智能家居技術簡要梳理與發展方向

王維強

摘 要：今年國內房地產行業的發展，帶來家居智能化方面的快速飛躍。下面就房地產住宅行業當前智能家居發展主流產品的技術應用特點以及蘋果系統在家居智能化方面的實際應用做一些簡單的梳理分析，希望能為同行業讀者們方便地了解到當前該領域技術與應用情況，以及未來可能的技術發展方向。

關鍵詞：智能家居；發展；系統

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A

智能家居是基于傳感器、信號傳輸、運算處理這3個方面的市場商用技術歷史成熟度與發展期望。

傳感器最初源于工業傳感器和儀表。主要偵測的物理量是溫濕度、壓力、流量、速度以及一些開關量、過程量甚至模糊運算等等。如水表、冷熱計量表、燃氣表等是基于物質流體機械運算與累計，電表是基于霍爾感應原理的計量。其中，水、電表計量比較成熟，變化更新小。而對于冷熱計量則有超聲波流量測計量、時間型分攤模擬計量兩種類別。超聲波流量計是需要測量流量、溫差和前端運算，從而得出期待的冷熱能耗記錄，時間分攤型模擬計量本身通過時間域的記錄，涵蓋運算處理的運用級手段，通過一部分參數的經驗設定來獲得綜合后的能耗使用記錄。另外，由于圖形圖像識別技術的發展，市場上也出現有基于圖形圖像識別技術的直接讀儀表表頭數字的水計量表系統，這是一種另類且思路特別的發展旁支。在家居安防里還更會有火災感應、燃氣泄漏感應、入侵感應、運動目標感應，身份識別。火災探測、可燃氣體泄漏探測是傳統產品成熟運用，屬于開關量信號。在入侵感應、運動目標感應上則手段類別較多。常見的有分布電容探測、電磁感應探測、紅外探測、重力震動探測等等。其中重力震動探測在一些高靈敏度要求的場所甚至發展應用到震動光纖這樣的靈敏度極高的技術產品。身份識別是更多的基于計算機處理和數據運算技術的發展應用，比如指紋識別、眼虹膜識別、語音聲紋識別、生物特征圖形圖像識別。可見，傳感器除了狹義所依賴的技術發展以外，更會跨出傳感器本身，越來越多地運用計算與處理，涉及更多的智能化、模糊化運算。

信號傳輸直觀的可以分為有線傳輸系統與無線系統兩大類。

智能家居常用有線傳輸技術主要有RS485二總線；IEEE802.3以太網；EIB/KNX總線；Lon Works現場總線；X-10和PLC-BUS電力載波協議；C-BUS、Modbus、A-BUS現場開放總線；AXLink私有協議專用總線等7種類別。其主要特點與應用以及區別下面用一張表格（表1）來表達：

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

在智能家居系統里，不應單純地全部使用有線或者無線方案，應該視末端應用的數據特點，選擇無線、有線的適度搭配，發揮有線系統高可靠性和無線系統的移動性的特點，回避各自的短處。在不同協議轉換或系統結合處，須配置網關。一般以WiFi或ZigBee搭配KNX或LonWorks的混用形式較多。WiFi的特點是帶寬高，便捷性好不需要布線，缺點是長距離或承重墻金屬阻隔時信號衰減嚴重。LonWorks和KNX的特點是傳輸距離與可靠性高，適合擴展，末端變化靈活，缺點是需要嚴格的穿管布線。在選擇系統的形勢組合時并非自行設計產品，主要依賴于智能家居產品供應商，依據住宅需求和供應商不同類產品技術特點進行適度搭配和調整。

智能家居在結合建筑電氣在住戶體驗角度一般涉及的范圍有戶內空氣質量控制與調節，可視對講，感應門鎖，消防用煙感溫感探測。

可燃氣體探測，入侵探測，水電氣熱儀表數據傳輸與管理，燈光、窗簾、晾衣竿控制，家用電器控制，家庭攝像錄制與存儲，住戶用語音與數據，住戶生活計劃體驗等12種方面內容，隨著技術的發展與更新會在未來有更多的內容。

