智能家居，智慧生活

馬曉檳

（廣州廣聯數字家庭產業技術研究院，廣東 廣州 510006）

1 智能家居發展現狀

隨著人們物質生活水平的提高，對家居環境的要求也越來越高。作為家居智能化的核心部分——智能家居系統越發顯得重要。家居智能化是未來社會發展的必然趨勢，有望在未來形成一波產業浪潮。

智能家居最早源于美國，而我國發展起步較晚。從20世紀80年代至今，智能家居先后經歷了家居電子化（Home Electronics，HE）、家居自動化（Home Automation，HA）和智能家居（Smart Home，SH）三個發展階段。1984年，世界上第一幢智能建筑在美國康涅迪格州落成。到20世紀90年代后期，智能化住宅開始在我國上海興起。

智能家居是一個居住環境，是以住宅為平臺，利用有線和無線網絡平臺通信技術、包括綜合布線系統、安防系統、背景音樂（廣播）系統、燈光窗簾控制系統、空調VRV控制系統，以及家庭影院控制系統等；將家居生活有關的設施進行集成，構建高效的住宅設施與家庭日程事務的管理系統，從而提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術性，并實現環保節能的居住環境[1]。

智能家居為住戶的生活帶來便利和實惠，提高了人們的生活品質。在安防、節能、智能控制、娛樂、醫療、教育等生活領域，智能家居正發揮著越來越重要的作用。相較于前幾年一味地炒概念，目前不少國內外廠商都已經研制出了能滿足實際應用的產品。

2 我國智能家居現階段發展契機

我國智能家居行業近幾年得到了快速的發展，這有賴于其社會基礎、技術基礎的不斷穩固以及國家政策的鼓勵支持。

2.1 社會基礎

1）改革開放以來，我國人民的物質生活條件逐步提高。

2）自1998年我國首次提出“智能家居”的概念以來，經過十多年的社會輿論準備，智能家居的理念正慢慢深入人心，被越來越多人所認知和接受。

3）智能家居以其實用性和科技感，對年輕消費群體具有獨特的吸引力。隨著80后、90后先后成家立業，逐漸成為家居消費的主要群體。較之60后、70后，80后、90后能更快接受新鮮事物，并愿意進行嘗試。

4）近年來，國家為調控房價出臺了一系列政策導致樓市低迷。許多地產商為增加賣點，吸引眼球紛紛打出智能家居這張牌。

5）智能家居與時下倡導的低碳環保是天作之合。

2.2 技術基礎

1）家庭寬帶的普及率不斷提高，并且帶寬在逐年提升。

2）智能手機、平板電腦開始普及，可通過安裝應用軟件成為智能家居的控制終端。

3）智能電視、智能空調、智能冰箱等智能家電產品不斷完善。

4）ZigBee、Z-Wave等低功耗無線通信技術逐步走向成熟，引導智能家居向無線化發展。

2.3 政策鼓勵

從2009年以來中央和地方政府對物聯網行業在資金和政策上均給予了大量的支持。2012年，工信部制定了《物聯網“十二五”發展規劃》；住建部制定了《國家智慧城市試點暫行管理辦法》、《國家智慧城市（區、鎮）試點指標體系（試行）》。

2013年上半年，國務院發布《關于推進物聯網有序健康發展指導意見》（下稱“《意見》”）。《意見》要求，到2015年使我國初步形成物聯網產業體系。2013年11月，由全國智能建筑及居住區數字化標準技術委員會負責編寫的《中國智慧城市標準體系研究》正式發布，是目前國家層面關于智慧城市標準方面最新、最具權威性的文件。截至2013年8月，我國智慧城市試點達到193個，而家居智能化正是推進城市智慧化進程中不可或缺的一環。

在國家政策的鼓勵和引導下，一些企業和組織開始在智能家居行業發展浪潮中嶄露頭角。2010年8月，索博、波創、瑞訊、中訊威易、狄耐克、智家共6家智能家居核心企業的總裁出席第二屆智能家居總裁沙龍，會議宣告“中國智能家居星級聯盟”正式成立。2012年3月，經國家相關部委批準，根據“十二五”發展規劃的文件精神，由在中國從事智能家居相關技術和產品研發、生產、經營、銷售單位及有關社團組織共同成立了中國智能家居產業聯盟。

作為百姓生活密切相關的智能家居行業，近年來快速發展，儼然成為物聯網在日常生活中的最普及、最基礎，也是最重要的應用，有望在這股發展大潮中加速發展，提前普及。

3 智能家居系統功能概述

智能家居系統一般由多個功能相對獨立的子系統構成，其子系統的分類方式和功能定義因廠家而異。歸納起來大致可分為樓宇對講、智能照明、家電控制、環境監測、安防監控、能源管理、醫療保健及其他共八大類。

