专利名称：基于因特网的家庭自动化自动服务器及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种家庭自动化系统，更具体地，涉及一种基于因特网的家庭自动化系统，能够控制家用设备和设施，当检测到侵入、火灾、气体泄漏时产生警报，从而以各种方式实现了设备控制、犯罪的防止和事故的防止。
背景技术：
通常，家庭自动化是指利用电子技术来自动控制诸如电气和电子设备的家用设备的技术。
传统上，家庭自动化控制设备是指通过其主人可以在线通话同时通过视频门镜电话(door phone)观察来访者的视频门镜电话。除了视频门镜电话功能之外，添加了诸如感知例如气体泄漏、火灾发生和未授权人员的侵入的不期望的情形、产生针对这些情形的警报、以及自动地向警卫室或安全公司报告等安全控制功能。最近，由于信息和通信技术的发展，诸如照明设备、冷却和加热设施、各种量器、电子设备的各样家用设备和设施通过通信网络彼此相连。因此，利用网络来强化家用设备和设施、并实现了家庭设施的遥控的集成家庭自动化系统的新概念已经得到了非常大的关注。
从技术的观点来看，实现集成家庭自动化系统的关键因素包括能够使接线最少的家庭网络技术、以及针对基于因特网的家庭自动化控制器的设计和制造技术。
存在利用电源线或电话线的有线通信方法、或利用所谓的蓝牙或无线LAN的无线通信方法。由于其在实现家庭自动化网络中排除了对专门接线的需要，这些公知的方法是有利的。此外，随着这些通信方法的快速发展，这些通信方法是易于得到的。然而，这些通信方法的各种应用的标准还有待建立。
同时，连接家用设备和设施的家庭自动化控制设备应该是服务器级的计算机。尽管由于价格的减少和性能的提高，可以使用个人计算机来替代服务器级的计算机，但是，由于其应该对设备和设施进行集中控制同时要24小时激活，因此，使用服务器级的计算机的专用嵌入式系统更加值得期待。尽管服务器级的计算机可以提供各种功能，对于家庭应用而言，其是昂贵和巨大的。因此，为了以诸如针对电视机的机顶盒的形式来实现小型和通用的家庭自动化控制设备，已经进行了努力。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于因特网的家庭自动化系统，能够控制家用设备和设施，当检测到侵入、火灾、气体泄漏时产生警报，从而按照各种方式实现了设备控制、犯罪防止和事故防止。
根据本发明的一个方面，提出了一种基于因特网的家庭自动化系统，具有以下传统的门镜电话功能例如，当来访者按响门铃时，在通过视频显示器确认来访者的图像之后，打开前门；当检测到气体泄漏、火灾发生、未授权人员闯入时，产生警报音并报告给警卫室或安全公司，并且所述系统具有基于因特网家庭自动化服务器，其特征在于基于因特网的家庭自动化服务器具有以下功能PLC(电源线通信)接口，用于连接和控制家用设备和设施；蓝牙接口，用于便于通过移动终端的通信，并用于控制遥控器，且便于利用便携式计算机的因特网连接；网络地址扩展，自动地址分配和网络安全；自动化能够利用可访问因特网的计算机、移动终端或无线通信终端，在远端位置处控制或监视家用设备和设施；并且利用触摸屏或蓝牙终端来操纵家用设备和设施；以及提供网络网关功能的服务器，用于使家用计算机能够与因特网相连，并确保从外部进行访问的安全性。
