基于TCP/IP协议的智能化小区管理系统

摘要

本发明公开了一种基于TCP/IP协议的智能化小区管理系统，其特征在于：数字家居服务器(DHS)的硬件结构主要包括一个嵌入式网络芯片IP2022，以及与之连接的电源电路、数据存储电路、扩展口电路、以太网络通讯摸块、报警电路摸块、远程控制摸块、脉冲输入摸块；DHS内有家庭主页，可借助Internet和浏览器登录到家庭主页，并对家用电器进行监控；DHS通过小区局域网与小区管理中心相连，可把家庭内记录的历史数据通过小区局域网传到小区管理中心，也可接收管理中心服务器发来的信息，并通过家庭主页反馈给用户。本发明采用嵌入式网络芯片IP2022，实现连网功能、内置HTTP、SMTP、TCP/IP等网络协议；研究开发出的数字家居服务器(DHS)和小区管理信息系统可组成基于Internet的住宅小区智能集中管理与远程监控系统，具有住宅防盗、灾难与求助报警、水电暖气多表远程自动抄录等功能。

说明书

技术领域：本发明涉及智能化小区管理系统，具体地说是关于基于TCP/IP协议的智能化小区管理系统。

背景技术：目前市场上主要有以下三种类型的智能化小区管理系统：(1)分散控制型：小区中各系统互相独立、互不兼容，各系统只能单独分散运行。(2)现场总线阶段：采用现场总线技术，如CAN等，由于现场总线标准的不同，在一个小区中有可能存在多种总线并存的现象。(3)TCP/IP网络技术阶段：利用TCP/IP协议研究开发的新一代小区管理系统有效地解决了当前国内智能化小区管理系统存在家庭服务功能简单、家庭终端性价比较低、不能实现基于浏览器的远程家庭智能监控与管理等问题。中国专利00134774.8公开了一种“智能小区数据传输和处理系统”的技术方案即是一例。但是该项专利中采用单片机CPU，不但速度慢，且每个模块中采用独立的CPU，致使整个系统采用多块CPU；网络通讯模块采用以太网网络接口控制器、存储器以及单片机CPU等硬件电路；采用自制的客户端软件实现远程监控；硬件电路复杂，还须开发和安装客户端软件。

发明内容：本发明的目的是采用嵌入式网络芯片IP2022，实现连网功能、内置HTTP、SMTP、TCP/IP等网络协议；研究开发出的数字家居服务器(DHS)和小区管理信息系统可组成基于Internet的住宅小区智能集中管理与测控系统。具有住宅防盗、灾难与求助报警、水电暖气多表远程自动抄录等功能，实现基于Web浏览器的远程家用电器控制、信息发布、费用查询功能，具有住宅小区物业集中管理、报警信息通过Email和手机短消息发布功能。小区管理信息系统与DHS、小区局域网一起组成智能小区管理系统。本发明的技术方案是这样实现的：基于TCP/IP协议的智能化小区管理系统的核心之一是数字家居服务器(DHS)，其硬件结构主要包括一个嵌入式网络芯片IP2022，以及与之连接的电源电路、数据存储电路、扩展口电路、以太网络通讯摸块、报警电路摸块、远程控制摸块、脉冲输入摸块；DHS通过小区局域网与小区管理中心相连，小区管理中心设有管理服务器、数据库服务器以及Web服务器。其中：管理服务器中装有小区管理系统，用于管理小区的各种信息；数据库服务器中装有SQLServer数据库，用来存放整个小区的各种数据；Web服务器中存放着小区的Web主页。数字家居服务器(DHS)通过I/O接口电路采集家庭设备中有关环境、仪表的信息，并进行家电控制、信息发布、安全防范、自动抄表等，并把家庭内可记录的历史数据通过小区计算机网络传到小区管理中心。数字家居服务器(DHS)内有家庭主页，可借助Internet和浏览器登录到家庭主页，并对家用电器进行监控。同时，DHS也接收管理中心服务器发来的信息，并通过家庭主页反馈给用户。小区管理信息系统与DHS、小区计算机网络一起组成智能小区管理系统，采用标准和流行的网络数据库，把DHS收集的自动抄表、报警信息等家庭信息通过小区进行汇总、管理、统计，通过该软件反馈用户的提问与求助。本发明通过研制和开发基于IP网络技术的数字家居服务器(DHS)和相应的智能小区管理平台软件实现了以上功能。

