智能家居系统解决方案

发布时间：2024-11-18 09:29

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智能家居或称智能住宅，在英文中常用Smart Home、Inte1ligent home，是以住宅为平台，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化等，集系统、结构、服务、管理、控制于一体，来创造一个优质、舒适、安全、便利、节能、环保的居住生活环境空间。

一、 智能家居的发展

总体来讲，智能家居的发展经历了4个阶段：

第一阶段：基于同轴，2芯线、实现灯光、窗帘控制、部分安防等功能；

第二阶段：基于485线，部分基于IP、实现可视对讲、安防等功能；

第三阶段：以智能控制集中化、控制主机产生为代表，业务包括安防、控制、计量等；

第四阶段：基于zigbee 802.15.4协议的组网，全IP，可定制化家庭业务为主导，真正实现了智能家居生活。

二、 智能家居的概念及其特性

智能家居是在家庭产品自动化，智能化的基础上，通过网络按拟人化的要求而实现的。智能家居可以定义为一个过程或者一个系统，利用先进的网络通讯技术、电力自动化技术、计算机技术、短距离无线技术、嵌入式系统开发技术、图像处理技术、流媒体处理技术、微处理器控制技术，将与居家生活有关的各种设备有机地结合起来，通过网络化综合管理平台，实现人与家、人与家电、家电与环境之间的智慧对话。与普通家居相比，由原来的被动静止结构转变为具有能动智能的工具，提供全方位的讯息交换功能，帮助家庭与外部保持讯息交流畅通。智能家居强调人的主观能动性，要求重视人与居住环境的协调，能够随心所欲地控制室内居住环境。

为此，智能家居系统的集成必须具备以下特性：

1) 确保系统安全性

　　安全需求是人的最基本需求，没有安全的系统，还谈什么智能化和生活舒适，所以，我们产品在出产前都经过严格的质量测试，确保每一个产品的质量安全，尽最大化做到“零缺陷”工程。

2) 确保系统功能完善性

　　智能家居控制系统是一个综合性的系统，如何来做到系统的最完美性，这是客户最大的梦想；所以，在具体设计与施工前，都会充分考虑各种规范与标准，并且会到现场进行实地勘察，与业主充分沟通，让设计方案真正达到用户心中的预期效果。

3) 确保系统功能人性化

　　智能家居是为家服务的，家庭是由每一位人组成的，人是有血有肉的生命，在设计时如何考虑让智能家居更人性化，易用化，老少皆宜，这是产品与设计的关键，所以，我们在设计时充分考虑年轻人与老年人的不同需求，使用产品的选配与设计，即传统又现代，充分让智能家居真正为家庭每位成员服务。

4) 确保系统功能个性化

　　智能家居是为家服务的，而每个家庭的需要都有共性，但同时又有个性化差异，在设计时，会充分考虑客户家庭情况，家庭成员生活习惯，职业特点及兴趣爱好等，让客户真正体会贴心服务，享受智能化“个性”尊贵服务！

5) 确保系统运行稳定性

　　智能家居是为家庭生活更舒适而服务的，如果安装了智能家居，经常出现各种不稳定的因素，这样不是带来了“方便”，而是带来了“麻烦”；所以，我们要求采用是目前最成熟的智能家居技术和产品，来达到系统整体的稳定性。

6) 确保系统随时可升级

　　没有永恒的技术，也没有永恒的满足！当用户对系统有更高的要求时，只要随意添加一些高级控制产品，就能实现更高级，更强大的功能，随时随地，随意升级！

7) 确保系统与周围环境的协调性

　　系统设计充分考虑家庭装修风格，必须对各方面因素统筹考虑，以构成一个有机的智能化系统。使系统设施与家庭环境及小区其它设施融为一体。

8、具备较强的兼容性、扩展性

服务网关必须支持任何设备访问的技术，即可以方便任何终端设备的接入，有可以支持新兴业务功能的扩展。

9、网络组建的方便性

家庭网络用户是普通大众，为了方便大家正确使用，应该具备“即插即用”的功能；要实现此功能，家庭网络就必须具备2个条件：一方面，接入家庭网络的数字设备应预装有网络适配器和相应的驱动程序；另一方面，应具有自动配置的连网软件；

三、 智能家居系统的架构及关键技术

1、家庭网络分层结构

家庭网络从传输的数据量方面可以分为宽带互联网、家庭互联网及家庭控制网。宽带互联网负责家庭与外界的沟通和互动，传输速率要求高；家庭互联网是建立在信息家电的基础上的，传输速率较低的，实现与互联网能很好连接的网络；家庭控制网是传输速率要求低，价格便宜的能简单的把非智能家电控制起来的网络。为了翻遍简洁的实现其功能，家庭网络应该具备标准化接口，以利于加快各类不同业务的开发，便于实现产品化。下图给出了家庭网络分层结构；