根据本发明的另一方面，提出了一种控制基于因特网的家庭自动化系统的方法，所述基于因特网的家庭自动化系统具有以下传统的门镜电话功能例如，当来访者按响门铃时，在通过视频显示器确认来访者的图像之后，打开前门；当检测到气体泄漏、火灾发生、未授权人员闯入时，产生警报音并报告给警卫室或安全公司，并且所述系统具有基于因特网家庭自动化服务器，其特征在于所述方法包括步骤(a)当来访者按响门铃时，在确认在门镜电话处的来访者图像之后，打开前门；(b)当安全检测传感器工作在警卫模式时，在向警卫室、安全公司或指定移动电话传送警报消息之后，将模式从警卫模式改变为安全模式；(c)建立防火墙并向家用计算机自动分配网络地址；(d)当通过移动电话或因特网访问家庭自动化系统时，在进行安全检查和认证之后，操作万维网服务器程序；(e)接收来自因特网、移动电话、触摸屏或蓝牙终端的家庭自动化控制命令；以及(f)执行家庭自动化控制命令。
从结合附图所给出的优选实施例的以下描述中，本发明的上述和其他目的和特征将变得明显，其中，图1是根据本发明优选实施例的家庭自动化服务器的方框图；图2描述了根据本发明的用户接口模块110的结构；图3示出了安全控制模块120的结构；图4提供了网络网关模块130的结构；图5示出了家庭自动化模块140的结构；图6提供了检测传感器模块150的结构；图7提供了根据本发明的家庭自动化服务器的软件结构；以及图8是根据本发明的家庭自动化服务器的控制方法的流程图。
具体实施例方式
之后，将参考附图来详细描述本发明的优选实施例。
图1是根据本发明优选实施例的家庭自动化服务器的方框图。
根据本发明的家庭自动化服务器包括中央控制模块100、用户接口模块110、安全控制模块120、网络网关模块130、家庭自动化模块140和检测传感器模块150。
中央控制模块100进行与根据指定的控制方法来处理来自/去往家庭自动化服务器的输入信号数据和输出信号数据有关的功能。中央控制模块100包括中央处理器102、用于存储程序和数据的非易失性闪速存储器104、用于临时存储数据的SDRAM(同步动态随机存取存储器)106、以及电源108。传统的家庭自动化系统不能够提供各种信息通信环境。但是，通信技术和电子技术已经得到了快速的发展，从而提供了诸如高速信息网络、无线因特网和稳定的网络。因此，可以从整体上控制使用这些网络或与这些网络相连的各种设备，以最终提供采用了中央控制模块100的集成家庭自动化服务器。
具有用于允许用户收听音频声音或查看视频图像的操纵面板的用户接口模块110向中央控制模块100传送音频和视频数据。将利用图2来提供与用户接口模块110相关的更多细节。
当在系统上发生了异常情形时，安全控制模块120根据来自中央控制模块100的信号，产生警报音或使警报灯发光。异常情形是指当发生了未授权人员侵入、发生火灾或气体泄漏时的情形。将利用图3来详细解释安全控制模块120。
网络网关模块130具有以下功能将网络地址自动地分配给因特网可访问的家用计算机；控制由蓝牙终端所进行的网络访问；提供防火墙；并当外部计算机尝试访问家庭自动化系统时执行认证。根据本发明，诸如计算机、移动电话和蓝牙终端的各种网络接入设备可以仅通过相当简单的安全检查和认证处理，访问在任何时候和任何地点可用的家庭网络服务器。将利用图4来详细解释网络网关模块130。
家庭自动化模块140监视和控制家用设备和设施。将利用图5来详细解密家庭自动化模块140。
检测传感器模块150检测诸如门被打开、窗户被打开、气体泄漏和发生火灾等异常情形，并向中央控制模块100发送表示该异常情形的信号。将参考图6来详细解释检测传感器模块150。
图2描述了根据本发明的用户接口模块110的结构。
显示单元200提供在操纵系统中使用的菜单表的图像，或在前门处展示来访者的图像照片。用户可以通过显示单元200来监视所有在系统处发生的所有事件，由此，可以针对这些事件，采取适当的措施。
口令单元210将当前输入的口令与用户已经设置的、预先存储的口令进行比较，并且当两个口令相互匹配时，假如用户想要释放警卫模式，则释放警卫模式。
响应来自中央控制模块100的控制信号，拨号单元220对与所存储的电话号码相对应的接收电话进行拨号，并通过网络网关模块130传送消息。
