智能家居技術(shù)簡要梳理與發(fā)展方向

王維強

摘 要：今年國內(nèi)房地產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展，帶來家居智能化方面的快速飛躍。下面就房地產(chǎn)住宅行業(yè)當前智能家居發(fā)展主流產(chǎn)品的技術(shù)應用特點以及蘋果系統(tǒng)在家居智能化方面的實際應用做一些簡單的梳理分析，希望能為同行業(yè)讀者們方便地了解到當前該領(lǐng)域技術(shù)與應用情況，以及未來可能的技術(shù)發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：智能家居；發(fā)展；系統(tǒng)

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A

智能家居是基于傳感器、信號傳輸、運算處理這3個方面的市場商用技術(shù)歷史成熟度與發(fā)展期望。

傳感器最初源于工業(yè)傳感器和儀表。主要偵測的物理量是溫濕度、壓力、流量、速度以及一些開關(guān)量、過程量甚至模糊運算等等。如水表、冷熱計量表、燃氣表等是基于物質(zhì)流體機械運算與累計，電表是基于霍爾感應原理的計量。其中，水、電表計量比較成熟，變化更新小。而對于冷熱計量則有超聲波流量測計量、時間型分攤模擬計量兩種類別。超聲波流量計是需要測量流量、溫差和前端運算，從而得出期待的冷熱能耗記錄，時間分攤型模擬計量本身通過時間域的記錄，涵蓋運算處理的運用級手段，通過一部分參數(shù)的經(jīng)驗設定來獲得綜合后的能耗使用記錄。另外，由于圖形圖像識別技術(shù)的發(fā)展，市場上也出現(xiàn)有基于圖形圖像識別技術(shù)的直接讀儀表表頭數(shù)字的水計量表系統(tǒng)，這是一種另類且思路特別的發(fā)展旁支。在家居安防里還更會有火災感應、燃氣泄漏感應、入侵感應、運動目標感應，身份識別。火災探測、可燃氣體泄漏探測是傳統(tǒng)產(chǎn)品成熟運用，屬于開關(guān)量信號。在入侵感應、運動目標感應上則手段類別較多。常見的有分布電容探測、電磁感應探測、紅外探測、重力震動探測等等。其中重力震動探測在一些高靈敏度要求的場所甚至發(fā)展應用到震動光纖這樣的靈敏度極高的技術(shù)產(chǎn)品。身份識別是更多的基于計算機處理和數(shù)據(jù)運算技術(shù)的發(fā)展應用，比如指紋識別、眼虹膜識別、語音聲紋識別、生物特征圖形圖像識別。可見，傳感器除了狹義所依賴的技術(shù)發(fā)展以外，更會跨出傳感器本身，越來越多地運用計算與處理，涉及更多的智能化、模糊化運算。

信號傳輸直觀的可以分為有線傳輸系統(tǒng)與無線系統(tǒng)兩大類。

智能家居常用有線傳輸技術(shù)主要有RS485二總線；IEEE802.3以太網(wǎng)；EIB/KNX總線；Lon Works現(xiàn)場總線；X-10和PLC-BUS電力載波協(xié)議；C-BUS、Modbus、A-BUS現(xiàn)場開放總線；AXLink私有協(xié)議專用總線等7種類別。其主要特點與應用以及區(qū)別下面用一張表格（表1）來表達：

智能家居常用無線技術(shù)主要有RFID無線射頻，如RF433、RF315；Blue Tooth藍牙；WiFi（IEEE802.11a/b/g/n）無線局域網(wǎng)；ZigBee（IEEE802.15.4）、Z-Wave等5種類別。其主要特點與應用以及區(qū)別下面用一張表格（表2）來表達：

