智能家居發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)綜述

卿勇

摘要摘要：智能家居使社會(huì)生活智能化、自動(dòng)化、舒適化，成為未來(lái)生活發(fā)展的方向。簡(jiǎn)述了物聯(lián)網(wǎng)和智能家居概念，介紹了國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，詳述了相關(guān)技術(shù)，展望了智能家居發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能家居；ZigBee技術(shù)

DOIDOI：10.11907/rjdk.162351

中圖分類號(hào)：TP301文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)文章編號(hào)：16727800（2017）001018002

引言

隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人民生活水平日益提高，生活智能化、個(gè)性化、便捷化越來(lái)越受關(guān)注，智能城市、智能交通、智能社區(qū)逐漸走入人們生活，智能家居嶄露頭角。智能家居擁有智能、便捷、個(gè)性、安全等優(yōu)勢(shì)，從時(shí)間、空間等方面提高人類生活質(zhì)量，具有廣闊的市場(chǎng)前景。1智能家居

智能家居（Smart Home）是利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)等，將家居設(shè)備相關(guān)信息集成于一個(gè)以住宅為基礎(chǔ)的平臺(tái)，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日常事務(wù)的管理系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)家居設(shè)備之間相互共享和交換，提升了家居的安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，以及環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境[13]。2智能家居發(fā)展

物聯(lián)網(wǎng)作為互聯(lián)網(wǎng)的延伸融入人們生活，極大改變了人們的生活方式和理念。計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和控制技術(shù)逐漸向傳統(tǒng)家居滲透，物聯(lián)網(wǎng)冰箱、洗衣機(jī)、電視等智能家居出現(xiàn)在人們生活中，未來(lái)生活的智能化不再是遙不可及的夢(mèng)想。2.1國(guó)外智能家居發(fā)展情況

智能家居技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的實(shí)踐，最初起源于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅速發(fā)展的美國(guó)，發(fā)達(dá)國(guó)家緊隨其后并提出符合本國(guó)國(guó)情的相關(guān)智能家居建設(shè)方案。在國(guó)外，智能家居技術(shù)起步早、技術(shù)成熟，智能家居系統(tǒng)人機(jī)交互性以及UI設(shè)計(jì)可操作性良好。

1984年，美國(guó)誕生了世界上第一幢智能建筑——都市辦公大樓 （City Place Building）。此樓最初并非“智能”，原因是聯(lián)合技術(shù)建筑系統(tǒng)公司（United Technologies Building System Co， UTBS）參與此建筑的裝修，獲得該大樓的空調(diào)、電梯及防災(zāi)設(shè)備等建設(shè)工程。UTBS公司作為這幢大廈的住戶，不僅將空調(diào)系統(tǒng)、電梯以及防火防災(zāi)等各子系統(tǒng)計(jì)算機(jī)相連，而且利用嵌入式通信技術(shù)連接計(jì)算機(jī)與用戶通信終端，為大廈其他住戶提供相關(guān)的計(jì)算機(jī)服務(wù)和通信服務(wù)。都市辦公智能大廈在經(jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá)的國(guó)家引起強(qiáng)烈反響，各國(guó)先后提出本國(guó)的智能方案。

1997年，比爾·蓋茨的智能化豪宅完工，首次引入智能化設(shè)備和系統(tǒng)，其中包括智能照明設(shè)備和智能溫控系統(tǒng)。用戶可根據(jù)需求通過(guò)智能設(shè)備設(shè)置相關(guān)參數(shù)，從而使生活環(huán)境達(dá)到最優(yōu)。智能化設(shè)備和系統(tǒng)從此走進(jìn)人們家中。

1998年，新加坡舉辦的電子消費(fèi)品國(guó)際展覽會(huì)上推出了家庭智能系統(tǒng)，是“未來(lái)之家”的縮略模式[4]。該系統(tǒng)包含三表抄送、安防報(bào)警、家電控制等功能。

據(jù)2000年不完全統(tǒng)計(jì)，新加坡約有5 000個(gè)家庭采用家庭智能化系統(tǒng)，美國(guó)有超過(guò)400萬(wàn)個(gè)家庭使用該系統(tǒng)。

國(guó)外智能家居發(fā)展至今，研究水平隨著人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的物質(zhì)文化需求而提高，智能家居系統(tǒng)普及成必然趨勢(shì)。

2.2國(guó)內(nèi)智能家居發(fā)展情況

中科院最早啟動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)研究和開(kāi)發(fā)。雖然起步較晚，但我國(guó)的技術(shù)水平處于世界前列，具有研發(fā)優(yōu)勢(shì)和重大影響力[5]。

