基本信息
- 项目名称：
- 集成地源热泵的物联数字化家庭综合控制系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 本系统分为：地源热泵自动控制系统与数字化家庭综合控制系统，其中地源热泵自动控制系统通过对地热资源的富集回收与利用，实现家庭温湿环境的稳定维持；而数字化家庭智能控制子系统通过对任意家庭电器（含电灯等开关量电器）控制功能的自学习，实现所有家电的硬件软件化，再结合目前常用的多种无线通信手段对软件化的家电进行任意距离的控制。通过本系统，可将家庭环境与家庭电器等实现物联，真正实现物联数字化家庭的目标。
- 详细介绍：
- 一种新型的物联数字化家庭综合控制系统，本系统分若干子系统，充分考虑了家居控制的各个相关方面，如家庭环境控制，家庭家电控制等，利用地源地热等能实现无人值守的环境控制，自学习任意家电的任意遥控的任意按键，实现整个家居系统的硬件软件化，控制全方位全天候，室内用蓝牙方案，室外使用短信或者因特网远程同步桌面方案，适用性广泛，兼容目前所有家电，覆盖人群广，是对国内现有智能家居方案的一种有效合理补充，经济价值高，应用前景广泛。 随着社会信息化的加快，人们的工作、生活和通讯、信息的关系日益紧密。信息化社会在改变人们生活方式与工作习惯的同时，也对传统的住宅提出了挑战，社会、技术以及经济的进步更使人们的观念随之巨变。人们对家居的要求早已不只是物理空间，更为关注的是一个安全、方便、舒适的居家环境。家居智能化技术起源于美国，它是以家为平台进行设计的。 数字化家庭控制系统是以HFC、以太网、现场总线、公共电话网、无线网的传输网络为物理平台，计算机网络技术为技术平台，现场总线为应用操作平台，构成一个完整的集家庭通信、家庭设备自动控制、家庭安全防范等功能的控制系统。 数字化家庭控制系统的总体目标是通过采用计算机技术、网络技术、控制技术和集成技术建立一个由家庭到小区乃至整个城市的综合信息服务和管理系统，以此来提高住宅高新技术的含量和居民居住环境水平。 大型的数字化家庭控制系统通常由系统服务器、家庭控制器(各种模块)、各种路由器、电缆调制解调器头端设备CMTS、交换机、通讯器、控制器、无线收发器、各种探测器、各种传感器、各种执行机构、打印机等主要部分组成。 首先本系统分为：家庭环境自动控制系统（地源热泵控制系统）与家庭电器控制系统。系统采用了六种主要技术：1.PLC光耦隔离保护技术；2.PLC继电保护技术；3.短信身份识别技术；4.蓝牙无线通信信道串口化；5红外信号自学习；6.wifi网络无线监控。另外本系统适用三种网络：1.2G/3G全球移动通信网络；2.蓝牙个域网；3.Internet国际互联网络。最后本系统利用普及的通讯设备（手机、PDA、PC等）对家庭电器及环境实现远程控制，可提供的服务包括：1.家庭温湿环境自动控制；2.家庭电器设备故障自动检测；3.家庭电器短信控制；4.家庭电器互联网络控制；5.家庭电器蓝牙网络控制。适用平台含Android、Windows。
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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
- （1）.设计发明目的：随着家庭环境的改善，电器的增多，遥控的数量越来越多、能源的消耗越来越大，对于处于快节奏生活环境的我们来说是潜在的困扰，当我们拖着疲惫的身躯回家的时候都希望家里已经为自己准备好了一切。为了实现家庭环境、家庭电器的超前智能或者自动控制，降低日常生活能源消耗，获得更高品质的生活，我们发起本项目。（2）.基本思路：家庭需要控制的部分主要有家庭环境与家庭电器，家庭环境的话主要就是温湿环境，而目前主要通过空调等电气设备实现，耗能大，不符合节能减排的基本需求，而地源热泵这种未能广泛应用的技术既能节能，又能长期安全的适用。而家庭电器的话，通过分析，主要分为开关量电器与非开关量电器（红外电器），要实现所有电器的控制的话，则主要实现技术手段为：光电隔离，继电保护，红外自学习，蓝牙虚拟串口化，短信格式解析控制等。（3）.创新点：只需启停等简单操作即可实现利用地热资源对家庭温湿环境的自动控制，符合节能减排的需求，符合资源节约环境友好的目标。可以对家庭任意电器遥控任意按键的自学习，并获取对应无线编码，实现了家庭硬件环境的整体软件化。多种无线控制方式（短信、蓝牙、wifi），实现数字化家庭的全物联。（4）.主要技术指标：通信协议：Bluetooth 2.0、GSM 900/1800，802.11b/g/n；功率电源要求：220-250V、10W均值、13W峰值（5）.技术关键：红外信号的自学习编码、无线通信PDU的提取与处理、AT指令的编码、ARM11多任务的中断处理等。
科学性、先进性
