家庭電氣時(shí)代發(fā)展展望

【摘要】隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)飛速發(fā)展，電氣自動(dòng)化已經(jīng)逐步深入到城市的每一個(gè)角落。在構(gòu)建和諧城市的過(guò)程中，家庭生活走向智能化、網(wǎng)絡(luò)化、人性化也是可以預(yù)見(jiàn)的趨勢(shì)。文章就用電力線實(shí)現(xiàn)智能化、電子設(shè)備節(jié)能化、通信網(wǎng)絡(luò)功能化等幾個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)探討，深入分析了家庭電氣時(shí)代的發(fā)展需求和擴(kuò)展?jié)摿Α?/p>

【關(guān)鍵詞】家庭 電氣設(shè)計(jì) 智能化 節(jié)能化 功能化

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的日益發(fā)展，人們的生活變得日新月異，家庭生活也開(kāi)始提出更為高質(zhì)量的要求。而家居環(huán)境的革命無(wú)疑與電氣時(shí)代的新發(fā)展有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。電氣工程包含多個(gè)動(dòng)向的發(fā)展，如高電壓與絕緣技術(shù)、電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化、電力電子與電力傳動(dòng)等。這其中的每一方面都為家庭發(fā)展帶來(lái)靈感和創(chuàng)意。隨著電氣時(shí)代的到來(lái)，家庭的智能化、節(jié)能化、功能化是發(fā)展的主流。而將電力技術(shù)和家居理念融合，才能為發(fā)展找到一條捷徑。

1 用電力線實(shí)現(xiàn)智能化

1978年，美國(guó)出現(xiàn)了住宅自動(dòng)化系統(tǒng)X-10，它開(kāi)啟了住宅智能化的發(fā)展，至今仍是美國(guó)家庭自動(dòng)化系統(tǒng)的主導(dǎo)。X-10自動(dòng)化系統(tǒng)是一種以電力為配線方式的住宅智能化系統(tǒng)，利用家庭局域網(wǎng)和公共廣域網(wǎng)的結(jié)合，通過(guò)電力線將各個(gè)控制器與各功能接口器相連并實(shí)現(xiàn)程序的控制，以獲利的商業(yè)模式，向家庭用戶提供所需要的服務(wù)。

這種自動(dòng)化系統(tǒng)給用戶生活帶來(lái)了便捷，同時(shí)也不需要重新布線，不必穿墻打洞，節(jié)約了空間和資源，更為美觀實(shí)用。

我國(guó)利用電力線載波進(jìn)行通信和控制的研究也一直在進(jìn)行，但是限于電力系統(tǒng)的遠(yuǎn)程通信和調(diào)度控制領(lǐng)域，住宅智能控制缺乏實(shí)用性和可靠性。目前市場(chǎng)上的自動(dòng)化產(chǎn)品屢見(jiàn)不鮮，如電話保姆、自動(dòng)報(bào)警等利用電力線實(shí)現(xiàn)家居自動(dòng)化，但是它們的可靠性、系統(tǒng)性、開(kāi)放性等方面都面臨市場(chǎng)的挑戰(zhàn)。

作為網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)，電力線有兩大優(yōu)點(diǎn)，一是有終端的地方就有電力線，二是終端設(shè)備本身需要電源。但它同時(shí)也面臨一些挑戰(zhàn)，比如噪聲、接口兼容的改造等。正是因?yàn)樵胍?，電力線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或者限制信號(hào)帶寬，比如X10、SmartLab以及通用電力總線等標(biāo)準(zhǔn)和所做的嘗試，或者采用復(fù)雜昂貴的噪音和誤差消除技術(shù)，比如HomePlug AV標(biāo)準(zhǔn)，但這些方案不能大范圍推廣。這并不表示電力線作為網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)的可行性較小。通過(guò)對(duì)材料性能，接口兼容等改進(jìn)，用電力線實(shí)現(xiàn)智能化仍可以實(shí)現(xiàn)。

以IHC2000室內(nèi)電控系統(tǒng)為例來(lái)談，對(duì)于一般家用電器，只要插入IHC2000終端插座或在原有電器插座內(nèi)安裝IHC2000終端智能模塊，就可以實(shí)現(xiàn)IHC2000系統(tǒng)的控制。而對(duì)于整個(gè)家庭系統(tǒng)而言，則可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)定進(jìn)行宏觀的自動(dòng)化控制，這樣對(duì)于家居的控制將是全方位的，同時(shí)還會(huì)兼顧各類家電的工作模式控制。

