智能家居的模塊化設(shè)計(jì)探析

劉勇

（廣東建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東廣州510440）

智能家居的模塊化設(shè)計(jì)探析

劉勇

（廣東建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東廣州510440）

智能家居是基于住宅的多層次家居智能化綜合解決方案，它綜合利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能控制技術(shù)等，與家庭智能控制、信息交流、消費(fèi)服務(wù)、小區(qū)安防監(jiān)控等家居生活有效地結(jié)合。本文研究的智能家居系統(tǒng)采用模塊化的設(shè)計(jì)，能讓消費(fèi)者按需配置，改善和提升人們的家居環(huán)境。

智能家居；遠(yuǎn)程控制；模塊化

1 引言

隨著信息科技的發(fā)展和人們生活水平的提升，越來(lái)越多的居民開(kāi)始關(guān)注家居的安全和便捷，人們需要一些智能安防設(shè)備和遠(yuǎn)程智能控制設(shè)備，以便對(duì)住宅實(shí)時(shí)地查看或控制。智能家居是以住宅為平臺(tái)，兼?zhèn)浣ㄖ?、網(wǎng)絡(luò)通信、信息家電、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。從社會(huì)需求看，智能家居已成為住宅的必然屬性。

2 智能家居的概念

智能家居是以住宅為平臺(tái)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、音視頻技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)集成到與家居生活相關(guān)的設(shè)施，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)的管理系統(tǒng)，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，并實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境[1]。這些關(guān)鍵技術(shù)統(tǒng)稱為智能家居技術(shù)[2]。依托于住宅這個(gè)平臺(tái)，科學(xué)統(tǒng)籌管理家居生活的各個(gè)方面，讓家居生活“智慧”起來(lái)。

智能家居系統(tǒng)將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在一起，通過(guò)統(tǒng)籌管理，讓家居生活更加舒適、安全、有效。與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統(tǒng)的居住功能，還由原來(lái)的被動(dòng)靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槟軇?dòng)智慧的工具，提供全方位的信息交換功能，幫助家庭與外部保持信息交流暢通，優(yōu)化人們的生活方式，幫助人們有效安排時(shí)間，增強(qiáng)家居生活的安全性[3]。

3 智能家居在中國(guó)的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著人們物質(zhì)生活水平的提升，對(duì)安全的需求日益增加；信息技術(shù)、高速互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)智能家居發(fā)展。早期的家居控制，一般選用電話或者GSM網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而現(xiàn)在主要通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，家居控制呈現(xiàn)出智能化、網(wǎng)絡(luò)化和遠(yuǎn)程化的特點(diǎn)[4]。當(dāng)前智能家居的概念已經(jīng)普及，市場(chǎng)上也出現(xiàn)了一系列的智能家居產(chǎn)品，消費(fèi)者也開(kāi)始購(gòu)買和使用一些簡(jiǎn)單的智能家居產(chǎn)品。但部分產(chǎn)品的功能還不完善，性能也不夠穩(wěn)定，產(chǎn)品配置也不夠簡(jiǎn)易，使智能家居的推廣受到一定的影響。我國(guó)的智能家居目前還沒(méi)有統(tǒng)一的行業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，不同廠家的產(chǎn)品不兼容。市場(chǎng)上品牌眾多，質(zhì)量良莠不齊，加大了消費(fèi)者選購(gòu)的難度。如果選購(gòu)了質(zhì)量較差的智能設(shè)備，將直接影響消費(fèi)者對(duì)智能家居的期望，對(duì)市場(chǎng)產(chǎn)生不利影響。多數(shù)消費(fèi)者對(duì)智能家居的安裝配置存在困難，在選購(gòu)上猶豫不決。智能家居經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，市場(chǎng)已經(jīng)逐漸明朗。市場(chǎng)期望智能家居產(chǎn)品具有性能穩(wěn)定、價(jià)格合理、安裝簡(jiǎn)易、按模塊配置、可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制的特點(diǎn)。智能家居系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)正朝著組網(wǎng)技術(shù)由有線與無(wú)線并存，硬件平臺(tái)性能日益提高，功能模塊化及系統(tǒng)平臺(tái)綜合化，遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)多樣化，家庭網(wǎng)關(guān)重視度提高的方向發(fā)展[5]。

4 智能家居功能模塊設(shè)計(jì)

智能家居是一系列綜合解決方案，就其功能來(lái)說(shuō)，主要包括云智慧中心、防盜模塊、門禁模塊、閉路監(jiān)控模塊、紅外射頻模塊、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)及多媒體、環(huán)境監(jiān)控模塊和無(wú)遙控電器控制模塊等八大模塊。智能家居具有一個(gè)云智慧中心，各項(xiàng)功能采用模塊化設(shè)計(jì)，按需配置，通過(guò)智能終端設(shè)備，可以遠(yuǎn)程登錄云智慧中心，實(shí)現(xiàn)各個(gè)功能模塊的集中管理，并能通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制和監(jiān)控。云智慧中心、安防監(jiān)控、電器控制、多媒體中心等是智能家居的基本功能。環(huán)境監(jiān)控、燈光控制、背景音樂(lè)、窗簾控制等智能家居產(chǎn)品作為智能家居系統(tǒng)的一部分，在高端用戶具有一定的社會(huì)需求，如圖1所示。