從智能家居應用方面的嚴格歸類來看，戶內空氣質量是直接結合于空調、采暖的形勢，也直接取決于住宅產品的類型。獨棟別墅、聯排別墅、普通多層高層住宅的空調、采暖形式有很多分類，主要是VRV戶式中央空調、分體空調、地源熱泵、地板采暖、新風處理、除塵除PM2.5系統等等。須根據住宅產品定位，對空調和智能化廠家提出具體的要求，一般都有現成的產品搭配。另外也需警惕捆綁式銷售，應根據實際需要作出適當的調整和開發。控制的最終目標是結合具體的住宅產品，即要綠色節能，又要舒適方便，更要人性化利于維護。可視對講、感應門鎖、火災感應與燃氣探測報警、防盜報警、視頻錄像等歸類于安全防范子系統。可視對講可以與電梯預呼叫相關聯聯動。防盜報警可以與視頻錄像相關聯聯動。燈光、窗簾與遮陽、晾衣桿等控制對象因為驅動性質均偏向于開關量或步進數字量，適合于自成子系統。另外安防體系，尤其是別墅產品的情況下，會從住戶到小區到社區設置兩重甚至三重安全級別，即與可視對講結合，又與社區安防產品結合。水、電、氣、熱表計量系統，一般由當地市政部門壟斷，極少由開發商來組織實施，但也有成熟系統實現。家用電器的智能化，需獲得CECED認證的品牌電器，比如海爾品牌，這部分一般是預留接口給業主自行取舍，也有在展示樣板間的時候一步到位體現出科技的效果的。

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

圖1中，KNX總線平臺的網絡結構靈活，線型、星型、樹型多變。

圖2可見KNX總線平臺擴產性很強。

圖3體現EIB/KNX系統在弱電驅動強電方面有著成熟的市場成品應用。在組織配電盤生產上可避免生疏搭配不穩定產品，遠離隱患在全壽命周期里提高工作的可靠性。

近年來，智能手機的廣泛應用，對人們的生活改變非常巨大。手機的智能化發展不但涵蓋生活的各方面，而且發展速度非常快。現在已經有語音識別方面的市場化嘗試。比如蘋果手機的Siri、微軟的小娜、Google開泛語音平臺，國內也有科大訊飛等廠商在努力做語音識別。未來的家居智能化一定會和語音識別深入交匯發展，可以說語音識別是未來家居智能化的不可避免的發展方向。手機的語音識別目前以蘋果的siri最為關注，使用人群廣泛、用戶接受度高。以下，就蘋果系統在家居智能化案例做一個簡要分析。

2016年蘋果推出HomeKit并開放API接口，在北京已經與某房地產開發商建成落地一間基于homekit的智能化生活樣板展示區。Homekit平臺特點是更多的偏向于無布線，針對燈光、窗簾、電視（AppleTV）、門鎖、空調等末端點位，大量地使用WIFI，幾乎給每一個可執行的末端配置了一個IP模塊，讓家居智能化的點位直接體現在蘋果手機的操作系統上。或者說，把智能家居“操作系統化”了，使得人們可以通過手機直接來操作智能家居末端。

蘋果的Homekit的系統框架思路是這樣的：首先直接基于操作系統的層面深入廣泛地應用，通過僅僅一個app界面，risc指令集通過手機網卡和TCP/IP協議發送給住宅室內的蘋果無線路由器，另外關于智能電視的指令則直接發送給AppleTV。路由器再將指令分別發給各執行終端。比如復雜組合燈光系統，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，這樣就可以作為設備直接映射給蘋果手機操作系統，由用戶界面直接調用。再比如復雜調光系統，Homekit是要求手機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網關建立鏈路，再由Lutron網關經過協議轉換后直接指揮驅動末端調控光的Dimmer，Dimmer經過繼電器來驅動配電盤的各相關回路接觸器，從而實現人工命令到機器執行的全部過程。在家用情況下，其siri語音識別的能力躍然紙上，以蘋果手機、iPad或AppleTV等為后臺支持，人類的語音直接指揮控制所有的家庭設備，如圖4所示。

蘋果智能家居的特點最主要的是為每一個末端配置MAC地址，每一個末端都獲得授權封裝一個蘋果的處理芯片，把全體設備“操作系統化”，整個硬件系統的軟件可編程適應力會大大提高。這樣，對于末端設備來說，要加入Homekit系統，必須獲得蘋果的授權，形成由蘋果領頭、各末端設備廠家支持的全體系智能控制產業支持系統。目前在現實操作上，已經有飛利浦、海爾空調等等很多廠家都在紛紛加入。由于蘋果的語音識別有著廣泛的市場接受度，由語音驅動操作智能化顯然是未來閃亮的方向，住宅客戶體驗會更好。相對于蘋果Homekit來說，Google Brillo和三星的Smart Things等等也在做著同樣的事情。

未來隨著物聯網、大數據、人工智能這3個技術方向的飛速發展，必然將在智能家居方向有更加突破性的應用，更加透明化，用戶感覺不到智能家居設備的存在，然而能獲得人性化應用。

參考文獻

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

[2]張云勇，房秉毅.基于物聯網的智能家居技術標準化現狀及發展建議[J].移動通信，2010（15）：25-29.

[3]張達勇.智能家居系統的功能安全設計[J].數字社區&智能家居，2010（Z1）：70-78.