基于飞信的空调智能控制系统

基于飞信的空调智能控制系统 基于飞信的空调智能控制系统.txt我爸说过的最让我感动的一句话:“孩子，好好学习吧，爸以前玩麻将都玩儿10块的，现在为了供你念书，改玩儿1块的了。” 本文由feihuiwu123贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 技术创新? Technology and Innovation Electrical Appliances 基于飞信的空调智能控制系统 文 | 华南理工大学广州汽车学院研究院 马乐 摘 要:介绍了一种基于中国移动飞信的空调智能控制系统。 该系统利用飞信与嵌入式 ,,, 技术以 ,,,,,,,,, 为核心 配备 ,,;,,,,, 以太网控制器进行构建，使用信息家电接口 定义语言 ，,，,, 对不同种类的空调进行统一建模，可同时使 用短信与飞信对空调的开关、模式与温度等状态进行控制。 关键词:飞信、空调智能控制、嵌入式 ,,, 中图分类号:,,,,, ,,,,,,;,:,,,, ,,,,, ,,,,,,,;,, ,, ,,,,,,,,,,, ;,,,,,,,,, ,,,;, ,, ,,,, ,, ,,,,;,,,,,,,, ,,,,,,,,; ;,,,,,, ,,,,,, ,,,,, ,, ,,,,,,( ,,,,,, ,,,,,;,, ,,, ,,,,,,, ,,, ,,;,,,,,,, ,,, ,,,, ,, ;,,,,,,;, ,,, ,,,,,, ,,,, ,,,,,,,,, ,,, ,,;,,,,,， ,,,,,,, ,,,,, ,, ,,,, ;,,,,,,,, ,,, ,,,,,,, ,,,,, ,,, ，,,,,,,,,,, ,,,,,,,;, ，,,,,,,;, ,,,,,,,,,, ,,,,,,,, (，,，,,)， ,,,;, ;,, ;,,,,,, ,,, ,,,,;,， ,,,, ,,, ,,,,,,,,,,, ,, , ,,,,;,,,,,,,,( ,,,,,,,,:,,,,,,， ，,,,,,,,,,, ;,,,,,,,,, ,, ,,,,;,,,,,,,, ,,,,,,， ,,,,,,, ,,, 43 2010.07 日用电器 Electrical Appliances ? 技术创新? 日用电器 1 引言 嵌入式 ，,,,,,,, 与 ,,; 技术使智能 图 1 空调控制系统组成 建筑有了迅速的发展。一般认为智能建筑 有三大子系统:楼宇自动化 ,,(,,,,,,,, ,,,,,,,,,,) 系 统、 通 讯 自 动 化 ,, (,,,,,,,;,,,,,,,,,,,,,,,) 系 统、 办 公自动化 ,, (,,,,,, ,,,,,,,,,, ) 系统， 简称 ,, 系统。,, 子系统通过结构化的综 合布线和计算机网络技术彼此有机的结合，将各个分离的设 备、功能和信息等集成为一个相互关联的、统一的、协调的 系统之中， 实现资源共享、 管理集中， 达到智能化的系统集成。 空调系统是智能建筑中楼宇自动化子系统的重要部分， 系统通过对空气的处理，使其温度、湿度、流动速度、新鲜 度及洁净度等指标均符合相关场所的使用要求，使人能在其 中得到最佳的舒适度。 本文介绍了一种基于飞信控制的空调智能控制系统，用 户可通过此系统发送飞信或者是操作计算机程序对空调进行 控制。系统组成如图 , 所示，其中主要包括三大部分: 空调 控制器，服务商服务器与用户控制端。其中空调控制器完成 对空调开关、温度和模式等的具体控制，服务商服务器用于 组织与维持飞信网络服务，用户控制端给用户提供了发送飞 信与计算机程序两种空调的控制方式。 信服务器;,) 接收用户的控制命令，对相应的空调进行控制。 系统的组成如图 , 所示，其两个组成部分:网络控制核心与 空调控制逻辑分别对应于这两个功能。 系统采用 ,,,,, 公司的高性能 ,,, 处理器 ,,,,,,,,, 为 核心控制器， 配备以太网控制器 ,,,,,,,, 网络完成空调控制。 控制核心部分属于网络控制范畴，将在下一章节详细介绍， 这里我们将详细介绍空调控制的具体。由于不同厂家与 同厂家不同型号的空调具体控制方法不同，这也使得此类系 统的通用性较差，本文使用信息家电接口定义语言 ，,，,, 对 空调进行描述以解决此问题。 