智慧家居系統(tǒng)的建設(shè)分析

張曉東

南京長江都市建筑設(shè)計股份有限公司 江蘇南京 210002

1 智慧家居的發(fā)展簡述

隨著電氣技術(shù)的發(fā)展，各種可以控制的設(shè)備走進人們的生活中，包括照明、窗簾、空調(diào)等設(shè)備，因此產(chǎn)生了智能家居系統(tǒng)，對照明電氣回路、窗簾的電機、空調(diào)的控制接口進行信號采集或協(xié)議解析，實現(xiàn)控制。智能家居系統(tǒng)根據(jù)不同的使用模式，進行邏輯組合，產(chǎn)生的場景控制，大大簡化了操作。但是智能家居系統(tǒng)實施需要一定的專業(yè)技術(shù)能力，交互手段單一，對使用人員的操作能力有所要求。

近年來，各種智能技術(shù)、傳感控制技術(shù)飛速發(fā)展，產(chǎn)生很多家居使用的智能設(shè)備，并在家居中廣泛使用。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，能對海量數(shù)據(jù)進行分析以及應(yīng)用，因此智慧家居系統(tǒng)孕育而生，并開發(fā)出各類智慧應(yīng)用，應(yīng)用使用簡單高效，提高了家居舒適度和安全性。智慧家居系統(tǒng)能夠自動運行管理，并能實現(xiàn)語言交互，視頻識別，可充當(dāng)管家角色[1]。

2 空間的賦能要求

相對于智能家居，智慧家居系統(tǒng)強調(diào)從應(yīng)用的頂層進行規(guī)劃，即家居到底需要什么樣的智慧應(yīng)用，再規(guī)劃建設(shè)底層的基礎(chǔ)子系統(tǒng)。智慧應(yīng)用即對居住空間進行賦能，包括環(huán)境自控、家電控制、空間保護、人員關(guān)懷等。

居住的環(huán)境因素主要包括水、電、燃氣、空氣、光線等。水的相關(guān)檢測以及控制內(nèi)容主要包括進戶水閥的開關(guān)狀態(tài)、進水總管水質(zhì)的初效過濾、飲用水各項指標檢查，廚房、衛(wèi)生間以及洗衣機等用水處的漏水監(jiān)測，以及戶總用水量的檢測。電的相關(guān)檢測以及控制內(nèi)容主要包括市電電源輸入狀態(tài)、各相電壓檢測、電流檢測、功率檢測，配電箱內(nèi)溫度（檢測配電模塊以及配電線路的溫度），危險回路的通斷（比如電水壺、電磁爐、熱水器等）。燃氣的檢測以及控制內(nèi)容主要包括燃氣閥的通斷以及狀態(tài)反饋，燃氣的泄漏檢測。空氣的相關(guān)檢測主要包括有害氣體、空氣污染顆粒即PM2．5、環(huán)境溫濕度、CO2濃度。光線的檢測以及控制內(nèi)容主要包括：燈具、窗簾、遮陽、照度采集。

空間需具備保護功能，包括了智能門鎖防脅迫、防入侵功能、門窗狀態(tài)監(jiān)測、求助報警等。人員關(guān)懷包括生命特征監(jiān)測、老年人防跌倒監(jiān)測，但老人發(fā)生意外時，報警信息及時發(fā)送到家庭成員手機APP[2]。

3 智慧家居系統(tǒng)的整體構(gòu)架

智慧家居系統(tǒng)由各類采集器、傳感器、執(zhí)行器、紅外轉(zhuǎn)發(fā)器、協(xié)議網(wǎng)關(guān)、語音以及圖像交互設(shè)備和中心處理機等組成。整個系統(tǒng)的通訊技術(shù)多樣，包含本地ZIGBEE、紅外、總線、WIFI，遠程通信基于internet、5G技術(shù)。因為普通使用者不具備系統(tǒng)的維護能力，從而系統(tǒng)應(yīng)具備較強的自我檢測能力，實時檢查系統(tǒng)內(nèi)所有設(shè)備在線狀態(tài)、故障以及工作狀態(tài)，并能及時上報給用戶終端。

4 基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)

智能家居系統(tǒng)交互設(shè)備包括中心管理機、交互面板。水控基礎(chǔ)設(shè)施包括電磁閥、水質(zhì)監(jiān)測儀、過濾器、凈化器等。電控基礎(chǔ)設(shè)施包括接觸器、溫度傳感器、智能插座、智能燈具等。燃氣基礎(chǔ)設(shè)施包括燃氣閥、可燃氣體泄漏探測器等。空氣基礎(chǔ)設(shè)施包含空氣質(zhì)量監(jiān)測儀、空氣凈化器、加濕除濕器、電動開窗器等。光線控制的基礎(chǔ)設(shè)施包含智能燈具、照度傳感器、電動窗簾等。空間保護的基礎(chǔ)設(shè)施包含入侵報警探測器、門磁窗磁、緊急求助按鈕、智能門鎖等。人員關(guān)懷的基礎(chǔ)設(shè)施包含智能手環(huán)。

