智能家居全接触

梦想家

什么叫智能家居？

　智能家居，或称智能住宅，在英文中常用Smart Home。与智能家居的含义近似的还有家庭自动化（Home Automation）、电子家庭（Electronic Home、E-home）、 数字家园（Digital family）、家庭网络（Home net/Networks for Home）、网络家居（Network Home）,智能家庭/建筑（Inte1ligent home/building）、在香港、台湾等地区还有数码家庭、数码家居等称法。
　　智能家居是以住宅为平台，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。
　　智能家居可以定义为一个过程或者一个系统。利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、将与家居生活有关的各种子系统，有机地结合在一起，通过统筹管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间；还由原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位的信息交换功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。

智能家居的基础系统——布线系统

　智能家居布线产品可以说是智能家居中最基本的产品，许多其他智能家居系统都需基于智能家居布线系统来完成传输和配线管理，包括宽频接入系统、家庭通讯系统、家庭局域网、家庭安防系统、家庭娱乐系统等。所以从功用来说它是智能家居系统的基础，是其传输的通道。目前，国内外大的综合布线厂家都针对智能家居市场推出了解决方案和产品。

智能家居的中心系统——中央处理平台

　中央家居处理平台的职能就是在家庭智能局域网中，引导和规划家居子系统中的各种信号，目前主流中央家居处理平台分为两类：平台是机顶盒和直接利用家用电脑去控制各种家电设备。此外，智能家庭网路作业系统和运行平台也是目前竞争的一个焦点，无线的方案是其中最诱人的，但应用最多的是采用双绞线作传输介质的全分散式系统。

智能家居相关概念

　　要完整地理解智能家居，有必要先对几个智能家居发展过程中有着重大影响的系统进行介绍。

家庭自动化（Home Automation）
　　家庭自动化系指利用微处理电子技术，来集成或控制家中的电子电器产品或系统，例如：照明灯、咖啡炉、电脑设备、保安系统、暖气及冷气系统、视讯及音响系统等。家庭自动化系统主要是以一个中央微处理机（Central Processor Unit，CPU）接收来自相关电子电器产品（外界环境因素的变化，如太阳初升或西落等所造成的光线变化等）的讯息后，再以既定的程序发送适当的信息给其它电子电器产品。中央微处理机必须透过许多界面来控制家中的电器产品，这些界面可以是键盘，也可以是触摸式荧幕、按钮、电脑、电话机、遥控器等；消费者可发送信号至中央微处理机，或接收来自中央微处理机的讯号。
　　 家庭自动化是智能家居的一个重要系统，在智能家居刚出现时，家庭自动化甚至就等同于智能家居，今天它仍是智能家居的核心之一，但随着网络技术有智能家居的普遍应用，网络家电/信息家电的成熟，家庭自动化的许多产品功能将融入到这些新产品中去，从而使单纯的家庭自动化产品在系统设计中越来越少，其核心地位也将被子家庭网络/家庭信息系统所代替。它将作为家庭网络中的控制网络部份在智能家居中发挥作用。目前最有名的家庭自动化系统为美国的X-10。

家庭网络 (Home networking)
　　首先大家要把家庭网络和纯粹的“家庭局域网”分开来，我们还会提到“家庭局域网/家庭内部网络”这一名称，它是指连接家庭里的PC、各种外设及与因特网互联的网络系统，它只是家庭网络的一个组成部份。家庭网络是在家庭范围内(可扩展至邻居，小区)将PC、家电、安全系统、照明系统和广域网相连接的一种新技术。

　　当前在家庭网络所采用的连接技术可以分为“有线”和“无线”两大类。有线方案主要包括：双绞线或同轴电缆连接、电话线连接、电力线连接等；无线方案主要包括：红外线连接、无线电连接、基于RF技术的连接和基于PC的无线连接等。
　　家庭网络相比起传统的办公网络来说，加入了很多家庭应用产品和系统，如家电设备、照明系统，因此相应技术标准也错综复杂，这里面也牵涉太多知名的网络厂家和家电厂家的利益，我们在智能家居技术一章中将对各种技术标准作详细介绍。家庭网络的发展趋势是将智能家居中其它系统融合进去，最终一统天下。

网络家电
　　网络家电是将普通家用电器利用数字技术、网络技术及智能控制技术设计改进的新型家电产品。网络家电可以实现互联组成一个家庭内部网络，同时这个家庭网络又可以与外部互联网相连接。
　　可见，网络家电技术包括两个层面：首先就是家电之间的互连问题，也就是使不同家电之间能够互相识别，协同工作。第二个层面是解决家电网络与外部网络的通信，使家庭中的家电网络真正成为外部网络的延伸。

