)抄收、家庭環(huán)境監(jiān)控、小區(qū)安全布防、家電控制、數(shù)字化社區(qū)服務(wù)于一體的智能小區(qū)和智能家居自動(dòng)化系統(tǒng)，為電力線通信技術(shù)和智能小區(qū)及家居自動(dòng)化系統(tǒng)的結(jié)合應(yīng)用提供了一種新的整體解決方案。
在整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，靈活運(yùn)用了電力線通信技術(shù)，創(chuàng)新性地提出了基于全電力線的、結(jié)合智能化小區(qū)管理系統(tǒng)和智能家居自動(dòng)化系統(tǒng)的整體解決方案，實(shí)現(xiàn)了電力線高速數(shù)據(jù)通信技術(shù)和智能家居系統(tǒng)的集成應(yīng)用，很好地將電力線載波通信技術(shù)和智能家庭控制結(jié)合起來，使整套系統(tǒng)功能齊全，形成了更加完善的智能控制體系，從而更廣泛地拓展了智能小區(qū)及智能家居自動(dòng)化系統(tǒng)和電力線通信技術(shù)的應(yīng)用。
雖然上面已經(jīng)結(jié)合一個(gè)具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)描述，但是，正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的，本實(shí)用新型并不受上述實(shí)施例及其各個(gè)構(gòu)成部分的細(xì)節(jié)的限制。在不背離本實(shí)用新型的基本原理和精神實(shí)質(zhì)的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以對(duì)上述實(shí)施例做出各種改動(dòng)和變形?？傊緦?shí)用新型的保護(hù)范圍只由附后的權(quán)利要求述限定。
權(quán)利要求1.一種基于全電力線的智能小區(qū)和智能家居自動(dòng)化系統(tǒng)，其包括小區(qū)管理控制中心(1)，小區(qū)電力線接入網(wǎng)絡(luò)(2)，以及多個(gè)家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)(3)，其中每個(gè)所述家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)(3)通過現(xiàn)有的小區(qū)配電電力線路中屬于各家庭內(nèi)部的一部分將家庭內(nèi)部各信息通信設(shè)備耦接起來；所述小區(qū)電力線接入網(wǎng)絡(luò)(2)通過所述現(xiàn)有的小區(qū)配電電力線路的另一部分將所述多個(gè)家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)(3)與所述小區(qū)管理控制中心(1)耦接起來，以便構(gòu)成小區(qū)內(nèi)部局域網(wǎng)，并完成各家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)(3)與小區(qū)管理控制中心(1)之間的交互通信；從而，在現(xiàn)有小區(qū)配電電力線路的基礎(chǔ)上，通過所述小區(qū)管理控制中心(1)和小區(qū)電力線接入網(wǎng)絡(luò)(2)，對(duì)各所述家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)(3)中的信息通信設(shè)備進(jìn)行小區(qū)范圍內(nèi)的智能化控制和管理。
2.如權(quán)利要求1所述的基于全電力線的智能小區(qū)和智能家居自動(dòng)化系統(tǒng)，其中所述小區(qū)管理控制中心(1)同時(shí)還與各種外部網(wǎng)絡(luò)(4)耦接，以便使各所述家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)(3)同時(shí)也可以與所述外部網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互通信，從而，在現(xiàn)有小區(qū)配電電力線路的基礎(chǔ)上，通過所述小區(qū)管理控制中心(1)和小區(qū)電力線接入網(wǎng)絡(luò)(2)對(duì)各所述家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)(3)中的信息通信設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程智能化控制和管理。
3.如權(quán)利要求1或2所述的基于全電力線的智能小區(qū)和智能家居自動(dòng)化系統(tǒng)，其中，所述小區(qū)管理控制中心(1)包括包含有中心控制服務(wù)器和控制工作站的小區(qū)管理控制單元(10)，以及外部網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)絡(luò)路由器HUB(13)，該小區(qū)管理控制中心(1)是基于以太網(wǎng)的信息平臺(tái)，其采用客戶機(jī)/服務(wù)器C/S與瀏覽器/服務(wù)器B/S相結(jié)合的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，從而通過所述小區(qū)電力線接入網(wǎng)絡(luò)(2)對(duì)各所述家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)(3)內(nèi)的信息通信設(shè)備進(jìn)行小區(qū)范圍內(nèi)的控制和管理，或者使各所述家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)(3)與外部網(wǎng)絡(luò)耦接，以便對(duì)所述家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)(3)內(nèi)的信息通信設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程智能化控制和管理。
