一、   智能家居的發(fā)展

總體來講，智能家居的發(fā)展經(jīng)歷了4個(gè)階段：

第一階段：基于同軸，2芯線、實(shí)現(xiàn)燈光、窗簾控制、部分安防等功能；

第二階段：基于485線，部分基于IP、實(shí)現(xiàn)可視對(duì)講、安防等功能；

第三階段：以智能控制集中化、控制主機(jī)產(chǎn)生為代表，業(yè)務(wù)包括安防、控制、計(jì)量等；

第四階段：基于zigbee 802.15.4協(xié)議的組網(wǎng)，全I(xiàn)P，可定制化家庭業(yè)務(wù)為主導(dǎo)，真正實(shí)現(xiàn)了智能家居生活。

二、   智能家居的概念及其特性

智能家居或稱智能住宅，在英文中常用Smart Home、Inte1ligent home，是以住宅為平臺(tái)，兼?zhèn)浣ㄖ?、網(wǎng)絡(luò)通信、信息家電、設(shè)備自動(dòng)化等，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理、控制于一體，來創(chuàng)造一個(gè)優(yōu) 質(zhì)、舒適、安全、便利、節(jié)能、環(huán)保的居住生活環(huán)境空間。

    智能家居是在家庭產(chǎn)品自動(dòng)化，智能化的基礎(chǔ)上，通過網(wǎng)絡(luò)按擬人化的要求而實(shí)現(xiàn)的。智能家居可以定義為一個(gè)過程或者一個(gè)系統(tǒng)，利用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、電力自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、短距離無線技術(shù)、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)、圖像處理技術(shù)、流媒體處理技術(shù)、微處理器控制技術(shù)，將與居家生活有關(guān)的各種設(shè)備有機(jī)地結(jié)合起來，通過網(wǎng)絡(luò)化綜合管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)人與家、人與家電、家電與環(huán)境之間的智慧對(duì)話。與普通家居相比，由原來的被動(dòng)靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇?dòng)智能的工具，提供全方位的訊息交換功能，幫助家庭與外部保持訊息交流暢通。智能家居強(qiáng)調(diào)人的主觀能動(dòng)性，要求重視人與居住環(huán)境的協(xié)調(diào)，能夠隨心所欲地控制室內(nèi)居住環(huán)境。

為此，智能家居系統(tǒng)的集成必須具備以下特性：

1) 確保系統(tǒng)安全性

　　安全需求是人的最基本需求，沒有安全的系統(tǒng)，還談什么智能化和生活舒適，所以，我們產(chǎn)品在出產(chǎn)前都經(jīng)過嚴(yán)格的質(zhì)量測(cè)試，確保每一個(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量安全，盡最大化做到“零缺陷”工程。

2) 確保系統(tǒng)功能完善性

　　智能家居控制系統(tǒng)是一個(gè)綜合性的系統(tǒng)，如何來做到系統(tǒng)的最完美性，這是客戶最大的夢(mèng)想；所以，在具體設(shè)計(jì)與施工前，都會(huì)充分考慮各種規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，并且會(huì)到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)地勘察，與業(yè)主充分溝通，讓設(shè)計(jì)方案真正達(dá)到用戶心中的預(yù)期效果。

3) 確保系統(tǒng)功能人性化

　　智能家居是為家服務(wù)的，家庭是由每一位人組成的，人是有血有肉的生命，在設(shè)計(jì)時(shí)如何考慮讓智能家居更人性化，易用化，老少皆宜，這是產(chǎn)品與設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，所以，我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)充分考慮年輕人與老年人的不同需求，使用產(chǎn)品的選配與設(shè)計(jì)，即傳統(tǒng)又現(xiàn)代，充分讓智能家居真正為家庭每位成員服務(wù)。

4) 確保系統(tǒng)功能個(gè)性化

　　智能家居是為家服務(wù)的，而每個(gè)家庭的需要都有共性，但同時(shí)又有個(gè)性化差異，在設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)充分考慮客戶家庭情況，家庭成員生活習(xí)慣，職業(yè)特點(diǎn)及興趣愛好等，讓客戶真正體會(huì)貼心服務(wù)，享受智能化“個(gè)性”尊貴服務(wù)！

5) 確保系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性

　　智能家居是為家庭生活更舒適而服務(wù)的，如果安裝了智能家居，經(jīng)常出現(xiàn)各種不穩(wěn)定的因素，這樣不是帶來了“方便”，而是帶來了“麻煩”；所以，我們要求采用是目前最成熟的智能家居技術(shù)和產(chǎn)品，來達(dá)到系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性。

