智能家居系統(tǒng)的應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)

甘華能 （廣州市設(shè)計(jì)院， 廣州市 510620）

隨著人們生活水平和科學(xué)技術(shù)水平的提高，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及控制技術(shù)的迅猛發(fā)展與提高，人們對家庭生活的現(xiàn)代化、衣食住行的舒適化以及居住環(huán)境的安全化的要求也越來越高。讓先進(jìn)科技服務(wù)于人們生活所需，提高生活質(zhì)量，改變我們的生活和工作方式，智能家居在這種形勢下應(yīng)運(yùn)而生。智能家居系統(tǒng)其主要功能為：燈光控制、電動(dòng)窗簾控制、安全防范、背景音樂控制、遠(yuǎn)程控制、電話控制和多媒體控制等。本文以四室兩廳兩衛(wèi)一廚的住宅為例對智能家居系統(tǒng)的應(yīng)用及實(shí)現(xiàn)做一些介紹；模塊等硬件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)詳見圖1智能家居系統(tǒng)電箱圖。

1 燈光、窗簾、背景音樂控制及場景實(shí)現(xiàn)

1.1 RS485總線技術(shù)說明

智能家居系統(tǒng)在市場上有很多種傳輸協(xié)議，如 ：LONWORKS、DALI、TCP/IP。DALI、TCP/IP具有傳輸快、可控制更多設(shè)備等優(yōu)勢，但一般同檔次的產(chǎn)品價(jià)格昂貴；而RS485總線其設(shè)計(jì)、施工、接線及后期擴(kuò)展均很方便，可控制智能家居的燈光、窗簾管理系統(tǒng)設(shè)備，傳輸速度綽綽有余，性能價(jià)格比高，故建議采用RS485總線技術(shù)。該住宅總線電纜采用4芯屏蔽雙絞線，理論上每組總線最大傳輸距離為1 200m。系統(tǒng)設(shè)備通過配置邏輯地址后用總線技術(shù)來通訊，系統(tǒng)電源為36V或以下的低電壓。

1.2 燈光、窗簾及空調(diào)控制設(shè)備技術(shù)參數(shù)及選用

燈光控制模塊分為調(diào)光模塊和非調(diào)光（開關(guān)量）模塊；按電流等級分一般為6A、10A、16A或更大；價(jià)格也是隨著電流升高而升高；所以我們設(shè)計(jì)時(shí)要計(jì)算需控制回路的燈的電流；選用合適的電流等級的模塊，一般家用電燈選用6A的就夠了。其中調(diào)光模塊也分為三種：

1）控制白熾燈的調(diào)光模塊：直接從模塊引220V 電力線連接控制負(fù)載；但隨著白熾燈的退出市場，本調(diào)光模式也將逐漸減少。

2）熒光燈調(diào)光模塊：由于日光燈調(diào)光需要額外的一對1～10V的控制信號到電子整流器，所以由調(diào)光驅(qū)動(dòng)器到負(fù)載應(yīng)該有4根線：火線和2 根1～10V信號線。注意1～10V信號線的最長距離不宜超過50m，所以配電箱到負(fù)載的距離不能過遠(yuǎn)。一般情況下一個(gè)熒光燈調(diào)光模塊最多連接50個(gè)的可調(diào)光電子整流器，準(zhǔn)確數(shù)量需要結(jié)合具體整流器的參數(shù)確定。熒光燈調(diào)光模塊是當(dāng)下的主流使用產(chǎn)品。

3）LED燈調(diào)光模塊：隨著LED燈的普及，LED燈調(diào)光模塊也應(yīng)運(yùn)而生，一般采用先進(jìn)的PWM模式調(diào)光。

窗簾控制模塊可以根據(jù)所控制的電機(jī)類型，選擇對應(yīng)的模塊，每路窗簾需要2路火線控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)，2路輸出之間的互鎖關(guān)系可在模塊內(nèi)部的軟件中設(shè)定。

空調(diào)控制使用紅外發(fā)射控制模塊，紅外發(fā)射控制模塊由軟件對每臺空調(diào)進(jìn)行編址，這樣就可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程及邏輯上開關(guān)空調(diào)的功能。邏輯模塊接收到的總線控制信號將被模塊破譯，并按照可自由編程的邏輯或數(shù)學(xué)功能進(jìn)行處理，完成各種控制和調(diào)節(jié)功能、制造各種場景；斷電后數(shù)據(jù)不丟失，并可隨時(shí)自定義場景。