当存在来访时，音频输入/输出单元230向用户通知来访者的来访，并允许用户在线与来访者进行通话，或者当用户不在家时，将在中央控制模块100的闪速存储器104中所存储的用户的语音消息输出给来访者。
视频输出单元240将与语音有关、或与特定区域有关的图像转换为视频信号，因此，用户可以在打开前门之前，通过显示模块120来识别来访者，而且，通过使用计算机或移动电话来监控来自远端位置的实时图像或所存储的图像。
将触摸屏单元250安装在显示单元200的顶部，用于接收来自用户的命令。将与用户将手指触摸在触摸屏单元250上的点相对应的坐标值传送和临时存储在中央控制模块100的存储缓冲器中，因此，中央控制模块100通过解译与该坐标值相对应的控制命令来控制系统的操作。
电话单元260具有与一般电话类似的功能，但是，在其中，使扬声器电话(未示出)或蓝牙电话(未示出)通过PSTN(公用交换电话网)或因特网电话网络。
图3示出了安全控制模块120的结构。
图像信号传送单元300从中央控制模块100接收在视频输入单元240处拍摄的图像信号，并且通过拨号单元220将该图像信号传送到警卫室360、安全公司370或用户移动电话。
根据来自稍后将描述的检测信号处理单元610的命令，命令输出单元从中央控制模块100中接收命令信号，并且将该命令信号传送到与命令信号输出单元310相连的安全设备。安全设备包括警报音输出单元320、自动门控制单元330、声音输出单元340、警报灯发光单元350等。对自动门控制单元330进行设计，从而用户可以从室内直接控制门的开启/关闭，并且用户还可以通过经由因特网或移动电话访问家庭自动化服务器，从室外遥控门的开启/关闭。如果在检测传感器模块150中的安全传感器处于激活操作，警卫室360和安全公司370接收从将其自身与警卫室360或安全公司370的系统相连的家庭自动化服务器传送来的、具有音频或视频格式的紧急信号。在接收到该紧急信号时，警卫室360或安全公司370远程地控制家庭自动化服务器或直接派人，以处理紧急情形。
图4提供了网络网关模块130的结构。
集线器A 400允许用户利用诸如计算机来访问中央控制模块100，并且当用户不在家时，远程地控制该系统。本发明提供了针对这些情形的防火墙，以便当用户设法从屋外访问系统时，确保系统的安全性。防火墙，即一种保护内部网络的网元，是指用于断开从网络外部的有害信息流入、以及保护内部信息所有权以免受来自网络外部的非法侵入的硬件或软件或者硬件和软件的组合。防火墙通过分析IP(因特网协议)地址和设法访问诸如FTP和Telnet的针对每个服务的系统的系统端口号，或者通过分析在分组中所包括的报头，切断来自外部的非法访问。
集线器B 410将中央控制模块100和大量家用计算机430、440相连。集线器B 410允许对每一个家用计算机430、440分配网络地址。中央控制模块100可以通过采用诸如DHCP(动态主机配置协议，之后称为“DHCP”)和NAT(网络访问转换，之后称为“NCT”)，容纳最多256个计算机。中央控制模块100可以通过采用AP(接入点，之后称为“AP)，容纳诸如PDA(个人数字助理)和万维网便笺簿的无线LAN终端。
蓝牙AP 420提供将蓝牙终端450与中央控制模块100相连从而中央控制模块100可以利用蓝牙终端450进行控制的功能。当前，为了利用无线移动终端与因特网相连，需要具有数据通信功能的终端、笔记本计算机和用于连接这两者的电缆。另一方面，蓝牙技术已经取消了诸如采用电缆的需要。蓝牙技术使各种电子设备能够以非常高的速度来传送和接收数据，而无需对这些电子设备进行连接的电缆。蓝牙使用ISM(工业、科学和医用)或2.4GHz世界范围的频带，因此，尽管存在一些障碍，数据传输的质量表现得较高。蓝牙技术的发展仍然在进行中，其被关注为与下一代近距离无线联网相关的一种标准技术。在本发明中所采用的蓝牙是第一级，其具有大约100米的数据传输范围并具有大约1mbps。