1999年，中國(guó)科學(xué)院研制出45Mbps的電力線高速通信產(chǎn)品，并運(yùn)用于沈陽(yáng)一個(gè)擁有200戶規(guī)模的小區(qū)，極大方便了人們?nèi)粘Ｉ睿@是中國(guó)最早將智能技術(shù)應(yīng)用于國(guó)民生活的實(shí)例。

2014年，美的與小米達(dá)成戰(zhàn)略合作協(xié)議，除資本層面外，小米與美的將在智能家居及生態(tài)鏈、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行多種模式的戰(zhàn)略合作，包括雙方在智能家居、電商、物流和戰(zhàn)略投資等領(lǐng)域的對(duì)接。

2015年初，海爾與魅族的跨界合作終于落地。魅族入駐海爾U智能家居平臺(tái)，海爾將向魅族開(kāi)放其U平臺(tái)SDK，使魅族手機(jī)可控制所有海爾智能家居產(chǎn)品，同時(shí)魅族也將向海爾開(kāi)放Apps系統(tǒng)級(jí)別權(quán)限。

智能家居發(fā)展迅速，但是各個(gè)廠家參照的標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，產(chǎn)品兼容性差，導(dǎo)致智能化系統(tǒng)成本增加，影響消費(fèi)。2005年，信息產(chǎn)業(yè)部正式發(fā)布家庭網(wǎng)絡(luò)推薦標(biāo)準(zhǔn)，鼓勵(lì)各大廠家對(duì)家庭網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全面綜合研究，實(shí)現(xiàn)國(guó)家未來(lái)智能家居的發(fā)展規(guī)劃。 3智能家居技術(shù)

智能家居技術(shù)從本質(zhì)上而言是對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)的綜合運(yùn)用[6]。3.1網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

國(guó)務(wù)院于2010年公布了第一批“三網(wǎng)融合”試點(diǎn)城市，標(biāo)志著三網(wǎng)融合拉開(kāi)序幕。三網(wǎng)融合并不僅僅是傳統(tǒng)的電信網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)和有線電視網(wǎng)三大網(wǎng)絡(luò)的物理結(jié)合，更是其通信業(yè)務(wù)的融合。它要求以光纖到戶/光纖到小區(qū)（FTTH/FTTZ）為主要接入方式。光纖信息傳輸速度快，深入千家萬(wàn)戶，運(yùn)行成本低。三網(wǎng)融合使智能家居擁有更便利的傳輸方式、更高效的傳輸速率、更安全的傳輸環(huán)境，從實(shí)質(zhì)上促進(jìn)了智能家居產(chǎn)業(yè)的升級(jí)。

智能終端和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展也推動(dòng)了智能家居的發(fā)展[7]。智能終端擁有良好的人機(jī)操作界面，使用戶達(dá)到更好的智能家居操作體驗(yàn)，完美地詮釋“科技以人為本”的追求，成為最佳的人機(jī)交互窗口。以WiFi為主的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，不僅實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的分流，而且承擔(dān)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的壓力，成為有線網(wǎng)絡(luò)的有益補(bǔ)充。這種技術(shù)支持在數(shù)百英尺范圍接入互聯(lián)網(wǎng)的無(wú)線電信號(hào)，減少布線麻煩，實(shí)現(xiàn)對(duì)家電的智能控制，具有良好的擴(kuò)展性和移動(dòng)性，讓智能家居控制變得便捷、人性化。

3.2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)起源于1990年，最早實(shí)踐于施樂(lè)公司的網(wǎng)絡(luò)可樂(lè)販?zhǔn)蹤C(jī)。2010年，國(guó)家發(fā)展與改革委員會(huì)、工信部等部委發(fā)文，推動(dòng)新一代信息技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)的研究。

物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of Things），字面含義為物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，是互聯(lián)網(wǎng)的拓展和延伸。由此可知，物聯(lián)網(wǎng)的客戶端不再僅限于傳統(tǒng)終端，而是將其拓展和延伸到任何物體與物體之間，在物體與物體之間實(shí)現(xiàn)信息交換和共享。

物聯(lián)網(wǎng)是指通過(guò)各種信息傳感設(shè)備，實(shí)時(shí)采集任何需要監(jiān)控、連接、互動(dòng)的物體或過(guò)程等信息，實(shí)現(xiàn)物與物、物與人，所有物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，方便識(shí)別、管理和控制，并與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合形成一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)，是新一代信息技術(shù)的集成。

在物聯(lián)網(wǎng)還沒(méi)有提出來(lái)時(shí)，智能家居處于數(shù)字化時(shí)代，單純被動(dòng)地接收數(shù)據(jù)。而物聯(lián)網(wǎng)的興起，給智能家居帶來(lái)了第二次生命，重新定義了智能家居概念，主動(dòng)控制和交互，使智能家居變“數(shù)字”為“智慧”。

