可行性报告数字化

1、可行性报告项目名称：数字化家庭智能平台的研发与应用技术领域：电子、信息、通信申报日期：2010年4月1日目录一 立项依据31.1 项目的目的与意义31.2 国内外同类产品和技术情况41.2.1 国外智能家居发展现状41.2.2 国内智能家居的发展现状41.2.3 智能家居的发展趋势5二 研究开发内容、方法、技术路线62.1. 具体研究开发内容62.2 重点解决的关键技术问题62.3 拟采用的方法、技术路线以及工艺流程72.3.1 总体方案72.3.2 技术路线与工艺流程82.4 要达到的技术、经济指标及社会、经济效益102.4.1 技术指标102.4.2 经济指标112.4.3 社会、经济效益

2、11三 本项目现有的研究工作基础11四 以往承担项目完成情况及主要成果(近五年内)124.1 承担国家省部级有关课题完成情况124.2 以往科技成果转化情况134.3项目获奖及已发表的与本课题研究有关的主要论文13五、经费预算14六、项目阶段进度安排14七、项目组成员15一 立项依据 1.1 项目的目的与意义智能化家居的发展己为智能建筑市场的主流，但由于价位过高，家庭内部网络布线较为困难等多方面原因，使得智能家居在普通用户家庭无法普及。该项目的实施旨在普及家庭智能产品以及改进传统的家电的遥控模式，实现在异地对家电的远程控制。“遥控器”将演变为功能强大的因特网、GSM相结合的控制器。控制方式将更

3、加灵活、方便。在目前主流市场中，家庭智能一般采用的网络控制是基于B/S结构的Web service机制，即嵌入式的Internet所充当的是网页服务器，用户则可以通过浏览器访问网页来完成对家庭电器的控制。由于嵌入式Internet自身的局限性，并不具有一般web服务器所应有的多连接数限制，压力承受和密码保护等安全功能，而且此类的web服务一般是搭建于家庭局域网内部，服务器对外网的可见性很大程度上制约了其发展。本系统首次提出了使用P2P的网络结构完成用户与嵌入式Internet控制器的交互，即嵌入式Internet与用户是网络中的两个对等节点，使用类似于即时通信工具（如MSN，QQ等）的方式进行

4、控制。这种嵌入式的P2P方式将嵌入式Internet的地位降至了客户端，随之对其的要求也降低，并且具有了P2P网络健壮性、即时性与隐私性等诸多优点，使得嵌入式Internet在智能家居中有了更广阔的发展。在无线控制领域，通过GSM网络的控制以其覆盖面广和通用性强等优势在远程控制中占有了很大的比重。此类通过GSM网络控制的前提是需要被控制方加入GSM网络，即需要专用的GSM短信装置与SIM卡来接收命令，而硬件费用与每次控制产生的通信费用却使得这种方式无法在家庭智能控制中普及。本系统中首次提出了使用中国移动飞信协议通过Internet方式接入GSM网络，即用户只需将自己或者自己好友的Fetion在

5、核心硬件提供的可视化操作界面中登陆后，便可通过手机端对家庭中电器进行控制，Fetion通过Internet发送不收取通信费用，这样便有效减少了家庭远程控制中的附加费用。以往家庭智能控制中，家庭智能系统通常与家庭装潢捆绑在一起，用户在家庭智能模块定制中所占有的主动权是十分有限的，各个厂家生产的同类模块也不具有兼容性，这便制约了家庭智能系统通用性与可扩展性。本系统采用了信息家电接口定义语言IAIDL在对家电进行抽象的基础上，制作了用户可定制的智能家庭的家庭对外通信，家庭内部通信，家庭安全防范和家庭自动控制的四大基本模块的可视化界面，用户只需要通过可视化的界面对每个模块接口进行个性化定制后再接入相应

6、的硬件模块即可。这样，一个普通用户便可个性化定制适合自己的家庭智能产品。1.2 国内外同类产品和技术情况1.2.1 国外智能家居发展现状世界上第一幢智能建筑出现以后，美国、加拿大、欧洲、澳大利亚和东南亚等经济比较发达的国家先后提出了各种智能家居设计方案，并有着广泛地应用和发展。1983年，美国电子工业协会组织专门机构开始制定家庭电气设计标准，并于1988年编制了世界上第一个适用于家庭住宅的电气设计标准，即家庭自动化系统与通信标准。2004年，美国己有近4万户家庭安装了“家庭智能化系统”。 随着家居控制技术的逐渐成熟，智能家居在国外越来越普及。不同国家的国情不同，因此智能家居的风格也不一样。在澳

