某樣板展示房智能家居系統(tǒng)功能淺析

劉 霄， 霍偉亮

(中國建筑標準設(shè)計研究院有限公司，北京100048)

0 引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，人們對居住品質(zhì)及檔次提出了更高層次的需求，智能家居是利用先進的計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、綜合布線技術(shù)，融合個性需求，將與家居生活有關(guān)的各個系統(tǒng)(如安防、照明、窗簾控制、燃氣閥控制、暖通空調(diào)等)有機結(jié)合在一起，通過智能控制和管理，優(yōu)化人們的生活方式和居住環(huán)境，實現(xiàn)“以人為本”的全新家居生活體驗。在人們生活節(jié)奏越來越快的現(xiàn)代社會，智能家居像一位時刻關(guān)注家居生活的智能管家，創(chuàng)造一個舒適、溫馨、安全的環(huán)境，使建筑達到高效、經(jīng)濟、節(jié)能、協(xié)調(diào)的運行狀態(tài)，典型的智能家居系統(tǒng)示意圖如圖1所示。

1 通信協(xié)議

智能家居強調(diào)人的主觀體驗，重視人與環(huán)境的和諧，涵蓋了健康、語音、安防、燈光、家電、娛樂、環(huán)境七大類產(chǎn)品，實現(xiàn)了對智能家居設(shè)備的全方位操控、智能情景的聯(lián)動控制以及場景模式的制定等，為成千上萬的家庭打造一個更加舒適、智能、安全的家居生活環(huán)境。一套智能家居系統(tǒng)主要涵蓋三個組成部分:軟件、硬件以及通信協(xié)議，通信協(xié)議通常劃分為有線跟無線兩種。當前市面采用較多的有線協(xié)議有TCP/IP協(xié)議、RS485協(xié)議、CAN協(xié)議、KNX協(xié)議，無線技術(shù)有RF433、紅外技術(shù)(IrDA)、藍牙技術(shù)(Bluetooth)、WiFi、Zigbee、Z-Wave 等。

(1)TCP/IP是基于TCP和IP這兩個最初的協(xié)議之上的不同的通信協(xié)議的大集合。

(2)RS-485協(xié)議是一個串口協(xié)議，只定義傳輸?shù)碾妷骸⒆杩沟?，不對軟件協(xié)議給予定義。

(3)CAN協(xié)議屬于現(xiàn)場總線的范疇，是一種有效支持分布式控制系統(tǒng)的串行通信網(wǎng)絡(luò)。

(4)KNX協(xié)議為通過一條總線將各個分散的設(shè)備連接并分組和賦予不同功能的一種協(xié)議。

表1對智能家居系統(tǒng)主流有線協(xié)議做了簡單的比較。

圖1 典型智能家居系統(tǒng)示意圖

表1 智能家居主流有線協(xié)議

RF433協(xié)議特點是安全可靠、成本低廉、簡單易行，不受墻壁和樓層的影響，其為星型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，傳輸距離可達1 000m，是較理想的智能家居協(xié)議，但是由于各個廠家生產(chǎn)的RF433產(chǎn)品標準不統(tǒng)一，導(dǎo)致各個廠家的產(chǎn)品不能互相兼容使用。

紅外技術(shù)(IrDA)利用紅外線來傳遞數(shù)據(jù)，是無線通訊技術(shù)的一種。廣泛應(yīng)用于小型移動設(shè)備互換數(shù)據(jù)和電器設(shè)備的控制中，例如筆記本電腦、移動電話之間或與電腦之間進行數(shù)據(jù)交換(個人網(wǎng))，電視機、空調(diào)的遙控器等，由于紅外線的直射特性，紅外通訊技術(shù)不適合傳輸障礙較多的地方。

藍牙(Bluetooth)是一種無線技術(shù)標準，也是生活中最常見的協(xié)議，接觸最多的就是手機藍牙配對和藍牙音箱了，通過短距離的無線通訊，可以傳輸大數(shù)據(jù)，為生活帶來了許多便捷。其傳輸距離較近，一般＜10m，無法進行組網(wǎng)，在穩(wěn)定性和受干擾能力方面也較差。