圖1 智能家居功能模塊圖

4.1 云智慧中心

云智慧中心是家庭信息交互的中心，可實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)功能模塊的管理和配置，實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)功能模塊的信息采集、反饋和顯示。云智慧中心具有觸屏顯示智能設(shè)備，并安裝相應(yīng)的APP，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)與各個(gè)功能模塊的信息交換，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。

4.2 安防監(jiān)控模塊

隨著人們基本需求的提升和信息科技的高速發(fā)展，越來(lái)越多的人開(kāi)始關(guān)注自身和財(cái)產(chǎn)的安全。而現(xiàn)代社會(huì)生活節(jié)奏越來(lái)越快，家庭規(guī)模卻不斷變小，繁忙的生活讓大家很少有時(shí)間去照顧自己的居家安全，安防的需求日益增長(zhǎng)，因此，安防監(jiān)控自然成了智能家居的首選。目前，城市的4G網(wǎng)絡(luò)和高速WIFI覆蓋良好，光網(wǎng)城市工程提升了網(wǎng)絡(luò)帶寬，為遠(yuǎn)程安防監(jiān)控提供了足夠的帶寬，無(wú)線終端設(shè)備已經(jīng)普及，遠(yuǎn)程訪問(wèn)變得更加便利。安防監(jiān)控主要包括閉路視頻錄像、可視對(duì)講設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)傳感器，如紅外傳感器、門磁傳感器、煙霧感應(yīng)器等。

4.3 紅外射頻集中控制模塊

紅外射頻類電器在現(xiàn)代家庭已經(jīng)相當(dāng)普遍，如電視、機(jī)頂盒、音響、DVD、空調(diào)和遙控?zé)艄獾?，遙控器數(shù)量較多，使用過(guò)程中容易混淆。紅外射頻集中控制模塊通過(guò)學(xué)習(xí)各個(gè)遙控器的功能鍵，從而取代這些遙控器。用戶通過(guò)智能設(shè)備的APP，就可以控制相應(yīng)的電器，還可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程控制，提高家居的舒適性和便捷性。

4.4 網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)NAS及多媒體平臺(tái)

隨著數(shù)碼攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)和智能手機(jī)的普及，家庭的多媒體數(shù)據(jù)面臨著存儲(chǔ)和共享的問(wèn)題。家庭網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)NAS能夠支持多種協(xié)議（如NFS、CIFS、FTP、HTTP等），而且能夠支持各種操作系統(tǒng)，可提供跨平臺(tái)文件共享功能。家庭網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)NAS集中儲(chǔ)存多媒體數(shù)據(jù)，用戶通過(guò)智能手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)播放器、計(jì)算機(jī)等媒體播放設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭多媒體的訪問(wèn)。

4.5 居住環(huán)境監(jiān)控

居住環(huán)境的安全性始終是家庭關(guān)注的熱點(diǎn)，裝修廢氣、霧霾、粉塵威脅著居民的健康。通過(guò)環(huán)境傳感器，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)出住宅的甲醇、粉塵、PM2.5、濕度和溫度等指標(biāo)。云智慧中心根據(jù)預(yù)設(shè)的方案，控制門窗，開(kāi)啟燈光，啟動(dòng)空調(diào)和空氣凈化器，也可以通知業(yè)主自行設(shè)定。

4.6 無(wú)遙控電器的控制

有遙控器的電器，可以通過(guò)紅外射頻集中控制模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中控制，但沒(méi)有遙控器的電器如何控制呢？如普通電飯煲、洗衣機(jī)和熱水器等。這類電器一般可以通過(guò)WIFI無(wú)線開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)電路的閉合和斷開(kāi)。而對(duì)于不是加電即啟動(dòng)的電器，需要改造電路。WIFI無(wú)線開(kāi)關(guān)配合電磁繼電器，還可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)灌澆或者寵物自動(dòng)喂養(yǎng)等。

5 智能家居應(yīng)用案例

為了美觀，住宅裝修一般選用暗線方式。對(duì)于新建或新裝修的住宅，在裝修設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮智能家居設(shè)備的布線、點(diǎn)位和取電位。各個(gè)智能家居設(shè)備的互聯(lián)，推薦選用有線的方式，并通過(guò)POE供電。而對(duì)于現(xiàn)有住宅，由于裝修設(shè)計(jì)時(shí)可能未考慮智能設(shè)備的弱電設(shè)計(jì)，因此，需要選購(gòu)無(wú)線互聯(lián)的家居設(shè)備，只需要提供取電點(diǎn)位就可以了，無(wú)需對(duì)現(xiàn)有裝修進(jìn)行過(guò)多的改造。家庭在選用智能家居設(shè)備時(shí)，根據(jù)自身的需求，按功能模塊進(jìn)行配置。圖2是一個(gè)智能家居的應(yīng)用案例。