5 場景應(yīng)用

智慧家居系統(tǒng)可根據(jù)季節(jié)、天氣、人員活動狀況、不同的功能空間，營造最舒適的居住條件。

居住空間一般包含玄關(guān)、客廳、廚房、臥室、書房、衛(wèi)生間等，每個功能空間均有多種生活場景模式和獨立的調(diào)節(jié)功能。每個空間可部署場景面板以及語音交互面板。

玄關(guān)是回家踏入的首個功能區(qū)或離家的最后一個功能區(qū)，可打造白天回家、夜晚回家、離家、出差、迎賓等場景。白天回家場景下，開啟空調(diào)設(shè)備，打開窗簾，危險插座回路打開，安防系統(tǒng)撤防。夜間回家場景下開啟空調(diào)設(shè)備，打開玄關(guān)以及客廳基礎(chǔ)照明燈，危險插座回路打，安防系統(tǒng)撤防。迎賓（只有夜間模式）場景下開啟空調(diào)設(shè)備，根據(jù)照度開啟玄關(guān)以及客廳氛圍燈，危險插座回路打，安防系統(tǒng)撤防。機器人管家能夠自動識別進入人員，并在家庭成員手機APP中發(fā)布消息。離家場景下，關(guān)閉空調(diào)設(shè)備，關(guān)閉布簾，關(guān)閉所有照明回路，關(guān)閉危險插座回路，安防系統(tǒng)布防。出差場景下，關(guān)閉空調(diào)設(shè)備，關(guān)閉布簾，關(guān)閉所有照明回路，危險插座回路關(guān)閉，家用電器插座以及普通插座關(guān)閉（冰箱插座除外），安防系統(tǒng)布防[3]。

臥室可打造普通、起床、閱讀、影視、睡眠、起夜場景。普通場景下，基礎(chǔ)照明燈開啟。起床場景下，窗簾打開、新聞播報。閱讀場景下，閱讀燈打開，影視設(shè)備關(guān)閉。影視場景下，影視設(shè)備打開，窗簾關(guān)閉，氛圍燈亮度調(diào)低。睡眠場景下，窗簾關(guān)閉，影視設(shè)備關(guān)閉，照明燈關(guān)閉，空調(diào)低速運行。起夜場景下，起夜燈以及相關(guān)區(qū)域燈具進入起夜場景照明。

總之，場景可根據(jù)基礎(chǔ)設(shè)備以及應(yīng)用需求訂制。

6 智慧系統(tǒng)的特色應(yīng)用

舒適應(yīng)用：自動檢測室內(nèi)溫度、濕度，調(diào)節(jié)空調(diào)風(fēng)速，調(diào)節(jié)鍋爐出水溫度，控制除濕、加濕設(shè)備，檢測空氣中CO2濃度，控制新風(fēng)機或開啟通風(fēng)窗戶。檢測PM2．5濃度、甲醛濃度，開啟空氣凈化設(shè)備。可遠程發(fā)指令給智慧系統(tǒng)，預(yù)啟動空調(diào)等設(shè)備，當(dāng)用戶到家時環(huán)境溫度適宜。

節(jié)能應(yīng)用：自動檢測室內(nèi)人員活動狀態(tài)，當(dāng)沒有人員活動時，進入低能耗運行模式。出差模式下，關(guān)閉地暖設(shè)備。

安全應(yīng)用：當(dāng)處于布防狀態(tài)時，有人員進入時，系統(tǒng)會將提示信息發(fā)送到家庭成員手機APP。可配置有視頻采集的機器人管家，能夠拍攝進入人員的面部特征，如系統(tǒng)已錄入人臉信息則不報警，并將人員到家信息發(fā)送至家庭成員手機APP，否則將陌生人員的照片發(fā)送至家庭成員手機APP。

系統(tǒng)可與城市大數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接，獲取公共信息，如雨天可自動關(guān)閉窗戶。

健康應(yīng)用：家有老年人時，可佩戴智能手環(huán)，當(dāng)生命特征不正常或跌倒時，對應(yīng)信息發(fā)送到家庭成員手機APP。

7 行業(yè)展望

隨著人工智能的發(fā)展，系統(tǒng)的智慧應(yīng)用越來越豐富，操作越來越簡易，智能設(shè)備層出不窮，如何融入到智慧家居平臺中，關(guān)鍵是協(xié)議的開發(fā)以及對接，需要建立相應(yīng)標準，才能降低場景以及應(yīng)用的開發(fā)難度。