淺談無線智能家居系統的設計

韓金全

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背景

智能家居興起于日本和歐美一帶，起初僅用于實現簡單的燈光控制。近幾年來，隨著互聯網、物聯網技術的快速發展和我國房地產行業的蓬勃發展，智能家居越來越引起人們的關注。同時，人們生活水平提高后，對于生活品質的要求越來越高，對家居設備控制的便利性、高效性也提出了更高的要求。人們希望通過手機、平板等智能電子設備，隨時隨地管理控制家里所有的燈光、電器，滿足其安全、舒適、方便和綠色的居住需求。智能家居正是按照“安全、健康、便利、舒適、節能”的設計思想，用高科技的手段，給業主帶來全新的生活體驗。

技術分析

智能家居技術包括有線與無線兩種組網技術。有線顧名思義就是采用特定的線纜將智能網關與智能控制模塊/面板連接起來組成一個傳輸網絡；無線就是將智能網關與智能控制模塊/面板采用無線的通訊方式組成一個傳輸網絡。因此，無線的產品在實施時較為方便，并且安裝靈活，費用較低，目前已成為智能家居的主流趨勢。常用無線通信技術有Zigbee、RF433、藍牙、WIFI、Z-wave等。本文重點介紹Zigbe無線通訊技術在智能家居系統設計的應用。

Zigbee技術是基于IEEE802.15.4的一種無線通訊技術，通訊頻率為2.4GHz，最大通訊速率250KB/S。與上文介紹的其他無線通訊技術相比，其具有低功耗、低速率、低成本、保密性高、可靠性強、網絡自愈性強、安全性強及兼容性高等特點。在智能家居領域，網絡組成一般分為內網與外網，內網采用Zigbee通訊協議，將住戶家里的各種常用電器設備如電燈、窗簾電機、空調等設備通用智能模塊/面板與智能網關建立通訊；外網通過智能網關采用TCP/IP的方式由家里路由器連接到云端服務器，用戶可通過手機APP等智能電子設備遠程監看或控制家里的電器和設備。其工作原理如圖1所示。

圖1 無線智能家居工作原理總圖

無線智能家居控制系統

無線智能家居控制系統指的是采用一種無線的傳輸技術，將家庭日常使用的安防設備、家電設備等組成一個系統，能夠通過手機、PAD等移動式智能設備一鍵控制全屋燈光、電器等而無需重新布線。通過這種靈活、便利的智能化的操作方式可以讓成員隨時隨地享受智能帶來的舒適、方便和樂趣。該智能控制系統主要由智能安防系統、智能家電控制系統（含燈光、窗簾、空調、新風和地暖等）、智能語音控制系統等組成。

1.智能安防系統

智能門鎖：常規的智能門鎖具有指紋、密碼、刷卡及鑰匙開鎖功能。隨著物聯網的快速發展，開發人員將互聯網與Zigbee技術整合，將Zigbee模塊內置于門鎖里，在家庭智能網關與云端服務器之間建立通訊，使得門鎖除了具有本地的開鎖功能外，還可以通過手機遠程操作實現開鎖權限管理、消息推送服務、防盜報警等功能，從而進一步提高了智能門鎖的便利性、可靠性和安全性。

智能安防探測器：通過安裝紅外幕簾、門磁、窗磁、緊急按鈕及燃氣泄露探測器等，及時發現警情并快速采取措施。當發生警情時除報到管理中心外，同時能夠將家里的報警信息通過智能網關遠程推送至業主的手機APP，讓主人能夠隨時隨地了解家里情況。并且該安防探測器可實現與其他設備的聯動，如紅外報警時可聯動燈光系統，當發生警情，燈光自動打開、攝像頭自動開鎖錄像；又如當燃氣泄露探測器發生報警時，可聯動電磁閥自動切斷閥門，大大提升了安全性。

智能監控：業主可通過手機APP隨時隨地查看戶內IP攝像機視頻畫面，查看監控區域的實時情況，同時該攝像機可以和安防探測器聯動，當檢測到有警情時，攝像機可自動錄像并存儲，給業主的居家生活提供更安全的保障。并且，通過IP攝像機也能遠程照看兒童與老人，實時了解家庭弱小成員的情況，給業主帶來更安心的體驗。

2.智能家電控制系統

家電控制系統主要包括燈光、窗簾、空調、新風及地暖等常用家用電器的狀態監測及控制。

燈光控制：通過將傳統的普通機械開關替換成智能觸摸型智能開關，即可實現本地燈光控制、遠程控制、定時控制及集中控制，并能在根據業主使用需求定義各種工作模式，如：回家模式、離家模式、就餐模式及就寢模式等。通過模式控制，業主可一鍵啟動相應的模式，實現對使用場景的需求。如啟用回家模式時，客廳的燈光自動打開、窗簾自動拉開、空調同時打開并且啟動背景音樂，真正實現家居的智能化控制。如果需要在指定時間段聯動照明系統，也可增加定時器及一些傳感器聯動控制系統，實現在特定的時間輸出指定的照明模式。

窗簾控制：通過智能觸摸窗簾面板實現本地控制、手機APP遠程控制窗簾拉開、閉合、暫停，亦可配置遙控器進行單獨控制。同時電動窗簾還支持斷電手動控制功能，當家里停電時，可以通過手動拉開或關閉窗簾。通電狀態下，輕輕拉動窗簾一小段，窗簾便會走完全程。也可設置定時任務，如，每天早上8頤00窗簾自動打開，中午12頤00窗簾自動關閉。還可以和其他智能系統聯動，達到更為舒適的智能體驗。