4.如權(quán)利要求3所述的基于全電力線的智能小區(qū)和智能家居自動(dòng)化系統(tǒng)，其中，所述小區(qū)電力線接入網(wǎng)絡(luò)(2)包括由所述小區(qū)配電電力線路的另一部分構(gòu)成的所述小區(qū)接入網(wǎng)絡(luò)(2)內(nèi)用于耦接各家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)(3)的數(shù)據(jù)通信傳輸通路；在該小區(qū)電力線接入網(wǎng)絡(luò)(2)與每個(gè)所述家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)(3)接口處分別設(shè)置的第一用戶端設(shè)備(5)；在該小區(qū)電力線接入網(wǎng)絡(luò)(2)與所述外部網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)絡(luò)路由器HUB(13)接口處設(shè)置的第二用戶端設(shè)備(8)，并且所述第一用戶端設(shè)備(5)和第二用戶端設(shè)備(8)通過小區(qū)配變開關(guān)柜(21)耦接在一起，從而，通過該小區(qū)電力線網(wǎng)絡(luò)(2)實(shí)現(xiàn)各家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)(3)內(nèi)的信息通信設(shè)備與小區(qū)控制管理中心(1)之間的相互通信，或者經(jīng)由外部網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)絡(luò)路由器HUB(13)實(shí)現(xiàn)與各外部網(wǎng)絡(luò)之間相互通信。
5.如權(quán)利要求1或2所述的基于全電力線的智能小區(qū)和智能家居自動(dòng)化系統(tǒng)，其中，所述各家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)(3)內(nèi)的信息通信設(shè)備包括信息傳輸流量較大的高速信息通信設(shè)備和信息傳輸流量較小的低速信息通信設(shè)備，所述低速信息通信設(shè)備形成以家庭控制終端HCT(6)為核心的集中控制系統(tǒng)，通過該集中控制系統(tǒng)完成對(duì)家庭內(nèi)部各種低速信息通信設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和控制，并且采用低壓電力線載波的通信方式執(zhí)行與每個(gè)所述家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)(3)之間的數(shù)據(jù)傳輸，為每個(gè)所述家庭控制終端HCT(6)分配固定的IP地址，從而實(shí)現(xiàn)所述小區(qū)控制管理中心(1)經(jīng)由所述小區(qū)電力線接入網(wǎng)絡(luò)(2)，通過所述HCT(6)對(duì)與該HCT相應(yīng)的所述家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)(3)中的各低速信息通信設(shè)備進(jìn)行的小區(qū)范圍內(nèi)的智能控制和管理，或者實(shí)現(xiàn)所述外部網(wǎng)絡(luò)(4)經(jīng)由所述小區(qū)電力線接入網(wǎng)絡(luò)(2)，通過所述HCT(6)對(duì)與該HCT相應(yīng)的所述家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)(3)中的各低速信息通信設(shè)備進(jìn)行的遠(yuǎn)程智能化控制和管理，所述高速信息通信設(shè)備通過不同于所述所述第一用戶端設(shè)備(5)的第三用戶端設(shè)備與所述小區(qū)接入網(wǎng)絡(luò)(2)耦接，或者通過電話、XDSL、CABLE、無線局域網(wǎng)、GSM的方式與外部網(wǎng)絡(luò)耦接，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)所述高速信息通信設(shè)備的小區(qū)范圍內(nèi)的控制管理或遠(yuǎn)程控制管理。
6.如權(quán)利要求5所述的基于全電力線的智能小區(qū)和智能家居自動(dòng)化系統(tǒng)，其中，所述第一用戶端設(shè)備(5)、第二用戶端設(shè)備(8)和第三用戶端設(shè)備是數(shù)據(jù)傳輸速率為14Mbps、2Mbps或45Mbps的電力高速線載波通信設(shè)備PLC。
7.如權(quán)利要求6所述的基于全電力線的智能小區(qū)和智能家居自動(dòng)化系統(tǒng)，其中，所述低速信息通信設(shè)備包括洗衣機(jī)，熱水器等傳統(tǒng)家電設(shè)備，所述高速信息通信設(shè)備包括個(gè)人計(jì)算機(jī)緊急呼救設(shè)備，實(shí)時(shí)視頻監(jiān)視系統(tǒng)等。
8.如權(quán)利要求6所述的基于全電力線的智能小區(qū)和智能家居自動(dòng)化系統(tǒng)，其中，每個(gè)所述家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)(3)內(nèi)的所有低速信息通信設(shè)備的信號(hào)I/O口均配置有從站模塊，同時(shí)所述HCT(6)內(nèi)部配置有主站模塊，該主站模塊和各個(gè)從站模塊通過家庭內(nèi)部現(xiàn)有的所述配電電力線路耦接，并且所述主站模塊和從站模塊相互配合工作，用于對(duì)所述家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)(3)內(nèi)部的各低速信息通信設(shè)備完成下列操作中的至少一種通過各從站模塊采集來自相應(yīng)的低速信息通信設(shè)備的物理量并將其轉(zhuǎn)換為載波信號(hào)以上傳給所述主站模塊；通過所述主站模塊向各所述從站模塊下傳來自所述HCT(6)的控制信號(hào)，以便對(duì)所述低速信息通信設(shè)備進(jìn)行小區(qū)范圍內(nèi)的智能控制和管理或者進(jìn)行遠(yuǎn)程智能化控制和管理。
