| 簡介 對嵌入式系統(tǒng)的概念、形式進行了探討,同時討論了嵌入式系統(tǒng)和智能家用電器的關(guān)系,指出了家用電器智能化的智能理論。介紹了家居網(wǎng)絡(luò)以及家用電器上網(wǎng)的方法,家居網(wǎng)絡(luò)的形式,Echelon公司的LonWorks網(wǎng)絡(luò)及家用電器上網(wǎng)問題。比較了幾種上網(wǎng)方法的優(yōu)缺點,最后討論了發(fā)展的趨向。 關(guān)鍵詞 嵌入式系統(tǒng) 家居網(wǎng)絡(luò) 智能家電 單片機最早是以嵌入式微控制器(Embedded Microcontroller)的面貌出現(xiàn)的。在嵌入式系統(tǒng)中,它是最重要也是應(yīng)用最多的智能核心器件。無論在交通、通訊、工業(yè)、儀器、醫(yī)療等領(lǐng)域,都有大量的單片機應(yīng)用,但是家用電器無疑是單片機用量最大的領(lǐng)域之一。 從結(jié)構(gòu)的角度講,由于單片機是嵌入家用電器內(nèi)部并作為核心控制部件,故家用電器的結(jié)構(gòu)體系很明顯是一個嵌入式系統(tǒng)。而單片機在家用電器中一般來說有兩個作用：一個是用作智能控制部件,另一個是用作智能管理部件。無論這種智能控制及智能管理看起來多么簡單和初步,畢竟已體現(xiàn)了人類的一定的智慧能力。 顯然,智能家用電器是一種嵌入式系統(tǒng),反之可以說,嵌入式系統(tǒng)的一種形態(tài)表現(xiàn)在家用電器中。 隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,家用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)HNS(Home Networked System）又促進了嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展。在家居網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,對家用電器提出了兩種可以分別稱之為“個性化”和“社會化”的要求。所謂“個性化”就是提高家用電器的智能特點;所謂“社會化”就是提高家用電器通過網(wǎng)絡(luò)與其他設(shè)備或人進行信息交流的能力。 如果把網(wǎng)絡(luò)看成是一個系統(tǒng),家用電器在網(wǎng)絡(luò)中的位置則相當(dāng)于嵌入式系統(tǒng)中的一個器件,這時,HNS則可以看成一個嵌入式系統(tǒng)。這種包含作用和數(shù)學(xué)上的子集類同,任何一個嵌入式系統(tǒng)可看成一個物理子集,一個物理子集可以含有若干個物理子集,相信不久將會有形式化描述網(wǎng)絡(luò)的數(shù)學(xué)方法產(chǎn)生。 一、 嵌入式系統(tǒng)的家用電器 家用電器由于單片機的嵌入,不但提高了品質(zhì)和性能,而且出現(xiàn)了智能。這和傳統(tǒng)機械型家用電器有很大區(qū)別,這種區(qū)別除了導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的改變之外,還產(chǎn)生了很多新的功能和能力。這種進步關(guān)鍵在于兩種很重要的技術(shù),一種是單片機的集成硬件技術(shù),另一種是單片機的智能軟件技術(shù)。 單片機硬件依靠半導(dǎo)體集成工藝,單片機的智能軟件則依賴于軟件方法及智能理論。在家用電器中,單片機硬件只能選擇現(xiàn)存的產(chǎn)品,對于設(shè)計者而言,則關(guān)鍵在于嵌入式系統(tǒng)中的控制電路設(shè)計。 1. 家用電器的嵌入式結(jié)構(gòu) 從作用機制上來說,家用電器的嵌入式結(jié)構(gòu)有單核嵌入和雙核嵌入兩種。一般電腦電飯煲,它的內(nèi)部只有一個單片機,這種控制系統(tǒng)是單核嵌入。對于分體式空調(diào),則在室內(nèi)機和室外機分別有1個單片機,顯然分體空調(diào)機這種嵌入式系統(tǒng)是雙核嵌入結(jié)構(gòu)。 從物理位置上來說,家用電器的嵌入式結(jié)構(gòu)有中心嵌入、邊緣嵌入、頂部嵌入、底部嵌入等多種形式。模糊電磁灶的單片機及控制部件在其中心部位,這是典型的中心嵌入;電飯煲的單片機控制器通常在煲的外邊緣,這是典型的邊緣嵌入;電腦熱水瓶的單片機控制器在頂部,故是頂部嵌入;模糊蒸燉煲的單片機安裝在底部,故是底部嵌入。 從邏輯結(jié)構(gòu)上來說,家用電器有獨立嵌入結(jié)構(gòu),主從嵌入結(jié)構(gòu)、復(fù)合嵌入結(jié)構(gòu)等多種方式。一般的家用電器只有一個單片機,故是獨立嵌入結(jié)構(gòu);在分體空調(diào)機中,室外機有一個控制用的單片機,而室內(nèi)機有1個用于對室內(nèi)機進行控制同時又接收紅外遙控信號,并對室內(nèi)外機進行管理。因此,室內(nèi)單片機和室外單片機是主從嵌入結(jié)構(gòu),而它們又是復(fù)合結(jié)構(gòu)。 2. 家用電器的嵌入式智能基礎(chǔ) 家用電器要實現(xiàn)智能,必然把軟件嵌入其內(nèi)部,在本質(zhì)上就是需要有智能理論指導(dǎo)進行軟件編制,這些理論就是智能基礎(chǔ)理論。