基本信息
- 项目名称：
- 新概念小区一体化系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 新概念小区一体化系统运用通信交换技术、语音提示应答等技术，通过一个小区主控服务器，替代小区中众多住户的家庭服务器，实现原有的智能家居和智能小区的基本控制、安防等功能。系统分为主控服务器、ZigBee无线网络和家庭终端接口模块三大部分。主控服务器同时与公共电话网、手机GSM网络、因特网相连，使不同的住户以多种方式控制自己家中的设备。ZigBee网络实现了主控服务器与家庭终端接口模块的通信。
- 详细介绍：
- 传统的智能家居模式中，一户家庭需要安装一套独立的智能家居系统，每套系统都需要一个的独立家庭服务器作为家庭设备的控制中心，管理中心和数据存储中心。这就造成单套系统市场价格较高、安装复杂。由于独立的家庭服务器只由单个家庭使用，造成服务器资源空闲率较高，而且不便于物业与用户之间信息交流，阻碍了智能家居系统的大面积推广使用。 为了解决传统智能家居模式中存在的诸多问题，我们设想用一个集中的小区主控服务器，取代小区中众多住户的家庭服务器以实现原有的智能家居功能。新接入用户无需购买家庭服务器，仅需安装家庭控制端接口模块。这样可以降低单个用户的使用成本、提高小区整体的服务器资源利用率。 基本思路： 使用一个主控服务器取代小区中众多住户的家庭服务器。由主控服务器负责整个小区信息的 收集分析、处理产生对应操作 的任务。 用户家中安装的控制端模块连接用电设备。主控服务器与家庭控制端模块通过小型无线局域网相连，实现与家庭各电器终端模块的数据传输；主控服务器同时与小区的以太网以及公用电话交换网相连接。 用户可以通过电话、网页、手机软件等多种方式控制家用设备；当家中出现异常状况时系统可以通过电话、手机短信等形式向用户报警，实现基本安防功能；网页可以将实时采集的数据以表格或图像的方式提供给用户查看；同时网页也充当了住户与物业之间的信息交换的纽带，如用户通过网页进行智能家居的接入，查看小区公告信息，家庭设备故障报修等。 创新点： 1、用一个主控服务器取代小区中众多住户的家庭服务器：使单个用户的成本大大降低，使系统的维护升级更简单。 2、电话IVR（交互式语音应答）控制方式：采用类似于10086语音的流程方式控制家用电器，使得操作简单、快捷。利用开源Asterisk软交换项目提供的接口进行开发，将电话的交换技术用于实现人与物之间的通信，改变电话交换技术仅用来实现人与人之间通信的模式，可满足多路电话同时通过IVR方式控制的需求。 3、使用Zigbee协议组建小区物联网络：为了使小区的所有用户共用一个主控服务器同时避免大量布线，该作品使用带有Zigbee模块（一种能够自动组网的无线数传模块）的电器实现自由灵活组网，采用Zigbee的MAC地址来区分电器的归属用户。 技术关键： 1、实现Asterisk软交换服务与公共电话网的连接。包括用于信号转换的硬件电路卡的定制、驱动配置以及Asterisk接口配置。 2、IVR（交互式语音应答）动态流程使用vxml（Voice Extensible Makeup Language）描述。编程实现动态传递vxml文件流给解析器的形式来描述流程，同时运用TTS（文字生成语音）组件生成提示语音。 3、Web应用程序平台与数据库的开发。采用LAMP架构，包括Apache的配置，数据库设计开发、页面设计、网络应用程序开发。 4、采用Zigbee自组网络。Zigbee模块的传输参数的设定与优化，编写Zigbee模块与主控服务器及家庭终端模块的接口程序。 5、家庭终端接口模块设计。使用NRF模块、微控器等组建室内微型局域网连接分布的传感器构建报警检测装置； 6、Android手机软件平台开发 。在服务器端，采用内嵌TCP/IP技术，及TCP服务器内嵌子TCP服务器的方法，实现消息的实时传输。 主要技术指标： 控制时间延迟: 0～0.7s 样机支持的同时电话使用人数: 4 数据采集时间间隔： 5s Zigbee模块最大组网距离： 90m Zigbee 模块传输速率： 250KB/S Apache网站服务器设定的同时在线连接数： 150 50户使用时相比于传统模式降低功耗：450W～1700W
