智能家居技術(shù)簡(jiǎn)要梳理與發(fā)展方向

王維強(qiáng)

摘 要：今年國(guó)內(nèi)房地產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展，帶來家居智能化方面的快速飛躍。下面就房地產(chǎn)住宅行業(yè)當(dāng)前智能家居發(fā)展主流產(chǎn)品的技術(shù)應(yīng)用特點(diǎn)以及蘋果系統(tǒng)在家居智能化方面的實(shí)際應(yīng)用做一些簡(jiǎn)單的梳理分析，希望能為同行業(yè)讀者們方便地了解到當(dāng)前該領(lǐng)域技術(shù)與應(yīng)用情況，以及未來可能的技術(shù)發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：智能家居；發(fā)展；系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

智能家居是基于傳感器、信號(hào)傳輸、運(yùn)算處理這3個(gè)方面的市場(chǎng)商用技術(shù)歷史成熟度與發(fā)展期望。

傳感器最初源于工業(yè)傳感器和儀表。主要偵測(cè)的物理量是溫濕度、壓力、流量、速度以及一些開關(guān)量、過程量甚至模糊運(yùn)算等等。如水表、冷熱計(jì)量表、燃?xì)獗淼仁腔谖镔|(zhì)流體機(jī)械運(yùn)算與累計(jì)，電表是基于霍爾感應(yīng)原理的計(jì)量。其中，水、電表計(jì)量比較成熟，變化更新小。而對(duì)于冷熱計(jì)量則有超聲波流量測(cè)計(jì)量、時(shí)間型分?jǐn)偰M計(jì)量?jī)煞N類別。超聲波流量計(jì)是需要測(cè)量流量、溫差和前端運(yùn)算，從而得出期待的冷熱能耗記錄，時(shí)間分?jǐn)傂湍M計(jì)量本身通過時(shí)間域的記錄，涵蓋運(yùn)算處理的運(yùn)用級(jí)手段，通過一部分參數(shù)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)定來獲得綜合后的能耗使用記錄。另外，由于圖形圖像識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，市場(chǎng)上也出現(xiàn)有基于圖形圖像識(shí)別技術(shù)的直接讀儀表表頭數(shù)字的水計(jì)量表系統(tǒng)，這是一種另類且思路特別的發(fā)展旁支。在家居安防里還更會(huì)有火災(zāi)感應(yīng)、燃?xì)庑孤└袘?yīng)、入侵感應(yīng)、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)感應(yīng)，身份識(shí)別。火災(zāi)探測(cè)、可燃?xì)怏w泄漏探測(cè)是傳統(tǒng)產(chǎn)品成熟運(yùn)用，屬于開關(guān)量信號(hào)。在入侵感應(yīng)、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)感應(yīng)上則手段類別較多。常見的有分布電容探測(cè)、電磁感應(yīng)探測(cè)、紅外探測(cè)、重力震動(dòng)探測(cè)等等。其中重力震動(dòng)探測(cè)在一些高靈敏度要求的場(chǎng)所甚至發(fā)展應(yīng)用到震動(dòng)光纖這樣的靈敏度極高的技術(shù)產(chǎn)品。身份識(shí)別是更多的基于計(jì)算機(jī)處理和數(shù)據(jù)運(yùn)算技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用，比如指紋識(shí)別、眼虹膜識(shí)別、語音聲紋識(shí)別、生物特征圖形圖像識(shí)別。可見，傳感器除了狹義所依賴的技術(shù)發(fā)展以外，更會(huì)跨出傳感器本身，越來越多地運(yùn)用計(jì)算與處理，涉及更多的智能化、模糊化運(yùn)算。

信號(hào)傳輸直觀的可以分為有線傳輸系統(tǒng)與無線系統(tǒng)兩大類。

智能家居常用有線傳輸技術(shù)主要有RS485二總線；IEEE802.3以太網(wǎng)；EIB/KNX總線；Lon Works現(xiàn)場(chǎng)總線；X-10和PLC-BUS電力載波協(xié)議；C-BUS、Modbus、A-BUS現(xiàn)場(chǎng)開放總線；AXLink私有協(xié)議專用總線等7種類別。其主要特點(diǎn)與應(yīng)用以及區(qū)別下面用一張表格（表1）來表達(dá)：

智能家居常用無線技術(shù)主要有RFID無線射頻，如RF433、RF315；Blue Tooth藍(lán)牙；WiFi（IEEE802.11a/b/g/n）無線局域網(wǎng)；ZigBee（IEEE802.15.4）、Z-Wave等5種類別。其主要特點(diǎn)與應(yīng)用以及區(qū)別下面用一張表格（表2）來表達(dá)：