6) 確保系統(tǒng)隨時(shí)可升級(jí)

　　沒有永恒的技術(shù)，也沒有永恒的滿足！當(dāng)用戶對(duì)系統(tǒng)有更高的要求時(shí)，只要隨意添加一些高級(jí)控制產(chǎn)品，就能實(shí)現(xiàn)更高級(jí)，更強(qiáng)大的功能，隨時(shí)隨地，隨意升級(jí)！

7) 確保系統(tǒng)與周圍環(huán)境的協(xié)調(diào)性

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分考慮家庭裝修風(fēng)格，必須對(duì)各方面因素統(tǒng)籌考慮，以構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的智能化系統(tǒng)。使系統(tǒng)設(shè)施與家庭環(huán)境及小區(qū)其它設(shè)施融為一體。

8、具備較強(qiáng)的兼容性、擴(kuò)展性

服務(wù)網(wǎng)關(guān)必須支持任何設(shè)備訪問的技術(shù)，即可以方便任何終端設(shè)備的接入，有可以支持新興業(yè)務(wù)功能的擴(kuò)展。

9、網(wǎng)絡(luò)組建的方便性

家庭網(wǎng)絡(luò)用戶是普通大眾，為了方便大家正確使用，應(yīng)該具備“即插即用”的功能；要實(shí)現(xiàn)此功能，家庭網(wǎng)絡(luò)就必須具備2個(gè)條件：一方面，接入家庭網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字設(shè)備應(yīng)預(yù)裝有網(wǎng)絡(luò)適配器和相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序；另一方面，應(yīng)具有自動(dòng)配置的連網(wǎng)軟件；

三、   智能家居系統(tǒng)的架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)

1、家庭網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)

家庭網(wǎng)絡(luò)從傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量方面可以分為寬帶互聯(lián)網(wǎng)、家庭互聯(lián)網(wǎng)及家庭控制網(wǎng)。寬帶互聯(lián)網(wǎng)負(fù)責(zé)家庭與外界的溝通和互動(dòng)，傳輸速率要求高；家庭互聯(lián)網(wǎng)是建立在信息家電的基礎(chǔ)上的，傳輸速率較低的，實(shí)現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)能很好連接的網(wǎng)絡(luò)；家庭控制網(wǎng)是傳輸速率要求低，價(jià)格便宜的能簡(jiǎn)單的把非智能家電控制起來的網(wǎng)絡(luò)。為了翻遍簡(jiǎn)潔的實(shí)現(xiàn)其功能，家庭網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具備標(biāo)準(zhǔn)化接口，以利于加快各類不同業(yè)務(wù)的開發(fā)，便于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化。下圖給出了家庭網(wǎng)絡(luò)分層結(jié)構(gòu)；

注：

?        HAVi：家庭中數(shù)字音視頻無縫互操作的家庭網(wǎng)絡(luò)中間件技術(shù)，利用的是IEEE 1394總線技術(shù)

?        Jini：運(yùn)行在Java2平臺(tái)之上，采用Java編程語言編寫的代碼在程序執(zhí)行期間可以動(dòng)態(tài)裝載而不受人工參與，而且可以跨平臺(tái)運(yùn)行；同時(shí)也基于TCP/IP協(xié)議之上，利用TCP/IP的組播技術(shù)來設(shè)計(jì)功能的。

?        OSGi：為Internet服務(wù)提供商、網(wǎng)絡(luò)提供員、設(shè)備制造商提供通過運(yùn)行在家中或遠(yuǎn)程的網(wǎng)關(guān)服務(wù)器傳遞各種電子商務(wù)和網(wǎng)絡(luò)控制的公共平臺(tái)；

2、家庭服務(wù)器硬件結(jié)構(gòu)及接口規(guī)范

家庭服務(wù)器的結(jié)構(gòu)及性能如下圖所示;

性能模塊說明：

?  網(wǎng)關(guān)管理：完成家庭網(wǎng)關(guān)的配置管理

?  家庭網(wǎng)絡(luò)路由器：完成不同傳輸模式和網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)撲結(jié)構(gòu)件信號(hào)的轉(zhuǎn)換；

?  家庭網(wǎng)絡(luò)橋接器：完成不同類型網(wǎng)絡(luò)之間的聯(lián)接；

?  終端自動(dòng)識(shí)別：自動(dòng)識(shí)別聯(lián)接 在家庭網(wǎng)絡(luò)上的所有裝備；

?  家庭儀表和設(shè)備控制：實(shí)現(xiàn)對(duì)各種儀表信息的獲取獲取并能發(fā)送相應(yīng)的指令；

?  共享文件：實(shí)現(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序的共享；

?  共享計(jì)算機(jī)外設(shè)：實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)外設(shè)，如打印機(jī)、掃描儀等的共享；

