智能家庭設計方案

摘要：隨著時代的發展，智能家居已從概念起步發展為實物，并逐步走進人們的視野。智能家居的產品極具多元化，大到智能冰箱，小到智能開關。對此，合理運用手中的資金，從幾個普及程度較廣的智能產品入手，探索其背后的技術原理；思考如何最大限度利用不同智能家居的搭配來提升現有家居實用性，為不同年齡段和生活狀況的用戶，提供最大程度的方便；引入預算和資金因素，在體現智能家居優越性的同時，從不同經濟狀況的用戶角度出發。

關鍵詞：智能家居 家庭自動化 設計方案 01背包算法

中圖分類號：TP273+14 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）10-0182-02

智能家具的概念最早誕生于美國，最早被運用于實踐的是一幢1984年美國聯合科技公司的舊式大樓。它是以住宅為平臺，兼具建筑設備、通信網絡、信息家電和設備自動化，集系統、結構、服務、管理為一體的高效、安全、便利、環保的居住環境。隨后，人們對智能家居的定義進行了一定的歸納和總結——利用電腦、網絡和綜合布線技術，通過家庭信息管理平臺將與家居生活相關的各種子系統有機地結合為一個共同的系統。

1 智能家居技術初探

1.1 ZigBee技術

ZigBee技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術，對于在一定空間范圍中的智能家居有突出的優點與貢獻。ZigBee模塊是一種物聯網無線數據終端，利用ZigBee網絡為用戶提供無線數據傳輸功能。該產品采用高性能的工業級ZigBee方案，提供多種實用接口，實現數據透明傳輸功能；ZigBee的使用功耗十分低，最低功耗小于1mA；可實現數字量輸入輸出、脈沖輸出。ZigBee技術在智能家居的掌控性與使用性方面起到了莫大的作用。

1.2 電力載波技術

電力載波通訊即PLC，是英文Power line Communication的簡稱。電力載波通訊是指利用現有電力線，通過載波方式將模擬或數字信號進行高速傳輸的技術。其最大特點為：不需要重新架設網絡，只要有電線，就能進行數據傳遞。這無疑使電力載波技術成為了解決智能家居數據傳輸的最佳方案之一。同時因為數據僅在家庭這個范圍中傳輸，遠程對家電的控制我們也能通過傳統網絡先連接到PC然后再控制家電方式實現。電力載波相對于ZigBee來說傳輸速率還要快，但它的缺點是現有配電變壓器對其信號有阻隔作用，這局限了它的傳送范圍；其次三相電力線間有很大的信號損失，導致設備運行的不穩定性，這也是為什么電力載波技術有諸多優點，在智能家居的應用方面卻不能取代ZigBee的原因。

1.3 智能家居在中國

20世紀90年代末，智能家居才逐步走進國人的視線。我國智能家居的建設最初始于廣州、上海、深圳等沿海一線城市，之后漸漸向內陸地區發展。人們起初對智能小區這一新興事物的熱情空前高漲，但由于（1）智能化小區缺乏統一的技術標準；（2）智能化相關產品不成熟；（3）房地產開發商盲目追求；（4）智能化專業知識欠缺導致的鑒別能力不足等原因，造成部分建成的小區智能化系統運行不正常、使用頻率不高、系統維護無法跟進，沒有達到預期的效果。

為此，建設部住宅產業化促進中心頒布了《全國住宅小區智能化系統示范工程建設要點與技術導則》等系列文件對智能小區的建設加以指導。智能家居發展水平較高的上海市也成立了智能建筑試點工作領導小組，并適時頒發了《上海市智能住宅小區功能配置大綱》。近年來，隨著科技的發展和普及，人們對智能家居有了理性的認識，智能家居也在不斷地在中國得到完善與進步。

2 我們身邊的智能家居

2.1 智能家居的基礎設施

2.1.1 路由器

路由器是連接因特網中各局域網、廣域網的設備，被稱為互聯網絡的樞紐。不少家庭現在已經使用路由器實現了無線網絡覆蓋，在家中使用手機、平板電腦等智能設備方便地連接到網絡。現今，路由器正朝著更加智能的方向發展。

2.1.2 智能開關

智能開關是指利用控制板和電子元器件的組合及編程，以實現電路智能開關控制的單元。它和機械式墻壁開關相比，功能特色多、使用安全，而且式樣美觀。打破了傳統墻壁開關的開與關的單一作用，除了在功能上的創新還賦予了開關裝飾點綴的效果。

智能開關被廣泛應用于家居智能化改造、辦公室智能化改造、工業智能化改造、農林漁牧智能化改造等多個領域，極大節約了能源，提高了生成效率和降低了運營成本，真正的做到了智能行天下。