要实现家电间互联和信息交换，就需要解决：
    描述家电的工作特性的产品模型，使得数据的交换具有特定含义；
    信息传输的网络媒介。在解决网络媒介这一难点中，可选择的方案有：电力线、无线射频、双绞线、同轴电缆、红外线、光纤。
　　由于网络控制为网络家电的关键部分，所以基于家庭网络互联的网络家电是将来的一个发展趋势。

信息家电 (3C：Computer,Comsumer,Communication 或者说IA:Information Application)
　　信息家电应该是一种价格低廉、操作简便、 实用性强、带有PC主要功能的家电产品。利用电脑、电信和电子技术与传统家电（包括白色家电：电冰箱、洗衣机、微波炉等和黑色家电：电视机、录像机、音响、VCD、DVD等）相结合的创新产品， 是为数字化与网络技术更广泛地深人家庭生活而设计的新型家用电器，信息家电包括PC、机顶盒、HPC、DVD、超级VCD、无线数据通信设备、视频游戏设备、WEBTV、INTERNE电话等等，所有能够通过网络系统交互信息的家电产品，都可以称之为信息家电。
　　从广义的分类来看，信息家电产品实际上包含了网络家电产品，但如果从狭义的定义来界定，我们可以这样做一简单分类：信息家电更多的指带有嵌入式处理器的小型家用(个人用)信息设备，它的基本特征是与网络(主要指互联网)相连而有一些具体功能，可以是成套产品，也可以是一个辅助配件。而网络家电则指一个具有网络操作功能的家电类产品，这种家电可以理解是我们原来普通家电产品的升级。
　　信息家电由嵌入式处理器、相关支撑硬件（如显示卡、存储介质、IC卡或信用卡等读取设备）、嵌入式操作系统以及应用层的软件包组成。
　　信息家电把PC的某些功能分解出来，设计成应用性更强、更家电化的产品，使普通居民步人信息时代的步伐更为快速，是具备高性能、低价格、易操作特点的lnternet工具。信息家电的出现将推动家庭网络市场的兴起，同时家庭网络市场的发展又反过来推动信息家电的普及和深人应用。
　　我们可以看出，实际上家庭自动化产品、家庭网络产品、网络家电产品、信息家电产品都只是智能家居系统产品里的一种，它们有各自不同的产品特征，不能简单地将它们划等号。当然也有许多概念交叉的产品，如机顶盒你可以理解为是一个家庭网络产品、但同时又是一个信息家电产品。

解剖智能家居

　在一个智能家庭网络中，具体包括那些设备和技术？智能家庭网络中与IT技术的联系主要在哪里？会对那些行业和企业产生影响？让我们走入智能家居的内部去看一看。
   
　　网络：智能家居的骨架
   
　　前面我们已经介绍过，智能家居是通过统一的网络总线和控制平台将家庭的电器设备、灯光控制系统、安全控制系统、能源管理系统等连成一体的。目前智能家居的发展趋势是由集中控制到分布控制，与集中式控制相比，分布式控制不仅能减少布线，而且能提高系统的可靠性，当某一个节点出现故障时，只需将该节点从网络中拿走，而其它节点不受影响。
   
　　分布式智能家庭控制网络的一般结构如图一所示。由该图中我们可看出，智能家庭控制网络主要由下面几个部分组成：
   
　　1.总线耦合器（BCU-Bus Couple Unit）
   
　　这是将家用电器/设备连接成一个网络的关键部分，也是网络总线与家用设备之间的纽带。它的主要作用首先是在各个BCU之间实现信息的交换，实现对家用设备的信号的获取（输入）或控制信号的输出。BCU对信息进行处理，并确定信息是否要经总线或其它BCU作传送。此外，由于每个BCU可以连接多个家用设备，因此它还需要确定信息的来源。
   
　　2.家电控制信号的驱动部分
   
　　BCU无论在输入驱动的电压还是在输出电流驱动能力上都是很有限的，驱动部分就是要将BCU输出的控制信号"放大"到足以驱动家用电器的能力，同时也应将输入的微弱信号"放大"到BCU能够认可和接收的水平。
   
　　3.家用电器
   
　　这是智能家庭中实际使用的设备。它与目前家庭使用的设备不同之处是：它们更具有灵活性，并应配置可以与BCU连接的相应的接口。一般原来只有开/关状态的家用设备（如微波炉、电饭煲等）几乎不用做太大的变动；而原来具有多种功能调节的家用设备（如电视可调音量、频道；空调可调温度、风向及方向；音响系统可调音量、音质及自动换盘等），则应由家用设备厂家做较大的变动，即每个家电应增加一个与BCU连接的接口，以便可以接收来自BCU的控制信号（以替代原遥控器的控制作用）和向BCU送出自己的工作状态信号，以便监测。
   
