摘 要 文章通过对一般的家庭网络构建模式的探讨，提出了一个比较合理的家庭网络构建方案。该方案选用蓝牙无线技术作为家庭内部的通信协议，选用Ｅｔｈｅｒｎｅｔ作为对外接入方式。
　　关键词 家庭网络 蓝牙技术 Ｅｔｈｅｒｎｅｔ
　　１ 智能家居系统的研究近况
　　智能家居系统又称智能家庭网络系统，主要包含家庭内部子网、家电设备和智能传感器等。智能家庭网络系统的核心是家庭网关，它不仅负责家庭内部各设备间的通信协议转换，而且还要完成对外的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ 接入功能。
　　国外在探索智能家居系统及其核心技术的过程中，已逐步形成了一些相关的标准，其中较有影响力的是ＯＳＧＩＯｐｅｎ Ｓｅｒｖｉｃｅｓ Ｇａｔｅｗａｙ Ｉｎｉｔｉａｔｉｖｅ的Ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｒ

ｅｌｅａｓｅ１．０和ＥＩＡＴＩＡ相关标准。智能家居系统也逐渐由原来以ＰＣ为控制中心向以嵌入式家庭网关为核心的嵌入式系统领域转变。家庭内部通信协议也就是智能家居系统物理层的接口标准，数据传输协议则是大部分国内外学术机构和厂商现今比较关注的问题。
　　通过网络和信息家电的普及，如何建立一个高效率、低成本的智能家居系统已成为当前智能建筑研究的热点问题。迄今为止，这一领域的国际标准尚未成熟，各国正努力研制适合于本国国情的智能家居系统。
　　２ 智能家庭网络系统构建的一般模式
　　一般而言，家庭网络的组建基于两个基础：其一是家庭内部的组网技术，即家庭内部的物理层接口标准和数据传输协议；其二是对外宽带接入方式。
　　要实现上述功能必须通过一个智能家庭网关来调度和控制。因此组成一个家庭网络一般由三部分组成：智能家庭网关、家庭内部的通信协议、智能应用终端。
　　（１）智能家庭网关是一个独立、智能、灵活多变、标准化的家居网络系统接口单元。它是智能家庭网络的核心，主要完成家庭内部网络各种不同通信协议之间的转换，以及同外部通信网络之间的数据交换功能。具体实现中，从经济角度考虑，网关一般设计为非ＰＣ廉价设备，采用嵌入式Ｉｎｔｅｒｎｅｔ技术和高性能微处理器；
　　（２）家庭内部通信协议是实现家庭局域网内部网络结构的底层硬件协议接口。目前流行的接口主要有无线射频（ＲＦ）、电力载波（ＰＬ）、双绞线（ＲＳ４８５等）、蓝牙技术（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）、无线以太网（ＩＥＥＥ８０２．１１）、Ｘ１１、ＨｏｍｅＲＦ技术等。其中无线射频和电力载波以其无需增加附加的布线资源、可靠的数据传输性能和低廉的成本成为最现实和最受欢迎的两种物理层接口形式；
　　（３）智能应用终端是指智能家居用户用于生活、娱乐、工作等方面的智能设备，是智能家庭局域网的最终受控对象。最为普遍适用的智能应用终端主要包括智能家电、智能家庭仪表等。智能应用终端的发展主要是基于现有设备的改造和新智能设备研制。
　　对于家庭局域网构建，如何选择家庭内部的物理层接口技术和以太网的接入技术是至关重要的。下表列出的各种技术中有的已经比较成熟，甚至在有些地区已经开始应用，而有的还正在研发阶段。一个技术能否成为某个领域的标准，关键在于这个技术是否能够满足这个领域目前的发展需求、具体特点以及经济性和可实现性。在家庭网络的这个领域中，也必须考虑目前的发展状况和家庭生活的特点，以及家庭的经济承受能力。
　　３ 智能家庭网关的设计方案
　　智能家庭网关按其发展历程大致如下：
　　（１）２０世纪９０年代中期，采用ＰＣ机＋网卡＋采集插卡组成，利用ＰＣ进行协议转换，将家庭内部设备组成的测控系统接入到以太网。这种方式ＰＣ机要放在以太网内，以组成一个较大的自控系统，成本很高，不太现实；
　　（２）近几年，普遍采用嵌入式系统＋以太网卡＋采集卡来组成以太网测控网关。嵌入式系统实际上是在硬件和软件上均可按用户需要进行剪裁了的ＰＣ机。实际上这是第一种网关的简化和微型化。它的成本虽有所下降，但价格还是较高。另外，利用了ＰＣ机的软件，开发速度较快；
　　（３）近年以来，利用单片机加上以太网接口芯片组成家庭网关。这实际上是嵌入式网关向大众化、普及化的进一步发展。它以单片机取代ＰＣ机，用以太网接口芯片取代以太网卡，使网关的价格进一步下降。但是在单片机上实现各种网络协议，如ＴＣＰＩＰ、ＵＤＰ等相对比较复杂；