9.如權(quán)利要求8所述的基于全電力線的智能小區(qū)和智能家居自動(dòng)化系統(tǒng)，其中，每個(gè)所述家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)(3)內(nèi)部的輸入型低速信息通信設(shè)備由相應(yīng)的HCT(6)的外設(shè)鍵盤進(jìn)行開關(guān)控制，或者通過電話或互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，從而實(shí)現(xiàn)布防、撤防、查詢、家用電器控制等操作，
10.如權(quán)利要求8所述的基于全電力線的智能小區(qū)和智能家居自動(dòng)化系統(tǒng)，其中，每個(gè)所述家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)(3)內(nèi)的低速信息通信設(shè)備包括采集單元和相應(yīng)的所述從站模塊，所述從站模塊是電力線低速載波通信設(shè)備PLC，所述采集單元用于采集所述低速信息通信設(shè)備所產(chǎn)生的模擬量、脈沖量或開關(guān)量，由所述從站模塊將所采集的物理量轉(zhuǎn)換成載波信號(hào)，然后通過所述該家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)(3)內(nèi)現(xiàn)有的配電電力線路將所述載波信號(hào)傳送到所述主站模塊，該主站模塊將接收的載波信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并上傳給相應(yīng)的HCT(6)；所述的主站模塊是電力線低速載波通信設(shè)備PLC，其內(nèi)置在相應(yīng)的HCT(6)中，用于實(shí)現(xiàn)各家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)(3)內(nèi)部各低速信息通信設(shè)備之間的信息交換；每個(gè)所述家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)(3)內(nèi)所述高速信息通信設(shè)備所對(duì)應(yīng)的所述第三用戶端設(shè)備是基于TCP/IP協(xié)議的、具有通用網(wǎng)絡(luò)接口的電力線高速載波通信設(shè)備PLC。
11.如權(quán)利要求10所述的基于全電力線的智能小區(qū)和智能家居自動(dòng)化系統(tǒng)，其中，所述低速PLC采用窄帶擴(kuò)頻技術(shù)來實(shí)現(xiàn)可靠的電力線數(shù)據(jù)傳輸，所述高速PLC采用正交頻分多址OFDM、時(shí)分調(diào)制TDM或碼分多址CDMA，以及信道編碼技術(shù)，且信道MAC層協(xié)議采用改進(jìn)的時(shí)分復(fù)用協(xié)議，從而將待傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)劃分，保證實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)的傳輸要求。
12.如權(quán)利要求10所述的基于全電力線的智能小區(qū)和智能家居自動(dòng)化系統(tǒng)，其中，所述低速PLC、高速PLC以及小區(qū)電力線接入系統(tǒng)(2)分別采用不同的頻段，其中，低速PLC的頻率范圍為10-100KHz，高速PLC的頻率范圍為300KHz-1.5MHz，小區(qū)電力線接入系統(tǒng)(2)的頻率范圍為2MHz-30MHz。
專利摘要提供一種基于全電力線的智能小區(qū)和智能家居自動(dòng)化系統(tǒng)，包括小區(qū)管理控制中心，小區(qū)電力線接入網(wǎng)絡(luò)，以及多個(gè)家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)所述家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)通過現(xiàn)有的小區(qū)配電電力線路的一部分將家庭內(nèi)部各信息通信設(shè)備耦接起來；所述小區(qū)電力線接入網(wǎng)絡(luò)通過所述現(xiàn)有的小區(qū)配電電力線路的另一部分將所述多個(gè)家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)與所述小區(qū)管理控制中心耦接起來，以便完成各家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)與小區(qū)管理控制中心之間的交互通信。從而通過所述小區(qū)管理控制中心和小區(qū)電力線接入網(wǎng)絡(luò)，對(duì)各所述家庭數(shù)字網(wǎng)絡(luò)中的信息通信設(shè)備進(jìn)行小區(qū)范圍內(nèi)的智能化控制和管理。本實(shí)用新型為電力線通信技術(shù)和智能家居的結(jié)合應(yīng)用開辟了新的領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H04L12/28GK2674774SQ20032011374
公開日2005年1月26日 申請(qǐng)日期2003年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月31日
發(fā)明者李祥珍, 趙丙鎮(zhèn), 李建岐, 宋倩, 呂英杰, 王麗平, 沈志民, 劉家亮 申請(qǐng)人:中國電力科學(xué)研究院