?  共享Internet訪問：通過家庭網(wǎng)關(guān)的控制，可以實(shí)現(xiàn)家庭內(nèi)的所有信息終端能同時(shí)共享Internet的訪問；

3、家庭網(wǎng)絡(luò)需要遵循的接口規(guī)范

1）、家庭網(wǎng)關(guān)接口包括兩部分，一方面實(shí)現(xiàn)內(nèi)部組網(wǎng)，支持以智能設(shè)備監(jiān)控為代表的低速數(shù)據(jù)鏈路接口和以家庭多媒體娛樂和視頻監(jiān)控為代表的高速數(shù)據(jù)鏈路接口，物理層接口主要包含：

?        無線方式接口：HomeRF、Bluetooth、ZigBee、IEEE802.11、IrDA、UWB等；

?        有線方式接口：電力載波（PL）、雙絞線（RS485等）、HomePNA、IEEE 1394 、IEEE1394b、HAVI等。

另一方面，家庭網(wǎng)關(guān)連接外部網(wǎng)絡(luò)，支持有線和無線方式。有線方式接口包括以太網(wǎng)專線、電視同軸線纜（Cable Modem）、電話線xDSL、FTTx等；無線方式支持Wi-Fi、TD-SCDMA、CMDA2000、WCDMA、LTE等；同時(shí)兼容OSGi、Jini、UPnP等訪問技術(shù)。

2）、與家庭網(wǎng)關(guān)對(duì)應(yīng)的終端接口規(guī)范

按終端連接方式將終端分成兩大類別：無線終端和有線終端，兩類終端接口要求如下：

?        無線終端

支持HomeRF、Bluetooth、ZigBee、IEEE802.11、IrDA、UWB等。

?        有線終端

電力載波總線（PLC BUS）、雙絞線（RS485等）、HomePNA、IEEE 1394 、IEEE1394b、HAVI等。

3）、智能家居組網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)家庭網(wǎng)絡(luò)的連接方式，家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)可以 分為無線和有線兩大類；無線方案主要包括IEEE 802.11、Home RF、Bluetooth、紅外技術(shù)、ZigBee、UWB等技術(shù)；有線方案有Home PNA、PLCBus、IEEE 1394、LAN等技術(shù)。各種技術(shù)相互比較如下：

無線技術(shù)比較表

有線技術(shù)比較表

四、智能家居系統(tǒng)的解決方案

智能家居系統(tǒng)要?jiǎng)?chuàng)造一個(gè)優(yōu) 質(zhì)、舒適、安全、便利、節(jié)能、環(huán)保的居住生活環(huán)境空間就必須具有完善優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，而完善優(yōu)質(zhì)的服務(wù)需要家庭網(wǎng)絡(luò)、小區(qū)局域網(wǎng)及廣域的世界網(wǎng)來共同實(shí)現(xiàn)。具體如下圖所示；

廣域世界網(wǎng)主要提供遠(yuǎn)程控制家庭的各個(gè)子系統(tǒng)平臺(tái)及相關(guān)信息；小區(qū)局域網(wǎng)主要提供物業(yè)管理信息的發(fā)布及交互、小區(qū)安防系統(tǒng)保障、其他增值信息的服務(wù)；而家庭網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)各種各樣服務(wù)的關(guān)鍵，也是智能家居系統(tǒng)研究的重點(diǎn)。下面主要分析家庭網(wǎng)絡(luò)的功能及其實(shí)現(xiàn)。

首先，分析智能家居系統(tǒng)的組成及具有的功能；如下表：

上面對(duì)智能家居系統(tǒng)全面的功能做了介紹；這些功能是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？下面給出關(guān)鍵子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案。

1、安全防范系統(tǒng)

家庭安全防范系統(tǒng)應(yīng)該具備：

?        家中發(fā)生警情時(shí)，及時(shí)以電話、短信、彩信方式通知用戶。

?        手機(jī)遠(yuǎn)程視頻。

?        PC遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)視頻。

?        本地、手機(jī)/PC遠(yuǎn)程布撤防。

?        小區(qū)接警。

具體實(shí)現(xiàn)如下圖：

2、智能照明、智能家電遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)

通過發(fā)短信、打電話、網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)端設(shè)置來控制家庭照明和家電的工作狀態(tài)；原理圖如下圖：

