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智能家居相关技术及比较

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智能家居的技术范畴

一、什么是智能家居
“智能家居”这个词目前已经被广泛引用，很多的安防厂商、楼宇对讲厂商都声称自己是智能家居厂商。那么到底什么是智能家居？我认为智能家居就是通过综合采用先进的计算机、通信和控制技术（3C），建立一个由家庭安全防护系统、网络服务系统和家庭自动化系统组成的家庭综合服务与管理集成系统，从而实现全面的安全防护、便利的通讯网络以及舒适的居住环境的家庭住宅。智能家居是IT技术（特别是计算机技术），网络技术、控制技术向传统家电产业渗透发展的必然结果。

二、智能家居的组成
智能家居是一个多功能的技术系统，包括可视对讲、家庭内部的安全防范、家居综合布线系统、照明控制、家电控制、远程的视频监控、声音监听、家庭的影音系统等。家居智能化包含的内容比较多，而且国内目前的产品总线制、电力线载波、无线等方式，在网络连接方面基本上用总线制联网、电话联网或者通过以太网方式来实现。

智能家居的系统架构
以往国内的各种智能化系统和产品虽然很多，但更多的是系统相互独立、集成度比较低、各个系统相互联系不大、家庭内部没有统一的平台。目前更多的智能家居厂商把重心放在了智能家居平台的研究上。

一、小区智能化的核心是家庭智能化
小区的智能化，涉及小区的周边、小区内以及住户家庭的智能化：在智能化住宅小区的周边及内部设置安全防范系统，并在家庭内设置可视对讲、防盗报警控测器、紧急求助和报警按钮、可燃气体探测报警等家庭安全防范系统，设置三表（或四表）出户计量系统，家电控制以及电视、电话和计算机网络服务，为住户需求的高速通信提供可能。家庭智能化部分与信户生活息息相关，不但满足了住户生活的舒适性、便利性，改善住户居住环境，提高住户生活水平，改变住户生活方式，是小区智能化的核心。
家庭内大多数的子系统和设备都以通过智能家庭网络联网实现自动化。相信不久的将来，甚至日常器具也可以通过增加其内在智能，在网络上发送信息。统一的网络结构和控制平台，灵活的接入方式，高可靠性和兼容性，低成本，提供舒适、安全和高效的家庭环境，是研究智能家庭网络的目标。

二、智能家居集成平台系统

1、家庭智能终端

● 家庭智能终端的主要功能
作为小区智能化系统的核心，智能家居平台系统通过其核心设备――家庭智能终端来实现家庭智能化的功能。家庭智能终端是智能家成的心脏，通过它实现系统信息的采集、信息输入、信息输出、集中控制、远程控制、联动控制等功能。
家庭智能终端的功能一般包括如下几个方面：
（1）家庭安防：安全是居民对智能家居的首要要求，家庭安防由此成为智能家居的首要组成部分。家庭安防报警、门窗磁报警、紧急求助报警、燃气泄漏报警、火灾报警等。当家庭智能张端处于布防状态时，红外探头探测到家中有人走动，就会自动报警，通过蜂鸣器和语音实现本地报警；同时，报警信息报到物业管理中心，还可以自动拨号到主人的手机或电话上。
（2）可视对讲：通过集成与显示技术，家庭智能终端上集成了可视对讲功能，无需另外设置室内分机即可实现可视对讲的功能。
（3）远程抄表：水、电、气表的远程自动抄收计费是物业管理的一个重要部分，它的实现解决了入户抄表的低效率、干扰性和不安全因素。
（4）家电控制：家电控制是智能家居集成系统的重要组成和支持部分，代表着家庭智能化的发展方向。通过有线或无线的联网接口，将家电、灯光与家庭智能终端相连，组成网络家电系统，实现家用电器的远程控制。
（5）家庭信息服务：物业管理中心与家庭智能终端联网，对住户发布信息，住户可通过家庭智能终端的交互界面选择物业管理公司提供的各种服务
（6）增值服务：通过家庭智能终端可以实现网上购物，视频点播等增值服务。