以上設(shè)備通過手接手的方式接在系統(tǒng)總線上，安裝于弱電箱標(biāo)準(zhǔn)DIN導(dǎo)軌上，方便以后擴(kuò)展及維護(hù)。智能面板也是串聯(lián)在總線上的設(shè)備，但是智能面板一般裝在現(xiàn)場，可以根據(jù)需要制成四鍵、八鍵等多種樣式。

本住宅的設(shè)計(jì)中在每個(gè)功能房都配備了智能面板，可以單獨(dú)對房間進(jìn)行場景控制和燈光控制等；在客廳和主臥室配置了“觸摸屏”主控制器，可以對房間內(nèi)所有設(shè)備進(jìn)行控制和設(shè)置，包括所有的燈光、電動(dòng)窗簾、背景音樂和溫度控制，能夠進(jìn)行場景控制、點(diǎn)對點(diǎn)控制、組控和總控等多種控制方式。

1.3 立體聲背景音樂系統(tǒng)模塊

多通道環(huán)繞的立體聲背景音樂系統(tǒng)模塊因其具有多通道功能，可以讓您自由收聽和控制。在每一個(gè)房間所裝的吸頂式揚(yáng)聲器可在同一時(shí)間播放不同的音樂，如：在臥室的兒童收聽卡通的音樂電臺，而此時(shí)他的父母則在臥室收聽客廳的CD音樂。

背景音樂系統(tǒng)與可視對講系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)功能：與可視對講系統(tǒng)聯(lián)接后，當(dāng)有訪客呼叫時(shí)，背景音樂則將音量降到10%～0 ；對講通話結(jié)束后，背景音樂自動(dòng)恢復(fù)到原有音量。也可在對講分機(jī)上講話，聲音會在整個(gè)背景音樂系統(tǒng)揚(yáng)聲器中擴(kuò)散，作為廣播。背景音樂系統(tǒng)模塊由于是聲頻、而且多通道與RS485總線技術(shù)不符合，所以通過TCP/IP協(xié)議連接到上層的交換機(jī)。因此，背景音樂可在每個(gè)房間單獨(dú)管理、分區(qū)管理，也可編入場景里，實(shí)現(xiàn)場景管理。

圖1 智能家居系統(tǒng)電箱圖

1.4 智能家居系統(tǒng)的場景設(shè)置

1）客廳設(shè)置：客廳涉及的燈光負(fù)載類型主要有：暗藏?zé)晒鉄魩?、壁畫裝飾射燈、天花筒燈及中央大吊燈共4路調(diào)光燈設(shè)計(jì)。主要可設(shè)置以下四種場景：

（1）休閑場景

此場景可作為在一般的日常生活當(dāng)中的燈光應(yīng)用場景。如在家里看看電視、聽聽音樂、聊聊天等。在這種場景下，可關(guān)閉中央大吊燈，并開啟筒燈及暗藏?zé)魩У?0%亮度，調(diào)節(jié)四周壁畫射燈到50%，同時(shí)打開客廳的窗簾，再配合輕快的背景音樂，可使家人感到寬松舒適、自由自在。

（2）會客場景

接待朋友或客人時(shí)，需要一種較為柔和的燈光場景，并通過調(diào)節(jié)燈光亮度，將注意力集中在談話區(qū)域，此時(shí)可切換到“會客場景”。在此場景下，天花上方的暗藏?zé)魩д{(diào)到100%，筒燈和中央吊燈調(diào)到50%，四周壁畫射燈調(diào)到60%，開啟沙發(fā)上方射燈并調(diào)節(jié)到80%，同時(shí)關(guān)閉客廳四周的窗簾。在這種場景下，將使客人更容易投入到與主人的談話當(dāng)中。

（3）聚會場景

在節(jié)假日或舉行大型家庭聚會時(shí)，為了配合氣氛，可選擇“節(jié)假日場景”。此時(shí)，客廳的中央吊燈打開到100%，天花上的暗藏?zé)魩Т蜷_到80%,四周的壁畫射燈也開到100%，關(guān)閉四周的窗簾，同時(shí)開啟輕快的背景音樂，通過不同燈光負(fù)載的多種亮度組合，營造出一個(gè)充滿活力與激情的節(jié)日氣氛。

（4）浪漫場景

現(xiàn)代人生活壓力大，偶爾在家里來一次燭光晚餐是必不可少的?！袄寺鼍啊本歪槍@種需要而設(shè)置的。在此場景下，中央吊燈及天花筒燈將會關(guān)閉，暗藏?zé)魩д{(diào)到30%的亮度，四周壁畫射燈調(diào)到40%，窗簾關(guān)閉；同時(shí)打開飯廳上方的藝術(shù)射燈，并調(diào)節(jié)到70%的亮度，當(dāng)然少不了一曲“Only You”經(jīng)典浪漫的背景音樂。此時(shí)此刻，相信男女主角早已沉醉在這這段溫馨浪漫的氣氛當(dāng)中了。

