可持續智能住宅發展
——智能家居解決方案

米羅斯拉夫·貝漢， 翁德雷·克雷恰

0 引言

Smart Home Point項目是一個開源系統，可以免費安裝在任何建筑物中，居住者可以根據自己的喜好選擇簡單、全面、易操作的用戶界面。該系統可以通過用戶使用的家居設備以及家庭成員之間的互動來監控用戶的活動。該系統可以檢測到所有聯網傳感器的數據信息，如光照、溫度、濕度、語音、視頻等，遠程控制門的開閉、空調、照明、網絡等。并且，通過檢測用戶手機等移動設備信息，智能家居系統還可以調整家庭內成員的交流方式。

芯片和傳感器的生產成本越來越低，人們與環境的交互也越來越多。智能家居會根據家庭成員的交流和需求，提供更加便捷的家居環境。智能化、可持續發展的生活環境可以提高生活質量，并且可以降低能源浪費。因此，提出了Smart Home Point的可持續開源項目，所有的智能設備可在同一用戶界面中進行控制，進行人機交互。

1 問題定義

目前，基于封閉的智能家居解決方案，存在的最主要的成本問題。智能傳感器、應用程序以及人機交互界面(HMI)在即插即用功能方面都沒有開放標準，用戶只需將設備插入系統中，即可使用。

為了適應市場發展，需要提供封閉的智能家居解決方案，市場上出現了許多復雜的商業解決方案，其中缺少了可以使設備實現即插即用功能的開放通信協議。首先存在的問題是能量供應機制，許多使用者不能通過非屏蔽雙絞線(UTP)電纜使用12V/24V電壓的低消耗設備，并且，不可以使用以太網供電(PoE)。另外一個存在的問題是封閉式通信數據交換，制造商會為特定的解決方案制定指定的專用通信協議，并且無法從制造商或服務提供商第三方平臺進行升級。

目前，在房屋環境人機交互界面方面也存在集成限制問題，未來會被改造為“智能墻”，但目前在成本和技術推廣方面被接受的只有遙控電視。因此，目前的主要挑戰是將智能家居點(SHP)集成到當前的電視屏幕中。通過使用遠程控制技術或通過使用更方便的移動設備作為遠程控制器來進行這種可視化操作是復合的，其中功能更高。唯一的缺點是個人移動設備的電池消耗，這可能導致在這種情況下系統的可用性降低。然而，由于家庭控制的這種擴展，必須覆蓋能夠通過無線802.11(2013)以及系統和當前觸摸控制功能操作的最常見的移動平臺。因此，Android，iOS和Windows Phone對于HMI的擴展是必不可少的。

2 新解決方案

新解決方案基于開源和開放式電子技術，使用以太網作為信息和電源介質。系統的核心依賴于Raspberry Pi(2013)作為計算服務器，它提供智能家居模塊化單元的監控，控制和可視化。提出了基于互聯網數據包消息傳遞的開放系統原型，用于通過網絡和應用程序界面監控房屋單元，旨在構建系統功能的獨立解決方案，可視化和用戶控制。

解決方案中，將house定義為一組邏輯單元，它們相當于房間或部分房間。每個這樣的邏輯單元都有自己的UTP電纜和過程控制器，它們以星型網絡連接。數據通過以太網傳輸，控制器根據802.3af(2013)提供電源，其中最大48V 400mA限制了連接到控制器的可能申請人?？紤]Arduino(2013)的開放電子原理，選擇它作為控制器，可以是任何類型的具有邏輯電路的專用以太網屏蔽，其能夠將因特網分組轉換為電子設備并且通過設計協議的分組向后傳輸感知數據。

提出房間控制器或任何其他設備，申請人或一些智能代理和可視化單元，主控制器或移動設備之間的通信協議，其等同于生產者和消費者模型之間的關系。來自傳感器的消息通過本地網絡廣播，因此指定端口上的任何偵聽器都能識別感知消息并能夠采取適當的響應。另一方面，命令必須由可信控制器授權，并且被廣播或直接發送到特定控制器以提供預期動作。例如，照明將在節能策略或明確的用戶命令上表現，其中可以在整個建筑物上進行廣播。通信是雙向的，其中作為事件建模的信息分發由包裹在數據報中的每個元素產生，作為用于廣播的消息，其具有可以在特定端口上監聽的狀態或測量值的內容。數據報通過以太網相應地發送RFC 919和922，最大傳輸單元(MTU)為1500字節。這些命令作為消息封裝到數據報中，具有命令類型，要設置的值和元素標識。命令的數據報是單播的，也可以是應用目的地可靠的廣播。以下[表1]描述了房屋單元控制器之間的消息定義。

3 結束語

該項目提出基于Web的智能家居系統，通過開放技術和開源軟件解決方案實現，作為未來智能家居的一部分。新解決方案提供感應電子信號和網絡資源之間的連接、監控、控制和可視化環境中的元素。該系統旨在由任何人在開源許可下進行定制，升級和調整。