信 息 家 电 接 口 定 义 语 言 ( ，,,,,,,,,,, ,,,,,,,;, ，,,,,,,;, ,,,,,,,,,, ,,,,,,,, ， ，,，,, ) 是一种用来定义家 庭网络中信息家电的说明性语言。它采用面向对象的方法 ， 将信息家电设备抽象为标准的“对象”， 把设备的内部数据 值转换为通用的、抽象的数据结构来实现数据通信。网关或 网络控制器通过对对象的 ，,，,, 的理解、分析来识别和访问 2 空调控制器 空调控制器直接与空调和互联网连接，其功能为:,) 以 设备 ， 并通过相应的应用程序去远程操作控制家电设备的状 态 ,,, 。 独立于 ,, 机的形式接入互联网，加入网络 ,,, 节点并连接飞 ，,，,, 可以描述家电的属性、操作和状态等，，,，,, 的具 核心控制器 Mega128 网络控制核心 P2P 协议 Fetion 协议 空调 1 空调控制逻辑 „„ 空调 N 图 2 空调控制器组成图 Electrical Appliances 日用电器 2010.07 44 技术创新? Technology and Innovation Electrical Appliances 体描述与符号说明在文献 进行的定义: 美的 空调 ,, , 空调 , , ,,, 中有明确的表述。以下为对一款美的空调使用 ，,，,, 3 网络控制 在网络控制中，如图 , 所示，主要 使用到了两种协议:飞信协议与 ,,, 协 议。 飞 信 (,,,,,,) 是 中 国 移 动 ,,,, 年 下半年推出的一款承载商务应用及娱乐 功能的即时通信产品，通过 ,, 或手机 终端，用户可随时随地实现文字、语音 沟通。其最大的特点是可将网络与短信 进行互联，而且使用网络端进行控制时 是免通信费用的。,,, 协议本身具有分 散化、匿名性等诸多优点，使得通信过 程更加安全。 ,,,, ,,,,;,,( 开 ， 待机 ， 关 ); ,,,, ,,,,,( 抽湿 ， 制冷 ， 制热 ， 自动 ); ,,,, ,,,,,,,,,: ’温度’, ,,; ,;,,,, ,,,,,,,,,: ’厂商’, 美的集团 ; ,;,,,, ,,,,,,, ,,: ’颜色’, 白色 ; ,,,,;,,,,:’开关’ ,,,,,,,;,, ’状态’,,,,, ,,,,,(,,,,;, ,,,,,); ,,,,;,,,,:’设置模式’ ,,,,,,,;, ’模式’,,,,, ,,,,,,,(,,,, ,,,,,,,,); ,,,,;,,,,:’设置温度’ ,,,,,,,;,, ’温度’,,,,, ,,,,,,, (,,, ,,,,,,，,,,); , 上述为对美的空调定义的一个典型的 ，,，,, 定义， 描述了美的空调的所在的空调类。 其状态有开、关与待机三种，可以设置其状态为抽湿、制冷、制热与自动四种，以上 两种属性均为枚举类型。 温度属性为变量类型， 其默认值为 ,,。 其还存在有厂商与颜色， 分别为美的集团与白色。在最后对可变属性编写了控制函数，而家庭智能的具体控制 也是通过对这些函数解析进行的。 由于 ，,，,, 不能直接用来编写可执行的程序，它只是描述设备资源信息，故此语 言是以配置文件的方式存储在主控芯片 ,,,,,,,,, 中的。用户则可通过网络对此配置 文件进行修改完成对此配置文件的修改。每次用户控制时，程序都会自动从硬件中下 载由 ，,，,, 描述的配置信息到客户端，客户端则解析配置信息，在用户发出相应的电器 操作命令时将命令反馈到电器控制单元完成相应的电器操作。 3.1 飞信协议 本文构建了如图 , 所示的协议分 析环境。硬件环境包括了两台电脑，, 台百兆的交换机与网关。硬件环境包含 了最新版本的飞信 ,,,,,, ,,,, 以及网 络 分 析 软 件 ,,,,,,,。 在 电 脑 , 中 使 用 ,,,,,,, 对局域网内的网络数据包进行分 析。 图 3 飞信协议分析环境 45 2010.07 日用电器 Electrical Appliances ? 技术创新? 