如果想要突出某局部的氛圍，只須在需要光源的方位多預(yù)留幾個(gè)插座即可。建議采用造型美觀的自帶調(diào)光的臺燈，現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)光,可根據(jù)需要移動(dòng),也方便實(shí)用;這樣可以省了一個(gè)調(diào)光模塊。

2）主臥室設(shè)置：主臥室涉及的燈光負(fù)載類型主要有：暗藏?zé)晒鉄魩?、筒燈、床頭燈、主臥室洗手間的暗藏?zé)魩Ч?路調(diào)光燈；主臥室洗手間筒燈和鏡前燈、壁畫裝飾射燈共2路非調(diào)光燈設(shè)計(jì)等燈源。如需創(chuàng)造出局部的氣氛，而且可以將可調(diào)光落地?zé)魯[放在室里內(nèi)的任何角落。主要設(shè)置以下三種場景：

（1）深夜場景

當(dāng)深夜需要起床上洗手間時(shí)，主人可以通過床邊的智能控制面板或觸摸屏，按下“深夜場景”按鈕，整個(gè)臥室開始漸變式地進(jìn)入深夜場景模式：首先是床頭燈柔和地打開到30%亮度，緊跟著落地?zé)襞c通往洗手間走道上的天花筒燈也漸亮到30%，主臥室洗手間的暗藏?zé)魩瑫r(shí)漸亮到70%。整個(gè)燈光的開啟過程均為平滑漸變方式進(jìn)行，不僅最大程度地避免了因突然的強(qiáng)光對眼睛的傷害，而且讓主人感覺非常智能、舒適和自然，同時(shí)還不會趕走睡意。

（2）閱讀場景

主人想要閱讀看書時(shí)，可按下“閱讀場景”，此時(shí)臺燈漸亮到100%（以提供足夠的閱讀亮度），暗藏?zé)魩u亮到30%（以提供一定亮度的閱讀背景燈光），其他燈光均關(guān)閉。同時(shí)，主人還可以把開啟背景音樂的指令設(shè)置到“閱讀場景”，從而實(shí)現(xiàn)在邊閱讀，邊欣優(yōu)美的背景音樂。

（3）睡覺場景

通過按下“睡覺場景”，可輕松實(shí)現(xiàn)臥室所有燈光一鍵式關(guān)閉，避免了傳統(tǒng)關(guān)燈方式的繁鎖操作。

3）餐廳設(shè)置：1路非調(diào)光燈和1路調(diào)光燈設(shè)計(jì)。

（1） 會客場景：開啟1路燈光和1路調(diào)光燈，關(guān)閉背景音樂，開啟空調(diào)，自動(dòng)調(diào)節(jié)到設(shè)定狀態(tài)。

（2） 日常場景：開啟1路非調(diào)光燈，打開空調(diào)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，背景音樂調(diào)節(jié)到40%音量。

（3） 全關(guān)場景：關(guān)閉客廳所有設(shè)備。在場景的基礎(chǔ)上也可進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)控制，如在全開模式下也可以單獨(dú)對一盞燈開關(guān)。場景記憶在場景模塊中，斷電后數(shù)據(jù)不丟失，并可隨時(shí)自定義場景。

4）客房因?yàn)橛袝r(shí)客人進(jìn)來可能一時(shí)不適應(yīng)太過復(fù)雜的場影等智能設(shè)置，故采用2路非調(diào)光燈設(shè)計(jì)?，F(xiàn)場裝智能面板，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)控制方式，簡單實(shí)用。

5）洗手間、走廊、陽臺、休閑區(qū)等區(qū)域，可通過具有“紅外感應(yīng)技術(shù)”或“超聲波感應(yīng)技術(shù)”的人體移動(dòng)感應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)“人在燈光漸開，人走延遲N秒后燈光漸暗（時(shí)間可自定義設(shè)置）”的智能節(jié)能策略。

2 智能家居系統(tǒng)的安全防范接入及實(shí)現(xiàn)

2.1 門磁、緊急按鈕、雙鑒探測器及煤氣探測器的接入

在入戶大門安裝門磁開關(guān)監(jiān)測門是否打開；陽臺安裝雙鑒探測器，在主人房裝緊急按鈕；在廚房裝煤氣泄漏煤氣探測器，分別用RVV4X1.5線連接至弱電箱內(nèi)的四路干接點(diǎn)模塊，產(chǎn)生的開關(guān)量報(bào)警信號送至總線。