注：家電與家庭服務(wù)器之間的鏈接可以是有線連接，也可以是無線連接；另外，家庭服務(wù)器應(yīng)該具有家電控制照明控制的模塊來實(shí)現(xiàn)。

3、遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)

通過遠(yuǎn)程抄送模塊，定時(shí)的讀取各個(gè)計(jì)量表的計(jì)量值，然后通過家庭服務(wù)器將信息出送到各家運(yùn)營管理公司的服務(wù)平臺(tái)上，經(jīng)核算后，可以通過電話、手機(jī)短息、電子郵件方式通知用戶應(yīng)繳金額，預(yù)期后可以以相應(yīng)方式催費(fèi)；實(shí)現(xiàn)連接圖如下：

4、家庭醫(yī)療保健系統(tǒng)

系統(tǒng)由監(jiān)護(hù)終端設(shè)備和無線專用傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成了一個(gè)微型監(jiān)護(hù)網(wǎng)絡(luò)。 醫(yī)療傳感器節(jié)點(diǎn)用來測(cè)量各種人體生理指標(biāo)，如體溫、血壓、血糖、血氧、心電、腦電、脈搏等，傳感器還可以對(duì)某些醫(yī)療設(shè)備的狀況或者治療過程情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。傳感器節(jié)點(diǎn)將采集到的數(shù)據(jù)，通過無線通信方式將數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)護(hù)終端設(shè)備，再由監(jiān)護(hù)終端上的通信裝置將數(shù)據(jù)傳輸至服務(wù)器終端設(shè)備上，如通過Internet網(wǎng)絡(luò)可以將數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)程醫(yī)療監(jiān)護(hù)中心，由專業(yè)醫(yī)護(hù)人員對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察，提供必要的咨詢服務(wù)和醫(yī)療指導(dǎo)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程醫(yī)療。

五、目前國內(nèi)的解決方案

1）、基于“e家佳”標(biāo)準(zhǔn)的無線解決方案

ITopHome是我國“家庭網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”的英文名稱，簡(jiǎn)稱為“e家佳”，成立于2004年7月26日。聯(lián)盟是由海爾集團(tuán)、清華同方、中國網(wǎng)通、上海廣電集團(tuán)、春蘭集團(tuán)、長城集團(tuán)、上海貝嶺等七家公司發(fā)起組建。該聯(lián)盟以家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為中心，包括了電子、家電、通訊、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營等多領(lǐng)域企業(yè)，以完善的產(chǎn)業(yè)鏈形式共同搭建起家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺(tái)。

系統(tǒng)采用的頻段430-432MHz和779-787MHz，協(xié)議層如下圖

基于“e家佳”標(biāo)準(zhǔn)的家庭網(wǎng)絡(luò)具有以下特點(diǎn)：

?        支持手機(jī) WEB 界面，短信，計(jì)算機(jī)本地遠(yuǎn)程全時(shí)管控家居設(shè)備。

?        通過無線方式直接對(duì)支持的e家佳協(xié)議的設(shè)備進(jìn)行動(dòng)態(tài)交互，與中繼器進(jìn)行雙向聯(lián)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)其它設(shè)備的紅外管控。

?        支持場(chǎng)景管控，定時(shí)執(zhí)行，多種設(shè)備智能協(xié)動(dòng)，安防系統(tǒng)與其它智能家居設(shè)備協(xié)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)安防報(bào)警信息通過電話，短信，網(wǎng)絡(luò)，郵件反饋 。

?        支持設(shè)備故障通過短信，網(wǎng)絡(luò)，郵件自動(dòng)反饋（設(shè)備本身支持）

?        支持與E8網(wǎng)關(guān)，ADSL Modem， IP， FTTH 進(jìn)行連接；

?        通過網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同廠家，不同類型支持紅外遙控智慧家居設(shè)備的全時(shí)管控；支持紅外擴(kuò)展線管控方式。

系統(tǒng)組網(wǎng)圖如下圖：

2）基于PLC BUS電力載波總線技術(shù)的解決方案

基于PLC BUS技術(shù)的解決方案原理：家庭服務(wù)器通過X10發(fā)射器接入家庭內(nèi)網(wǎng)的電力總線，控制信令通過電力線將信號(hào)X10控制器，X10控制器直接連接家庭設(shè)備；具體原理圖如下：

使用PLC BUS技術(shù)的智能家庭網(wǎng)絡(luò)，適合于任何場(chǎng)景，即插即用，施工方便，不影響家庭的美觀，技術(shù)成熟，系統(tǒng)可靠；但進(jìn)行更智能化的控制時(shí)，系統(tǒng)顯得力不從心。具體實(shí)際組網(wǎng)方案如下圖：