智能化并不是新鮮的詞匯，從常用的家用電器中也存在自動(dòng)化的設(shè)計(jì)理念，只是這種智能化的應(yīng)用較為局部，只能稱為半自動(dòng)化。從智能模塊所產(chǎn)生的功能來(lái)看，它借用了很多不同傳統(tǒng)電器具備的特色功能，將這些功能綜合在一起并且進(jìn)行擴(kuò)充，就成為全自動(dòng)化。

智能家居主要包括以下五方面的功能：

(1)控制開(kāi)關(guān)：在任意位置通過(guò)遙控器來(lái)對(duì)電器的工作狀態(tài)進(jìn)行設(shè)定。傳統(tǒng)的電視機(jī)已具備了遙控的功能，但是由于紅外控制受到距離的限制，改為局域網(wǎng)控制，則可以實(shí)現(xiàn)任意位置的遙控。

(2)電話控制：通過(guò)電話撥入，用電話按鍵來(lái)控制室內(nèi)電器的工作狀態(tài)。這一功能充分借助了電話的傳統(tǒng)功能，同時(shí)利用電話數(shù)字鍵實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制，可謂一舉兩得。

(3)定時(shí)控制：通過(guò)設(shè)定終端時(shí)間，IHC2000在規(guī)定的時(shí)間自動(dòng)關(guān)斷。微波爐的工作時(shí)間是由認(rèn)為設(shè)定的，當(dāng)時(shí)間達(dá)到設(shè)定時(shí)間，微波爐將自動(dòng)停止工作。因此它也具有定時(shí)控制的功能。

(4)記憶控制：設(shè)置記憶狀態(tài)，系統(tǒng)可按照預(yù)先設(shè)定的電器工作程式自動(dòng)控制。洗衣機(jī)的洗衣步驟是生產(chǎn)時(shí)就設(shè)定好的，當(dāng)人們使用時(shí)只用按開(kāi)始鍵，洗衣就會(huì)按設(shè)定的步驟進(jìn)行。

(5)自適應(yīng)控制：當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到電器到達(dá)某一指標(biāo)(如溫度、濕度等)的極限時(shí)會(huì)自動(dòng)控制相關(guān)工作。夜間使用空調(diào)時(shí)可設(shè)置睡眠模式，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定溫度，會(huì)自動(dòng)停止工作。當(dāng)溫度不符合要求，會(huì)自動(dòng)重新開(kāi)始工作。

從以上分析可以看出，智能化并不是沒(méi)有可實(shí)現(xiàn)的空間，通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)家電各自的特色自動(dòng)化功能進(jìn)行完善，并集成所用功能于一體，就能形成智能模塊。通過(guò)與網(wǎng)絡(luò)的連接，就能實(shí)現(xiàn)全方位智能。

安保應(yīng)用功能IHC2000可與各種傳感器連接組成安全防衛(wèi)系統(tǒng)。IHC2000智能保安系統(tǒng)最突出的特點(diǎn)是其管理能力，以每戶作為基本單元，以每幢樓作為子系統(tǒng)，與小區(qū)的物業(yè)管理網(wǎng)絡(luò)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成智能物業(yè)管理體系，還可以接入ISDN網(wǎng)，形成真正智能化的生活小區(qū)。

從智能住宅引申到更為廣闊的空間，對(duì)于城市同步的建設(shè)群中，引入電力線實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化都是指日可待的事情。在未來(lái)開(kāi)發(fā)的自動(dòng)化系統(tǒng)中必將有更為完善的組合功能，就像拼裝積木一樣靈活多變，可以根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域分為不同的設(shè)計(jì)系列，如賓館系列、家用系列、辦公系列等，針對(duì)不同區(qū)域選擇所需的自動(dòng)化產(chǎn)品和功能，創(chuàng)建更具個(gè)性化的城市生活空間。

2 電子設(shè)備節(jié)能化

節(jié)能是持續(xù)發(fā)展的一大主題。而對(duì)于家居中日益增多的電子設(shè)備，節(jié)能也逐漸成為衡量產(chǎn)品好壞的指標(biāo)。電腦從臺(tái)式走向液晶，電器從大型走向袖珍，都是節(jié)能化的趨勢(shì)。

節(jié)能的思路有兩條，其一是完成相同的任務(wù)但減少用電量，其二是采用新型能源來(lái)代替電能。在這兩方面上，人們都作出了很多的改進(jìn)，但不得不說(shuō)，這其中的擴(kuò)展空間還是很大。

以燈具為例，談?wù)劀p少用電量的節(jié)能策略?？蛇x用高效光源和節(jié)能型燈具。以往的居住小區(qū)中路燈，公共場(chǎng)所照明一般采用白熾燈、水銀燈，而改造為緊湊型熒光燈，可節(jié)電50％。家庭中的老式燈具改造為電子鎮(zhèn)流器和細(xì)管徑燈管的節(jié)能型熒光燈，可節(jié)電15％以上，還可以延長(zhǎng)燈管的使用壽命約60％，光效達(dá)50％，消除了頻閃效應(yīng)和噪聲。合理配光，盡量使用自然光束，減少照明。