WiFi是生活中最常見的無線協(xié)議，采用的是國內(nèi)2.4G免費頻段，直接連入互聯(lián)網(wǎng)，手機下載APP，可以直接進行控制。其只支持星型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，通過多基站的方式實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)空間拓展，協(xié)議穩(wěn)定性、安全性比較差，容易斷開連接，被人破解，在功率消耗比較大，而且穿墻能力和衍射能力較弱。

Z-Wave技術(shù)是一種新興的基于射頻的、低成本、低功耗、高可靠、適于網(wǎng)絡(luò)的短距離無線通信技術(shù)，該技術(shù)多用于住宅、照明商業(yè)控制以及狀態(tài)讀取應(yīng)用，例如抄表、照明及家電控制、HVAC、接入控制、防盜及火災(zāi)檢測等。

Zigbee技術(shù)是一種近距離、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù)，其主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進行數(shù)據(jù)傳輸以及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。ZigBee協(xié)議具有自組網(wǎng)能力，安全性、可靠性、抗干擾能力及自我恢復(fù)能力都比較強。在智能家居領(lǐng)域，ZigBee協(xié)議也是公認的目前最適合的協(xié)議之一。

表2對智能家居系統(tǒng)主流無線協(xié)議做了簡單的比較。

表2 智能家居主流無線協(xié)議

2 裝配式鋼結(jié)構(gòu)住宅樣板間智能家居系統(tǒng)

2017年9月，由國資委首次組織舉辦的大型中央企業(yè)創(chuàng)新成就展在北京開展，作為國資委唯一的建設(shè)科技企業(yè)展示了以讓人民享有更宜居的生活環(huán)境為宗旨，集成綠色、科技、宜居住宅的最新研發(fā)成果，成功搭建完成高品質(zhì)的全面裝配式鋼結(jié)構(gòu)健康住宅樣板房，作為樣板展示房，其智能化系統(tǒng)設(shè)置全面，基本集成了現(xiàn)階段智能家居系統(tǒng)最新成果，對于百姓生活的細心與用心，成就了本樣板展示房的科技與品質(zhì)，展廳外景實圖見圖2。

智能家居不是新技術(shù)新產(chǎn)品的堆積，而是通過挖掘用戶深層次的對美好生活的需求，將人性化的理念融入設(shè)計中，創(chuàng)造出一個舒適、安全、方便和高效的生活環(huán)境。樣板展示房針對各個智能化系統(tǒng)，無論從配電可靠性、通訊協(xié)議、還是可擴展性都進行了深入的設(shè)計，采取相應(yīng)的容錯措施，保證系統(tǒng)正常安全使用，具備應(yīng)付各種復(fù)雜環(huán)境變化的能力。本樣板展示房以Zigbee無線、KNX總線為基礎(chǔ)，兼容各類主流 WiFi、RS485、RF433、藍牙等多項技術(shù)協(xié)議，包括智能照明、智能遮陽、智能安防、智能門鎖、智能家電、智能暖通空調(diào)、智能影音、環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測、智能睡眠監(jiān)測等系統(tǒng)及配套產(chǎn)品，給用戶創(chuàng)造了舒適、安全、節(jié)能、便捷的智能家居生活，樣板展示房的智能家居系統(tǒng)布置詳見圖3，下面簡要介紹一下展示房的幾大系統(tǒng)功能。

2.1 智能照明控制系統(tǒng)

展示房可以通過智能面板、手機等多種智能控制方式實現(xiàn)對房間內(nèi)燈具的開關(guān)、調(diào)光及“影院、閱讀、浪漫、宴會、離家、回家”等多種一鍵式燈光場景效果的實現(xiàn)。開關(guān)、調(diào)光驅(qū)動器本身具有手動撥鈕、逐漸亮滅、邏輯、延時、預(yù)設(shè)、閃爍、狀態(tài)反饋等功能，用戶可隨時就地或遠程監(jiān)控系統(tǒng)燈光開閉狀態(tài)，實現(xiàn)柔和開啟、柔和關(guān)閉的效果，觸摸屏控制調(diào)光可實現(xiàn)高精度調(diào)控，輕松實現(xiàn)自己喜歡的光照度，當天氣突然變暗時系統(tǒng)自動結(jié)合窗簾開閉狀態(tài)開啟屋內(nèi)的照明。玄關(guān)燈具采用人體探測器控制，移動感應(yīng)系統(tǒng)可自動檢測人員進出門廳情況，當檢測到人員進入門廳時燈光自動亮起，人員離開時燈光延時關(guān)閉，最大限度的保證了節(jié)能、環(huán)保、舒適、方便的功能。

