淺析嵌入式技術在智能家居系統中的應用

葉園

摘 要 隨著物聯網技術、嵌入式技術以及Internet技術的不斷發展，人們對生活的安全、舒適、便捷等方面的要求越來越高，人們對智能家居系統的性能需求也在不斷提升。智能家居系統是利用計算機、嵌入式系統和通信網絡技術將各種家用設施通過家庭網絡連接到一起，從而為人們提供更為便利舒適的生活。本文介紹了智能家居系統的特點、嵌入式系統的特征，并對嵌入式技術在智能家居系統中的應用進行了探討。

關鍵詞 嵌入式技術 智能家居系統 應用

隨著科學技術的飛速發展和人民生活水平的不斷提高，人們對家庭住宅需求的概念也發生了徹底的改變。人們正在從以往追求房屋空間的寬闊和裝飾的豪華，向著追求品味、安全、舒適、便捷和智能方向發展。智能家居系統是建筑藝術、生活理念與信息技術、電子技術、自動化技術等現代高科技手段完美結合的產物，它的出現滿足了人們對住宅高性能、智能化的要求。

一、智能家居系統的特點

智能家居，又稱智能住宅，在國外常用SmartHome來表示，是利用先進的計算機技術、網絡通訊技術、綜合布線技術、依照人體工程學原理，融合個性需求，將與家居生活有關的各個子系統如安防、燈光控制、窗簾控制、煤氣閥控制、信息家電、場景聯動、地板采暖等有機地結合在一起，通過網絡化綜合智能控制和管理，將一個被動靜止的家居環境提升為一個具有一定智慧協助能力的人性化的生活幫手，實現“以人為本”的全新家居生活體驗。

智能家居系統屬于個人范圍內的通信系統。其主要方式就是在家庭內部組成家電的數據傳輸和控制網絡，最后將這個網絡與Internet相連。與一般通信網絡相比，智能家居系統具有以下特點：（1）靈活易擴展：方便系統內部增加或更新設備，更易于連接現有網絡。（2）系統具備標準化：系統內部的各種設備規范化。（3）具有較高的實時性：可以根據當時的家庭環境進行實時的調整。（4）具有較高的安全性：與外界進行信息交換時能保證系統安全，同時，系統也有較強的抗干擾能力和穩定性。（5）系統可靠：易維護及拓展升級。

根據智能家居系統的概念和特點，在使用的過程中會受到數據速率、通信距離和安全性的影響。

二、嵌入式系統的特征

嵌入式系統（EmbeddedSystem），是一種“完全嵌入受控器件內部，為特定應用而設計的專用計算機系統”，是用來控制或者監視機器、裝置、工廠等大規模設備的系統。通常情況下，嵌入式系統是一個控制程序存儲在ROM中的嵌入式處理器控制板，事實上，所有帶有數字接口的設備，如手表、微波爐、錄像機、汽車等，都使用嵌入式系統，有些嵌入式系統還包含操作系統，但大多數嵌入式系統都是是由單個程序實現整個控制邏輯。

嵌入式系統有以下幾個重要特征：（1）系統內核小。由于嵌入式系統一般是應用于小型電子裝置的，系統資源相對有限，所以內核較傳統的操作系統要小得多。（2）專用性強。嵌入式系統的軟件系統和硬件的結合非常緊密，一般要針對硬件進行系統的移植，即使在同一品牌、同一系列的產品中也需要根據系統硬件的變化和增減不斷進行修改。（3）系統精簡。嵌入式系統一般沒有系統軟件和應用軟件的明顯區分，不要求其功能設計及實現上過于復雜，這樣一方面利于控制系統成本，同時也利于實現系統安全。（4）具有較強的實時性。因為嵌入式系統常用于具體的生產和生活，故對其實時性要求很高。嵌入式系統在存儲器的設計上基本都使用計算速度較快的閃存Flash，在配以軟件的相應設計，使得系統能夠快速而準確地響應各種外部事件。（5）生命周期長。嵌入式系統與具體應用有機結合在一起，升級換代也是同步進行。因此，嵌入式系統產品一旦進入市場，具有較長的生命周期。

三、嵌入式技術在智能家居系統中的應用

智能家居的目標是：通過家庭智能化平臺，人們可以通過電話或者瀏覽器在任何時候、任何地點對家中的電器（比如：空調、電視、熱水器、電飯煲、電燈、報警器等）進行遠程控制。譬如，在下班途中，預先將家中的電燈打開、空調啟動、讓熱水器提前燒好熱水、電飯煲煮好香噴噴的米飯等;而這一切的實現僅僅是打一個電話或者點下鼠標。

隨著嵌入式系統芯片性能的不斷提高，嵌入式技術的應用也越來越廣泛：工業控制、家用電器、醫學檢驗、網絡設備、智能開關、汽車制造、航空航天……特別是嵌入式系統的應用結合到人類的生活起居中，逐漸形成了一個以住宅為平臺，兼備網絡通信、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、舒適、安全、便利、環保的居住環境，這對人類的生活效率和生活質量產生深遠的影響。