2.2 高清網(wǎng)絡(luò)攝像頭的接入

門口通道設(shè)置1臺高清網(wǎng)絡(luò)數(shù)字?jǐn)z像頭，監(jiān)視人員進(jìn)出的情況；在嬰兒房也設(shè)置1臺，可在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)時(shí)觀看嬰兒的情況。錄像采用2路嵌入式硬盤錄像機(jī)，錄像保存時(shí)間可達(dá)20天以上，因?yàn)橐曨l信號是流媒體，信息量非常大，所以通過TCP/IP協(xié)議連接到上層的交換機(jī)，這樣才可以通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)查看相關(guān)的圖像。

2.3 可視對講系統(tǒng)的接入

樓宇對講從開始應(yīng)用到發(fā)展至今已經(jīng)過了漫長的年代，其技術(shù)也已經(jīng)非常成熟，從多線控制不聯(lián)網(wǎng)到總線控制聯(lián)網(wǎng)，再發(fā)展到今天基于TCP/IP傳輸?shù)娜珨?shù)字技術(shù)，數(shù)字化對講的平臺上將可視對講系統(tǒng)擴(kuò)展。將可視對講系統(tǒng)與智能家居系統(tǒng)通過TCP/IP協(xié)議連接到上層的交換機(jī)進(jìn)行了一系列整合，使得整個(gè)智能家居市場呈現(xiàn)出多種技術(shù)全面融合的態(tài)勢。

3 智能家居系統(tǒng)的整合及遠(yuǎn)程控制

3.1 IP路由器

IP路由器作為快速干線在不同支線之間通過局域網(wǎng)（IP）轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文控制信號。在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備還可以用作一個(gè)編程接口，可以將PC與總線連接起來通過一個(gè)DHCP服務(wù)器或人工配置動(dòng)態(tài)分配IP地址。IP網(wǎng)關(guān)模塊與局域網(wǎng)直接相連，從而方便遠(yuǎn)距離傳輸。通過網(wǎng)絡(luò)接口，可以在互聯(lián)網(wǎng)上訪問進(jìn)入智能家居控制系統(tǒng)網(wǎng)站，輸入用戶名和密碼即可控制所有的智能家居系統(tǒng)包括燈光窗簾、背景音樂、可視對講等，并查看各個(gè)區(qū)域的實(shí)時(shí)監(jiān)控圖像。也可定制無線觸摸屏接收來自無線網(wǎng)絡(luò)智能家居系統(tǒng)號，通過無線路由器控制各系統(tǒng)設(shè)備。

3.2 電話控制

通過電話控制接口，輸入用戶密碼后，根據(jù)語音提示選擇控制智能家居系統(tǒng)的燈光窗簾、背景音樂、總開/總關(guān)等，方便用戶外出時(shí)簡單方便關(guān)閉家里的設(shè)備，提供網(wǎng)絡(luò)控制外的多種遠(yuǎn)程控制方式。

3.3 3G手機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制

當(dāng)3G網(wǎng)絡(luò)普及以后，智能家居的網(wǎng)絡(luò)化功能將更加突出，手機(jī)成為了移動(dòng)的終端，實(shí)時(shí)在線的圖像傳輸將成為可能，極大地保障了用戶家庭的安全。一旦有小偷進(jìn)入家中，報(bào)警信號即可迅速由網(wǎng)絡(luò)傳送用戶手機(jī)上，并且可以立即調(diào)入視頻圖像，保證在第一時(shí)間有效地監(jiān)看到小偷的面貌，確保日后調(diào)查取證。只要有3G手機(jī)網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)時(shí)看到家里的嬰兒情況。

4 結(jié)語

綜上所述，與普通家居相比，智能家居利用總線技術(shù)，將家居生活相關(guān)的通訊設(shè)備、家用電器和家庭安全防范裝置等有機(jī)結(jié)合在一起，通過各種管理方式，由原來的被動(dòng)管理轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣?dòng)智能管理，并提供全方位的信息交換功能，優(yōu)化了我們的生活方式和居住環(huán)境，幫助我們有效的安排時(shí)間、節(jié)約能源，提供優(yōu)質(zhì)、高效、舒適及安全的生活空間。

[1]施耐德電氣集團(tuán).智能建筑環(huán)境控制系統(tǒng)[R].

[2]威盾建設(shè)股份有限公司.快思聰智能家居圖冊[R].

[3]中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院.03X602 智能家居控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工圖集[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2003.

[4]快思聰. 智能系統(tǒng)集成方案在杭州黃龍飯店的應(yīng)用[J]. 數(shù)字社區(qū)&智能家居,2010（6）.