同时，在本发明中所采用的蓝牙技术可应用于上述的笔记本计算机或万维网便笺簿、以及蓝牙终端。也就是说，由于已经开发了用于插入到USB(通用串行端口)连接器的、大约10cm长度的蓝牙安全锁(dongle)，通过利用蓝牙AP 420可访问因特网，而无需附加的LAN卡。
图5示出了家庭自动化模块140的结构。
根据本发明的优选实施例，采用基于CEBus(消费电子总线)的PLC(电源线通信，之后称为“PLC”)来控制家用设备和设施。这里，PLC是简单地通过连接到家中的通用出口，经由电源线电缆来进行数据通信的一种方法。CEBus是一种针对由电子工业协会(EIA)和消费电子制造商协会开发的家内网络的通信标准。CEBus具有的优点在于由于同时使用多个带宽，其对于噪声而言是强有力的。根据CEBus，发射器根据扩谱方法，利用100到400kHz的高频信号来调制50到60Hz的通用信号，并且发送调制后的信号，并且由接收机利用滤波器，将调制后的信号分离为低频和高频成分。家庭自动化服务器通过UART(通用异步接收机发射机)接口单元500与PLC主单元510相连，并且通过PLC接口单元520依次与220V的AC电源线相连。直接控制诸如远程测量单元530、气体阻塞单元540、光控制单元550、通风控制单元560、白色家用设备单元570和电能驱动窗帘单元580等受控设备的部分通过PLC接口520与家庭自动化服务器相连，以便与家庭自动化服务器交换数据，并且根据家庭自动化控制命令来进行。
图6提供了检测传感器模块150的结构。
检测信号处理单元610通过信号输入单元610，从气体泄漏传感器630、火灾监控传感器单元640、犯罪防止区1、2、3、4(650到680)接收检测信号，并且通过主机接口单元600将检测信号传送到中央控制模块100。在检测传感器模块150中所采用的传感器并不局限于以上所提到的传感器，而可以包括更多的各种传感器。
图7提供了根据本发明的家庭自动化服务器的软件结构。
根据本发明的家庭自动化服务器的软件利用了多个进程和线程通过共享存储器740共享数据的方法。其还具有修改后的网络内核程序以使网络网关功能更容易。万维网服务器进程700通过与CGI(通用网关接口)程序710和Java小应用程序服务器程序720互连，经由共享存储器740与其他进程交换数据。用户接口进程730提供将触摸屏单元250的坐标值转换为控制数据、或者在显示单元200上显示家庭自动化服务器的操作状态的功能。执行在家庭自动化服务器中最重要功能的中央控制进程750包括家庭自动化线程752，负责利用PLC单独控制家庭设备和设施；检测传感器线程756，作为针对安全控制模块120的安全功能软件；检测传感器线程756，用于执行每个检测传感器的输入；以及蓝牙线程758，用于每个终端的命令传输控制、视频监控和电话功能。网络内核程序760包括分别针对网络安全和扩展的防火墙762和NAT程序768。网络内核程序与DHCP服务器进程770一起操作，用于自动地分配家用计算机的网络地址。
图8是根据本发明的家庭自动化服务器的控制方法的流程图。