7、大利亚，智能家居控制系统的特点是让房屋做到百分之百的自动化，而且不会看到任何手动的开关，例如一个用于推门的按钮，在内部装上一个模拟手指来自动激活。安全问题也是考验智能家居的标准之一，澳大利亚智能家居保安系统里的传感器数量更多，即使飞过一只小虫，系统都可以探测出来。日本的智能家居则相对来说比较讲究充分利用空间和节省能源。日本除了实现室内的家用电器自动化联网之外，还通过生物认证实现了自动门识别系统，站在安装于入口处的摄像机前，用大约1秒钟的时间，如果确认来人为公寓居民，大门就会打开。日本的智能化家居还考虑到了厕所，在厕所安装有很多使用的智能检测装置，为人们需要时提供必需的准备。韩国电信用4A描述他

8、们的数字化家庭系统(HDS)的特征，即：AnyDevice，Any Service，Any Where，Any Time，以此表示这套系统能让主人在任何时间、任何地点操作家里的任何用具、获得任何服务。智能化的家用电器，配上监视系统，通过通讯网络，人们使用手机即可远程监视和遥控，这就是韩国11r产业所描绘的未来数字化家庭生活。过去的10年内，韩国政府斥资数十亿美元，使其成为全球有线及无线网络普及率最高的国家。现如今韩国314的家庭都通过宽带接入互联网，80的人在使用手机国。为了使韩国数字家庭产业在全球范围内保持领先地位，韩国政府启动了新计划，欲使韩国IT业始终走在科技的前沿。1.2.2 国内智能

9、家居的发展现状2005年6月28日，我国信息产业部批准发布了家庭网络平台和信息设备资源共享协同服务 两个与智能家居有关的技术标准。目前，中国己在经济发达地区如北京、深圳、广州、上海等地建立了一批智能住宅小区，而且正快速地向其他地区辐射。建设部已经将智能化住宅小区列为国家重点发展方向。家居数字化、建筑智能化及相关技术产品正在得到发展，智能化家居将逐步走入人们的生活。清华大学杨士元教授将中国智能家居的发展历史分为了5个阶段：2000年为智能家居概念普及阶段；2001年为各个公司研发阶段；2002-2003年为智能家居产品试验阶段，智能家居网络市场逐渐形成；2003-2004年为推广应用阶段；200

10、5-2007年为产品普及阶段。现在的传媒技术发达，借助网络如此方便的平台，智能家居这个概念得到了广泛的传播，相当一部分人已经接受了这个概念。国内少数高档的住宅小区已经配套了比较完善的智能家庭网络，并在房地产公司的销售广告中，“智能化"也被当作一个亮点来宣传。目前来说，国内有很多IT产商致力于智能家居方面的研发，全国上下许多大中城市的房地产商都将自己开发兴建的住宅小区标以“智能小区”、甚至提出“3A型智能小区"、“5A型智能小区"等，智能小区成了房地产商开发销售的热点和卖点。但是，虽然很多房地产公司都标榜自己的小区为智能小区，但是智能小区和智能家居的相关联系并没有一

11、个明显的统一认识。目前国内采用的智能家居系统多是智能小区系统中的一个子系统，多数为安防主机或者可视对讲主机作为智能家居的控制主题，这些产品集成了可视对讲、安防、简单家电和灯光控制功能，但由于设计理念，多数是以安防与对讲为核心功能，而真正意义上的灯光控制、家电控制、远程监控等功能并不实用。1.2.3 智能家居的发展趋势现今智能家庭网络向三大技术趋势发展：1)网络化发展；2)领先的无线移动；3)脱离PC。而推进这个发展趋势的正是网络技术、无线通信技术以及嵌入式系统的广泛应用。 网络化的嵌入式无线智能家居控制系统是未来智能家居的发展方向，它能够提供标准化接口和无线网络互连功能，而且可以通过嵌入式通信