圖3 樣板展示房智能家居系統(tǒng)布置圖

2.2 場景智能控制系統(tǒng)

展示房可通過智能觸摸屏或手機設(shè)置不同的場景，如回家場景、離家場景、布防場景、撤防場景、全開場景、全關(guān)場景等，只要輕觸面板就可以輕松對各個場景之間進行切換，便捷管理您的居家環(huán)境。

(1)影院場景:晚飯后，坐在客廳一鍵開啟電影模式，在家私享影院效果，燈光自動熄滅、窗簾合閉、投影幕布緩緩降下，隨著投影機、音響等系統(tǒng)設(shè)備開啟，坐在沙發(fā)上即可享受一場舒適、便捷、智能的視聽盛宴。

(2)閱讀場景:閱讀時，可以通過輕觸觸摸屏上的“閱讀”，調(diào)節(jié)預(yù)先設(shè)定好燈光場景，關(guān)閉電視和背景音樂，處于柔和的燈光、適合的溫度和安靜的環(huán)境中。

(3)浪漫場景:按下“浪漫場景”控制按鈕，開啟預(yù)先設(shè)定好的燈光場景，在餐桌上只有一盞燈光，同時響起悠揚浪漫的背景音樂，打造溫馨、浪漫、適宜的燈光音樂環(huán)境。

(4)宴會場景:宴請貴賓時，只需輕觸觸摸屏，餐廳客廳明亮的燈光配合空調(diào)、新風、電動窗簾無聲無息的打開，喚醒背景音樂，絕妙的燈光場景、流動著的古典音樂，打造華貴、優(yōu)雅就餐環(huán)境。

(5)離家場景:一鍵關(guān)閉所有燈光，所有電器斷電，全宅布防。在外奔波無需擔憂，安防布警后有人進入房間時，警報器自動響起，燈光打開、音樂響起，系統(tǒng)自動向戶主手機，物業(yè)電話發(fā)出警報。

(6)回家場景:只要用指紋輕輕打開家門，玄關(guān)、過道、客廳的燈光自動亮起，窗簾緩緩打開，背景音樂緩緩響起，切斷家中的安防系統(tǒng)，一鍵打開提供您日常生活所需的一般照明。

2.3 智能環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

設(shè)置智能環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，可監(jiān)測室內(nèi)外環(huán)境數(shù)據(jù)，如甲醛、CO2、PM2.5、室內(nèi)外溫度、室內(nèi)外濕度、室外風速、室外雨量等環(huán)境信息，相應(yīng)環(huán)境信息可通過智能觸摸屏、手機APP(移動ipad)隨時查詢；通過環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)實現(xiàn)自動通風、遮陽、開啟空調(diào)、開啟新風等功能，并將相關(guān)設(shè)備狀態(tài)反饋至智能觸摸屏、手機APP(移動ipad)；還可根據(jù)外界光線的變化和場景設(shè)定情況自動調(diào)節(jié)遮陽簾，充分利用自然光線，實現(xiàn)最大限度的節(jié)能；通過人體感應(yīng)控制的方式，檢測到有人使用衛(wèi)浴間的時候，自動打開燈光以及排氣扇，在無人使用的時候，自動延時關(guān)閉燈光、排氣扇。

2.4 智能安防系統(tǒng)

