智能家电互联技术的研究与应用

摘要：从智能家电的发展状况及实现需求出发，分析了家电网络互联的意义和相关技术基础，提出了嵌入式家庭网关的功能需求，介绍了基于嵌入式家庭网关的家电网络互联系统结构，并且对家电网络通信控制流程进行了阐述。
关键词：智能家电；家电网络；嵌入式家庭网关

随着智能控制技术、计算机及信息技术的飞速发展，使得信息家电IA(Information Application)、计算机、通信一体化的趋势日见明显，家庭网络应运而生。顾客对家电产品的要求也越来越高，家电智能化、网络化成了一种趋势。即家电不需要人来控制，人的工作只是设定一系列的目标函数和目标参数以及作息时间等，其他的工作由家电的微电脑通过一定的计算方法和控制方法来实现，例如，智能空调可以根据不同的季节、气候及用户所在地域，自动调整其工作状态以达到最佳效果，在满足人们需要的前提下尽量实现节能。家庭内的大部分电气设备可以通过一定的方式连入网络，可以实现这些设备的远程控制与自动控制。家庭网络化实现了家庭内部信息与外部信息的交换，为人们提供各种各样、个性化、方便、舒适、安全和高效的服务，所以有着很大的潜在市场。现在我国的智能家电正处在试探阶段，还有待进一步研究与开发。家电产品的节能、降耗、健康、环保、舒适等目标，通过家电智能化、网络化可以更容易实现，进而实现使用过程的节能性。作为家电企业，对家电开展节能技术、智能技术及网络化技术的研究应用，将对我国家电行业整体升级，保持竞争优势具有重要的作用。
本文的目的在于解决家电互联的关键技术，从而提高我省家电企业产品智能化、网络化水平，降低家庭能耗，满足家电的节能、环保、舒适、方便的要求，增强我省家电企业产品的市场竞争力。

1 智能家电网络
智能家电，即“有感觉、能思考、善交流、会学习”的家电。智能家电是微处理器和计算机技术引入家电设备后形成的家电产品，具有自动监测自身故障、自动测量、自动控制、自动调节与远方控制中心通信功能的家电设备。例如，炎热的夏天下班前发个短信命令，家中的空调便开始工作；睡觉时空调能感知主人温度而自动调节气温，从而免去因吹空调而感冒的后顾之忧；洗衣机能实现精确洗涤时间、精确用水量、精确烘干时间，高效而节能，因而节能和环保也成为智能家电发展的一个趋势。智能家电网络包括智能家电网关、外部网和局部网，家电，安防设备等，实现智能家电互联的关键在于家庭网关的开发与应用。在家庭信息化网络技术体系中，家庭与互联网的连接需要一个家庭网络中央控制器(家庭网关)。家庭网关对外与Internet网络连结，对内通过家庭内部局域网将家电互联互通进行集中控制与管理，如图1所示。家庭网关作为智能家电网络化的核心设备，管理或控制家中家电的网络访问。

未来的智能家电主要将向三个方向发展：智能化、自适应化和网络化。智能化是家电设备尽最大可能的模拟很多种人的思维或者活动的功能；自适应是家电设备根据自己状态和外界环境自动适应工作方式和过程的能力，因此，这种能力使得家电设备在其使用过程中都处于最有效率、最省能源状态；网络化是建立家电设备社会的一种形式，网络化的家电设备可以由用户实现远程管理控制，在家电设备之间也可以实现互联互通。

2 嵌入式家庭网关
2．1 嵌入式家庭网关简介
嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，并且软硬件可裁剪，适用于应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统，一般用于实现对其他设备的控制、监视或管理等功能。网关实质上是一个网络通向其它网络的IP地址。典型的家庭网关融合了ADSL接入功能和LAN侧无线接入功能，并具有路由器、集线器和调制解调器的功能。为实现每种家电设备都能与外界信息进行交换，就有必要将嵌入式系统与家庭网关结合起来，设计一个嵌入式家庭网关来实现它。它可使电视机，冰箱等嵌入式家电设备通过家庭网关与Internet连接，转变为一个家电网络。
嵌入式家庭网关是位于现代家庭内部的一个网络设备，它的作用是使家庭用户连接到Internet，使位于家庭中的多种智能设备相互之间实现通信，或者使这些智能设备都能够连接到Internet的服务。从技术角度说，嵌入式家庭网关在家庭内部以及内部到外部实现桥接／路由、协议转换、地址管理和转换，承担防火墙的职责等。
2．2 嵌入式家庭网关功能
由于嵌入式家庭网关是家庭内网络与外部互联网连接的桥梁，具有很重要的地位。嵌入式家庭网关所能提供的功能将直接影响智能家电的使用、控制及管理。一个好的嵌入式家庭网关应该使家庭内外信息能够安全高效地交换，应具备以下的基本功能特点：
(1)共享信息：通过家庭网关，能使住宅用户获得各种家庭服务。例如接收电子邮件、浏览各种网上信息和订阅各种报纸与期刊等；
(2)智能管理：它将管理家庭内的通讯家电设备的运行，使家庭内部的多个PC及其它信息设备有效地共享宽带接入，以保证家庭网络系统的运行正常；
(3)自动运行：能够把家庭内部的所有家电设备都连接到网络上，通过相关管理控制软件，可以实现对家电设备的管理监测和故障诊断等。如果有故障发生，家庭管理控制系统会有相应的提示，向家庭主人发出信号；
(4)节能安全：通过网络管理系统，可以远程管理控制家庭内家电设备的运行，提高家电的使用效率；同时能够在家庭里安装各类检测报警装置来管理控制家庭的安全，消防等。如家中安装煤气检测报警器，如果有煤气泄露时，当气体报警器检测到气体浓度达到爆炸或中毒报警器设置的临界点时，煤气检测报警器就会发出报警信号，有效防止发生爆炸、火灾、中毒事故；
(5)操作简单：因为该网络系统是在大部分用户中使用的，考虑到用户各方面的差异，因此该系统的操作要简单、方便、可靠，大部分人都会使用；
(6)防火墙：网络安全一直是需要重点考虑的问题。嵌入式家庭网关应具备一定的防网络攻击能力，为家庭内部网络提供一个相对安全的网络环境。