在智能家居系統(tǒng)里，不應(yīng)單純地全部使用有線或者無線方案，應(yīng)該視末端應(yīng)用的數(shù)據(jù)特點(diǎn)，選擇無線、有線的適度搭配，發(fā)揮有線系統(tǒng)高可靠性和無線系統(tǒng)的移動(dòng)性的特點(diǎn)，回避各自的短處。在不同協(xié)議轉(zhuǎn)換或系統(tǒng)結(jié)合處，須配置網(wǎng)關(guān)。一般以WiFi或ZigBee搭配KNX或LonWorks的混用形式較多。WiFi的特點(diǎn)是帶寬高，便捷性好不需要布線，缺點(diǎn)是長(zhǎng)距離或承重墻金屬阻隔時(shí)信號(hào)衰減嚴(yán)重。LonWorks和KNX的特點(diǎn)是傳輸距離與可靠性高，適合擴(kuò)展，末端變化靈活，缺點(diǎn)是需要嚴(yán)格的穿管布線。在選擇系統(tǒng)的形勢(shì)組合時(shí)并非自行設(shè)計(jì)產(chǎn)品，主要依賴于智能家居產(chǎn)品供應(yīng)商，依據(jù)住宅需求和供應(yīng)商不同類產(chǎn)品技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行適度搭配和調(diào)整。

智能家居在結(jié)合建筑電氣在住戶體驗(yàn)角度一般涉及的范圍有戶內(nèi)空氣質(zhì)量控制與調(diào)節(jié)，可視對(duì)講，感應(yīng)門鎖，消防用煙感溫感探測(cè)。

可燃?xì)怏w探測(cè)，入侵探測(cè)，水電氣熱儀表數(shù)據(jù)傳輸與管理，燈光、窗簾、晾衣竿控制，家用電器控制，家庭攝像錄制與存儲(chǔ)，住戶用語音與數(shù)據(jù)，住戶生活計(jì)劃體驗(yàn)等12種方面內(nèi)容，隨著技術(shù)的發(fā)展與更新會(huì)在未來有更多的內(nèi)容。

從智能家居應(yīng)用方面的嚴(yán)格歸類來看，戶內(nèi)空氣質(zhì)量是直接結(jié)合于空調(diào)、采暖的形勢(shì)，也直接取決于住宅產(chǎn)品的類型。獨(dú)棟別墅、聯(lián)排別墅、普通多層高層住宅的空調(diào)、采暖形式有很多分類，主要是VRV戶式中央空調(diào)、分體空調(diào)、地源熱泵、地板采暖、新風(fēng)處理、除塵除PM2.5系統(tǒng)等等。須根據(jù)住宅產(chǎn)品定位，對(duì)空調(diào)和智能化廠家提出具體的要求，一般都有現(xiàn)成的產(chǎn)品搭配。另外也需警惕捆綁式銷售，應(yīng)根據(jù)實(shí)際需要作出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和開發(fā)?？刂频淖罱K目標(biāo)是結(jié)合具體的住宅產(chǎn)品，即要綠色節(jié)能，又要舒適方便，更要人性化利于維護(hù)?？梢晫?duì)講、感應(yīng)門鎖、火災(zāi)感應(yīng)與燃?xì)馓綔y(cè)報(bào)警、防盜報(bào)警、視頻錄像等歸類于安全防范子系統(tǒng)?？梢晫?duì)講可以與電梯預(yù)呼叫相關(guān)聯(lián)聯(lián)動(dòng)。防盜報(bào)警可以與視頻錄像相關(guān)聯(lián)聯(lián)動(dòng)。燈光、窗簾與遮陽、晾衣桿等控制對(duì)象因?yàn)轵?qū)動(dòng)性質(zhì)均偏向于開關(guān)量或步進(jìn)數(shù)字量，適合于自成子系統(tǒng)。另外安防體系，尤其是別墅產(chǎn)品的情況下，會(huì)從住戶到小區(qū)到社區(qū)設(shè)置兩重甚至三重安全級(jí)別，即與可視對(duì)講結(jié)合，又與社區(qū)安防產(chǎn)品結(jié)合。水、電、氣、熱表計(jì)量系統(tǒng)，一般由當(dāng)?shù)厥姓块T壟斷，極少由開發(fā)商來組織實(shí)施，但也有成熟系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。家用電器的智能化，需獲得CECED認(rèn)證的品牌電器，比如海爾品牌，這部分一般是預(yù)留接口給業(yè)主自行取舍，也有在展示樣板間的時(shí)候一步到位體現(xiàn)出科技的效果的。

下面列舉一些基于KNX總線的施耐德智能控制系統(tǒng)，來直觀體現(xiàn)智能化控制的思路，如圖1～圖3所示。

圖1中，KNX總線平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)靈活，線型、星型、樹型多變。

圖2可見KNX總線平臺(tái)擴(kuò)產(chǎn)性很強(qiáng)。

圖3體現(xiàn)EIB/KNX系統(tǒng)在弱電驅(qū)動(dòng)強(qiáng)電方面有著成熟的市場(chǎng)成品應(yīng)用。在組織配電盤生產(chǎn)上可避免生疏搭配不穩(wěn)定產(chǎn)品，遠(yuǎn)離隱患在全壽命周期里提高工作的可靠性。