　　（４）近两年，推出了嵌入了１０Ｍ１００Ｍ的以太网接口的嵌入式微处理器，如Ｍｏｔｏｒｏｌａ ＭＣＦ５２７２，可以很方便构建家庭网关。但是这种技术也正在研发中，成本也不低。
　　本文则是利用嵌入式ＴＣＰＩＰ协议的单片机技术来构建一个具有Ｗｅｂ服务器功能的智能家庭网关，基于此网关进行数据采集和控制。该网关核心处理器是单片机Ｗ７８Ｅ５８，这样可以降低成本，但是在软件上要实现ＴＣＰＩＰ协议栈，比嵌入式系统要繁琐。网关具有Ｗｅｂ服务器功能，因而可以利用任何能连入以太网的终端设备来访问该网关服务器，如此就很方便地实现了远程的交互式控制。
　　为了能减少复杂的连线，我们在家庭内部选用了无线射频（ＲＦ）技术。鉴于蓝牙技术的低功耗、低成本、体积小、通信安全等诸多优越因素，因此选用蓝牙技术作为家庭内部网络的通信协议。整个家庭网关以单片机处理器为核心，同时嵌入了蓝牙模块芯片ＲＯＫ １０１００８（该模块支持点对多点）。网关中嵌入的蓝牙芯片能保证和底层的各种具有蓝牙模块芯片的设备完成通信，同时通过单片机上的网络协议栈实现对以太网的信息接入。对外接入方式选择以太网接入，具体实现方式是利用单片机来完成对网卡芯片ＲＴＬ８０１９ＡＳ的驱动和数据传输。然后通过网卡芯片经ＲＪ４５接口接入到以太网。
　　为此，本文的智能家庭网关由嵌入式以太网接口、嵌入式蓝牙模块、嵌入式ＴＣＰＩＰ协议栈、ＷｅｂＳｅｒｖｅｒ、家庭智能控制与管理程序等构成。
　　３．１ 嵌入式以太网接口
　　家庭网关与外部通信网络的物理接口，该以太网接口主要是通过单片机驱动网卡芯片来完成数据链路层的工作。
　　３．２ 嵌入式蓝牙模块
　　家庭网关和内部家庭网络设备之间物理层接口技术。嵌入了蓝牙模块可以很方便使家庭网关和家庭内部具有蓝牙芯片的所有设备实现数据通信。
　　３．３ 嵌入式ＴＣＰＩＰ协议栈
　　家庭网关和外部Ｉｎｔｅｒｎｅｔ网络通信的协议基础。就本系统而言，选择的是８位微处理器，因而采用软件形式实现ＴＣＰＩＰ协议栈。
　　３．４ 嵌入式Ｗｅｂ服务器
　　家庭网关面向外部通信网络和远程监控用户的窗口，家庭内部各种智能应用终端的信息和状态均以网页的形式通过Ｗｅｂ服务器传送给远程监控用户，远程监控用户通过网页以ＣＧＩ形式改变和控制家庭智能终端的参数和状态。本系统选用的是Ｗｅｂ服务器。
　　３．５ 家庭智能控制与管理程序
　　负责所有智能应用终端的控制和管理功能。家庭智能控制与管理程序不仅需要根据远程监控用户的指令完成对各种不同智能应用终端的参数设置和控制。
　　因此，本智能家庭网关应具备如下的功能：Ｉｎｔｅｒｎｅｔ接入功能、Ｗｅｂ服务器功能、智能家居控制和管理功能、友好用户操作界面。
　　４ 家庭网络系统实现方案
　　基于蓝牙网关构建的家庭网络系统结构见下图所示。
　　整个网络以蓝牙网关为核心，蓝牙网关接收的信息有三部分：一是来自嵌入了蓝牙芯片的信息家电设备；二是来自蓝牙控制器；三是蓝牙智能传感器。此处之所以选择蓝牙控制器进行分级控制，主要因为：一，家庭内部子网须经过蓝牙接口才能和上层形成连接；二，传统的家电设备不具有蓝牙芯片；三，这样可以减少整个方案的工作量以及减少网关的数据处理的工作。通过底层蓝牙控制器可以直接去处理一些必要的信息，而不需要报告给蓝牙网关。底层控制器中选用的总线是现场总线，如常用的有ＲＳ２３２，ＲＳ４８５串行总线等，本方案选用的是ＲＳ２３２方式，可以利用地址编码技术实现多机通信。在控制方式上，其一是利用家庭内部的ＰＣ机来实现信息统一管理和控制；其二是利用远程终端来实现控制。
　　５　结束语
　　作者提出的家庭网络系统方案具备如下优势：
　　（１）利用蓝牙无线通信技术来组网，系统具有如下优点：以无线的接口代替有线的电缆，解决了复杂连线；信号传送的抗干扰能力强，蓝牙系统采用跳频扩频机制进行数据的传送可以有效提高数据传送的安全性和抗干扰能力；以点对多点的方式构建的无线系统，可以接收一定范围内的所有蓝牙数据采集设备的数据信息，而不存在方向限制；
　　（２）在网关上利用单片机实现Ｗｅｂ的功能，很方便地实现远程访问和控制；
　　（３）利用家庭ＰＣ来实现控制，这显然比较合理，可以不去理会网关上直接开发一套图形界面的必要。同样可以得到比较好的人机控制界面。
　　家庭网络具体应用的困难仍在，各种电器的通信和控制接口没有统一的标准，因此智能住宅的建设不仅是智能住宅开发商独力的事情，应依赖于网络互连接技术的发展，以及信息家电生产商的参与，使家电产品符合家庭网络数字设备的标准。＆
　　参考文献
　　１ 姚楠．蓝牙技术与智能家居．《工程设计ＣＡＤ与智能建筑》　２００２
　　２ 俞波．信息时代的家居生活．《布线世界》　２００２