目前市場(chǎng)上出現(xiàn)了空調(diào)電扇。它利用干冰升華過(guò)程吸熱，同時(shí)配合電扇改善空氣流動(dòng)來(lái)達(dá)到降溫的目的。這類新產(chǎn)品無(wú)疑是節(jié)能的首選，一是它比空調(diào)耗電少，二是它也起到一定降溫作用，三是十分環(huán)保。

家庭中常用的生活小電器也有著很多可以改善的空間。

2.1 多功能插座的改造

人們使用完電器后常常忘記關(guān)多功能插座的總開(kāi)關(guān)，誤以為關(guān)了電腦，關(guān)了電視，多功能插座上即使還插著插頭也不會(huì)耗電。但事實(shí)上電器停止工作后，多功能插座中仍有小電流通過(guò)，這使得電器并未處于完全停止工作的狀態(tài)，因此是存在耗電的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一個(gè)普通家庭因?yàn)椴涣?xí)慣隨手將多功能插座斷電，導(dǎo)致每年會(huì)浪費(fèi)掉40kW·h。

因此在多用插座的內(nèi)部集成電路中添加一個(gè)功能模塊，使得人們?cè)诓辉偈褂枚嘤貌遄鶗r(shí)能自動(dòng)斷電。設(shè)定一定的時(shí)間，當(dāng)這一段時(shí)間內(nèi)插座中持續(xù)沒(méi)有流過(guò)電器正常工作時(shí)所需的大電流而只有小電流流過(guò)，則通過(guò)計(jì)數(shù)器控制開(kāi)關(guān)關(guān)斷。

通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，把電流的大小轉(zhuǎn)變?yōu)楦叩托盘?hào)，設(shè)正常工作時(shí)通過(guò)的大電流為高電平信號(hào)，停止工作時(shí)流過(guò)的小電流為低電平信號(hào)。此電路的作用是在一定時(shí)間內(nèi)檢測(cè)的信號(hào)一直為低電平，則關(guān)閉開(kāi)關(guān)，如果在這一時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)高電平，則從下一次低電平時(shí)重新開(kāi)始計(jì)時(shí)。通過(guò)電路的設(shè)計(jì)及仿真，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)斷功能。

2.2 電熱毯的改造

寒冷冬季人們常常會(huì)使用電熱毯，而電熱毯通常只有高溫、低溫以及停止三個(gè)檔位。有時(shí)為了能夠更快的熱起來(lái)，選擇高溫檔后，不知不覺(jué)的睡著而忘記關(guān)電熱毯，嚴(yán)重時(shí)可能造成火災(zāi)，輕則將自己熱醒。

因此可以設(shè)計(jì)感應(yīng)型電熱毯。把電熱毯上承擔(dān)的重量信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，當(dāng)設(shè)定為高溫檔后如果在一定時(shí)間內(nèi)電熱毯感受到的壓力不變，電信號(hào)不變，則表明無(wú)人或者人處于熟睡狀態(tài)，則自動(dòng)切斷電熱毯。

2.3 電熱板的改造

冬天工作時(shí)人們喜歡使用電熱板，但是它有兩個(gè)不足之處。其一，它是整塊玻璃板受熱，易于散熱到空氣中，浪費(fèi)電能，其二，它容易將桌上的文件紙張烘干，使得紙張變形變硬，極不美觀。

因此將電熱板的設(shè)計(jì)由受熱源改為兩個(gè)電源，只有人的工作區(qū)才有熱源供熱。將兩個(gè)電源設(shè)計(jì)在兩只手工作的部位，而其它地方通過(guò)熱量流散過(guò)去。這樣既能很好的給人們?nèi)∨?，也能?jié)約電能，同時(shí)文件部分受熱不大，不至于使紙張變形。

另一種節(jié)能的方法是采用使用其它能源。這樣的例子也比比皆是。比如現(xiàn)在人們普遍使用太陽(yáng)能熱水器來(lái)代替電熱水器，現(xiàn)在只需要電能注水，設(shè)定水溫，在無(wú)陽(yáng)光時(shí)應(yīng)急加熱水等工作，大大節(jié)約了電能。再比如市場(chǎng)上出現(xiàn)了光感計(jì)算器。它利用太陽(yáng)光照，通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)換成弱電，供計(jì)算器工作。雖然在小電器上它的優(yōu)點(diǎn)不夠顯著，但是這種思想必將再其他電氣上擴(kuò)展使用，產(chǎn)生巨大的節(jié)能效益。