注：

? HAVi：家庭中数字音视频无缝互操作的家庭网络中间件技术，利用的是IEEE 1394总线技术

? Jini：运行在Java2平台之上，采用Java编程语言编写的代码在程序执行期间可以动态装载而不受人工参与，而且可以跨平台运行；同时也基于TCP/IP协议之上，利用TCP/IP的组播技术来设计功能的。

? OSGi：为Internet服务提供商、网络提供员、设备制造商提供通过运行在家中或远程的网关服务器传递各种电子商务和网络控制的公共平台；

2、家庭服务器硬件结构及接口规范

家庭服务器的结构及性能如下图所示;

性能模块说明：

? 网关管理：完成家庭网关的配置管理

? 家庭网络路由器：完成不同传输模式和网络扩扑结构件信号的转换；

? 家庭网络桥接器：完成不同类型网络之间的联接；

? 终端自动识别：自动识别联接在家庭网络上的所有装备；

? 家庭仪表和设备控制：实现对各种仪表信息的获取获取并能发送相应的指令；

? 共享文件：实现家庭网络内的数据和应用程序的共享；

? 共享计算机外设：实现对计算机外设，如打印机、扫描仪等的共享；

? 共享Internet访问：通过家庭网关的控制，可以实现家庭内的所有信息终端能同时共享Internet的访问；

3、家庭网络需要遵循的接口规范

1）、家庭网关接口包括两部分，一方面实现内部组网，支持以智能设备监控为代表的低速数据链路接口和以家庭多媒体娱乐和视频监控为代表的高速数据链路接口，物理层接口主要包含：

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

? 有线方式接口：电力载波（PL）、双绞线（RS485等）、HomePNA、IEEE 1394 、IEEE1394b、HAVI等。

另一方面，家庭网关连接外部网络，支持有线和无线方式。有线方式接口包括以太网专线、电视同轴线缆（Cable Modem）、电话线xDSL、FTTx等；无线方式支持Wi-Fi、TD-SCDMA、CMDA2000、WCDMA、LTE等；同时兼容OSGi、Jini、UPnP等访问技术。

2）、与家庭网关对应的终端接口规范

按终端连接方式将终端分成两大类别：无线终端和有线终端，两类终端接口要求如下：

? 无线终端

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

? 有线终端

电力载波总线（PLC BUS）、双绞线（RS485等）、HomePNA、IEEE 1394 、IEEE1394b、HAVI等。

3）、智能家居组网的关键技术

根据家庭网络的连接方式，家庭内部网络可以分为无线和有线两大类；无线方案主要包括IEEE 802.11、Home RF、Bluetooth、红外技术、ZigBee、UWB等技术；有线方案有Home PNA、PLCBus、IEEE 1394、LAN等技术。各种技术相互比较如下：

四、智能家居系统的解决方案

智能家居系统要创造一个优质、舒适、安全、便利、节能、环保的居住生活环境空间就必须具有完善优质的服务，而完善优质的服务需要家庭网络、小区局域网及广域的世界网来共同实现。

广域世界网主要提供远程控制家庭的各个子系统平台及相关信息；小区局域网主要提供物业管理信息的发布及交互、小区安防系统保障、其他增值信息的服务；而家庭网络是实现各种各样服务的关键，也是智能家居系统研究的重点。下面主要分析家庭网络的功能及其实现。

首先，分析智能家居系统的组成及具有的功能；如下表：

子系统名称

组成及功能

家庭局域网系统

掌控我的网络，管理我的数字住宅：在客厅、主卧、餐厅、小孩房、阳台等区域实现同时上网与电脑资源共享；

数字电视系统

在客厅、主卧、餐厅、书房、小孩房、卫生间等全宅区域实现有线电视信号共享，显示屏可以与电脑屏共享；

音视频共享系统

实现全宅音视频电源开关、音视频播放源切换，音量调节，即可单独控制，也可全宅控制；同时配置了网络监控及可视门铃，可实现每个房间的电视监控到相应的视频图像；可与电脑电视实现三屏合一。

背景音乐系统

每个房间都可以独立听音乐、切换音源、调节音量大小而互不干扰，音视频数字交换机内置MP3和FM调频立体声收音机功能；

安全防范系统

对家庭人身、财产等安全进行实时监控，发生入室盗窃、火灾、煤气泄漏以及紧急求助，自动拔打用户设定的电话，通过语音及时报告险情，也可以实时传输现场图片；

智能照明控制系统

跟传统照明相比，主要实现对灯光遥控开关、调光、一键式场景及（区域）灯光全开全关等控制，并可用遥控、场景、定时、电话及互联网远程、电脑等多种控制方式实现控制功能，同时可实现调光、软启、记忆等功能；

智能家电控制系统

把所有能控制的电器组成一个管理系统，用户可用遥控、场景、定时、电话及互联网远程、电脑等多种控制方式实现电器的智能管理与控制；在未来可以实现家庭冰箱的智能化管理，即探测食物的新鲜度及时提醒主人，同时也可以和超市联网，将所需的蔬菜品种及数量发给超市配送中心，以便及时配送新鲜蔬菜上门，货款可以移动支付或定期支付；

