淺析嵌入式技術(shù)在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用

葉園

摘 要 隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、嵌入式技術(shù)以及Internet技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)生活的安全、舒適、便捷等方面的要求越來(lái)越高，人們對(duì)智能家居系統(tǒng)的性能需求也在不斷提升。智能家居系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)、嵌入式系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將各種家用設(shè)施通過(guò)家庭網(wǎng)絡(luò)連接到一起，從而為人們提供更為便利舒適的生活。本文介紹了智能家居系統(tǒng)的特點(diǎn)、嵌入式系統(tǒng)的特征，并對(duì)嵌入式技術(shù)在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞 嵌入式技術(shù) 智能家居系統(tǒng) 應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)家庭住宅需求的概念也發(fā)生了徹底的改變。人們正在從以往追求房屋空間的寬闊和裝飾的豪華，向著追求品味、安全、舒適、便捷和智能方向發(fā)展。智能家居系統(tǒng)是建筑藝術(shù)、生活理念與信息技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)等現(xiàn)代高科技手段完美結(jié)合的產(chǎn)物，它的出現(xiàn)滿足了人們對(duì)住宅高性能、智能化的要求。

一、智能家居系統(tǒng)的特點(diǎn)

智能家居，又稱智能住宅，在國(guó)外常用SmartHome來(lái)表示，是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、綜合布線技術(shù)、依照人體工程學(xué)原理，融合個(gè)性需求，將與家居生活有關(guān)的各個(gè)子系統(tǒng)如安防、燈光控制、窗簾控制、煤氣閥控制、信息家電、場(chǎng)景聯(lián)動(dòng)、地板采暖等有機(jī)地結(jié)合在一起，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)化綜合智能控制和管理，將一個(gè)被動(dòng)靜止的家居環(huán)境提升為一個(gè)具有一定智慧協(xié)助能力的人性化的生活幫手，實(shí)現(xiàn)“以人為本”的全新家居生活體驗(yàn)。

智能家居系統(tǒng)屬于個(gè)人范圍內(nèi)的通信系統(tǒng)。其主要方式就是在家庭內(nèi)部組成家電的數(shù)據(jù)傳輸和控制網(wǎng)絡(luò)，最后將這個(gè)網(wǎng)絡(luò)與Internet相連。與一般通信網(wǎng)絡(luò)相比，智能家居系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：（1）靈活易擴(kuò)展：方便系統(tǒng)內(nèi)部增加或更新設(shè)備，更易于連接現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)。（2）系統(tǒng)具備標(biāo)準(zhǔn)化：系統(tǒng)內(nèi)部的各種設(shè)備規(guī)范化。（3）具有較高的實(shí)時(shí)性：可以根據(jù)當(dāng)時(shí)的家庭環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整。（4）具有較高的安全性：與外界進(jìn)行信息交換時(shí)能保證系統(tǒng)安全，同時(shí)，系統(tǒng)也有較強(qiáng)的抗干擾能力和穩(wěn)定性。（5）系統(tǒng)可靠：易維護(hù)及拓展升級(jí)。

根據(jù)智能家居系統(tǒng)的概念和特點(diǎn)，在使用的過(guò)程中會(huì)受到數(shù)據(jù)速率、通信距離和安全性的影響。

二、嵌入式系統(tǒng)的特征

嵌入式系統(tǒng)（EmbeddedSystem），是一種“完全嵌入受控器件內(nèi)部，為特定應(yīng)用而設(shè)計(jì)的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”，是用來(lái)控制或者監(jiān)視機(jī)器、裝置、工廠等大規(guī)模設(shè)備的系統(tǒng)。通常情況下，嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)控制程序存儲(chǔ)在ROM中的嵌入式處理器控制板，事實(shí)上，所有帶有數(shù)字接口的設(shè)備，如手表、微波爐、錄像機(jī)、汽車等，都使用嵌入式系統(tǒng)，有些嵌入式系統(tǒng)還包含操作系統(tǒng)，但大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)都是是由單個(gè)程序?qū)崿F(xiàn)整個(gè)控制邏輯。