空調控制：紅外寶從云端獲取萬能的紅外碼庫。只要獲取到萬能的紅外碼庫，業主即可使用手機、智能控制終端等設備一鍵控制室內空調開啟、模式切換、溫度升降，還能控制電視開關、頻道切換、音量加減等，同時，還能聯動其他智能控制系統。例如：當您通過場景控制啟動影院模式時，電視自動打開，客廳燈光自動調暗，窗簾自動關上，所有設備的操作一步到位，無須一個一個去單獨控制操作，給業主帶來智能化的便利享受。

電器控制：在原來五孔插座的基礎上插上智能插座或換成智能插座，即可實現電器設備電源管理，實現遠程、定時、自動聯動控制電器設備通斷電。如，室內空氣過于干燥時自動開啟加濕器電源，加濕器開始工作；濕度達到要求后，加濕器自動停止工作。

3.智能語音控制系統

太累、太忙、太冷、太困……一到家就不想動手，沒關系，只需要語音命令，智能語音管家就能幫你“管”好你的“家”。比如回到家中，說：“小白小白，我回家啦”，燈光即刻開啟，窗簾緩緩拉開，電視機、空調已經打開，回家場景模式現象展現在眼前。同時通過智能語音系統，還可以為你播放網絡音樂、講故事、說百科及鬧鐘定時等，給您帶來輕松而豐富的生活樂趣。

4.智能家居集成控制平臺

智能家居集成控制平臺將各子系統集成在一個統一平臺，業主手機采用統一的賬號通過WIFI/5G網絡連上智能家居的云端服務器，登錄自家的智能網關，即可實現對該網關下聯的所有家電設備的控制。當用戶在辦公室或公交車上的時候，忽然想起客廳燈忘記關了，就可拿起手機，通過智能家居APP即可關閉燈光，也可控制家中的其他設備，如電飯煲、澆花器等，所有一切盡在掌握之中，盡顯智能化。其控制工作原理如圖2所示。

圖2 無線智能家居移動終端控制工作原理

智能家居戶型設計分析

根據以上系統說明，現針對一套三室兩廳的戶型進行設計介紹，該戶型各個生活空間的設備安裝說明及應用場景如下。

1.入戶玄關

設備設置：智能門鎖、場景面板。

（1）開鎖場景聯動：住戶通過密碼或指紋開啟入戶門鎖之后可聯動打開回家場景模式，夜間回家時，可聯動打開燈光、窗簾，啟動空調、電視等，打開家門后不再是冷冷的黑暗場面，讓住戶充分體驗到智能家居控制所帶來的溫馨感覺。

（2）設計場景面板，通過該面板可一鍵打開“回家模式”、“外出模式”。

2.客廳

設備設置：智能燈光面板、窗簾面板、場景面板、緊急按鈕、紅外轉發器、智能插座、語音助手、空氣盒子、攝像頭。

通過設計的場景面板，可一鍵打開“休閑模式”、“會客模式”。

（1）休閑模式：可將客廳的主燈及窗簾自動關閉，電視自動打開；

（2）會客模式：可將客廳所有燈光及窗簾拉開，背景音樂自動響起。

3.餐廳

設備設置：智能燈光面板、窗簾面板、場景面板。

設計場景面板，可一鍵打開“就餐模式”，此時餐廳燈光及窗簾自動打開，柔和的背景音樂也同步開啟。

4.廚房

設備設置：智能燈光面板、燃氣探測器、煙霧探測器、水浸探測器、機械手。

燃氣探測器檢測到燃氣泄露時，可聯動機械手關閉天然氣閥門，提高安全性；水浸探測器檢測到漏水時，會關閉進水閥門，減少漏水帶來的損失。

5.主臥

設備設置：智能燈光面板、場景面板、語音面板、窗簾面板、紅外轉發器。

設計場景面板，可一鍵打開“就寢模式”、“晨起模式”。

（1）就寢模式：臥室里的燈光窗簾緩緩關閉，安防傳感器自動進入布防狀態，業主可安心睡覺。

（2）晨起模式：窗簾緩緩打開，燈光調節至30%亮度，背景音樂響起，安防傳感器自動撤防，開啟美好的一天。

6.兒童房

設備設置：智能燈光面板、場景面板、語音機器人、窗簾面板、紅外轉發器。

兒童房配備一個語音機器人。當您睡眼惺忪，吩咐一聲，即為您準備好“晨起模式”，還能給孩子講故事、陪伴孩子成長。

7.書房

設備設置：燈光面板、紅外轉發器。

8.衛生間

設備設置：燈光面板、緊急求助按鈕。

結語

隨著技術研究的不斷深入，Zigbee無線通訊技術已較為成熟，取得了較好的發展，在智能家居的應用已非常廣泛。再者，目前市場上不論是開發商還是業主方對于智能家居的接受程度越來越高，尤其是在房地產行業“精裝交付”的刺激下，智能家居逐漸成為交房的標配，智能家居的市場已被大范圍地鋪開，同時像小米、華為的智能產品也越來越多，相信未來幾年智能家居將會成為市場的一個主流。