来访者按响在前门镜电话270处的响铃，并且来访者的图像出现在显示器200或移动电话上，然后，主人在与来访者通话之后打开门(S800)。如果设置为警卫模式，并且检测传感器模块150的安全检测传感器操作，则系统向指定的移动终端、警卫室360和安全公司370发布警报消息，然后进入安全模式(S810)。家庭自动化服务器向家用计算机自动分配网络地址，其中，使用了家用计算机，并且操作防火墙762和侵入保护程序764(S820)。如果用户尝试从远端位置对家庭自动化服务器进行访问，在通过安全和认证处理之后，允许用户操作万维网服务器程序(S830)。从诸如因特网、移动终端、触摸屏或蓝牙终端的用户接口模块110传送家庭自动化控制命令，家庭自动化服务器接收家庭自动化控制命令(S840)，并最终执行与远程测量、气体阻塞、光控制、通风控制、家庭设备控制和远程图像监视相关的家庭自动化控制命令(S850)。
结果，用户可以如其所需要的那样，利用各种控制终端来监视家用设备和设施的状态，并控制家用设备和设施，而与其是在家中或在外面无关。
如上所述，本发明具有的优点在于通过集成用于检测未授权人员的非法侵入、火灾发生、气体泄漏的检测设备、以及用于控制家用设备和设施的控制设备，容易地实现了家庭自动化系统的安装和控制。
此外，在控制方法上，不仅是利用在家中的监视器上的触摸屏和蓝牙终端的直接控制、而且是经由因特网或移动终端的遥控均可用于控制家用设备和设施。
同时，家庭自动化系统通过向配备有LAN卡和蓝牙收发器的家用计算机分配网络地址，还充当具有诸如防火墙和侵入防止等安全装置家用网关。
结果，由于根据本发明，能够进行对家用设备和设施的控制，而与时间和地点无关，并且家用计算机可以简单并安全地彼此相连，因此，可以实现更为改进的家庭自动化系统。
尽管已经参考优选实施例示出和描述了本发明，本领域的技术人员将会理解，在不脱离如所附权利要求所定义的精神和范围的情况下，可以进行各种改变和修改。
权利要求
1.一种基于因特网的家庭自动化系统，具有以下传统的门镜电话功能例如，当来访者按响门铃时，在通过视频显示器确认来访者的图像之后，打开前门；当检测到气体泄漏、火灾发生、未授权人员闯入时，产生警报音并报告给警卫室或安全公司，并且所述系统具有基于因特网家庭自动化服务器，其特征在于基于因特网的家庭自动化服务器具有以下功能PLC(电源线通信)接口，用于连接和控制家用设备和设施；蓝牙接口，用于便于通过移动终端的通信，控制遥控器，并且便于利用便携式计算机的因特网连接；网络地址扩展，自动地址分配和网络安全；自动化，能够利用可访问因特网的计算机、移动终端或无线通信终端，在远端位置处控制或监视家用设备和设施；并且利用触摸屏或蓝牙终端来操纵家用设备和设施；以及提供网络网关功能的服务器，用于使家用计算机能够与因特网相连，并确保从外部进行访问的安全性。
2.根据权利要求1所述的基于因特网的家庭自动化系统，其特征在于所述服务器包括中央控制模块，用于控制向和从服务器输入/输出信号，并且存储在服务器的操作中使用的程序和数据；用户接口模块，配备有在服务器的控制中使用的控制面板，用于显示从中央控制模块接收到的音频信号和视频信号；安全控制模块，用于当检测到异常状态时激活安全功能；网络网关模块，用于将宽带因特网与家庭以太网或蓝牙无线网络连接；家庭自动化模块，与中央控制模块相连，用于控制家用设备和设施的操作；以及检测传感器模块，用于检测包括气体泄漏、火灾发生、非法侵入的安全状态，并且检测家用设备和设施的操作状态。
3.根据权利要求2所述的基于因特网的家用自动化系统，其特征在于用户接口模块包括显示单元，用于显示在操纵家用设备和设施中使用的菜单表，并显示在因特网家庭自动化系统中产生的图像数据；口令单元，用于将当前输入的口令与用户已经设置的、过去的口令进行比较，以便确定是否开锁；拨号单元，用于根据来自中央控制模块的控制信号对所存储的电话号码相对应的接收电话进行拨号；音频输入/输出单元，用于通过门镜电话提供主人和来访者之间的通信；触摸屏单元，安装在显示单元的顶部，用于接收来自用户的命令；以及电话单元，用于使扬声器电话或蓝牙电话接通PSTN(公用交换电话网络)或因特网电话网络。