3.1 樓宇對講

樓宇對講可實現門口機同室內機和室內機之間的視頻、語音會話。部分廠商的樓宇對講產品還集成了社區服務、消費購物等增值功能。

相對于其他功能子系統，樓宇對講是最常見的。實際上，有部分智能家居廠商就是從樓宇對講廠商演變過來的。這類廠商的產品以室內機作為智能家居系統的控制中心，所有控制指令都由它發出。樓宇對講產品目前還是以綜合布線型系統為主，需要事先規劃好布線和設備的安裝位置。由于舊樓改造的成本較高，一般只會在新建樓宇中應用。

3.2 智能照明

照明是家居生活中最重要的功能之一。通過在開關模塊中植入控制芯片，就可實現燈具的開關、調光調色等控制。智能照明產品目前有兩種形態：一種是直接在燈具的開關面板中集成控制芯片；另一種是把燈具接在一個智能控制模塊上，然后再通過其他開關控制該智能模塊。對于前者，用戶只需用智能開關替換原來的開關面板即可，安裝配置簡單。這種開關從取電技術上又分為單火線開關和零火線開關兩種，目前絕大多數建筑只支持單火線開關。后者的安裝配置過程較為復雜，智能控制模塊和開關之間還需要進行關聯配置，但這種方式更為靈活。例如，通過配置可實現一路開關控制多路照明或者多路開關控制一路照明。

3.3 家電控制

家電的控制方式也分為兩種：一種是將家電的電源插頭接在智能插座上，通過控制插座的通斷電實現對家電的開關控制；另一種是通過紅外轉發器控制可通過紅外遙控控制的家電。在使用紅外轉發器控制家電前必須先分別學習各個功能的紅外碼。有的廠商的系統整合了主流家電產品的紅外碼，用戶通過選擇家電的品牌和型號即可，無需進行繁瑣的學習操作。

3.4 環境監測

環境監測是通過各種傳感器采集室內的環境數據，主要包括溫度、濕度、光照強度、空氣質量等。采集到數據會以友好的方式呈現給用戶，同時用戶可通過配置實現聯動控制。例如，用戶可配置室內溫度達到30℃時自動打開空調。

3.5 安防監控

安防監控設備包括窗磁、門磁、紅外動作感應器、可燃氣體探測器、有毒氣體探測器、緊急按鈕、警報器、網絡攝像頭和硬盤錄像機等。安防監控設備可設置布防或撤防狀態。當設備處于布防狀態時，設備被觸發報警后警報器隨之報警，同時還能夠通過APP消息、短信或打電話等方式通知用戶和小區保安。

3.6 能源管理

上述提到的家電控制產品中的智能插座可以集成能源管理的功能，用戶可以在客戶端上查看接在插座上的用電器的功耗信息，同時配合定時開關、聯動開關的功能可以起到一定的節能作用。除了統計個別用電器的能耗信息外，也可在入戶處使用智能電表，這樣就能夠統計整個家庭的用電情況，配合當地的市電單價，系統就能自動計算出當月的電費。除了智能電表外，智能水表、氣表在市面也都已經有成熟的產品。

3.7 醫療保健

智能家居系統中常見的醫療保健設備包括智能體重計、智能血壓計、智能血糖儀等。用戶使用體重計的過程中，系統會自動為用戶生成體重曲線。當用戶某段時間體重持續上升或下降時，系統還能給出相應的溫馨提醒。血壓計、血糖儀等設備可以與社區醫院進行聯網，用戶量得的數據通過網絡直接呈現在監護醫生面前，當數據超出正常范圍或波動較大時，醫生會主動與用戶聯系并給出相應的建議。

3.8 其他

除上述的子系統外，智能家居系統還包括新風系統、灌溉系統和寵物喂養系統等。另外，除功能設備外，智能家居系統還包括一些必要的輔助設備，如信號中繼器。

4 智能家居系統組成

通過比較市面已有的功能比較齊全的智能家居系統，以基于ZigBee技術的系統為例，筆者認為比較合理的系統設計應包括物聯網網關、遠端服務器、物聯網智能設備、移動客戶端及受控設備，其系統示意圖如圖1所示。