- 作品充分利用尚未有效使用的地热资源对家庭温湿环境进行控制，能有效的减少大量家庭日常能源消耗，符合当前建设资源节约型环境友好型社会的目标，实现了节能环保的低碳生活；另外，本系统将家庭电器分为开关量电器与非开关量电器（开关量电器通过光耦隔离继电保护等措施实现弱电控强电；非开关量电器通过红外自学习实现无线控制编码拷贝），再结合ARM11系列处理器与Linux开源系统，利用现有广泛利用的各种无线通信手段（蓝牙、2G/3G、wifi等），实现数字化家庭能源、电器、安防等智能控制功能。系统充分利用了电子技术与信息技术等手段，充分考虑了数字化家庭所需要满足的功能，同时又结合了节能环保与无线控制的设计，既满足科学性，又有很强的先进性。 [1] 彭少熙 ,孙政顺 ,杜继宏. 家庭网络中的嵌入式Internet方案[J]电子技术应用, 2001,(10) [2] 刘桂雄,冯云庆,周德光,郑时雄. 基于因特网的远程测试技术(Ⅰ)—总体分析与规划[J]华南理工大学学报(自然科学版),2001,(09)
获奖情况及鉴定结果
- （1）前期作品通过国家级大学生创新性实验计划评审委员会的审批，于2010年结题。（2）前期作品于2011年5月获得第九届“挑战杯”湖南省大学生课外学术科技作品竞赛二等奖。（3）前期作品于2011年5月获得长沙市第八届大学生科技创新创业大赛一等奖。备注：此为本届长沙市赛区最高奖项，奖金1万。（4）作品获选参展湖南省第四届科技博览会，并受到湖南省委副书记梅克保当面点评指导。（5）已申报四项专利，一项获得授权，授权专利：201020568957.3多路控制的智能家居控制系统；申请专利：201120134050.0一种短信遥控家居控制系统；201120134268.6一种新型基于android手机的蓝牙无线控制系统；20112013255.9一种基于蓝牙的红外自学习控制系统。
作品所处阶段
- 作品处于二次开发阶段，前期作品已完成工程样机，部分系统已应用于北京昌平科技园142套别墅。详见附件。
技术转让方式
- 已与湖南华盛科技发展有限公司签订技术转让及产品生产合同，专利转让50万，部分系统已实现应用。详见附件
作品可展示的形式
- 现场作品整体展示
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
- 本系统分为：家庭环境自动控制系统（地源热泵控制系统）与家庭电器控制系统。系统采用了六种主要技术：1.PLC光耦隔离保护技术；2.PLC继电保护技术；3.短信身份识别技术；4.蓝牙无线信道串口化；5红外信号自学习；6.wifi网络监控。 本系统控制范围覆盖包括家庭环境与家庭电器设备。家庭环境控制可利用地热资源实现家居环境的稳定维持在一个适合人居的水平，真正实现家居资源节约环境友好的目标，减少大量能源费用支出；家庭电器设备控制则利用IR信号的截获与自学习，编码家庭任意电器，结合PLC技术，则既能控制家庭的开关量电器，也能控制非开关量电器，从而实现整个家庭系统的软件化。再植入智能或自动控制功能，利用现有广泛使用的通信手段，将整个家庭系统物联化，从而进行任意距离的控制。 本系统充分考虑了家居控制的各个相关方面，适用性广泛，兼容目前所有家电，覆盖人群广，是对国内现有智能家居方案的一种有效合理补充，经济价值高，应用前景广泛，前期成果已部分应用于北京昌平科技园142套别墅。详情见附件。
同类课题研究水平概述
- 数字化家庭，又称智能家居或智能住宅，在英文中常用Digital Technology House、Smart Home、Inte1ligent home，与此含义相近的还有家庭自动化（Home Automation）、电子家庭（Electronic Home、E-home）、 数字家园（Digital family）、网络家居（Network Home），智能建筑（Inte1ligent Building）。 数字化家庭是以住宅为平台，兼备建筑、网络通讯、讯息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。 2006年8月25日在京召开的“国际智能家居高峰论坛”专家学者云集，共同探讨未来中国家庭智能化发展的方向。论坛上，有关专家介绍说，数字化家庭、智能建筑以现代建筑为平台，兼备建筑、网络通讯、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体，以计算机为核心，通过通信网络为支撑，综合运用了现代控制技术等多种技术，将消防报警、安全防范、宽带、中央空调、综合布线等系统融为一体，为住户提供高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。 在中国，智能建筑也有了初步发展，但远不如想象中的乐观。尽管在建设投资和数量有着惊人的增长，但是建筑本身的实际内容有诸多问题：工程建设水平不高、工程质量不能令人满意，智能系统不能正常工作，甚至有的建筑完全是跟风而上，名不副实。 长期从事智能家居行业研究的清华大学杨士元教授在论坛上对比分析美国、韩国等国家智能家居发展历程，对中国智能家居行业的发展提出了独到见解，他认为智能化要从家庭的智能化开始，逐步演变到住宅小区的智能化。 数字化家庭是住宅智能化的核心部分。目前，我国的数字化家庭市场有三个特点：一是市场潜力大，现在的地产业在全国的发展都很火爆，作为其下游产业，智能家居市场前景还是非常乐观的。第二点就是产品多，厂家多，大部分集中在上海、北京、深圳、广州等地。但到目前为止还没有一家形成规模化。第三，就是目前国家对智能家居行业还没有实施统一的行业标准，使得很多中小企业各自为政，按自己对市场的理解来开发产品，相互间的产品不具备兼容性。
