居住區智能家居控制探究

文｜金都房產集團有限公司 黃 斐

廈門萬安智能股份有限公司杭州分公司 尹國平

1 引言

智能家居是IT技術、網絡技術、控制技術向傳統家用電子技術產業滲透發展的必然方向。隨著數字電子技術、通信技術以及網絡技術的蓬勃發展，人類對生活環境安全性、舒適性、高效性的要求不斷升級，造就了對家居智能化需求的急劇升溫。此外，計算機控制技術的發展與電子信息通信技術的成長，也促進了智能家居的發展。

2 智能家居的概念

智能家居又稱智能住宅，在國外常用“Smart Home”表示，在一些媒體雜志中常見的稱謂還有家庭自動化（Home Automation）、電子家庭（Electronic Home、E-home）、數字家園（Digital Family）、家庭網絡（Home Net、Networks for Home）、網絡家居（Network Home）、智能家庭/建筑（Intelligent Home/Building），在我國香港和臺灣等地區，還有數碼家庭、數碼家居等稱謂。

智能家居是以住宅為平臺，兼備建筑、網絡通信、數字家用電器、家居自動化功能，利用先進的綜合布線技術、網絡通信技術、安全防范技術、自動控制技術、音視頻技術，將與家居生活有關的各個子系統有機集成，構建高效的住宅設施與家庭日常事務的管理系統，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術性，并實現環保節能的居住環境。

3 智能家居控制系統的分類

智能家居控制系統可以按體系結構特征分為拼湊型控制系統、對講主機平臺式控制系統、現場網關集成平臺式控制系統三大類。拼湊型智能控制系統即常規的智能家居系統，既包括單個住宅中的智能家居系統，也包括在房地產小區中實施的基于居住區小區平臺的智能家居系統，如深圳紅樹西岸項目采用的智能家居控制系統。而對講主機平臺式控制系統、現場網關集成平臺式控制系統均屬物理網智能家居控制系統，由智能化施工單位通過集成、二次開發實現，具有物聯網智能家居集成所需的主要功能。它們與拼湊型智能控制系統的區別在于，前者需要在內網與外網之間建設家居控制服務器，衍生互聯網訪問平臺，而后者則只局限于內網系統的完善。

4 智能家居子系統

智能家居系統包含的主要子系統有家居布線系統、家庭信息網絡系統、智能家居（中央）控制管理系統、照明控制系統、戶內安防系統、背景音樂系統、家庭影院與多媒體系統、家庭環境控制系統等。

5 智能家居通信網絡技術

目前用以實現智能家居控制的信息網絡和控制網絡技術總體上可以歸為總線通信技術、無線通信技術、電力載波技術三大類。

（1）電力線載波技術

電力線載波技術起源于美國，其中最具代表性的是X-10通信協議。X-10通信協議適用于X-10發送器與接收器之間，以家庭內的電力線纜為通信媒體，用于家庭安防、家用電器設備控制等家庭智能控制系統。X-10的缺點在于許多設備間均為單向通信，沒有反饋機制；應用，特別是穩定性受限制較大——由于國內電力質量不高，X-10的信號傳輸往往不夠穩定，需要增加各種阻波與濾波裝置。就電力通信而言，其技術是成熟的，但要在智能家居中成功應用還需要進行一段時間的探索。

（2）無線網絡技術

無線網絡技術主要有802.11、Bluetooth（藍牙）和HomeRF三種方案。

802.11技術是IEEE的無線局域網標準，目前運行在2.4GHz頻段的802.11g傳輸速率可達108Mbps，更高傳輸速率（500Mbps以上）的802.11n也開始嶄露頭角。基于無線通信技術的系統，具有免布線、安裝簡單的優點，但目前多數此類產品都采用單向通信方式，各個開關之間也無法建立聯動關系，應用某些要求220V交流電的火線和零線均連接到控制節點上的產品時必須重新布線。

藍牙技術是一種廉價的、低功能的無線網絡技術，工作在2.4GHz頻段，數據傳輸速率為1Mbps，可以支持用戶控制10m之內的藍牙設備。

HomeRF技術主要為家庭網絡而設計，也工作在2.4GHz頻段。它采用了數字跳頻擴頻技術，HomeRF2.x的跳頻速率為75跳/秒，數據峰值也高達10Mbps，能根據傳輸速率動態調整跳頻帶寬。