嵌入式智能家居控制系統主要可以對以下居家功能進行設置及控制：

（1）可視對講。在門廳、書房等處安裝可視對講系統。來訪客人必須經住戶同意，由住戶遙控開啟單元防盜門方可進入。單元門口主機也可以通過網絡與管理中心主機相連，將來訪者輸入的信號同時傳到管理主機上，便于值班人員掌握客人來訪的清況。以上的功能，在新建的住宅小區，已經得到了廣泛使用。

（2）報警。報警可以分為防盜報警、防災報警、緊急呼救及報警等。

防盜報警。在室外的公共區域，例如過道和樓梯的墻面或吊頂處安裝防盜探頭，在室內安裝紅外線探頭，如有人非法侵入就會探測到并即時報警。另外，還可選用高速照相機或攝像機，一旦發生報警，將自動對現場照相或錄像。這些功能，也在目前新建的住宅小區得到了廣泛應用。

防災報警。在房間內安裝煤氣泄漏探頭及感溫、感煙探頭。當發生可燃性氣體泄漏時，就會發出報警信號。目前大部分小區的報警信號是直接與管理中心主機相連的。其實，在嵌入式技術的指導下，觸發報警后，除了可以通過網絡向小區管理中心報警，還可以通過Internet或撥打住戶設定的電話進行報警。同時，在室內當所探測范圍內溫度升高或煙霧彌漫，火災探測器就會探測到并即時報警（聲光報警或通信報警），在開啟屋內排氣扇排除有害氣體的同時，如有消防噴淋系統，則會自動進行噴淋。

緊急呼救及報警系統。在戶內多處設緊急呼救報警按鈕，如臥室床頭、書房或衛生間內。當發生被盜、病人突發疾病等緊急情況時，可直接向小區保安中心報警，也可以通過Internet或撥打住戶設定的電話進行報警，使住戶得到及時的救助。

（3）遠程操作智能家電。

智能家電將微處理器和嵌入式技術引入家電設備中，具有遠程控制、中心通信等功能，并可自動監測自身故障，進行自動調節、控制和測量。它是可以進行信息存儲并且可進行遠程操作的個人使用設備，也稱為網絡家電、信息家電。信息家電支持統一的標準協議，相互間可以訪問識別，具有一定的智能。

智能家電都會有數據接口，可以通過數據網絡實現遠程遙控。即：可以通過電話、手機短信、Internet等遠程控制家用電器（如微波爐、電飯煲、熱水器、空調器、洗衣機、冰箱等），同時利用傳感器和語音識別技術可以實現家電的主動響應和聲控功能。總之，未來的智能家電將朝著網絡化、云端化、自適應進化、多種智能化、綠色化這五個方面發展。

（4）信息終端。可以接收小區管理中心發出的小區公告、住戶通知等，瀏覽網頁，接收郵件、手機短信，以及查詢報警信息等。

（5）自動抄表。將帶電子采集器的天然氣表、電表、水表、暖氣表等從戶內布線通過家庭信息接入箱引到戶外的系統采集總成，與小區的物業管理中心連接，在管理中心主機上可隨時用人工或自動的方式抄錄三表的讀數。輸入當地水、電、氣的價格就可自動計算費用，并打印出讀數、計費的情況。

（6）遠程監控。當家中有老人、小孩等需要照顧時，可以在上述這些人所在的環境安裝攝像頭，可通過網絡遠程觀察到需照顧人的狀況。此外，當防盜報警被觸發后，也可以通過Internet遠程監控家中事態的進展情況。

（7）音樂、視頻及燈光控制音頻、視頻信號通過分配后連接到各個需要的房間，實現一臺VCD（DVD）播放，多個房間可通過電視機觀看的目的。在家中安裝背景音響系統及燈光集中控制系統，可以通過網關上的手觸屏，以及電話、手機短信、Internet等遠程控制家中的插座，進而實現對家中的音響、視頻及燈光的集中控制。

科學技術的不斷發展是社會信息化不斷發展的動力，信息家電、智能家居等概念的不斷涌出也讓每個家庭作為社會信息終端的作用日益顯著，與智能家居產品相關的智能家居控制系統的關鍵技術也在不斷的發展。

在物聯網技術、嵌入式技術以及Internet技術的不斷發展下以及主流消費者對智能家居接受程度的提高，除了以上一些已經實現的智能家居控制，智能家居控制系統將會擴大到人們日常生活、學習的方方面面，給人們的生活帶來意想不到的驚喜，而嵌入式技術的引入也必將加速智能家居的發展。

參考文獻：

[1]張海峰.智能家居系統解決方案[J].智能建筑與城市信息，2010.

[2]陳良銀.智能家居系統的設計與實現[J].新疆大學學報（自然科學版），2011.

[3]向軍，謝贊福.基于嵌入式Internet/Intranet的智能家居系統模型及實現[J].計算機工程與設計，2010.

（作者單位：武漢商學院機電工程與汽車服務學院）