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 传统的智能家居模式中，一户家庭需要安装一套独立的智能家居系统，每套系统都需要一个的独立家庭服务器作为家庭设备的控制中心，管理中心和数据存储中心。这就造成单套系统市场价格较高、安装复杂。由于独立的家庭服务器只由单个家庭使用，造成服务器资源空闲率较高，而且不便于物业与用户之间信息交流，阻碍了智能家居系统的大面积推广使用。 为了解决传统智能家居模式中存在的诸多问题，我们设想用一个集中的小区主控服务器，取代小区中众多住户的家庭服务器以实现原有的智能家居功能。新接入用户无需购买家庭服务器，仅需安装家庭控制端接口模块。这样可以降低单个用户的使用成本、提高小区整体的服务器资源利用率。
科学性、先进性
- 先进性： 1、系统采用一个小区主控服务器的模式，与现有的一个家庭一个控制主机的模式相比，总体功耗降低比较明显，为住户提供信息处理的能力更强，维护、更新更方便，资源利用率明显提高。 2、控制方式的多样化，实时性好，提供了基于Asterisk的电话语音提示操作、LAMP架构的网页操作、手机软件操作等多种方式， 不同于现有的很多智能家居系统只提供单一的控制方式。 3、采用不同的报警触发机制，用户自定义报警方式以及报警门限，可以选择电话语音或者短信的方式向住户报警，系统内置GSM模块，为住户提供报警或提醒功能。 4、Zigbee无线自组网，相比于现有的布线方式，操作简单，价格低廉，数据传输的安全性高。 5、Asterisk的数据交换能力强，为住户与物业之间提供普通的语音通信，内置的GSM模块满足物业向用户发送消息的需求。
获奖情况及鉴定结果
- 1.西安电子科技大学第二十二届星火杯特等奖。(证书见附加材料) 2.教育部科技查新站（G10）在2011年对该项目的查新结论为：“将asterisk应用于智能家居在国内未见公开文献报道”；“利用编程对IVR动态复杂流程进行描述”在国内未见公开文献报道。
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 暂无技术转让
作品可展示的形式
- 现场演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 适用范围： 1、普通小区的智能家居与智能小区一体化建设。 2、工业多用户多线程多点的监控与数据采集。 推广前景的技术性说明： 该系统适用于普通小区的家居智能化及小区的智能化、信息化建设。该系统还可以在小区内建立小区园林灌溉系统、安防系统、车库管理系统等，同时Asterisk强大的数据交换功能可以提供住户与物业、住户与住户之间的通话功能，实现楼宇对讲等。 市场分析和经济效益预测： 主控服务器约8000元，加上每年各项入网费3000元，可以满足50户左右的家庭实现智能家居，十年之内平均每个用户不到800元。按每户10个电器，每个Zigbee接入模块100元计算，十年之内总费用低于2000元。这将极大地使智能家居家居得到普及。目前中国家庭总户数约为3.48亿户，若10%的家庭使用该系统，将为智能家居领域带来较高的经济效益。
同类课题研究水平概述
- 目前国内外智能家居与智能小区几乎是两个不同的研究方向。 “智能家居”致力于以家庭住宅为平台，集系统、结构、服务、管理、控制于一体，利用网络通讯技术、电力自动化技术、计算机技术、无线电技术，将与居家生活有关的各种设备有机地结合起来，经过智能家居几十年的发展，从其技术角度来看大致可分为 ：基于X-10协议的电力载波系统、总线制系统、以及无线系统。 广州未来屋数码科技有限公司旗下的GKB美国研发中心和GKB中国研发中心在2003年共同研发的“GKB数码屋”是目前国内智能家居的领导产品；在技术方面，采用了双向智能显示和手机GPRS在线监控即时控制的特点。用户可以在家中，通过移动控制液晶面板查询家居的灯光和电器的状态，同时进行即时控制。在外时，通过手机GPRS上网和电脑上网登陆家庭控制界面即可查询和控制；除此之外，一个家庭使用一根专用的电话线连接公用电话网络，用户可以通过电话、手机远程开灯、控制空调等电器。 但是“GKB数码屋”同样是采用一个家庭使用一个家庭服务器的模式来作为家庭的控制中心与数据存储中心，造成GKB数码屋的价格居高不下，用户需要调控操作复杂的家庭服务器，安装调试使用不够方便 ，而且资源不能被动态分配，大多数时候造成服务器空载，资源利用率较低。 而国内外的“智能小区”的研究大多致力于一个多功能的系统的研究，每个功能子系统都可以单独使用。诸多功能子系统具有协同配合的能力。这些系统包括：小区对讲系统、门禁系统、小区周界防范系统、监控系统、背景音乐系统、停车场系统、自动抄表系统等等。所有的这些系统绝大部分是为整个小区提供公共服务的，小区住户能够自主使用到的智能化系统只占很小一部分。因此，现在的智能小区很大程度上是“智能物业”，却对小区真正的主人——住户——关注不够，并不能很好满足家庭住户对智能化家居的需求。