（3）總線技術

據初步統計，目前現場總線的標準有200多個。當前國際上具有代表性的現場總線技術與產品有FF總線、PROFIBUS、LonWorks、BACnet、CAN、INTER總線和CC-Link總線等。以雙絞線為基礎的家居控制總線主要分為CEBus（消費電子總線）、LonWorks、APBus、RS485、EIB（電氣安裝總線）。就總線本身而言，這幾種總線的拓撲結構基本上是相同的。

6 拼湊型智能家居控制系統架構及工作原理

目前，國內智能家居市場上，各廠商及房產開發商出于宣傳、銷售的需要，往往把自己的單一子系統稱為智能家居系統，而沒有從其在完整系統中所處層次的角度上去引導用戶。一些工程商在項目實施中，只是將可視對講系統、安防系統、燈光系統等各原有獨立的子系統簡單堆砌在一起。各個功能子系統獨立設計、自主工作，相互之間互不相連，不能交換數據，這導致了各子系統不能相互協調，得不到統一控制，網絡的潛能與優勢未能開發。以系統學的觀點來看，這樣的系統并不符合以上智能家居系統的定義，僅具有智能家居系統的雛形。

實踐證明，智能家居的核心是系統集成化，各個子系統間集成的好壞往往成為決定智能家居系統能否有效運行的關鍵。對于各個子系統不具開放性的智能家居系統的設計實施而言，各子系統集成的工作是難點。

7 對講主機平臺式控制系統架構及工作原理

樓宇對講系統從開始得到應用發展至今，從多線控制不聯網到總線控制聯網，從非可視到可視，再發展到今天基于TCP/IP傳輸的全數字技術，技術日趨成熟。樓宇對講產品在房地產行業的帶動下獲得了巨大的發展空間。隨著智能家居市場的逐漸升溫，房產開發商開始為自己的樓盤尋找新的賣點，迫使工程商不得不在原有拼湊型智能家居控制系統之外尋求突破，對可視對講系統與智能家居系統進行一系列整合，使得整個智能家居市場呈現出多種技術全面融合的趨勢。由此，可視對講系統在全數字化可視對講的平臺上擴展成為了智能家居系統——一個由家庭安防、遠程控制、家庭娛樂、社區服務等子系統組成的家庭綜合管理平臺由此形成。

基于對講平臺的智能家居控制系統架構（在管理中心創建Web服務，集中開發B/S架構的智能家居控制軟件界面）如圖1所示。業主通過戶內智能控制終端訪問管理中心的Web服務器中相應的控制界面（IE鏈接，通過用戶名及密碼認證登錄每戶各自的個性化控制界面），通過終端觸摸屏顯示的控制界面觸發相關控制操作；中心相應的管理服務器通過小區以太網向業主的智能控制終端或空調網關發送控制指令；智能控制終端或空調網關再將控制指令通過聯網總線傳至前端的受控設備，實現相應的控制功能。同理，業主還可通過Internet或智能手機遠程訪問小區內的Web服務器，通過用戶名及密碼認證，實現對其戶內空調、智能家電、燈光的Internet遠程控制功能。

圖1 基于對講平臺的智能家居控制系統架構圖

8 現場網關集成平臺式控制系統架構及工作原理

家庭網關（Home Gateway）是戶內控制和網絡協議轉換的中心，利用家庭網關（Home Gateway）可使所有可能的設備實現信息互通，可實現環境自動控制、就地集中監控、網絡遠程監控。家庭網絡通過主網關實現家庭內部網絡與外部網絡的互聯，通過子網關實現控制網絡與信息網絡的互聯。在實際應用中，主網關和子網關通常在物理上是合為一體的，多協議的網關具有外部網絡接口、內部局域網接口、控制網接口。家庭服務網絡整合了APBus和Q-Bus兩種控制總線、有線和無線局域網、固定和移動互聯網。基于現場網關的智能家居控制系統集成架構如圖2所示。

9 需解決的技術缺陷

（1）“人性化”缺陷

目前國內智能家居市場上，多數品牌的產品外觀單一，同質化嚴重，無法與高端住宅裝修風格相匹配。例如，作為人機界面的開關面板，場景功能沒有圖型說明，只有簡單的文字、數字標識，或界面太多，所代表的功能不夠直觀易懂。這造成了除主人外，老人、小孩、客人都無法使用，“高科技”系統反而讓人倍感頭疼的尷尬局面；“千板一面”，缺少個性。