在智能家居系統(tǒng)里，不應單純地全部使用有線或者無線方案，應該視末端應用的數(shù)據(jù)特點，選擇無線、有線的適度搭配，發(fā)揮有線系統(tǒng)高可靠性和無線系統(tǒng)的移動性的特點，回避各自的短處。在不同協(xié)議轉(zhuǎn)換或系統(tǒng)結(jié)合處，須配置網(wǎng)關(guān)。一般以WiFi或ZigBee搭配KNX或LonWorks的混用形式較多。WiFi的特點是帶寬高，便捷性好不需要布線，缺點是長距離或承重墻金屬阻隔時信號衰減嚴重。LonWorks和KNX的特點是傳輸距離與可靠性高，適合擴展，末端變化靈活，缺點是需要嚴格的穿管布線。在選擇系統(tǒng)的形勢組合時并非自行設計產(chǎn)品，主要依賴于智能家居產(chǎn)品供應商，依據(jù)住宅需求和供應商不同類產(chǎn)品技術(shù)特點進行適度搭配和調(diào)整。

智能家居在結(jié)合建筑電氣在住戶體驗角度一般涉及的范圍有戶內(nèi)空氣質(zhì)量控制與調(diào)節(jié)，可視對講，感應門鎖，消防用煙感溫感探測。

可燃氣體探測，入侵探測，水電氣熱儀表數(shù)據(jù)傳輸與管理，燈光、窗簾、晾衣竿控制，家用電器控制，家庭攝像錄制與存儲，住戶用語音與數(shù)據(jù)，住戶生活計劃體驗等12種方面內(nèi)容，隨著技術(shù)的發(fā)展與更新會在未來有更多的內(nèi)容。

從智能家居應用方面的嚴格歸類來看，戶內(nèi)空氣質(zhì)量是直接結(jié)合于空調(diào)、采暖的形勢，也直接取決于住宅產(chǎn)品的類型。獨棟別墅、聯(lián)排別墅、普通多層高層住宅的空調(diào)、采暖形式有很多分類，主要是VRV戶式中央空調(diào)、分體空調(diào)、地源熱泵、地板采暖、新風處理、除塵除PM2.5系統(tǒng)等等。須根據(jù)住宅產(chǎn)品定位，對空調(diào)和智能化廠家提出具體的要求，一般都有現(xiàn)成的產(chǎn)品搭配。另外也需警惕捆綁式銷售，應根據(jù)實際需要作出適當?shù)恼{(diào)整和開發(fā)。控制的最終目標是結(jié)合具體的住宅產(chǎn)品，即要綠色節(jié)能，又要舒適方便，更要人性化利于維護。可視對講、感應門鎖、火災感應與燃氣探測報警、防盜報警、視頻錄像等歸類于安全防范子系統(tǒng)。可視對講可以與電梯預呼叫相關(guān)聯(lián)聯(lián)動。防盜報警可以與視頻錄像相關(guān)聯(lián)聯(lián)動。燈光、窗簾與遮陽、晾衣桿等控制對象因為驅(qū)動性質(zhì)均偏向于開關(guān)量或步進數(shù)字量，適合于自成子系統(tǒng)。另外安防體系，尤其是別墅產(chǎn)品的情況下，會從住戶到小區(qū)到社區(qū)設置兩重甚至三重安全級別，即與可視對講結(jié)合，又與社區(qū)安防產(chǎn)品結(jié)合。水、電、氣、熱表計量系統(tǒng)，一般由當?shù)厥姓块T壟斷，極少由開發(fā)商來組織實施，但也有成熟系統(tǒng)實現(xiàn)。家用電器的智能化，需獲得CECED認證的品牌電器，比如海爾品牌，這部分一般是預留接口給業(yè)主自行取舍，也有在展示樣板間的時候一步到位體現(xiàn)出科技的效果的。

下面列舉一些基于KNX總線的施耐德智能控制系統(tǒng)，來直觀體現(xiàn)智能化控制的思路，如圖1～圖3所示。

圖1中，KNX總線平臺的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)靈活，線型、星型、樹型多變。

圖2可見KNX總線平臺擴產(chǎn)性很強。

圖3體現(xiàn)EIB/KNX系統(tǒng)在弱電驅(qū)動強電方面有著成熟的市場成品應用。在組織配電盤生產(chǎn)上可避免生疏搭配不穩(wěn)定產(chǎn)品，遠離隱患在全壽命周期里提高工作的可靠性。