电动窗帘控制系统

对家里的窗帘进行智能控制与管理，可以用遥控、定时等多种智能控制方式实现对全宅窗帘的开关、停止等控制，以及一键式场景效果的实现。

远程抄表系统

就是使用远程抄表系统将当月的用量等信息传输给相应的运营公司，各运营公司根据标准计算费用，然后将费用清单发给您，提醒你及时交费；当你忘记交费时，可以以短信或电话等方式催费；

气象及时提醒系统

定制的气象信息在早晚通过扬声器定时播报；或者在衣柜的门上安装传感器，当您早上起来穿衣时，传感器将信息传输给家庭服务器，家庭服务器驱动扬声器向你播报及时的气象信息，以便于您及时准确的选择衣物。

温湿度控制系统

在房间内安装温湿度探测器，当室内温湿度超过您设置的门限时，探测器将会发信息给家庭服务器，家庭服务器及时发送空调工作模式开启信息，驱动空调工作在合适的状态；

家庭远程医疗保健系统

通过监护终端和无线专用的传感器节点对人体生理参数进行采集，然后通过通信网络传输到医院或医疗站，医生根据病人的生理信息来诊断健康情况；

情景模式系统

一键实现各种情景灯光、背景音乐及电器组合效果，可以用遥控器、智能开关、电脑等实现“回/离家、会客/影院、就餐、起夜”等多种功能；

智能无线遥控系统

一个遥控器,实现对所有灯光\电器及安防的各种智能遥控以及一键式场景控制；实现全宅灯光及电器的开关、临时定时等遥控，各种编址操作等；

上面对智能家居系统全面的功能做了介绍；这些功能是怎么实现的呢？下面给出关键子系统的实现方案。

1、安全防范系统

家庭安全防范系统应该具备：

? 家中发生警情时，及时以电话、短信、彩信方式通知用户。

? 手机远程视频。

? PC远程实时视频。

? 本地、手机/PC远程布撤防。

? 小区接警。

2、智能照明、智能家电远程控制系统

通过发短信、打电话、网络远端设置来控制家庭照明和家电的工作状态；

注：家电与家庭服务器之间的链接可以是有线连接，也可以是无线连接；另外，家庭服务器应该具有家电控制照明控制的模块来实现。

3、远程抄表系统

通过远程抄送模块，定时的读取各个计量表的计量值，然后通过家庭服务器将信息出送到各家运营管理公司的服务平台上，经核算后，可以通过电话、手机短息、电子邮件方式通知用户应缴金额，预期后可以以相应方式催费；

4、家庭医疗保健系统

系统由监护终端设备和无线专用传感器节点构成了一个微型监护网络。医疗传感器节点用来测量各种人体生理指标，如体温、血压、血糖、血氧、心电、脑电、脉搏等，传感器还可以对某些医疗设备的状况或者治疗过程情况进行动态监测。传感器节点将采集到的数据，通过无线通信方式将数据发送至监护终端设备，再由监护终端上的通信装置将数据传输至服务器终端设备上，如通过Internet网络可以将数据传输至远程医疗监护中心，由专业医护人员对数据进行观察，提供必要的咨询服务和医疗指导，实现远程医疗。

五、目前国内的解决方案

1）、基于“e家佳”标准的无线解决方案

ITopHome是我国“家庭网络标准产业联盟”的英文名称，简称为“e家佳”，成立于2004年7月26日。联盟是由海尔集团、清华同方、中国网通、上海广电集团、春兰集团、长城集团、上海贝岭等七家公司发起组建。该联盟以家庭网络系统为中心，包括了电子、家电、通讯、计算机、网络运营等多领域企业，以完善的产业链形式共同搭建起家庭网络系统平台。

系统采用的频段430-432MHz和779-787MHz。

基于“e家佳”标准的家庭网络具有以下特点：

? 支持手机 WEB 界面，短信，计算机本地远程全时管控家居设备。

? 通过无线方式直接对支持的e家佳协议的设备进行动态交互，与中继器进行双向联络，实现对其它设备的红外管控。

? 支持场景管控，定时执行，多种设备智能协动，安防系统与其它智能家居设备协动，实现安防报警信息通过电话，短信，网络，邮件反馈。

? 支持设备故障通过短信，网络，邮件自动反馈（设备本身支持）

? 支持与E8网关，ADSL Modem， IP， FTTH 进行连接；

? 通过网桥实现对不同厂家，不同类型支持红外遥控智慧家居设备的全时管控；支持红外扩展线管控方式。

2）基于PLC BUS电力载波总线技术的解决方案

基于PLC BUS技术的解决方案原理：家庭服务器通过X10发射器接入家庭内网的电力总线，控制信令通过电力线将信号X10控制器，X10控制器直接连接家庭设备；

使用PLC BUS技术的智能家庭网络，适合于任何场景，即插即用，施工方便，不影响家庭的美观，技术成熟，系统可靠；但进行更智能化的控制时，系统显得力不从心。

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