嵌入式系統(tǒng)有以下幾個(gè)重要特征：（1）系統(tǒng)內(nèi)核小。由于嵌入式系統(tǒng)一般是應(yīng)用于小型電子裝置的，系統(tǒng)資源相對(duì)有限，所以內(nèi)核較傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)要小得多。（2）專用性強(qiáng)。嵌入式系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)和硬件的結(jié)合非常緊密，一般要針對(duì)硬件進(jìn)行系統(tǒng)的移植，即使在同一品牌、同一系列的產(chǎn)品中也需要根據(jù)系統(tǒng)硬件的變化和增減不斷進(jìn)行修改。（3）系統(tǒng)精簡(jiǎn)。嵌入式系統(tǒng)一般沒(méi)有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的明顯區(qū)分，不要求其功能設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)上過(guò)于復(fù)雜，這樣一方面利于控制系統(tǒng)成本，同時(shí)也利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)安全。（4）具有較強(qiáng)的實(shí)時(shí)性。因?yàn)榍度胧较到y(tǒng)常用于具體的生產(chǎn)和生活，故對(duì)其實(shí)時(shí)性要求很高。嵌入式系統(tǒng)在存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)上基本都使用計(jì)算速度較快的閃存Flash，在配以軟件的相應(yīng)設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)能夠快速而準(zhǔn)確地響應(yīng)各種外部事件。（5）生命周期長(zhǎng)。嵌入式系統(tǒng)與具體應(yīng)用有機(jī)結(jié)合在一起，升級(jí)換代也是同步進(jìn)行。因此，嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場(chǎng)，具有較長(zhǎng)的生命周期。

三、嵌入式技術(shù)在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用

智能家居的目標(biāo)是：通過(guò)家庭智能化平臺(tái)，人們可以通過(guò)電話或者瀏覽器在任何時(shí)候、任何地點(diǎn)對(duì)家中的電器（比如：空調(diào)、電視、熱水器、電飯煲、電燈、報(bào)警器等）進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。譬如，在下班途中，預(yù)先將家中的電燈打開(kāi)、空調(diào)啟動(dòng)、讓熱水器提前燒好熱水、電飯煲煮好香噴噴的米飯等;而這一切的實(shí)現(xiàn)僅僅是打一個(gè)電話或者點(diǎn)下鼠標(biāo)。

隨著嵌入式系統(tǒng)芯片性能的不斷提高，嵌入式技術(shù)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛：工業(yè)控制、家用電器、醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、智能開(kāi)關(guān)、汽車制造、航空航天……特別是嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用結(jié)合到人類的生活起居中，逐漸形成了一個(gè)以住宅為平臺(tái)，兼?zhèn)渚W(wǎng)絡(luò)通信、信息家電和設(shè)備自動(dòng)化，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境，這對(duì)人類的生活效率和生活質(zhì)量產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

嵌入式智能家居控制系統(tǒng)主要可以對(duì)以下居家功能進(jìn)行設(shè)置及控制：

（1）可視對(duì)講。在門廳、書(shū)房等處安裝可視對(duì)講系統(tǒng)。來(lái)訪客人必須經(jīng)住戶同意，由住戶遙控開(kāi)啟單元防盜門方可進(jìn)入。單元門口主機(jī)也可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與管理中心主機(jī)相連，將來(lái)訪者輸入的信號(hào)同時(shí)傳到管理主機(jī)上，便于值班人員掌握客人來(lái)訪的清況。以上的功能，在新建的住宅小區(qū)，已經(jīng)得到了廣泛使用。

（2）報(bào)警。報(bào)警可以分為防盜報(bào)警、防災(zāi)報(bào)警、緊急呼救及報(bào)警等。

防盜報(bào)警。在室外的公共區(qū)域，例如過(guò)道和樓梯的墻面或吊頂處安裝防盜探頭，在室內(nèi)安裝紅外線探頭，如有人非法侵入就會(huì)探測(cè)到并即時(shí)報(bào)警。另外，還可選用高速照相機(jī)或攝像機(jī)，一旦發(fā)生報(bào)警，將自動(dòng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)照相或錄像。這些功能，也在目前新建的住宅小區(qū)得到了廣泛應(yīng)用。

防災(zāi)報(bào)警。在房間內(nèi)安裝煤氣泄漏探頭及感溫、感煙探頭。當(dāng)發(fā)生可燃性氣體泄漏時(shí)，就會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。目前大部分小區(qū)的報(bào)警信號(hào)是直接與管理中心主機(jī)相連的。其實(shí)，在嵌入式技術(shù)的指導(dǎo)下，觸發(fā)報(bào)警后，除了可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向小區(qū)管理中心報(bào)警，還可以通過(guò)Internet或撥打住戶設(shè)定的電話進(jìn)行報(bào)警。同時(shí)，在室內(nèi)當(dāng)所探測(cè)范圍內(nèi)溫度升高或煙霧彌漫，火災(zāi)探測(cè)器就會(huì)探測(cè)到并即時(shí)報(bào)警（聲光報(bào)警或通信報(bào)警），在開(kāi)啟屋內(nèi)排氣扇排除有害氣體的同時(shí)，如有消防噴淋系統(tǒng)，則會(huì)自動(dòng)進(jìn)行噴淋。