智能安防系統(tǒng)包括可視對講系統(tǒng)、門禁控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、燃氣報警系統(tǒng)、漏水監(jiān)測系統(tǒng)、緊急求助系統(tǒng)、入侵報警系統(tǒng)等。安全是居家生活最關(guān)注的問題，如何能夠通過智能家居來讓用戶的安全有一個更好的提升，能夠安安心心睡覺，踏踏實實出門，設(shè)置可視對講系統(tǒng)，當有人來訪時，住戶可以通過家中的可視對講系統(tǒng)看到來訪者，并可以通過視頻通話確認來訪者的身份，提高住宅安全性的同時也避免了不必要的打擾；門禁控制采用指紋、感應(yīng)卡、密碼驗證等方式控制門禁開啟，防止未授權(quán)人員進出住宅，保障住宅安全，并具有身份識別功能；通過智能家居的云攝像頭，可以對家中進行24h實時監(jiān)控，手機實時查看，一切盡在掌握中；通過室內(nèi)的安防檢測設(shè)備，實時監(jiān)測家中漏水、漏氣、起火等險情，并且能夠及時控制，如廚房的燃氣檢查，智能控制系統(tǒng)通過燃氣探測器，檢測到燃氣泄漏后聯(lián)動關(guān)閉閥門；在衛(wèi)生間里，系統(tǒng)通過漏水檢測器檢測到浴室漏水后，聯(lián)動電磁水閥，主動關(guān)閉供水，并在馬桶邊設(shè)置了緊急求助按鈕，當需要幫助時，按下按鍵，系統(tǒng)將聯(lián)動背景音樂播放提示語音或者通過APP發(fā)出提示信息，尋找及時的幫助，其報警信息第一時間反饋至用戶及社區(qū)管理中心等處；設(shè)置入侵報警系統(tǒng)，通過紅外、微波、門磁、對射等技術(shù)，對陽臺門口進行實時偵測，當發(fā)現(xiàn)非法入侵、破壞等情況時系統(tǒng)將第一時間發(fā)出警報，保證住宅內(nèi)人身和財產(chǎn)的安全。

2.5 背景音樂系統(tǒng)

在序廳、客廳設(shè)置背景音樂系統(tǒng)，平時播放背景音樂，當使用移動麥克進行講解時，自動切換成講解內(nèi)容。展示房KNX智能控制系統(tǒng)可通過觸摸屏實現(xiàn)室內(nèi)各房間揚聲器獨立開閉控制，播放MP3/MP4等，還可通過觸摸屏面板、手機等切換音源、調(diào)節(jié)音量、選擇播放列表等。

2.6 智能魔鏡

在展廳衣帽間設(shè)置了智能魔鏡，其外觀精致猶如一件藝術(shù)品，集觸屏應(yīng)用、健康監(jiān)控、外接設(shè)備和信息交互等功能于一體。魔鏡首先是一面普通的鏡子，當它被“喚醒”后，就變成了一個智能交互中心；魔鏡可無縫融入智慧家居生活，每天早上通過智能語音播放獲取熱點新聞、天氣狀況、路況信息等；通過鏡面的觸控面板，集中控制燈光、水溫、門禁、音樂等，實現(xiàn)家居中控、智能安防、可視對講等功能和全宅智能化管理；在智能魔鏡上，用戶可以一鍵開啟空調(diào)、燈光、窗簾、電視、熱水器等，預(yù)設(shè)多種場景模式，還可以連接手機，接收手機上的各類信息推送，真正成為生活中的小助手。

2.7 其他智能家居系統(tǒng)

樣板展示房同時設(shè)置有智能家居電器控制系統(tǒng)，視頻共享系統(tǒng)，其中在床頭的睡眠儀，具有睡眠狀態(tài)感知記錄，分析監(jiān)測等功能，除了睡眠儀，還有智能體重秤、血壓測量儀等智能產(chǎn)品，因本樣板展示房用地空間有限，諸如智能化灌溉系統(tǒng)、智能化停車系統(tǒng)等未設(shè)置，下面也對這兩個系統(tǒng)做簡單介紹。

(1)智能灌溉系統(tǒng)