日用电器 M Q I 0x20 0x0d 0x0a 0x0d 0x0a Fetion ID (to) Date & Time Conversation ID Text Fonts 0x20 0x0d 0x0a 0x0d 0x0a Protocol Type Fetion ID (from) Text Length Text 0x0d 0x0a Info Style 0x0d 0x0a 0x0d 0x0a K 0x0d 0x0a 0x0d 0x0a 0x0d 0x0a Text Style 图 4 用户接收到的消息数据包 M I K 0x20 0x0d 0x0a 0x0d 0x0a Fetion.com.cn Q Text Length 0x20 0x0d 0x0a 0x0d 0x0a Protocol Type Fetion ID (to) Text Length Text 0x0d 0x0a Fetion ID (from) 0x0d 0x0a 0x0d 0x0a Info Style 0x0d 0x0a Text Fonts Text Style 图 5 用户发送的消息数据包 通过在图 , 所示的实验环境中采用 上述分析方法，对捕获的数据包进行研 究分析，可发现飞信是使用了 ,,, 与 ,,, 混合的通信方式，以 ,,,,，, 协议作为传 输层协议，,,,,, 协议作为握手协议， 应用层采用 ,，, 协议，服务端口号为 ,, 与 ,,,,，使用 ,,,,, 编码对信息进行明 文传输。 使用以上方法，本文抓取到了两种 相关到的数据包格式:客户端接收消息 数据包格式与客户端发送消息数据包格 式。 如图 , 所示为用户客户端接收到服 务器发送的数据包格式，其中使用空格 ,,,, 与回车 换行 ,,,, 对数据包进行了 分割。 如图 , 所示为用户客户端接向服务 器发送的数据包格式。 在客户端接收或者发送数据包结束 之后都会发送一个 ,,, 数据包进行确认， 这样就完成了一个 ,,,,,, 的会话。 而实际中的 ,,, 控制方式都是在 ,, 机上实现的，这里我们对其进行了扩展，在嵌入式 系统中实现了 ,,, 协议。，,,,,,,, 上大量 ,,, 设备的存在成为 ,,, 应用普及和发展的 障碍 ,,，,，,，,, ，我们将详细讨论不同 ,,, 后的节点 ,,, 连接。 现 在 假 设 系 统 中 , 是 用 户，, 是 空 调 控 制 器。 他 们 处 于 不 同 的 ,,, 后， 其 中 , 的 内 网 ，, 是 ,,,(,,(,， 所 在 的 公 网 ，, 即 ,,, 的 ，, 是 ,,,(,(,(,，, 的 内 网 ，, 是 ,,,(,,,(,(,，所在的 ,,, 的 ，, 是 ,,,(,(,(,，集中式目录服务器 , 处于公网中，其 ，, 是 ,,(,(,(,。下页图 , 描述了 , 与 , 建立 ,,, 连接的具体过程: 3.2 嵌入式 P2P 协议 本文采用的空调控制器最大的特点 就是以独立于 ,, 机的形式接入互联网， 图 6 家庭智能用户与控制出于不同 NAT 后的控制连接实现 Electrical Appliances 日用电器 2010.07 46 技术创新? Technology and Innovation Electrical Appliances 上图所示，客户端网络节点 , 欲与 空调控制器 , 取得控制联系，前提是节 点 , 已经通过 ,,,, 端口与公网服务器 , 建立了 ,,, 通信，在此联系过程中 ,,,, 为其在自己公网 ，,:,,,(,(,(, 上分配了 映射端口 ,,,,,。, 在向服务器发送自 己的登录信息时，了自己的私有端 点 为 ,,,(,,,(,(,:,,,,，, 便 记 录 下 了 , 的私有 ，,:,,,(,,,(,(,:,,,, 与侦测到 得 , 的公网 ，, 与端口:,,,(,(,(,:,,,,, 。, 在 通 过 ,,,, 端 口 对 , 发 起 一 次 通 信 控 制 会 话 时，,,,, 为 其 在 自 己 ，,:,,,(,(,(, 上分配了 ,,,,, 端口。, 以 类 似 的 方 式 记 录 下 了 , 的 登 陆 信 息: ,,,(,,(,(,:,,,, 和 ,,,(,(,(,:,,,,,。 现在按照上面所述的 , 与 , 进行 ,,, 穿透完成 ,,, 的通信叙述这次会话 过程: 首先，, 向 , 发送一条请求 , 帮助 与 , 建立连接的信息。作为应答 , 向 , 返回 , 的公共端点和私有端点信息，而 且把 , 的信息发送给 ,。, 和 , 开始向对 方的每个端点发送 ,,, 包。 因为 , 和 , 在不同的 ,,, 之后而且 他们的私有 ，, 地址是不能被路由，这些 端点将到达错误的主机或者根本没有这 样的主机。