附图说明：

图1、本发明的硬件连接拓扑图

图2、数字家居服务器(DHS)的硬件结构图

图3、IP2022引脚图

图4、数字家居服务器(DHS)的电源原理图

图5、网络通讯模块的原理图

图6、flash存储器的硬件连接图

图7、扩展口电路

图8、脉冲输入模块原理图

图9、报警电路原理图

图10、远程控制电路原理图

图11、管理系统模块图

图12、小区管理平台主界面    

图13、小区管理平台菜单结构

图14、报警信息框图

具体实施方式：参照附图，图1是本发明的基于TCP/IP协议的智能化小区管理系统硬件连接拓扑图，数字家居服务器(DHS)置于冢庭中与冢中的电器、仪表以及报警、求助传感器连接，并通过网络线接入小区局域网，小区管理中心的数据库服务器、管理服务器、Web服务器、与小区局域网连接，小区局域网接入INTERNET网，三台服务器亦可用一台计算机代替。每个DHS像INTERNET网上的一台独立PC机一样，它具有独立的网卡和IP地址，小区管理中心服务器以及INTERNET上的PC机与控制器的通讯均采用TCP/IP协议。图5所示的网络通讯接口模块图实现了IP2022与小区局域网的连接，IP2022内含双工串化器/解串器(Ser/Des)，能直接与各种常用网络接口连接，可实现片内10Base-T以太网(MAC和PHY)、USB以及其它各种快速串行协议，网络通讯接口模块弥补了IP2022网络处理器在以太网方面的不足。

图2显示了数字家居服务器(DHS)的硬件结构图。每个DHS一方面可连接各种类型的远传表(例如：热水表、冷水表、气表、纯净水表、电度表)，根据用户需要可实现对家庭的水、电、气等能耗表进行集中抄送，也可对其中一项或几项集中自动抄送。它能准确实时采集各表的脉冲数据并对其计数，同时将数据存入内部RAM中的各自相应的计数存储单元中；另一方面，它不断采集报警电路来的信号(如火警、盗警、燃气泄漏报警、水溢漏报警，紧急呼叫等)，一旦发现报警信号便向小区管理中心服务器以及用户邮箱发出报警信息，同时通过邮箱服务器或小区管理中心服务器把报警信息以手机短信的形式发送给用户和小区管理员。此外，它还具有远程家电控制功能：可实现对家庭灯光、照明控制，空调启停控制，用电器具的开断等控制，并通过Internet对家中的情况进行远程监控等。

图3显示了IP2022的引脚图。IP2022芯片共有80个引脚，其中I/O端口分为三类：第一类的输出或吸入电流为4mA(如RC0-7，RD0-7，RG0-7)；第二类的输出或吸入电流为为8mA(如RB0-7，RE0-4，RE7，RF0，RF3-7)；第三类为大功率输出端口，其电流为24mA(如RA0-3，RE5，RE6，RF1，RF2)。

图4显示了数字家居服务器(DHS)的电源原理图。为了满足IP2022及以太网接口电路等不同工作电压的需要，电源供电电路必须提供5V、3.3V、2.5V不同的电压输出。

图6显示了flash存储器的硬件连接图。IP2022内部有64K flash存储器，16K程序存储器，4K数据存储器。但这些存储器远不能满足我们程序开发的需要，因此必须应用IP2022的I/O口扩展外部存储器。由于IP2022的运行速度比较快，一般应选用快速的串行或并行Flash存储器来扩展。图6为选用512K串行Flash存储器AT45DB041的硬件电路图。