2.2 智能安防

智能化安防技術的主要內涵是其相關內容和服務的信息化、圖像的傳輸和存儲、數據的存儲和處理等等。一個完整的智能化安防系統主要包括門禁、報警和監控三大部分。一些新建的小區多半會采用門禁的方式來保證業主的安全，一般采用智能家居的用戶則會采用裝有自動報警的防盜門，少部分設有攝像裝備，以防自己不在家也能通過手機等設備，觀察家里的動向。

一個比較常見的智能安防實例便是智能指紋鎖。指紋鎖依賴的重要載體便是指紋，指紋是手指末端正面皮膚上凹凸不平的紋路。盡管這只是人類皮膚的一小部分，但它所蘊含的信息量卻十分巨大——這是因為這些紋路在圖案、斷點和交點上各不相同，在信息處理中這些被稱作特征。智能指紋鎖正是運用了指紋的獨特性而創造出的智能安防產品。

2.3 智能電器

智能電器，在現代家居中應用廣泛，如智能燈具、電冰箱、空調等。

3 智能家居設計方案

針對目前智能家居發展迅猛的趨勢，筆者在此嘗試為家庭實例設計智能家居方案。本設計方案從現有的一些設計思路出發，分析了現在市場上較為熱門的一些智能家居產品，并采用了算法設計中經典的01背包算法計算解決出一定預算下的最優方案。

3.1 智能家居設計的普遍思路

圖1為一般家庭的智能家居設備連接圖。若對于自己家的戶型不想大的改動或修正，即可采用上述圖的簡便方式來達到使家居智能的目的，通過家居的更換與開關的代替。若是像新房子或偏大的戶型，則可采用鋪設網線，使整個家居一體化的方式，來完全達到智能家居的目的。

3.2 算法應用與采購方案

在01背包算法中，采用一維數組c來存放物品體積，一維數組w來存放物品價值。除此之外，采用二維數組f存儲計算結果——其中f[i][v]來表示前i件物品，（選擇其中一部分）放入一個容量為v的背包后可以獲得的最大價值。程序使用遞推公式f[i][j]=max（f[i-1][j]，f[i-1][j-c[i]]+w[i]）來完成計算。

針對本課題的現實意義，筆者對01背包算法進行了修改。采用一維數組c來存放商品價格，一維數組w來存放物品所帶來的幸福感，二維數組中的f[i][v]則表示前i件物品，（選擇其中一部分）購買，所花價格上限為v后所能獲得的最大幸福感。遞推公式與經典01背包相同。

4 結語

4.1 結論與收獲

通過本課題的研究，我有如下體會和收獲。

一是通過對智能家居幸福感算法的設計，對01背包算法有了更多的了解和認識，并學習了C++語言的基礎知識。

二是對智能家居市場的調查，給我自身的數據提取能力和分析能力有了一定的提升，對目前的智能家居有了一個大致的了解。除此之外，本課題的設計到研究，使我了解并掌握了論文提綱設計等相關知識和文獻閱讀等研究方法。

三是明白了科學來源于生活，而應用于生活，通過一系列的調查與分析、計算與總結，靈活運用01背包算法，將其運用于實踐上，雖然有不足，但可以解決一些資金不足問題，在一定范圍內，使你的資金發揮最大價值，讓你物有所值，只有在生活中合理恰當的運用一些我們學到的科學知識，才會提高我們生活水平與效率。

4.2 不足與展望

雖然本文所提出的方法具有較為廣泛的應用價值，但該方法進行了一系列簡化。在實際情況中，購置智能產品并設計智能家居還可能出現更為復雜的情況。

一些產品之間可能存在依賴性。例如智能插座依賴于Wi-Fi網絡連接，那么必須在購買智能插座的同時購置路由器。僅購買智能插座，則它無法發揮任何效用。本文所提出的方法未將這種情況納入考慮。一些產品的功能可能互斥。例如購置了智能路由器之后，便不再需要普通路由器，它們的功能有所重復，但本文所提出的方法并沒有排除兩者同時購置的方案。一些產品組合購置，可能會產生更大的幸福感……

這些在實際情況中可能出現的復雜情況，還有待通過算法的修改和優化來解決。背包算法是算法設計中的一個經典模型，目前對于背包算法已有不少研究。這些研究成果，對于本文尚未解決的種種情況有很大借鑒價值。

參考文獻

[1]高小平.中國智能家居的現狀及發展趨勢[J].低壓電器，2005（4）：18-21.

[2]張桂青，鹿曼，汪明，等.智能家居的“春天”來了[J].計算機科學，2013，40（06A）：398-402.

收稿日期：2016-09-01

作者簡介：胡祎東，男，漢族，湖北武漢人，研究方向：教育與基礎科學。