智能灌溉是指針對庭院花草的智能化噴灌，自動灌溉系統(tǒng)是實現(xiàn)健康種植的先進技術(shù)手段，該系統(tǒng)不再需要人工手動去為花草澆水，只需要用手機就可以直接遠程控制，同時也可以進行定時，實現(xiàn)每隔一段時間自動澆水，如果出去旅游、出差，不必擔心家中花草澆水問題，配合戶外智能攝像機，可以遠程查看并一鍵解決。智能灌溉系統(tǒng)工作原理為通過水閥控制器來進行澆灌，水閥控制器具有非常智能化的系統(tǒng)，它的控水裝置系統(tǒng)由開啟鍵、多功能按鍵、關(guān)閉鍵、LED燈、控制器主體、進水口以及出水口組成，除了控水裝置系統(tǒng)這個比較重要的系統(tǒng)之外，還有無線網(wǎng)關(guān)以及無線溫度濕度傳感器，并且可以通過手機來進行操控，從而實現(xiàn)這個水閥控制器的智能化操作。

(2)智能化車庫系統(tǒng)

車庫的智能化管理重點在智能車庫門，方便回家停車和開車出門。智能車庫門除支持相應(yīng)的遙控設(shè)備控制外，還支持手機管理，通過遠程、定時等方式，可支持基于地理位置方式的控制，如可以車遠離車庫多遠進行自動關(guān)門，開車回家時距車門多遠自動開門等。

3 樣板間智能家居系統(tǒng)整體效果

樣板展示房通過綜合布線、網(wǎng)絡(luò)通信、安全防范、自動控制等技術(shù)將家居生活相關(guān)的電氣設(shè)備進行集成，建立起一套完備高效的智能家居系統(tǒng)，可實時對室內(nèi)溫度、濕度、空氣質(zhì)量進行監(jiān)測與調(diào)節(jié)，同時配備可視對講、遠程安防、一鍵呼救等智能防護等，提升了家居的安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性。在社會競爭日趨激烈、生活壓力日益加大的今天，智能家居系統(tǒng)為用戶帶來一份放松與愜意，在溫馨的家庭環(huán)境里釋放情感，舒緩心情，尋求一份寧靜與平衡。

4 智能家居系統(tǒng)安全隱患及應(yīng)對措施

毫無疑問，智能家居的出現(xiàn)給用戶帶來便利，大大改善了使用者的生活，但智能家居背后的安全問題也絕對不能忽視，安全漏洞除了存在通訊協(xié)議上，還可能會存在軟件、硬件、系統(tǒng)上，如敏感數(shù)據(jù)被盜導(dǎo)致個人隱私泄漏、智能家居被非法入侵等情況、竊賊可以通過控制智能門鎖進行盜竊活動、縱火犯通過控制智能烤箱致使受害者遭受火災(zāi)威脅等。作為用戶而言，需要加強安全防范意識，保護好個人信息，設(shè)置高級密碼等；對廠家而言，在產(chǎn)品設(shè)備的研發(fā)過程中必須嚴格考慮安全因素，將安全隱患減小到最低，針對各種安全威脅采取對應(yīng)的措施；同時國家應(yīng)健全法律法規(guī)，在智能家居產(chǎn)品設(shè)備的研發(fā)生產(chǎn)環(huán)節(jié)中加強監(jiān)管，完善安全標準和安全法規(guī)，建立有效的安全測評體系。

5 結(jié)束語

智能家居系統(tǒng)致力于解決設(shè)備與設(shè)備之間的互聯(lián)互通，通過人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、語音識別、人臉識別、5G等技術(shù)與家庭電器產(chǎn)品、暖通空調(diào)設(shè)備、安防設(shè)備和影音等系統(tǒng)深度融合，構(gòu)建成一個互聯(lián)互通的家庭互聯(lián)網(wǎng)，增加設(shè)備與用戶之間的粘度，各項新技術(shù)的發(fā)展必將在智能家居行業(yè)發(fā)揮重要的作用。智能家居系統(tǒng)將智能化融入生活，做出“懂你”的人性化體驗，讓我們的生活變的更加便利、舒適、安全與美好，智能家居產(chǎn)業(yè)必將迎來燦爛的明天。