在目前,可以嵌入到家電之中的智能理論和技術(shù)方法一般有如下幾種： �。�1） 啟發(fā)式搜索 在家電控制中,其智能化除了有良好的人機對話功能之外,更重要的是對主要指標的最優(yōu)化控制。啟發(fā)式搜索方法是人工智能求解中開發(fā)出來的對目標求解的最優(yōu)化方法。它主要依靠和任務(wù)無關(guān)的信息來簡化搜索進程,但它可以從任務(wù)中得到的啟發(fā)信息來確定搜索方向,從而大大減少了優(yōu)化時間。這種方法在洗衣機的程序選擇過程中是十分有用的。 �。�2） 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在家電中最有作用的是用于經(jīng)驗的學(xué)習(xí)。家用電器在運行中其參數(shù)會隨著時間的遷移而變化,用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不斷在運行中對家電性能的學(xué)習(xí),可以預(yù)測出家電變化的趨向,以及在參數(shù)變化后的最優(yōu)控制方法,從而保持家電始終處于一種優(yōu)秀的工作狀態(tài)。這種智能方法用于有運行損耗的動力系統(tǒng)中最有效,像洗衣機、洗碗機等家用電器的經(jīng)驗學(xué)習(xí)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是很方便而有效的。 �。�3） 模糊邏輯理論 模糊邏輯控制在家電指標控制中是一種極有效的智能化方法。在家電控制中,所用的技術(shù)指標或任務(wù)是模糊的。這是因為人在日常生活中的感覺,包括觸覺、嗅覺、視覺都是以模糊量描述的。以模糊控制方法控制家用電器更適合人類的智慧思維及處理過程。 （4） 遺傳算法 遺傳算法是一種模擬自然選擇及遺傳的隨機搜索算法,它的原則是適者生存,不適者淘汰。這種優(yōu)化方法在家電中較適用于進行狀態(tài)參數(shù)最優(yōu)組合。在洗衣機中,用于對洗滌過程的自適應(yīng)優(yōu)化;在電冰箱中的制冷過程自適應(yīng)優(yōu)化;空調(diào)機對外部環(huán)境包括室外季節(jié)、室內(nèi)人員情況的自適應(yīng)優(yōu)化控制。 二、 家居網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和家用電器 家居網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（HNS）是指在集成協(xié)同工作環(huán)境中把計算機、音頻設(shè)備、視頻設(shè)備,以及家居自動子系統(tǒng)（包括能量管理、保險、安全、加熱、通訊等）連接起來,以實現(xiàn)家居資源的共享和管理,同時實現(xiàn)更舒適和全新的服務(wù)。 在家居網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,家用電器是主要成員�？梢哉f,家居網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)基本上是一個家電網(wǎng)絡(luò)。 一個好的家居網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)有以下一些特性： �。�1） 有利于開發(fā),適合網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù),具有清晰的集成結(jié)構(gòu)。
（2） 能識別、定義和協(xié)調(diào)所提供的服務(wù),并按此尋找出正確的驅(qū)動面。
�。�3） 建立適當(dāng)?shù)墓芾矸奖愕南到y(tǒng)和應(yīng)用結(jié)構(gòu),可以把具有多種能力的各種產(chǎn)品混合在一起,確保不同的技術(shù)和概念實現(xiàn)透明和無縫的集成。 目前,用于家居自動化已有幾種技術(shù)方法。包括歐洲家居系統(tǒng)EHS（European Home System Network);歐洲設(shè)備總線EIB（European Installation Bus);貝蒂巴斯俱樂部的BatiBUS。這些技術(shù)提供的是網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議,從而可以使家用電器在家居內(nèi)連成網(wǎng)絡(luò)。只是家居網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)還存在多種問題,首先,作為局部網(wǎng)絡(luò)的家居網(wǎng)絡(luò)采用何種協(xié)議最有效;其次,家居網(wǎng)絡(luò)如何與互聯(lián)網(wǎng)接掛最為理想。 家居網(wǎng)絡(luò)和一般網(wǎng)絡(luò)有很大的不同,主要表現(xiàn)在如下幾個方面： �。�1） 一般網(wǎng)絡(luò)中連網(wǎng)的對象是結(jié)構(gòu)一致的微型機系統(tǒng),而家居網(wǎng)絡(luò)中連接的對象是結(jié)構(gòu)和特性完全相異的各種家用電器。 |
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