近年來，智能手機的廣泛應用，對人們的生活改變非常巨大。手機的智能化發(fā)展不但涵蓋生活的各方面，而且發(fā)展速度非常快。現(xiàn)在已經(jīng)有語音識別方面的市場化嘗試。比如蘋果手機的Siri、微軟的小娜、Google開泛語音平臺，國內(nèi)也有科大訊飛等廠商在努力做語音識別。未來的家居智能化一定會和語音識別深入交匯發(fā)展，可以說語音識別是未來家居智能化的不可避免的發(fā)展方向。手機的語音識別目前以蘋果的siri最為關(guān)注，使用人群廣泛、用戶接受度高。以下，就蘋果系統(tǒng)在家居智能化案例做一個簡要分析。

2016年蘋果推出HomeKit并開放API接口，在北京已經(jīng)與某房地產(chǎn)開發(fā)商建成落地一間基于homekit的智能化生活樣板展示區(qū)。Homekit平臺特點是更多的偏向于無布線，針對燈光、窗簾、電視（AppleTV）、門鎖、空調(diào)等末端點位，大量地使用WIFI，幾乎給每一個可執(zhí)行的末端配置了一個IP模塊，讓家居智能化的點位直接體現(xiàn)在蘋果手機的操作系統(tǒng)上。或者說，把智能家居“操作系統(tǒng)化”了，使得人們可以通過手機直接來操作智能家居末端。

蘋果的Homekit的系統(tǒng)框架思路是這樣的：首先直接基于操作系統(tǒng)的層面深入廣泛地應用，通過僅僅一個app界面，risc指令集通過手機網(wǎng)卡和TCP/IP協(xié)議發(fā)送給住宅室內(nèi)的蘋果無線路由器，另外關(guān)于智能電視的指令則直接發(fā)送給AppleTV。路由器再將指令分別發(fā)給各執(zhí)行終端。比如復雜組合燈光系統(tǒng)，Homekit要求直接面向蘋果無線路由器每一盞燈都具有IP尋址能力，這樣就可以作為設備直接映射給蘋果手機操作系統(tǒng)，由用戶界面直接調(diào)用。再比如復雜調(diào)光系統(tǒng)，Homekit是要求手機直接向蘋果無線路由器建立鏈路，然后蘋果路由器向蘋果的合作商Lutron網(wǎng)關(guān)建立鏈路，再由Lutron網(wǎng)關(guān)經(jīng)過協(xié)議轉(zhuǎn)換后直接指揮驅(qū)動末端調(diào)控光的Dimmer，Dimmer經(jīng)過繼電器來驅(qū)動配電盤的各相關(guān)回路接觸器，從而實現(xiàn)人工命令到機器執(zhí)行的全部過程。在家用情況下，其siri語音識別的能力躍然紙上，以蘋果手機、iPad或AppleTV等為后臺支持，人類的語音直接指揮控制所有的家庭設備，如圖4所示。

蘋果智能家居的特點最主要的是為每一個末端配置MAC地址，每一個末端都獲得授權(quán)封裝一個蘋果的處理芯片，把全體設備“操作系統(tǒng)化”，整個硬件系統(tǒng)的軟件可編程適應力會大大提高。這樣，對于末端設備來說，要加入Homekit系統(tǒng)，必須獲得蘋果的授權(quán)，形成由蘋果領(lǐng)頭、各末端設備廠家支持的全體系智能控制產(chǎn)業(yè)支持系統(tǒng)。目前在現(xiàn)實操作上，已經(jīng)有飛利浦、海爾空調(diào)等等很多廠家都在紛紛加入。由于蘋果的語音識別有著廣泛的市場接受度，由語音驅(qū)動操作智能化顯然是未來閃亮的方向，住宅客戶體驗會更好。相對于蘋果Homekit來說，Google Brillo和三星的Smart Things等等也在做著同樣的事情。

未來隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能這3個技術(shù)方向的飛速發(fā)展，必然將在智能家居方向有更加突破性的應用，更加透明化，用戶感覺不到智能家居設備的存在，然而能獲得人性化應用。

參考文獻

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