12、协议使得系统能够脱离传统PC，从而智能家居行业也将跨入后“PC"时代。正如计算机摆脱大型机进入PC才开始大发展，脱离了PC独立状态的智能家居才能有更大发展。未来家庭的数字设备将会通过无线技术连接起来，从而实现了家庭内每一个家用电器和设备都能上网和互操作。通过无线技术构建独立的家庭局域网，让“无线”自在的舒适生活成为现实，并通过Internet或GPRS连接到外网，进而实现通过计算机、手机或PDA来远程监测和控制家庭中的各种设备，真正实现家庭设备的信息化、网络化和智能化。二 研究开发内容、方法、技术路线2.1. 具体研究开发内容本项目主要对基于嵌入式Web的智能家居远程监控系统进行研究

13、和设计。具体来说，是研究并实现嵌入式设备的Internet接入，采用嵌入式Web网关和无线网络的混合通信结构，从而实现对家中电器的远程监控。首先需要在AVR平台上构建了基于嵌入式操作系统的Web服务器，然后组建无线网络，设计基于无线网络技术和嵌入式Web服务器的家电监控系统。通过该系统，用户可以方便地逶过客户端的测煎器实现对家电设备的监测和控制。主要工作如下：(1) 系统总体方案设计：针对家庭局域网特点，选择合适的技术构建家庭局域网；为了实现对家居系统的远程监控，选择切实可行的远程监控方案。（2）硬件电路设计：根据所选方案，对硬件电路进行选型和设计，选取AVR ATmega128为嵌入式网关的

14、MCU，配置了32KB的FLASH。向外扩展了晶振、电源、复位、串口、LED、以太网控制器、无线收发芯片等一系列(3)系统软件设计：在硬件系统上进行前、后端的软件系统设计，该阶段的主要工作有：（1）移植嵌入式Web服务器，并编写相关的用户监控网页。（2）写AVR单片机中的各种应用程序。2.2 重点解决的关键技术问题采用嵌入式Internet技术，以AVR高性能低功耗处理器件ATMega32L为核心，在智能家庭核心控制上实现了嵌入式P2P网络技术，解决传统家庭智能B/S结构网络控制的弊端（如服务器的外网不可见性，多连接数限制等）。在嵌入式Internet上移植了中国移动Fetion协议，使系统以

15、Internet的方式接入了GSM网络，减少传统家庭智能使用GSM专用控制模块的硬件成本费用以及远程控制引起的通信费。采用信息家电接口定义语言IAIDL，以面向对象的方法描述信息家电设备，将不同厂家的家电信息抽象到了同一个语言平台进行统一的管理，并在对本语言进行二次开发的基础上为用户编写了可视化与人性化的用户操作界面。使用户可以更方便的定制适合自己的产品，并解决了传统家庭智能无法具体控制实际电器的问题。提出一种智能化用户体验系统，即在征得用户同意的前提下，智能家居服务商通过P2P的方式提取与用户无关的电器操作的历史信息到一台统一的服务器中，使用数据挖掘中模糊聚类的方法对同类的电器操作进行分类，

16、并以每个分类作为人工智能领域中专家系统知识获取途径对知识数据进行分析，在知识积累达到一定程度时，由服务器智能地通过Internet对用户家庭电器进行控制。提高了家庭智能控制中主动性与智能型。为用户保留了传统家庭智能中的家庭对外通信，家庭内部通信，家庭安全防范和家庭自动控制四大模块，并为其留出相应的接口。在功能上实现了与传统家庭智能兼容，并在家电具体控制时，实时检测电器损耗，对存在待机损耗的电器在检测到其正处于待机状态时将其电源自动切断。2.3 拟采用的方法、技术路线以及工艺流程系统主要由核心系统与家庭智能的四大模块：家庭对外通信，家庭内部通信，家庭安全防范和家庭自动控制组成。其中，核心系统平台

17、完成了基本通信协议（如RS232、RS485、TCP/IP、电话等）的实现，并封装了家庭智能四大模块的基本功能，提供了用户定制界面。核心系统平台以接口的形式与外部模块相连。下图表述了系统的基本构成：图1 本系统的基本构成2.3.1 总体方案本系统中家庭智能的四大模块可由家庭智能通信单元与家庭智能控制单元组成。其中家庭智能核心通信单元是指家庭智能装置在于用户交互时中使用的不同方式，包括家庭内部通信与家庭对外通信模块。此单元为用户原始的提供了多种网络交互方式（HTTP、UDP、P2P与Fetion）、GSM短信交互方式、电话交互方式与电力载波交互方式等，用户可根据自己的需求使用PC机的桌面应用程序