4.根据权利要求2所述的基于因特网的家用自动化系统，其特征在于安全控制模块包括图像信号传输单元，用于从中央控制模块接收图像信号，并且向警卫室、安全公司传送图像信号；以及命令信号输出单元310，用于接收来自中央控制模块的命令信号，并且将命令信号传送到安全设备，其中，安全设备包括警报音输出单元、自动门控制单元、声音输出单元和警报灯发光单元。
5.根据权利要求2所述的基于因特网的家用自动化系统，其特征在于网络网关模块包括第一集线器，负责网络安全功能，用于将家外的计算机与中央控制模块相连；第二集线器，用于向家用计算机自动分配网络地址；以及蓝牙接入点，用于实现中央控制模块和蓝牙终端之间的通信。
6.根据权利要求2所述的基于因特网的家用自动化系统，其特征在于家庭自动化模块包括UART(通用异步接收机发射机)接口单元、PLC主单元和PLC接口单元，用于接收来自中央控制模块的控制信号，所述控制信号对应于从家用设备和设施和用户中产生的数据，并且通过使用基于CEBus(消费电子总线)的电源线通信，将控制信号传送到家用设备和设施。
7.根据权利要求2所述的基于因特网的家用自动化系统，其特征在于检测传感器模块包括信号输入单元、检测信号处理单元和主机接口单元，用于接收来自气体泄漏传感器、火灾传感器和侵入传感器的检测信号，并且将检测信号传送到中央控制模块。
8.根据权利要求2所述的基于因特网的家用自动化系统，其特征在于因特网家庭自动化系统包括多个进程和线程通过共享存储器来共享数据的软件，其中，所述软件包括万维网服务器进程，用于与CGI程序和Java小应用程序相互作用，以便执行与移动电话和因特网的连接；用户接口进程，具有视频显示器、触摸屏和电话的功能，用于通过共享存储器与万维网服务器进程交换数据；中央控制进程，具有家庭自动化线程、安全控制线程、检测传感器线程和蓝牙线程，用于与万维网服务器程序交换数据；网络核心程序，具有防火墙、侵入防止和网络地址转换的功能，用于万维网服务器进程交换数据；以及DHCP(动态主机配置协议)，用于与网络核心程序交换数据，并向家用计算机和终端自动分配网络地址。
9.一种控制基于因特网的家庭自动化系统的方法，所述基于因特网的家庭自动化系统具有以下传统的门镜电话功能例如，当来访者按响门铃时，在通过视频显示器确认来访者的图像之后，打开前门；当检测到气体泄漏、火灾发生、未授权人员闯入时，产生警报音并报告给警卫室或安全公司，并且所述系统具有基于因特网家庭自动化服务器，其特征在于所述方法包括步骤(a)当来访者按响门铃时，在确认在门镜电话上的来访者图像之后，打开前门；(b)当安全检测传感器工作在警卫模式时，在向警卫室、安全公司或指定移动电话传送警报消息之后，将模式从警卫模式改变为安全模式；(c)建立防火墙并向家用计算机自动分配网络地址；(d)当通过移动电话或因特网访问家庭自动化系统时，在进行安全检查和认证之后，操作万维网服务器程序；(e)接收来自因特网、移动电话、触摸屏或蓝牙终端的家庭自动化控制命令；以及(f)执行家庭自动化控制命令。
全文摘要
本发明涉及一种遥控家庭自动化系统，更具体地，涉及一种家庭自动化系统，能够通过使用与因特网和蜂窝电话相连的计算机来控制家庭电气设备和设施，当检测到异常时产生火灾警报或窃贼警报。根据本发明的家庭自动化服务器支持遥控家庭电气设备和设施的功能，以及用于帮助家用计算机访问因特网同时防止来自外部的非法访问的网络网关的功能。
文档编号H04L12/28GK1599999SQ02823981
公开日2005年3月23日 申请日期2002年11月14日 优先权日2001年12月1日
发明者赵瑛朝, 李根松, 方哉郁, 金酉哲, 金孝燮 申请人:爱肯特路公司