●智能家居平台系统的技术特点
智能家庭网络随着集成技术、通信技术、互操作能力和布线标准的实现而不断改进，它涉及到对家庭网络内所有的智能器具、设备和系统的操作、管理，以及集成技术的应用。
（1）通过家庭网关――家庭智能终端及其系统软件建立家居智能平台系统。
家庭网关是智能家庭局域网的核心部分，主要完成家庭内部网络各种不同通信协议之间的转换和信息共享，以及同外部通信网络之间的数据交换功能，同时网关一般还负责家庭智能设备的管理和控制。
用计算机技术、微电子技术、通信技术，家庭智能终端（家庭网关）将家庭智能化的几乎所有功能集成起来，使智能家居建立在一个统一的平台之上。首先，实现家庭内部网络与外部网络之间的数据交互；其次，还要保证能够识别通过网络传输的指令是合法的指令不是“黑客”的非法入侵。因此，家庭智能终端既是家庭信息的交通枢纽，又是信息化家庭的保护神。
（2）通过外部扩展模块实现与家电的互联
为实现家用电器的集中控制和远程控制功能，家庭智能网关通过有线或无线的方式按照特定的通讯协议借助外部扩展模块控制家电或照明设备。
（3）嵌入式系统的应用
以往的家庭智能中断绝大多数是由单片机控制，随着新功能的不断增加和性能
的不断提升，将处理能力大大增强的具有网络功能的嵌入式操作系统和单片机的控制软件程序作了相应的调整，使之有机地结合成完整的嵌入式系统。
●智能家居平台系统的技术发展趋势
（1）硬件平台的处理能力日益增强
早期的智能中控器采用8位单片机作为核心处理单元，功能比较简单、纯粹。
往往只具备安防、三表采集、简单文字信息发布和简单的家电控制功能。近几年很多厂家为了使自己的产品功能更全面、显示更美观，采用了处理能力更强的单片机或使用多颗单片机协同工作。这个时期的产品操作界面有比较大的改善，往往采用彩色LCD,大多带有触摸功能，集成了楼宇对讲的功能，家电控制功能也相对丰富。目前有一些国内外厂家采用32位的处理器结合先进的嵌入式开发平台开发出了更为先进的产品。基于该技术的产品处理能力显著提升，以往无法处理的多媒体信息和增值服务都可以得以实现，由于采用专门的显示引擎所以界面更加丰富、美观，家电控制功能也趋于完善。

（2）智能家居平台逐步整合安防、对讲等子系统日益成为一个综合平台
最初的智能中控器往往独立于传统的安防和对讲系统，用户的家中需要安装几套彼此独立的子系统，增加了安装和使用的复杂性。行业间的技术整合促使智能家居平台成为包括安防、对讲、信息、家电控制、家庭数字影音为一体的智能化家居平台。

（3）由模拟向数字化逐步转变
如同模拟电视向数字电视、模拟手机象数字手机的逐步转变一样，智能家居平台
也正在经历着一场由模拟到数字的变革。现在是数字化的时代，数字信号比模拟信号所传输的信息量要大很多，而且不象模拟信号那样因为信号容易受到干扰或者衰减而导致信号缺失。数字化技术正在日益广泛的应用到智能家居的系统中来，主要表现在以下几个方面：
A、在电路设计上采用越来越多的数字集成电路。现在的智能家居产品中使用了大量的数字芯片，集成度和可靠性比之从前的模拟电路有了很大提高。
B、显示数字化大大了提升了显示效果。数字化显示的技术难度和成本都相对比较高，所以目前除了极少数厂商采用这种显示技术（如三星的8170），大多数的厂家主要还是采用模拟或是半模拟（如BC2-D50L）的方式。随着显示技术的日益成熟，它必然会被越来越多的厂家所采用。
C、传输方式逐步走向多网合一，安防、对讲、门禁、抄表逐步走向统一的以太网联结。
多网合一大大减少了施工和维护的复杂度，而且提高了传输可靠性。

（4）从有线走向无线
无线传输的盛行是基于人们对于灵活、便携、无所不在的诉求。无线传输特点就是灵活，移动性和可扩展性是有线传输方式所无法具备的，同时无线技术所需要解决的难题也多的多。
A、如何使传输的距离尽可能的远，而又尽可能的避免对人的损害。
B、如何尽量避免信号受到干扰。
C、如何提高传输的带宽，以便能够传输更为复杂的数据。
尽管上面的问题需要技术研发人员不断的去钻研创新，相信从有线走向无线的总趋势无法逆转。