18、、手机端Java程序与电话等方式对家庭电器进行控制。家庭智能核心控制单元指的是家庭智能装置通过家庭智能通信的方式对家中监控设备与电器进行控制，包括家庭安全防范与设备自动化模块。此单元为用户提供了多种的监控设备接口与电器接口，可根据用户配置对不同的监控设备与电器进行管理。2.3.2 技术路线与工艺流程本智能家居监控系统以家庭电器为主要监控对象，主要由客户端计算机，嵌入式Web服务器和装有无线模块的家居控制器这三部分组成。系统设计采用了分层式体系结构，系统总体结构可分为三层：（1）家居控制器是装有无线模块的电器终端，它通过无线技术组建成家庭无线局域网并与嵌入式Web服务器交换数据。家居控制器集成能

19、够实现短消息(SMS)收发无线网络通信等功能。短消息收发用于实现家居控制器和远程终端的通信；无线网络通信则用于控制器和各个功能模块的信息交换，实现家电控制功能。（2）嵌入式-Web服务器是连接家庭局域网和Internet的桥梁，主要起到在家庭内网和Internet之间实现数据互通的作用。嵌入式-Web服务器主要由MCU、无线接收模块、无线发射模块等组成。嵌入式-Web服务器综合了家庭对外通信模块接口与家庭内部通信接口。核心系统为其提供了网络控制，电话控制，GSM控制的接口。（3）最上层是Internet上的计算机，利用它可随时随地通过Internet监控自己家中的各种电器的工作状态及对他们进行

20、控制操作。上位机主要工作是负责P2P网络节点的实时记录，在客户端中使用请求登录服务器与发送退出消息的方式完成P2P节点的注册和退出，并实时生成P2P网络的拓扑结构图。在整个设计过程中，我们将秉承以下的设计原则：（1）人性化设计。智能家居中最重要的设计原则是用户体验式设计，整个设计过程中以人性化设计为主要设计模式，以用户易操作为设计方向。（2）节能设计。对于有待机状态的电器，系统可以自动检测其待机状态并在检测到其待机时自动将其关闭。（3）可扩展性设计。核心系统可为家庭智能提供了丰富的接口，接口功能完全由用户定义，将系统灵活性与可扩展性最大限度提高。（4）安全性设计。客户在与系统交互时使用密码策略

21、进行身份验证，密码保护机制由核心系统内部完成。（5）易维护性设计。将家庭智能各模块间耦合度降到最低，核心平台内部采用分布式处理，易于产品发布前的调试与产品使用中的故障检测。 项目的特色和创新突破点（1）首次将P2P网络技术应用于嵌入式Internet中，使家庭智能中基于 Internet的控制更加快捷，安全；（2）首次将中国移动Fetion协议移植到嵌入式硬件中，并将其应用于远程控制领域；（3）首次在家庭智能中提出用户可编程概念，在给定的家庭智能平台上可由用户自主定制自己的家庭智能模块；（4）设计中运用IAIDL对家庭电器进行抽象，实现了与厂商无关的家庭电器描述，并将所有电器置于统一的语言平台

22、进行控制；（5）在IAIDL基础上给出了由开关控制的电器，带红外接口的电器与网络化电器三类主流电器的控制方式，并在核心平台给出控制接口；（6）提供实时电能检测的接口，并为有待机状态的电器设计待机状态的 自动检测，并在检测到电器待机时自动将电器关闭；（7）给出了一种运用人工智能方法解决家庭智能中主动性与智能性的问题，使家庭智能真正“智能化”，在为其作可行性论证基础上给出了初步的实现方案。2.4 要达到的技术、经济指标及社会、经济效益2.4.1 技术指标（1）网络控制：需密码登陆系统，进行控制；(2)采用fetion技术：可以减少通讯费用，从而降低成本；（3）节约能量：对存在待机损耗的电器在检测到

23、其正处于待机状态时将其自动关闭；（4）近程控制不变。AVR高性能低功耗处理器件ATMega128L为核心，首次在智能家庭核心控制上实现嵌入式P2P网络技术。并在其上移植中国移动Fetion协议，使系统以Internet的方式接入了GSM网络，减少传统GSM专用控制模块的硬件成本费用以及远程控制引起的通信费用。以面向对象的方法描述信息家电设备，将不同厂家的家电信息抽象到了同一个语言平台进行统一的管理，并在对本语言进行二次开发的基础上为用户编写了可视化与人性化的用户操作界面，使用户可以更方便的定制适合自己的产品。改进传统的家电的遥控模式，该项目实现异地对家电的远程控制，结合因特网、GSM、电话振铃

