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远程遥控家电的梦想不再遥远

上海世博会 “沪上·生态家”展区中展示了一个神奇的情景:人们利用手机或者计算机可以随时随地控制LED灯,灯光下的各种家用电器就能“各司其职”。下班回家前,主人可以利用网络远程控制家里的LED灯指挥家电工作。回家后主人可以享受空调调节好的适宜温度,并在音乐中享用微波炉已经提前做好的饭菜,主人的手机就是家里所有电器的集中无线遥控器。这就是半导体所自主研发的半导体照明智能家居系统带来的神奇世界。

半导体照明智能家居系统技术支撑——可见光无线通信系统 四大优势助力家居系统

随着半导体技术的不断发展,半导体照明技术日趋成熟。相比传统的照明光源,半导体照明具有,尺寸小、节能、环保、使用寿命长等诸多优点,并将作为第四代照明设备逐步取代目前的如白炽灯、荧光灯等各种光源。由于LED对注入电流的响应灵敏度很高,响应时间极短,因此易于在照明的同时加入调制信号,形成基于可见光的无线通信系统。

与射频无线通信相比,可见光无线通信系统有如下几方面的优势:

1)可利用带宽高,理论上可以达到目前射频通信最大带宽的10000倍以上;2)射频技术容易受既有无线信道的影响,而光学无线系统则可以回避此类问题,具有更高的安全性和私密性;

3)不产生电磁干扰,运用可见光通信技术也无需购买相应频段的许可权,尤其适用于如医院,飞机等一些对射频信号极其敏感的场合;

4)可以部署于任何有半导体照明装置的场合,以低成本实现高带宽高速率的无线通信接入,极大地拓展了网络的覆盖面,是对现有射频技术的很好的补充。

半导体照明智能家居系统工作原理——光学无线智能控制 五大部分协同工作

作为室内半导体照明智能通信演示系统的子系统,半导体照明智能家居系统利用手机或者计算机通过半导体LED灯,在照明的同时作为光学无线通信的光源,实现对办公设备、安全防范设备、家用电器、电动玩具等控制终端的光学无线智能控制。受控设备与集中控制器之间不需要布设控制总线,受控设备可以在灯光覆盖范围内自由移动。

半导体照明智能家居系统由发射模块,接收模块,中央控制器(网关),受控家电,用户控制终端五部分组成。

如图1所示,整个系统的原理概述如下:用户通过手持控制终端(如智能手机,PDA掌上电脑等设备)或远程计算机登录的方式与中央控制器进行基于TCP/IP协议的通信,通信内容包括用户希望对受控设备的操作指令等;中央控制器通过对指令的解析,产生相应的LED灯调制二进行编码流,可同时驱动多个发射调制器;发射调制器依二进制编码流转换成调制LED灯的光强的开关状态,从而形成时域内的光强变化序列。在接收方面,受控的用户设备经相应改造升级,将被植入接收解调器,该解调器探测LED灯光强的明暗变化,将光信号恢复成电信号;解调设备的微处理单元将依据所接收的信息产生相应的控制动作(包括与设备原有红外控制单元并行的控制信号、面板按键控制信号、开关信号等)。

图1 半导体照明智能家居系统示意图

本系统利用LabVIEW 2009及其Touch Panel模块,开发了针对Window Mobile系统的用户控制终端程序,使得用户能够用装有Windows Mobile系统的上手机来进行半导体照明智能家居系统的体验。用户界面如图2所示。图2(a)为远程服务器IP输入界面,图2(b)为控制选择界面,图2(c)为空调控制界面。用户可以选择多种家电设备进行控制。

(a)   

   (b)  

(c)

图2用户控制终端界面

简而言之,半导体照明智能家居系统就是通过使用计算机网络或者手机,利用半导体照明灯对家用电器进行光学无线控制,实现了智能家居控制网络与照明网络的融合。该系统的中央控制器发射的控制信号可以穿透钢筋混凝土墙,实现对多个房间内电器的集中统一控制,各种受控电器可以在灯光照射范围内自由摆放,无需布设控制线。给受控电器加装一个弱电的光学接收模组就可以实现无线控制,无需像电力载波通信系统那样对电器的强电部分进行改造,电器的安全性可得到最大限度的保证。


半导体照明智能家居系统展示——上海世博会完美现身 倡导现代生活理念

为了充分展示半导体照明智能家居控制子系统的功能,在中科院半导体所的半导体照明与信息化示范馆中单独开辟了一块区域用于半导体照明智能家居控制子系统的示范体验。图3所示为一些经过改造加装了光学无线接收机的电器

(a)网络媒体播放器  

(b)电视机

(c)微波炉   

(d)工业监控摄像机

图3经改造的电器设备

目前,包括电视机、网络媒体播放器、音响、微波炉、空调,电动窗帘在内的多种家电设备已经在中国科学院半导体研究所半导体照明与信息化示范馆中实现了光学无线的智能控制,并取得了很好的展示效果,图4为示范馆的场景照片。

图4 中国科学院半导体研究所半导体照明与信息化示范馆场景

2010年上海世博会的主题是“城市,让生活更美好”。“沪上·生态家”延续“节约能源、节省资源、保护环境、以人为本”的生态建筑理念,倡导乐活人生LOHAS(Lifestyles Of Health And Sustainability),遵循“天和——节能减排、环境共生,地和——因地制宜、本土特色,人和——以人为本、健康舒适,乐活——健康可持续价值观”的主题。半导体照明智能家居控制子系统利用LED灯,既实现了照明,又实现了对家用电器以及安全防范设备等控制终端的控制。系统的半导体照明灯是公认的节能光源;系统的光学无线通信因为没有射频污染是典型的绿色健康通信;照明、智能通信、智能控制三者的有机融合,能为我们提供更加节能、环保、方便和现代的城市生活方式,与2010年上海世博会的主题精神非常吻合。在“沪上·生态家”的青年之家展示了半导体照明智能家居控制子系统,体验者利用手机通过照明灯可以对家用微波炉进行全功能光学无线遥控,展区实景照片如图5所示。

   

图5 上海世博会“沪上·生态家”展区场景

(陈雄斌博士供稿)



 
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