由于许多 ,,, 同时作为 ,,,, 服务器，在处理外部 ，, 地址时使用默认 的规则，很可能 , 发向 , 私有端点的消 息将会到达 , 的私有网络中的某个 ( 错 误的 ) 与 , 拥有一样的私有端点号的主 机。在实际应用中，会采取相关措施将 这些错误消息过滤掉。 现在考虑 , 发到 , 的公共端点的 第 一 条 消 息， 如 图 , 所 示。 当 这 条 消 息 通 过 ,,, 时，,,,, 注 意 到 这 是 一 个 新的外通型会话的第一个 ,,, 数据包。 这个新会话的源端点 (,,,(,,(,(,:,,,,) 同 已 存 在 的 , 与 , 的 会 话 是 一 样 的， 但 是 它 的 目 的 端 点 是 不 一 样 的。 如 果 ,,,, 工 作 正 常， 它 将 保 存 对 , 私 有 端 点 的 认 证， 并 继 续 为 源 端 点 为 私 有 端 点 ,,,(,,(,(,:,,,, 的 所 有 会 话 分 配 对 应 的 公 共 端 点 ,,,(,(,(,:,,,,,。, 的 第 一个发向 , 的公共端点的消息，有效的 在 , 的 ,,, 上为这个新的 ,,, 会话“打 出 了 一 个 洞”， 而 这 个 会 话 是 由 , 的 私 有 网 络 上 的 端 点 (,,,(,,(,(,:,,,,，, ,,(,(,(,:,,,,,) 和 ，,,,,,,, 上 的 端 点 (,,,(,(,(,:,,,,,， ,,,(,(,(,:,,,,,) 唯 一 确定的。 如果 , 发向 , 的公共端点的消息在 , 发向 , 的公共端点的消息穿过 , 自己 的 ,,, 之前到达 , 的 ,,,，那么这个消 息将被丢弃。, 发到 , 的公共地址上的 第一条消息，也为由 , 的私有网络上的 端 点 (,,,(,(,(,:,,,,,，,,,(,(,(,:,,,,,) 和公网上的端点 (,,,(,(,(,:,,,,,，,,,(,( ,(,:,,,,,) 所唯一确定的，,,, 会话在 , 的 ,,, 上打了一个洞。一旦 , 和 , 发出 的消息通过它们各自的 ,,,，在每个方 向上洞就都被打好了，,,, 通信也就能 正常进行了。当客户机确定了公共端点 可以正常工作后，它们就会停止向私有 端点发送消息。 人用户。 小区、 公司用户为局域网用户， 其上网方式一般是经由 ,,,，而 ,,,, 个 人用户则是直接通过拨号得到公网地址 进行上网。 图 , 所 示 为 小 区、 公 司 等 的 网 络 拓扑结构，局域网中存在有一个统一的 ,,, 集结式目录服务器用于保存于更新 小区内部的 ,,, 网络节点，并提供一个 局域网内的飞信服务平台，同时将小区 内用户收到的电器控制指令进行汇总在 散发到具体的控制器。 当用户发送控制短信到小区统一飞 信号码“,,,,,,,,,,,,,,,,”时，此服 务器首先提取发送方的飞信号码或者是 手机号码，再将此号码在其小区注册的 数据库内进行比对，定位发送方的 ，, 地 址，在将控制信息发送此 ，, 地址的空调 控制器进行处理。这种方式可以有效的 减少飞信号码的使用量，并且使用飞信 自身的身份验证，使得控制更加安全。 对于 ,,,, 拨号上网的用户，由于没 有 ,,, 的干扰，此网络拓扑结构相对局 域网用户更加简单。 类似于局域网用户， 在广域网中也架设有一台服务器，此服 务器用户集结广域网中的 ,,, 节点，其 中包括小区用户的广域网 ，, 地址与 ,,,, 拨号上网的动态 ，, 地址。用户控制方式 与局域网控制相类似。 5 结论 经过实际的测试应用，本系统运行 4 系统网络拓扑结构 本系统提供了两种网络环境情况下 稳定。飞信自身的优势在空调控制系统 将互联网控制与短信控制有机的结合在 了一起，有效的减少了控制中的通信费 的使用情况:小区、公司用户与 ,,,, 个 47 2010.07 日用电器 Electrical Appliances ? 技术创新? 日用电器 图 7 小区、公司等局域网用户的网络拓扑结构图 用，并提高了控制的安全性。但也存在以下两个问题: ,) 由于飞信是基于移动网关的，所以控制双方都必须是中国移动用户，这限制了系统更大规模的推广; ,) 由于飞信是基于互联网的，一旦网络出现了故障，其控制就会失效 参考文献 [1] 张瑞武 . 智能建筑 [M]. 北京 : 清华大学出版社 .1996. 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