图7显示了本发明的扩展口电路。本扩展口是采用一片Inte18255A来实现的。Inte18255A是一种通用的可编程并行I/O接口芯片，也是应用最广泛的并行I/O接口芯片。本发明中把Inte18255A的A口定义为输出模式，它通过光电隔离与被控家电相连，用于控制家电的动作其硬件电路如图10所示；把B口定义为输入模式，它通过光电隔离与各种类型的远传表(例如：热水表、冷水表、气表、纯净水表、电度表)相连，用于把远传表的脉冲传送到IP2022中，其硬件电路如图8所示；把C口定义为输入模式，它通过光电隔离与报警电路相连，用于把报警电路来的信号(如火警、盗警、燃气泄漏报警、水溢漏报警，紧急呼叫等)传送给IP2022，其硬件电路如图9所示。图8、图9中的J31RJ45、J32RJ45、J41RJ45、J42RJ45并非网络接口，而是分别与测量、控制仪表、报警求助单元相连的连接器。

智能小区管理系统用于支持住宅小区物业管理部门完成日常的管理工作，实现住宅小区管理的规范化，提高部门的办公效率；以达到快速、可靠的获取信息，并及时做出决策的目的。本系统主要实现业户信息管理，通过Internet抄表、住宅环境信息查阅，业户反馈信息查看和答复，资源使用信息的查询、价格设定、记费，报表打印等功能。该系统是以PowerBuilder为开发工具，SQLServer为数据库开发的。根据智能小区管理系统需求，管理系统模块图见图11。

图12显示了小区管理平台的主窗口。系统应用程序的主要功能都是在主窗口w_main及在其下的众多窗口中完成的，主窗口是程序应用的起始，主窗口的界面见图12，其菜单结构见图13。

图14所示的是在小区管理服务器上弹出的带声音的报警信息框。如果检测到某个业主家中有报警信息，那么小区管理中心的计算机上就会自动弹出如图15所示的带声音的报警信息框，来显示家中发出报警的业主的详细信息以及详细的报警信息，同时管理员还可以按“发送E_MAIL”按键来发送电子邮件来通知业主。这里的电子邮件服务器可以自动以手机短信息的形式发送到业主的手机中，这样就可以及时地通知业主。

本发明的基于TCP/IP协议的智能化小区管理系统与中国专利00134774.8“智能小区数据传输和处理系统”的区别在于：其硬件原理有本质的不同，本发明采用嵌入式网络CPU，处理速度为120MHz，比单片机快的多，而后者采用单片机CPU；采用处理器的数量不同，本发明整个系统仅采用了一块嵌入式网络CPU，而后者每个模块中采用独立的CPU，致使整个系统采用多块CPU；网络通讯模块的结构不同：本发明采用RJ-45接口、磁性滤波模块及电阻等简单电路直接与CPU相连，大量的通讯协议则用软件模块来代替，这样大大简化了硬件电路，从而节约了设计成本。而后者的网络通讯模块采用以太网网络接口控制器、存储器以及单片机CPU等硬件电路；远程监控模式不同：本发明采用现成的Inernet浏览器作为客户端软件，应用浏览器(B)/服务器(S)模式实现远程监控，从而避免了客户端软件的开发和安装。而后者采用自制的客户端软件实现远程监控；网络参数的配置方式不同：本发明的网络参数可通过浏览器随意修改。而后者的IP地址、网关等网络参数一旦设定不能随意修改。

本发明的特点表现在以下几个方面：(1)采用先进的、功能强大的嵌入式网络芯片开发出通用网络通信模块，可为互连网的应用开发提供技术支持；(2)与传统的家庭数据终端相比，数字家居服务器记录家庭可采集的历史数据，并为住户提供Web服务和远程监控；(3)充分利用现有的网络服务，实现报警信息通过Email、手机短信发送给指定人员；(4)功能齐全，实现住宅防盗、灾难、求助报警、水电气暖多表远程自动抄收、家电控制，信息发布、互联网接入、网络远程监视、家政服务、费用查询等；(5)小区管理信息软件提供采用标准的主流网络数据库，功能强大，使用和维护方便；(6)通过优化设计，大大降低了成本，为家庭数字化系统进入普通家庭提供有利支持。