圖2 典型的智能家居應(yīng)用

安裝以上智能家居的住宅，在日常生活中通?？梢詫?shí)現(xiàn)下列的場(chǎng)景：

5.1 外出時(shí)自動(dòng)進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)，回家后自動(dòng)進(jìn)入在家模式

安裝云智慧中心APP的手機(jī)，一旦離開(kāi)家庭局域網(wǎng)，家庭安防系統(tǒng)立即自動(dòng)啟動(dòng)，紅外感應(yīng)器、門窗感應(yīng)器等進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)，閉路系統(tǒng)錄像系統(tǒng)也進(jìn)入錄像狀態(tài)。一旦發(fā)生警情，傳感器觸發(fā)的報(bào)警，攝像機(jī)產(chǎn)生的移動(dòng)偵察，將自動(dòng)推送信息到手機(jī)。而一旦該手機(jī)重新接入家庭局域網(wǎng)或者智能門鎖被正常打開(kāi)，云智慧中心自動(dòng)把紅外感應(yīng)探測(cè)器、門磁、窗磁報(bào)警器等防盜傳感器關(guān)閉，同時(shí)把煙感、火災(zāi)、煤氣等傳感器打開(kāi)；還可以根據(jù)需要，設(shè)置各種類型傳感器的開(kāi)閉實(shí)現(xiàn)布防，安防監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入在家模式。

智能門鎖被非尋常的方式打開(kāi)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)向用戶的手機(jī)報(bào)警，提醒用戶可能存在安全隱患，需要報(bào)警或聯(lián)系物管方。同時(shí)，安裝在家里的攝像頭會(huì)記錄下家里的具體情況，作為參考或證據(jù)，保障居家安全。

5.2 外出時(shí)段，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)看家

業(yè)主隨時(shí)通過(guò)智能設(shè)備查看家里的狀況，一旦出現(xiàn)意外問(wèn)題,可以及時(shí)處理，視頻報(bào)警接口可以與治安聯(lián)防部門實(shí)現(xiàn)對(duì)接，還可以通過(guò)智能設(shè)備，回放閉路視頻。

5.3 遠(yuǎn)程開(kāi)啟空調(diào)，智能調(diào)節(jié)燈光

紅外射頻智能設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)對(duì)家里的空調(diào)進(jìn)行控制，可以通過(guò)智能家居系統(tǒng)，遠(yuǎn)程設(shè)置空調(diào)的開(kāi)啟時(shí)間。根據(jù)光照強(qiáng)度，自動(dòng)調(diào)節(jié)燈光的強(qiáng)度，還可以根據(jù)空間使用的不同需求，定制出不同的燈光模式。

5.4 家庭多媒體中心

使用智能家庭影音，通過(guò)智能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)更便捷的視頻、音響控制，營(yíng)造出更適合家庭觀影的空間氛圍，或?qū)崿F(xiàn)整個(gè)家居空間的背景音樂(lè)播放。

5.5 其他應(yīng)用

家居環(huán)境調(diào)節(jié)和寵物自動(dòng)喂養(yǎng)等。

6 結(jié)語(yǔ)

人們的生活將因智能家居而獲得極大的提高，智慧生活已是大勢(shì)所趨。智能家居廠家根據(jù)大眾家庭的生活模式、生活需求，開(kāi)發(fā)了一系列切實(shí)解決生活問(wèn)題的功能。這些功能將極大地方便人們的生活。未來(lái)的智能家居產(chǎn)品，配置更加簡(jiǎn)單，操控更為便利，將極大地方便消費(fèi)者的使用，改善和提升家居環(huán)境。

[1] 繆希仁，謝禮龍．我國(guó)智能家居的現(xiàn)狀與發(fā)展[J]．智能建筑，2010(2)：17．

[2] 李苗，王偉東，王帆．國(guó)內(nèi)智能家居現(xiàn)狀和發(fā)展[J]．科技傳播，2011(10)：61．

[3] 賀小花．智能家居系統(tǒng)集成基于以用戶為中心的不斷探索實(shí)踐[J]．中國(guó)公共安全：學(xué)術(shù)版，2013(17)：180．

[4] 張華．智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[J]．電腦與電信，2010(2)：65．

[5] 黃卉．智能家居控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]．電腦知識(shí)與技術(shù)，2011，07(2)：449．

Discussion on the Modular Design of Smart Home

Liu Yong
(Guangdong Construction Polytechnic,Guangzhou 510440,Guangdong)

Smart home is a multi-level intelligent integrated solution which is based on the requirements of residents.It comprehensively uses computer technology,network communications technology,intelligent Internet of things and intelligent control technology to connect home life requirements such as home intelligent control system,information exchange,consumer services,community security monitoring and so on.This paper designs the smart home system based on module and it can let consumers to configure on demands so as to improve people's living conditions.

smart home;remote control;modular design

TP273.5

A

1008-6609(2017)09-0046-03

劉勇（1974-），男，廣東曲江人，碩士，電子信息技術(shù)高級(jí)工程師、信息系統(tǒng)項(xiàng)目管理師，研究方向?yàn)樾畔⒓夹g(shù)。