3 通信網(wǎng)絡(luò)功能化

數(shù)字化使得地面有線通信系統(tǒng)、無(wú)線通信和移動(dòng)通信網(wǎng)，衛(wèi)星通信網(wǎng)、有線電視網(wǎng)和地面廣播電視網(wǎng)都有可能提供語(yǔ)音，數(shù)據(jù)與視頻的綜合服務(wù)，這就造成通信、計(jì)算機(jī)、廣播電視等產(chǎn)業(yè)的會(huì)聚，出現(xiàn)經(jīng)營(yíng)業(yè)務(wù)相互融合，進(jìn)而促進(jìn)這些產(chǎn)業(yè)的重組，同時(shí)會(huì)開(kāi)辟出大量新的信息服務(wù)市場(chǎng)，這就是所謂的“數(shù)據(jù)會(huì)聚”現(xiàn)象。 “數(shù)據(jù)會(huì)聚”將會(huì)對(duì)未來(lái)通信體制產(chǎn)生重大的影響。這種應(yīng)用需求促進(jìn)接入網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和變化，最終將導(dǎo)致計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、電信通信網(wǎng)與電視傳輸網(wǎng)的“三網(wǎng)融合”。接入網(wǎng)技術(shù)關(guān)系到如何將成千上萬(wàn)的住宅，辦公室的計(jì)算機(jī)接入互聯(lián)網(wǎng)，關(guān)系到這些用戶所能得到的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)類型、服務(wù)質(zhì)量、資費(fèi)等切身利益，也是城市網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的一個(gè)重要問(wèn)題。

如今家庭辦公成為一種新的工作方式。由此應(yīng)運(yùn)而生企業(yè)局域網(wǎng)的規(guī)劃和建設(shè)，建立企業(yè)的局域網(wǎng)，便于公司資料的共享與交流，新產(chǎn)品新技術(shù)的引進(jìn)與開(kāi)發(fā)，提供更為多元化的工作氛圍?？山⒔粨Q式以太網(wǎng)，通過(guò)交換機(jī)支持端口結(jié)點(diǎn)之間的多個(gè)并發(fā)連接，實(shí)現(xiàn)多結(jié)點(diǎn)之間數(shù)據(jù)的并發(fā)傳輸。同時(shí)交換式局域網(wǎng)也支持虛擬局域網(wǎng)服務(wù)，虛擬網(wǎng)絡(luò)以軟件方式實(shí)現(xiàn)邏輯工作組的劃分和管理，工作組中的結(jié)點(diǎn)不受物理位置的限制。這種局域網(wǎng)方便網(wǎng)絡(luò)用戶管理，可減少網(wǎng)絡(luò)管理開(kāi)銷；提供更好的安全性，改善網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。

小區(qū)的物業(yè)管理水平，以及社區(qū)的文化發(fā)展也成為高質(zhì)量家庭生活的另一個(gè)指標(biāo)。網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的小區(qū)，也具有建立其局域網(wǎng)的契機(jī)。它能便于小區(qū)更方便的管理，也是豐富社區(qū)生活的一個(gè)良好平臺(tái)，同時(shí)也能促進(jìn)鄰里的了解和溝通。由于這一網(wǎng)絡(luò)的工作量及范圍不大，所以使用10MbpS的共享局域網(wǎng)(即以太網(wǎng))即可。給出了以太網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)方法。從實(shí)現(xiàn)的角度來(lái)看，構(gòu)成以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備包括網(wǎng)卡，收發(fā)器和收發(fā)器電纜；從功能的角度來(lái)看，包括發(fā)送和接受信號(hào)的收發(fā)器，曼徹斯特編碼與解碼器，以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路控制，幀裝配及主機(jī)的接口，從層次的角度來(lái)看，這些功能覆蓋了IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的MAC子層和物理層。

同時(shí)三網(wǎng)融合的新思想也應(yīng)注入人們的網(wǎng)絡(luò)生活。利用傳統(tǒng)電信網(wǎng)，計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)和有線電視網(wǎng)的相互滲透和相互融合，形成統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以全數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施支持包括數(shù)據(jù)，語(yǔ)音和圖像在內(nèi)的所有業(yè)務(wù)的通信，將是指日可待的事。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上分析可以看出，無(wú)論是用電力線實(shí)現(xiàn)住宅智能化，還是通過(guò)電子設(shè)備改良實(shí)現(xiàn)節(jié)能化，亦或是將三網(wǎng)融合理念用到新的網(wǎng)絡(luò)通信建設(shè)中，每一方面都有很大的發(fā)展空間。各方面的更新與擴(kuò)展，定能使人們?cè)陔姎鈺r(shí)代體驗(yàn)高質(zhì)量的家庭生活。