在智能家居系統(tǒng)中，物聯(lián)網(wǎng)將所有家電設(shè)備連接到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，讓設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備參數(shù)等信息共享和交換[8]。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)大致分為3層，從下至上分別是感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。下層為上層提供數(shù)據(jù)，上層為下層提供數(shù)據(jù)處理等服務(wù)，各層相互獨(dú)立卻又相互聯(lián)系。

感知層運(yùn)用各種傳感器、傳感網(wǎng)感知并收集外界信息。ZigBee智能家居系統(tǒng)要求用戶只需將普通開(kāi)關(guān)、插座更換為ZigBee智能開(kāi)關(guān)、智能插座，然后安裝ZigBee無(wú)線接收器等智能設(shè)備即可實(shí)現(xiàn)家居智能化控制。

網(wǎng)絡(luò)層能高效無(wú)障礙地將感知信息傳輸給應(yīng)用層。

應(yīng)用層處理和管理數(shù)據(jù)，并將處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)用。智能家居系統(tǒng)應(yīng)用層監(jiān)控和管理家電設(shè)備工作情況，云計(jì)算可以跨網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)工作，這就使得通過(guò)智能終端可以隨時(shí)隨地監(jiān)控家居設(shè)備系統(tǒng)。

3.3自動(dòng)化控制技術(shù)

自動(dòng)化控制技術(shù)以控制理論為基礎(chǔ)，通過(guò)具有一定控制功能的系統(tǒng)完成對(duì)所有設(shè)備的控制任務(wù)，保證家電設(shè)備運(yùn)行過(guò)程按照預(yù)想進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制目標(biāo)。在日常生活中，自動(dòng)洗衣機(jī)是最早進(jìn)入家庭的自動(dòng)化設(shè)備。

在智能家居系統(tǒng)中，智能家居由6個(gè)子智能系統(tǒng)組成：①智能燈光控制系統(tǒng)（光暗傳感器，通過(guò)進(jìn)入房間光線強(qiáng)弱可判斷每個(gè)房間明暗程度，通過(guò)無(wú)線設(shè)備將獲得的參數(shù)傳輸?shù)皆O(shè)備控制器，自動(dòng)調(diào)節(jié)燈光）；②智能安防控制系統(tǒng)（光電傳感器、煙霧傳感器、燃?xì)怏w探測(cè)器）；③智能背景音樂(lè)控制系統(tǒng)；④智能煤水電控制系統(tǒng)；⑤智能家電控制系統(tǒng)；⑥智能車庫(kù)控制系統(tǒng)（車庫(kù)擁有獨(dú)立的溫度濕度傳感器與調(diào)節(jié)裝置，功能是調(diào)節(jié)車庫(kù)溫度、濕度，但燈光仍由燈光控制系統(tǒng)獨(dú)立控制），這6部分相互獨(dú)立又相互聯(lián)系。當(dāng)用戶發(fā)送請(qǐng)求時(shí)，子系統(tǒng)可以自動(dòng)接收請(qǐng)求并作出相應(yīng)處理，給予相應(yīng)操作，從而調(diào)節(jié)用戶家居環(huán)境，使之成為最適合用戶居住或處于用戶最為滿意的工作狀態(tài)。智能系統(tǒng)運(yùn)用ZigBee技術(shù)連接定位，當(dāng)用戶進(jìn)入某一房間，首先定位位置，然后使用手機(jī)或其它電子設(shè)備通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線WIFI或者移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)獲取房間定位，打開(kāi)燈光或者調(diào)節(jié)燈光等；智能家電溫控系統(tǒng)獲取室內(nèi)溫度，通過(guò)溫度傳感器判斷調(diào)控溫度。同時(shí)，智能背景音樂(lè)系統(tǒng)根據(jù)用戶喜好播放音樂(lè)。自動(dòng)化控制技術(shù)讓智能家居成為人們生活中減輕負(fù)擔(dān)的自動(dòng)化管理者，提高了人們物質(zhì)、文化生活水平。

4結(jié)語(yǔ)

智能家居逐漸為人們帶來(lái)了全新的生活方式。從電纜到光纖，從有線到無(wú)線，從網(wǎng)絡(luò)家電到物聯(lián)網(wǎng)家電，都促使智能家居從“數(shù)據(jù)家居”到“智慧家居”飛躍發(fā)展；人工智

第1期 肖自乾，陳經(jīng)優(yōu)，符石：大數(shù)據(jù)背景下智能交通系統(tǒng)發(fā)展綜述軟 件 導(dǎo) 刊2017年標(biāo)題