圖1 基于ZigBee技術的智能家居系統示意圖

1）物聯網網關

物聯網網關是智能家居系統的重要組成部分，所有對物聯網智能設備的控制指令都由它發出，所有物聯網智能設備的上報數據和報警信息也都由它轉發給用戶。

2）遠端服務器

遠端服務器保存了用戶的賬戶信息、配置信息等，同時為移動客戶端遠程監控家中的設備提供數據通道。

3）物聯網智能設備

物聯網智能設備包括智能開關、智能插座、各種環境及安防類傳感器等，是智能家居系統的主要組成部分。

4）移動客戶端

移動客戶端將智能家居系統的功能直觀地呈現在用戶面前。無論身處何處，用戶通過移動客戶端可以實現對家中設備的控制和管理。

5）受控設備

受控設備是智能家居系統的作用對象，包括燈具、窗簾、水氣閥門和各種家電等。

5 智能家居系統的控制方式

除了在產品外觀和功能上不斷推陳出新外，許多廠商也在探索如何提高用戶體驗，努力使智能家居產品的使用和操作變得簡單而富有趣味性，甚至是富有觀賞性。通過調研市面上已有的智能家居產品，總結起來智能家居系統的控制方式有手動控制、移動客戶端控制、語音控制、手勢體感控制和智能控制這五類。

5.1 手動控制

手動控制是指和傳統家居相同的控制方式，保留這種控制方式是為了確保在停電的情況仍然能夠手動開合窗簾、開關閥門；在網絡故障的情況下仍能通過開關面板控制燈具、家電。另外，在實際日常家居生活中，也并不是時時都方便通過手機進行控制，因此保留這種控制方式十分必要。

5.2 移動客戶端控制

就目前已有的智能家居產品而言，如果你想體驗完整的功能，移動客戶端是不二選擇。在系統的安裝調試階段，用戶通過移動客戶端修改系統參數和管理系統設備；在實際使用階段，用戶通過移動客戶端可以突破地理空間的限制，實現對家居環境進行遠程監控。在交互方式方面，除了主流觸屏控制之外，一些廠家還想到了通過重力感應控制燈光的明暗。

5.3 語音控制

語音控制實際上是移動客戶端的一個功能擴展。目前國內中文語音識別做得最好的是科大訊飛，很多廠家也正是集成了科大訊飛的語音引擎。但由于智能化程度不夠，因此現階段大多只能實現類似“客廳燈關”這種比較機械的語音指令。

5.4 手勢體感控制

支持手勢體感控制的智能家居產品在市場上并不多見。除了成本因素外，手勢體感傳感器本身有限的感應距離和所要求的方向性大大制約了工程師們的創造力。

5.5 智能控制

這里的“智能控制”是一個比較籠統的概念。因為本文把控制過程不需要直接人工干預控制方式都劃分到智能控制這一類。除了人們比較熟悉的定時控制外，還有聯動控制。什么是聯動控制？概括來說就是當一個設備（通常是傳感器）達到某個條件后自動觸發另一個（或一組）設備執行某個指定的動作。當然，具體的關聯關系和執行的具體動作需要事先通過移動客戶端進行配置。例如，我們可以配置當臥室溫度傳感器到達30℃時自動打開空調；當房間光線不足時自動拉開窗簾或打開日光燈。

6 ZigBee技術簡介

傳統的綜合布線型系統雖然可靠性、安全性比較好，但其布線成本高，后期維護和擴展困難，且在樓房設計環節就必須規劃好，因此多用于新建樓房。對于廣大的消費群體而言，如何在已有樓房設計的基礎上，以最小的代價為樓房插上智能的翅膀成為他們最為關心的問題。以ZigBee技術為代表的無線通信技術，很好地滿足了用戶的這一需求。

ZigBee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗個域網協議。根據這個協議規定的技術是一種短距離、低功耗的無線通信技術。這一名稱來源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飛翔和“嗡嗡”（zig）地抖動翅膀的“舞蹈”來向同伴傳遞花粉所在方位信息，也就是說蜜蜂依靠這樣的方式構成了群體中的通信網絡。其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、高數據速率、低成本。主要適合用于自動控制和遠程控制領域，可以嵌入各種設備。ZigBee有著廣闊的應用前景，其應用領域主要包括：家庭和樓宇網絡、工業控制、農業控制及醫療衛生等。ZigBee標準及公共應用規范由ZigBee聯盟（其標志如圖2所示）這一非盈利業界組織負責制定，其成員包括國際著名半導體生產商、技術提供者、技術集成商以及最終使用者[2]。