24、等控制方式。项目预计申请专利12项，发表相关论文约23篇。2.4.2 经济指标项目实现后将极大改进遥控器产品设计和提高产品质量、产品功能、产品可靠性；高额的利润：“低成本、高回报”是我们的目标，其支撑点主要有设计力量独特的大学生创业团队、廉价的劳动力、免费的网络销售模式、虚拟企业的经营模式。巨大的市场容量：经济的发展使得人们的生活水平越来越高，同时工作压力越来越大，这时的家庭智能控制系统跟为走俏，我们的产品设计组合满足了不同的消费群体，使得家加户户拥有一个或多个此系统完全成为可能。2.4.3 社会、经济效益缓解我省的就业压力。强有力的社会需求将推动该产业的迅速发展，我们预计第一年将突破千万的产

25、值，我们将产生大量的用工需求来保证流畅的生产线来完成生产，因此，该项目的投入生产将缓解我省的就业压力。改进了传统的家电的遥控模式，该项目的实现将改变人们对家电的控制方式，实现在异地对家电的远程控制。“遥控器”将演变为功能强大的因特网、GSM相结合的控制器。控制方式将更加灵活、方便。三 本项目现有的研究工作基础广州汽车学院计算机系业务隶属华南理工大学计算机科学与工程学院。华南理工大学计算机科学与工程学院是我国高等学校最早从事计算机科研与教学的单位之一。1958年开始计算机科学研究工作，1960年设立计算机专业，1981年成立计算机系，2001年成立了计算机科学与工程学院，发展至今，计算机学院拥有

26、计算机应用技术1个博士点；有计算机系统结构、计算机软件与理论、计算机应用技术3个工学硕士点和计算机技术、软件工程2个工程硕士点；有计算机科学与技术、计算机软件技术、网络工程、信息安全工程4个本科专业。其中计算机应用技术为广东省重点学科，计算机科学与技术专业为广东省首批名牌专业。学院还拥有计算机科学与技术博士后科研流动站。学院师资力量雄厚，现有教职工95人，专任教师72人，其中博士生导师17人，教授19人，副教授、高级工程师31人。教师中研究生毕业的占88%。每年有数十名优秀硕、博士补充到团队中来。整个学术队伍力量雄厚，年龄结构、知识结构合理，具有学科交叉优势，后备力量强。每年培养博士研究生40

27、余名，硕士研究生（包括工程硕士）300多名。各类在校学生2580人，其中本科生1262人，博士研究生140人，硕士研究生537人，工程硕士研究生358人。学院近年来先后承担了国家“863”项目、国家发展与改革委员会示范工程项目、国家“九五”和“十五”科技攻关项目以及国家自然科学基金重点项目、教育部高校青年教师教学科研奖励计划项目等大批科技项目，近五年科技项目达350余项，其中纵向项目170余项，经费总额3481多万元，横向项目200多项，经费总额2875多万元。其中承担和完成了数十项与基础软件相关的国家和省部级科学研究与科技攻关项目，获国家和省部级项目的科研经费近3000万元，取得了多项研究成

28、果。在国内外著名学术刊物发表学术论文500多篇。四 以往承担项目完成情况及主要成果(近五年内)4.1 承担国家省部级有关课题完成情况1、项目负责人及项目组成员承担国家、省科技厅、市科技局有关项目完成情况： 立项年度2007项目编号Y2009G19计划类别山东省自然基金项目名称自组织网络保密与认证关键技术研究 参加人姓名马乐完成时间2009-12-1 参加形式设计人、主持人主要承担的内容总体设计、方案论证、结构实现完成情况已完成立项年度2005项目编号Y2005F07计划类别山东省自然基金项目名称载货汽车电控空气悬架电控单元的研究 参加人姓名姜立标、王剑锋、谷方德完成时间2007-6-10 参加形式主持人 主要承担的内容总体设计完成情况已完成4.2 以往科技成果转化情况1、技术成果名称：长城汽修管理软件开发。项目负责人：马乐。实施地点：威海市。实施时间：1996年6月至1997年6月。项目来源：横向项目。2、技术成果名称：汽修企业ERP管理。项目负责人：马乐。实施地点：威海市。实施时间：2002年6月至2003年9月。项目来源：横向项目。3、技术成果名称：基于S/B结构国库网络管理软件。项目负责人：马乐。实施地点：威海市。实施时间：2004年12月至2005月12月。项