　　4.通用遥控器
   
　　在一个智能家庭控制网络上的任何家用设备只需要通过一个唯一的遥控器，就可以实现对它们的控制和监测。也就是说不仅可以控制家用设备的工作如设备的启/停、工作状态和参数的改变等，还可以通过遥控器进行监控，例如看到室内的温度，查看卫生间的灯是否已经关断，热水器是否还在加热……。也就是说，这里的遥控器与家用电器的信息交换是可以双向进行的，而现在家中的遥控器只是具有单向的控制作用，而没有逆向的监测功能。
   
　　5.电话接口
   
　　这里的电话接口与家中的遥控器有异曲同工的作用，只是遥控器是在家中的近距离的控制与监测，而电话模块可以让电话/手机在远距离作控制与监测。
   
　　6.家庭网关
   
　　家庭网关是智能家庭网络上的一个重要部分，它是将单个家庭网络与外部世界（如局域网、Internet网或智能小区的子网络）沟通起来的关键部件。家庭网关的设置，就象现在的计算机上了网络一样，可以到各个网站上去浏览各种信息，可以收/发Email等，同时也可以通过远程已经连接到Internet上的计算机来控制和监测家庭中各种设备。

　　技术：智能家居的神经
   
　　在未来的一个完善的数字家庭中，将体现出当前各种高技术的综合集成。因为要构成一个真正意义上的智能化家庭，必定是各个学科的技术的交叉。因此要想构建一个真正的职能家居，需要多个行业、各家IT厂商进行支撑。
   
　　智能家居系统主要包括以下技术：
   
　　1.计算机软件技术
   
　　在数字家庭网络中涉及的计算机软件，除一般的用户程序外，最突出的有二个方面：首先是网络操作系统，这个操作系统应该具有占存储器小、使用方便、配置灵活、容错性能好等特点；其次是数据结构，这是由于一般的家庭控制网络中，不可能使用各种体积庞大的数据库，而实际使用时又需要处理大量的数据，因此需要设计者设计一个适合于家庭网络使用的数据库。
   
　　2.计算机网络技术
   
　　这里比较突出的是家庭网关，例如与Internet或Ethernet的接入、路由的选择、浏览器的设计、网页的制作，此外还有编码压缩技术和网络接口技术等。
   
　　3.计算机密码技术
   
　　数字家庭网络与外界联网为用户带来了很大的方便。但有其利也有其弊，"黑客"一类的不速之客也将不请自来。为了保护用户的权益和隐私不受侵犯，则不能允许无关者私自闯入私人的家居网络中来。解决的办法之一是采用各种加密/解密技术。
   
　　4."即插即用"技术
   
　　这是家庭网络中特殊要求的技术，即要求网络能自动"感觉"和"识别"新上网的家用电器/设备，并且能对它们执行控制和监测的功能。要完成这个功能，不仅要求家用电器/设备要作一定的改动（增加相应的接口），同时要求网络的操作系统具备这样的能力。为了实现这个功能，首先要规范化/标准化接口协议和设备文件，其次网络操作系统应该具有完备的协议，最后控制器（如遥控器）应能自动重组系统控制逻辑。所以说要实现这个功能不是一件轻而易举的事，目前在国外也还没有标准化的成熟的方案推出。
   
　　5.图像处理技术
   
　　图像处理技术是属于信息技术中一个层次比较高的技术，目前它也已经走入了数字家庭之中。其中最典型的例子是智能型防盗门，这种防盗门是不需要用普通钥匙的，它的"钥匙"是该家庭每个人员自己身上的某个器官特征：比如，手指的指纹，或人脸的特写，或眼睛中的虹膜等。这些人体的自身的特征，首先需要通过一些专用的装置将它们采集到，然后对这些采集到的图像信息作必要的处理，并提取相应需要的特征，最后根据这些特征来识别出"是否是本家居中的成员"。在这样的一个系统中，最关键也是最重要的技术是：在尽可能短的时间里，对所采集的信息作快速处理和提取出足以作出正确识别的特征来，而这正是图像处理中最核心的技术之一。
   
　　6.传感器技术
   
　　在一个数字家庭中，为保证完善的控制，需要测量的物理量是多种多样的（例如流量、电量、温度、湿度、微量气体含量等），这都需要传感器技术。一般说来，家庭中的物理量的测量精度要求不高，测量设备的体积和重量也没有苛刻的要求，因此还需要研究和开发适应家庭网络控制用的价格低、稳定、可靠和多功能集成的测量技术和传感器技术以及相应的产品。