（2）尚未形成統一的接口標準和通信協議

各企業為了增加產品的“技術含金量”，往往會參照LonWorks、EIB、RS485等國際標準或者行業標準制定各自的智能家居網絡接口標準和數據傳輸協議。雖然這些協議能保證智能家居系統的順暢運行，但是這些傳輸協議和接口標準與其他企業的產品不通用、不兼容，無法融入到更高層次的控制系統中。于是用戶在智能家居系統出現問題，需要更換配件時，只能選擇開發商提供的同品牌產品，不能更換其他廠家的產品。這給用戶帶來了諸多不便。

（3）無法支持智能家居DIY

智能家居作為一種新興的電子化產業，為諸多房產開發商對樓盤的宣傳提供了更多內容——及時性、安全性、實用性、穩定性、人性化等。智能家居系統已成為了居住區智能化工程的標準配套系統，其宣傳與實施已完全固化。但是，大家卻遺漏了智能家居系統更高層次的價值——滿足個性化的需求。筆者認為，智能家居產業應當在充分鞏固當前成果和發展的前提下，形成一體化“傻瓜”式的模式——充分支持在已搭建系統的基礎上進行任意的DIY。

圖2 基于現場網關的智能家居控制系統集成架構圖

（4）系統設備穩定性、可靠性

智能家居系統包括控制設備、執行設備及前端設備，其中執行設備一般可以分為電源、開關量模塊、調光模塊、窗簾控制模塊等。仔細研究以上設備的關聯程度，不難發現其實智能家居系統的控制均是環環相扣的；因此在設計、實施智能家居系統時對產品的選擇和設計理念要有充分的考慮。選擇帶有備份強切功能的模塊，設計融合、保留部分非受控回路是我們必需要考慮的；否則一旦系統出現故障而物業管理公司、工程集成單位的售后服務反應速度又未能滿足需要，損失將是難以承受的。

10 智能家居控制系統的發展方向

（1）智能家居將可以支持DIY

中國人口眾多，城市住宅也多選擇密集型住宅小區的形式，因此很多房地產商會站在整個小區智能化的角度來看待家居的智能化，促成了涵蓋包括智能家居系統在內的各種智能化系統的智能小區的出現。歐美由于獨體別墅的居住模式流行，住宅多散布城鎮周邊，沒有很集中的大規模集群，因此住宅多與市鎮相關系統直接相連，沒有類似國內的小區的一級系統（這就是美國仍盛行ADSL、Cable Modem等寬帶接入方式，而國內光纖以太網發展迅猛的原因）。因此歐美的智能家居系統多獨立安裝，自成體系；而國內習慣上將它當作智能小區的一個子系統來考慮——這種做法在前一階段應該說是可行的，而且是實用的，因為以往設計選用的智能家居功能系統多是小區配套的系統。但是，智能家居最終會獨立出來，自成體系；住宅的主人終將可以完全自由地選擇智能家居系統。屆時，即使是小區統一配套安裝的系統，也應該可以支持用戶根據其需要自由選擇相應的產品和功能、進行升級，甚至支持對整個系統設計不感興趣的用戶獨立安裝一套其他系統。總之，支持DIY將是智能家居未來的發展方向。

（2）智能家居產品將成為系統化家用電器的“多功能控制器”

隨著數字化技術的不斷發展，網絡家電產業得以迅速擴張，而智能家居產品的標準化必然加快網絡家電產業的整合。未來3～5年，智能家居產品勢必將成為配套家電產業的附屬產品，沖擊家電行業市場，真正意義上成為家電產品的“多功能控制器”，從“貴族”產品向“平民化”轉型。

11 結束語

智能家居控制系統的技術發展目前還有非常大的可提升空間，而個性化、標準化、智能化、產業化將是其發展的必然趨勢所在。盡管現在的產品尚顯稚嫩，但是，隨著技術的不斷進步和成熟，智能家居產品必然會煥發出更加蓬勃的生機，跨步走入千萬家庭。

從技術的發展和行業的擴張性上來看，智能家居產業和家電產業的整合將逐步開始。相信通過廠家不斷的技術創新和功能拓展，賦予住宅產品勃勃生機和智慧的智能家居時代將不再遙遠。

1 中國智能家居聯盟網.http://www.ehomecn.com/.

2 中國智能建筑信息網.http://www.ib-china.com/.

3 向忠宏.智能家居.人民郵電出版社，2002.

4 周洪，胡文山，張立明，等.智能家居控制系統.中國電力出版社，2006.

5 邵偉.智能家居.http://baike.baidu.com/view/37089.htm.