近年來，智能手機(jī)的廣泛應(yīng)用，對(duì)人們的生活改變非常巨大。手機(jī)的智能化發(fā)展不但涵蓋生活的各方面，而且發(fā)展速度非?？臁，F(xiàn)在已經(jīng)有語音識(shí)別方面的市場(chǎng)化嘗試。比如蘋果手機(jī)的Siri、微軟的小娜、Google開泛語音平臺(tái)，國(guó)內(nèi)也有科大訊飛等廠商在努力做語音識(shí)別。未來的家居智能化一定會(huì)和語音識(shí)別深入交匯發(fā)展，可以說語音識(shí)別是未來家居智能化的不可避免的發(fā)展方向。手機(jī)的語音識(shí)別目前以蘋果的siri最為關(guān)注，使用人群廣泛、用戶接受度高。以下，就蘋果系統(tǒng)在家居智能化案例做一個(gè)簡(jiǎn)要分析。

2016年蘋果推出HomeKit并開放API接口，在北京已經(jīng)與某房地產(chǎn)開發(fā)商建成落地一間基于homekit的智能化生活樣板展示區(qū)。Homekit平臺(tái)特點(diǎn)是更多的偏向于無布線，針對(duì)燈光、窗簾、電視（AppleTV）、門鎖、空調(diào)等末端點(diǎn)位，大量地使用WIFI，幾乎給每一個(gè)可執(zhí)行的末端配置了一個(gè)IP模塊，讓家居智能化的點(diǎn)位直接體現(xiàn)在蘋果手機(jī)的操作系統(tǒng)上。或者說，把智能家居“操作系統(tǒng)化”了，使得人們可以通過手機(jī)直接來操作智能家居末端。

蘋果的Homekit的系統(tǒng)框架思路是這樣的：首先直接基于操作系統(tǒng)的層面深入廣泛地應(yīng)用，通過僅僅一個(gè)app界面，risc指令集通過手機(jī)網(wǎng)卡和TCP/IP協(xié)議發(fā)送給住宅室內(nèi)的蘋果無線路由器，另外關(guān)于智能電視的指令則直接發(fā)送給AppleTV。路由器再將指令分別發(fā)給各執(zhí)行終端。比如復(fù)雜組合燈光系統(tǒng)，Homekit要求直接面向蘋果無線路由器每一盞燈都具有IP尋址能力，這樣就可以作為設(shè)備直接映射給蘋果手機(jī)操作系統(tǒng)，由用戶界面直接調(diào)用。再比如復(fù)雜調(diào)光系統(tǒng)，Homekit是要求手機(jī)直接向蘋果無線路由器建立鏈路，然后蘋果路由器向蘋果的合作商Lutron網(wǎng)關(guān)建立鏈路，再由Lutron網(wǎng)關(guān)經(jīng)過協(xié)議轉(zhuǎn)換后直接指揮驅(qū)動(dòng)末端調(diào)控光的Dimmer，Dimmer經(jīng)過繼電器來驅(qū)動(dòng)配電盤的各相關(guān)回路接觸器，從而實(shí)現(xiàn)人工命令到機(jī)器執(zhí)行的全部過程。在家用情況下，其siri語音識(shí)別的能力躍然紙上，以蘋果手機(jī)、iPad或AppleTV等為后臺(tái)支持，人類的語音直接指揮控制所有的家庭設(shè)備，如圖4所示。

蘋果智能家居的特點(diǎn)最主要的是為每一個(gè)末端配置MAC地址，每一個(gè)末端都獲得授權(quán)封裝一個(gè)蘋果的處理芯片，把全體設(shè)備“操作系統(tǒng)化”，整個(gè)硬件系統(tǒng)的軟件可編程適應(yīng)力會(huì)大大提高。這樣，對(duì)于末端設(shè)備來說，要加入Homekit系統(tǒng)，必須獲得蘋果的授權(quán)，形成由蘋果領(lǐng)頭、各末端設(shè)備廠家支持的全體系智能控制產(chǎn)業(yè)支持系統(tǒng)。目前在現(xiàn)實(shí)操作上，已經(jīng)有飛利浦、海爾空調(diào)等等很多廠家都在紛紛加入。由于蘋果的語音識(shí)別有著廣泛的市場(chǎng)接受度，由語音驅(qū)動(dòng)操作智能化顯然是未來閃亮的方向，住宅客戶體驗(yàn)會(huì)更好。相對(duì)于蘋果Homekit來說，Google Brillo和三星的Smart Things等等也在做著同樣的事情。

未來隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能這3個(gè)技術(shù)方向的飛速發(fā)展，必然將在智能家居方向有更加突破性的應(yīng)用，更加透明化，用戶感覺不到智能家居設(shè)備的存在，然而能獲得人性化應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]張艷秋，李達(dá)，陳琦，等.智能家居產(chǎn)品綜述[J].傳感器世界，2011（8）： 13-17.

[2]張?jiān)朴?，房秉?基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀及發(fā)展建議[J].移動(dòng)通信，2010（15）：25-29.

[3]張達(dá)勇.智能家居系統(tǒng)的功能安全設(shè)計(jì)[J].數(shù)字社區(qū)&智能家居，2010（Z1）：70-78.