圖2 ZigBee聯盟標志

在ZigBee網絡中，根據各個設備結點在網絡中承擔的非業務相關的功能，可將它們分為協調器（對應圖1中的物聯網網關）、路由器（對應圖1中的智能開關、智能插座和智能窗簾）及終端設備（對應圖1中的溫濕度傳感器和紅外入侵探測器）三類（一個典型的ZigBee網絡如圖3所示）。協調器負責選擇信道、個域網ID并初始化一個ZigBee網絡。當ZigBee網絡建立起來后，路由器和終端設備便可加入到該網絡中。如果把ZigBee網絡看成一棵樹，那么協調器就是樹根，路由器是樹杈，而終端設備就相當于葉子。路由器允許其他路由器或終端設備作為它的子設備加入到Zig-Bee網絡中，被為其分配網絡地址。終端設備只能作為路由器或協調器的子設備加入ZigBee網絡。終端設備大多數時間里處于休眠狀態，當用戶通過按鍵等方式外部觸發或內部定時器觸發時，終端設備才被喚醒并完成相應的操作，完成后隨之又轉入休眠。正是由于這種工作機制，因此終端設備的功耗非常低，通常由電池供電，僅靠兩節五號電池就能工作兩三年。相對地，協調器和路由器負責數據的路由，在終端設備休眠期間緩存其暫時無法接收的信息，所以協調器和路由器必須一直保持在線狀態，一般通過交流電或直流電供電。

基于ZigBee技術的智能家居產品無需任何額外的布線就能實現系統的安裝與部署，且擴展和維護非常方便。

7 智能家居系統的一般安裝配置過程

接下來，本文將以基于ZigBee技術的智能家居系統為例，介紹消費者從市場上購買智能家居產品后到轉入日常使用前所需進行的安裝配置工作。

圖3 一個典型的ZigBee網絡

7.1 下載并安裝客戶端軟件

智能家居廠商會提供配套的移動客戶端軟件，一般會至少提供Android版本、iOS版本中的一種。用戶可通過二維碼掃描下載安裝或直接在應用市場搜索下載安裝。安裝完成后啟動客戶端軟件，接著將ZigBee智能網關上電并接入網絡，然后使用廠商提供的初始賬號登錄系統。

7.2 設備組網測試和安裝

為其他各個設備供電，同時開啟組網功能，根據說明書的操作方法將所有設備組成一個ZigBee網絡，并簡單地測試設備的功能是否正常。組網完成后，根據需要將各個設備安裝在適合的位置。

7.3 系統參數配置

完成設備的組網和安裝后，需要進行進一步的配置，主要包括設備管理（區域信息配置、別名設置等）、情景管理（情景的增刪改查、每個情景下的所涉及的設備及其在該情景下的狀態配置）、紅外學習。

8 總結與展望

在21世紀的今天，人們向往更舒適的、更安全和更便捷的家居生活。“人在外，家就在身邊；人在家，世界就在眼前”——海爾智能家居的廣告詞較好地概括了智能家居為我們生活所帶來的改變。

目前，智能家居行業尚未發展成熟，然而已經有企業意識到大而全的系統并不適合所有用戶，小而精的產品也會有巨大的市場。隨著移動互聯網滲透到生活的方方面面，有企業開始以做互聯網產品的思維研制智能家居產品，推出一系列“微智能”、“輕智能”智能家居產品。這類產品一般功能較為單一，外觀精致，使用簡便，或控制照明，或控制家電，零售價一般在300元以內，在各大電商平臺都能很方便地購買到，非常適合想體驗智慧生活的年輕消費群體。

在看到智能家居行業誘人前景的同時，我們不能忽視智能家居發展所面臨的問題和挑戰。首先，許多智能家居產品使用和安裝調試過于復雜，特別是功能比較齊全的綜合型系統。這點制約了智能家居產品從工程產品到消費產品的轉變。其次，產品質量參差不齊，后期維護成本高，特別是傳統的綜合布線型系統。再次，標準化程度不夠高，兼容性差。現階段，許多廠家的系統只能兼容該廠家自己生產的產品，用戶的選擇相對比較有限。最后，價格偏高，這使得智能家居的推廣和普及變得困難。

在不遠的未來，或許人們能像逛電腦城一樣逛智能家居市場，能像組裝電腦一樣隨意選購智能家居產品。我們期待在智能家居行業蓬勃發展的同時，為消費者帶來更多有價值的產品和應用，也期待隨著市場的成熟和成本的下降，智能家居能夠逐漸走向平民化，使千萬家庭能夠享受安全、便捷又舒適的智慧生活。

[1] 百度百科：智能家居[EB/OL].[2014-02-02].http：//baike.baidu.com/view/37089.htm.

[2] 百度百科：ZigBee[EB/OL].[2014-02-02].http：//baike.baidu.com/view/117166.htm.