緊急呼救及報(bào)警系統(tǒng)。在戶內(nèi)多處設(shè)緊急呼救報(bào)警按鈕，如臥室床頭、書(shū)房或衛(wèi)生間內(nèi)。當(dāng)發(fā)生被盜、病人突發(fā)疾病等緊急情況時(shí)，可直接向小區(qū)保安中心報(bào)警，也可以通過(guò)Internet或撥打住戶設(shè)定的電話進(jìn)行報(bào)警，使住戶得到及時(shí)的救助。

（3）遠(yuǎn)程操作智能家電。

智能家電將微處理器和嵌入式技術(shù)引入家電設(shè)備中，具有遠(yuǎn)程控制、中心通信等功能，并可自動(dòng)監(jiān)測(cè)自身故障，進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)、控制和測(cè)量。它是可以進(jìn)行信息存儲(chǔ)并且可進(jìn)行遠(yuǎn)程操作的個(gè)人使用設(shè)備，也稱為網(wǎng)絡(luò)家電、信息家電。信息家電支持統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，相互間可以訪問(wèn)識(shí)別，具有一定的智能。

智能家電都會(huì)有數(shù)據(jù)接口，可以通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控。即：可以通過(guò)電話、手機(jī)短信、Internet等遠(yuǎn)程控制家用電器（如微波爐、電飯煲、熱水器、空調(diào)器、洗衣機(jī)、冰箱等），同時(shí)利用傳感器和語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)家電的主動(dòng)響應(yīng)和聲控功能?？傊?，未來(lái)的智能家電將朝著網(wǎng)絡(luò)化、云端化、自適應(yīng)進(jìn)化、多種智能化、綠色化這五個(gè)方面發(fā)展。

（4）信息終端。可以接收小區(qū)管理中心發(fā)出的小區(qū)公告、住戶通知等，瀏覽網(wǎng)頁(yè)，接收郵件、手機(jī)短信，以及查詢報(bào)警信息等。

（5）自動(dòng)抄表。將帶電子采集器的天然氣表、電表、水表、暖氣表等從戶內(nèi)布線通過(guò)家庭信息接入箱引到戶外的系統(tǒng)采集總成，與小區(qū)的物業(yè)管理中心連接，在管理中心主機(jī)上可隨時(shí)用人工或自動(dòng)的方式抄錄三表的讀數(shù)。輸入當(dāng)?shù)厮?、電、氣的價(jià)格就可自動(dòng)計(jì)算費(fèi)用，并打印出讀數(shù)、計(jì)費(fèi)的情況。

（6）遠(yuǎn)程監(jiān)控。當(dāng)家中有老人、小孩等需要照顧時(shí)，可以在上述這些人所在的環(huán)境安裝攝像頭，可通過(guò)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程觀察到需照顧人的狀況。此外，當(dāng)防盜報(bào)警被觸發(fā)后，也可以通過(guò)Internet遠(yuǎn)程監(jiān)控家中事態(tài)的進(jìn)展情況。

（7）音樂(lè)、視頻及燈光控制音頻、視頻信號(hào)通過(guò)分配后連接到各個(gè)需要的房間，實(shí)現(xiàn)一臺(tái)VCD（DVD）播放，多個(gè)房間可通過(guò)電視機(jī)觀看的目的。在家中安裝背景音響系統(tǒng)及燈光集中控制系統(tǒng)，可以通過(guò)網(wǎng)關(guān)上的手觸屏，以及電話、手機(jī)短信、Internet等遠(yuǎn)程控制家中的插座，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)家中的音響、視頻及燈光的集中控制。

科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展是社會(huì)信息化不斷發(fā)展的動(dòng)力，信息家電、智能家居等概念的不斷涌出也讓每個(gè)家庭作為社會(huì)信息終端的作用日益顯著，與智能家居產(chǎn)品相關(guān)的智能家居控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)也在不斷的發(fā)展。

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、嵌入式技術(shù)以及Internet技術(shù)的不斷發(fā)展下以及主流消費(fèi)者對(duì)智能家居接受程度的提高，除了以上一些已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的智能家居控制，智能家居控制系統(tǒng)將會(huì)擴(kuò)大到人們?nèi)粘Ｉ?、學(xué)習(xí)的方方面面，給人們的生活帶來(lái)意想不到的驚喜，而嵌入式技術(shù)的引入也必將加速智能家居的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]張海峰.智能家居系統(tǒng)解決方案[J].智能建筑與城市信息，2010.

[2]陳良銀.智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].新疆大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011.

[3]向軍，謝贊福.基于嵌入式Internet/Intranet的智能家居系統(tǒng)模型及實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì)，2010.

（作者單位：武漢商學(xué)院機(jī)電工程與汽車服務(wù)學(xué)院）