2.智能模块
智能模块是智能家居平台的执行单元和控制末端，它和智能中控系统是一个有机的整体，如同大脑和神经末梢的关系一样，协调动作才能完成整个控制过程。智能中控器象是一个大脑指挥整个家居智能化系统并发出各种指令，但是发出的指令依赖外围的智能模块来执行，缺少了这些模块智能中控器就如同失去了手脚的残疾人而变得寸步难行。
●智能模块的种类
智能模块按照功能可以大致分为如下几类：
（1）红外控制模块：
此类模块主要用于控制电视、空调等具备红外遥控功能的普通家用电器，它最主要的特点是具备红外学习功能不需要改造原来的家用电器。
（2）照明控制模块：
家中的照明是使用比较多的，开关从最初的拉线开关到目前普遍使用的机械开关虽然外观形态发生了比较大的改善，但是仍然没摆脱手动操作的范畴。在家居智能化中照明的智能化占着举足轻重的作用。
（3）远程控制模块
远程控制模扩展了智能家居的空间限制，大大丰富了控制载体，借助电话、网络、短信息使您即使和家远隔千里也能够章控自如。
（4）手持遥控器
遥控器作为便携的遥控设备成为智能中控器的辅助设备。它往往可以脱离中心控制系统独立承担最基本的功能。
●智能模块的技术特点
（1）各种智能模块通过有线或无线的方式和智能中控器相连，接受中控器的集中控制指令，与中控器一起组成整个智能家居系统平台。
（2）智能模块相对独立，往往可以脱离智能中心独立工作。照明控制模块可以独立成为照明控制系统，而其它模块也可以相应的独立成为系统。

●智能模块的技术发展趋势
(1) 无线联网方式将成为主流
最初的智能模块采用有线方式连接起来，通常采用预布的总线或电力线传输控制信号。遥控的功能通过无线或红外接入点把遥控指令转化为有线控制指令传输给受控的智能模块。
以下是两类比较常见的有线控制智能开关的技术介绍：
A、总线制开关：
代表厂商有ABB、奇胜、APBUS、易居、北京伯泰克等。
该方案的技术特点是强电和弱电分离，整套系统中有一个（或多个）无线接入点来统一接收无线信号，通过预布的信号总线来传输控制信号。
缺点是需要预布控制线、需要的辅助设备比较多，难安装、难调试，难维护，系统出现故障后往往会导致整个系统瘫痪。
优点是系统采用强弱电分离的机制，系统比较稳定，对负载的适应性很强。
控制信号通过专门的控制线传输，不易受到干扰，比较可靠。比较可靠。
系统示意图：

B、电力载波方案
代表厂商有X10、瑞朗、索伯等。
该方案起源于欧美的70年代，在欧美比较通行。它通常具有一个或多个直接接入强电的无线接入点，通过交流强电作为载波传输控制信号。
缺点是控制信号直接在强电网上传输，不稳定极易受外界干扰，在应用中表现出很大的地区差异性，特别是中国目前的电网干扰比较大，而且中国目前众多的家电厂家生产的家电不具规范性更加增加该方案的不稳定性。
优点是布线相对简单。
系统示意图：

无线智能模块最大的优点是安装非常方便，可拆分性特别强能更好的适应各种应用环境的需要。每一个智能模块都是一个无线接入点彼此互不干扰。以下以单火无线智能开关为例，它的安装完全等同普通开关，如下图：

随着无线技术的日益发展，相信会有更多厂家采用无线的方案。
（2）向DIY市场的智能模块产品会成为发展的趋势
以往的智能模块只是配合家庭智能中心共同构成一整套智能家居解决方案，这往往是一个大而全的系统，价格也比较昂贵。智能模块无法脱离系统独立使用，这也使得智能家居只是少数有钱人享受的奢侈品。但是随着智能家居的概念日益深入人心，广大的普通消费者也存在着同样的消费需求，所以智能模块必须变的安装、维护、使用都简单并且不再依赖于智能家居的中心系统而自成系统。
目前国外的许多智能家居产品都被拆分成很纯粹的模块摆在超市中销售，这一趋势的出现将彻底做大智能家居的市场并引起一场革命。

发表时间：2006年2月7日深圳市波创科技发展有限公司

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