居住区智能家居控制探究

文｜金都房产集团有限公司 黄 斐

厦门万安智能股份有限公司杭州分公司 尹国平

1 引言

智能家居是IT技术、网络技术、控制技术向传统家用电子技术产业渗透发展的必然方向。随着数字电子技术、通信技术以及网络技术的蓬勃发展，人类对生活环境安全性、舒适性、高效性的要求不断升级，造就了对家居智能化需求的急剧升温。此外，计算机控制技术的发展与电子信息通信技术的成长，也促进了智能家居的发展。

2 智能家居的概念

智能家居又称智能住宅，在国外常用“Smart Home”表示，在一些媒体杂志中常见的称谓还有家庭自动化（Home Automation）、电子家庭（Electronic Home、E-home）、数字家园（Digital Family）、家庭网络（Home Net、Networks for Home）、网络家居（Network Home）、智能家庭/建筑（Intelligent Home/Building），在我国香港和台湾等地区，还有数码家庭、数码家居等称谓。

智能家居是以住宅为平台，兼备建筑、网络通信、数字家用电器、家居自动化功能，利用先进的综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术，将与家居生活有关的各个子系统有机集成，构建高效的住宅设施与家庭日常事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。

3 智能家居控制系统的分类

智能家居控制系统可以按体系结构特征分为拼凑型控制系统、对讲主机平台式控制系统、现场网关集成平台式控制系统三大类。拼凑型智能控制系统即常规的智能家居系统，既包括单个住宅中的智能家居系统，也包括在房地产小区中实施的基于居住区小区平台的智能家居系统，如深圳红树西岸项目采用的智能家居控制系统。而对讲主机平台式控制系统、现场网关集成平台式控制系统均属物理网智能家居控制系统，由智能化施工单位通过集成、二次开发实现，具有物联网智能家居集成所需的主要功能。它们与拼凑型智能控制系统的区别在于，前者需要在内网与外网之间建设家居控制服务器，衍生互联网访问平台，而后者则只局限于内网系统的完善。

4 智能家居子系统

智能家居系统包含的主要子系统有家居布线系统、家庭信息网络系统、智能家居（中央）控制管理系统、照明控制系统、户内安防系统、背景音乐系统、家庭影院与多媒体系统、家庭环境控制系统等。

5 智能家居通信网络技术

目前用以实现智能家居控制的信息网络和控制网络技术总体上可以归为总线通信技术、无线通信技术、电力载波技术三大类。

（1）电力线载波技术

电力线载波技术起源于美国，其中最具代表性的是X-10通信协议。X-10通信协议适用于X-10发送器与接收器之间，以家庭内的电力线缆为通信媒体，用于家庭安防、家用电器设备控制等家庭智能控制系统。X-10的缺点在于许多设备间均为单向通信，没有反馈机制；应用，特别是稳定性受限制较大——由于国内电力质量不高，X-10的信号传输往往不够稳定，需要增加各种阻波与滤波装置。就电力通信而言，其技术是成熟的，但要在智能家居中成功应用还需要进行一段时间的探索。

（2）无线网络技术

无线网络技术主要有802.11、Bluetooth（蓝牙）和HomeRF三种方案。

802.11技术是IEEE的无线局域网标准，目前运行在2.4GHz频段的802.11g传输速率可达108Mbps，更高传输速率（500Mbps以上）的802.11n也开始崭露头角。基于无线通信技术的系统，具有免布线、安装简单的优点，但目前多数此类产品都采用单向通信方式，各个开关之间也无法建立联动关系，应用某些要求220V交流电的火线和零线均连接到控制节点上的产品时必须重新布线。

蓝牙技术是一种廉价的、低功能的无线网络技术，工作在2.4GHz频段，数据传输速率为1Mbps，可以支持用户控制10m之内的蓝牙设备。

HomeRF技术主要为家庭网络而设计，也工作在2.4GHz频段。它采用了数字跳频扩频技术，HomeRF2.x的跳频速率为75跳/秒，数据峰值也高达10Mbps，能根据传输速率动态调整跳频带宽。

（3）总线技术

据初步统计，目前现场总线的标准有200多个。当前国际上具有代表性的现场总线技术与产品有FF总线、PROFIBUS、LonWorks、BACnet、CAN、INTER总线和CC-Link总线等。以双绞线为基础的家居控制总线主要分为CEBus（消费电子总线）、LonWorks、APBus、RS485、EIB（电气安装总线）。就总线本身而言，这几种总线的拓扑结构基本上是相同的。

6 拼凑型智能家居控制系统架构及工作原理

目前，国内智能家居市场上，各厂商及房产开发商出于宣传、销售的需要，往往把自己的单一子系统称为智能家居系统，而没有从其在完整系统中所处层次的角度上去引导用户。一些工程商在项目实施中，只是将可视对讲系统、安防系统、灯光系统等各原有独立的子系统简单堆砌在一起。各个功能子系统独立设计、自主工作，相互之间互不相连，不能交换数据，这导致了各子系统不能相互协调，得不到统一控制，网络的潜能与优势未能开发。以系统学的观点来看，这样的系统并不符合以上智能家居系统的定义，仅具有智能家居系统的雏形。

实践证明，智能家居的核心是系统集成化，各个子系统间集成的好坏往往成为决定智能家居系统能否有效运行的关键。对于各个子系统不具开放性的智能家居系统的设计实施而言，各子系统集成的工作是难点。

7 对讲主机平台式控制系统架构及工作原理

楼宇对讲系统从开始得到应用发展至今，从多线控制不联网到总线控制联网，从非可视到可视，再发展到今天基于TCP/IP传输的全数字技术，技术日趋成熟。楼宇对讲产品在房地产行业的带动下获得了巨大的发展空间。随着智能家居市场的逐渐升温，房产开发商开始为自己的楼盘寻找新的卖点，迫使工程商不得不在原有拼凑型智能家居控制系统之外寻求突破，对可视对讲系统与智能家居系统进行一系列整合，使得整个智能家居市场呈现出多种技术全面融合的趋势。由此，可视对讲系统在全数字化可视对讲的平台上扩展成为了智能家居系统——一个由家庭安防、远程控制、家庭娱乐、社区服务等子系统组成的家庭综合管理平台由此形成。

基于对讲平台的智能家居控制系统架构（在管理中心创建Web服务，集中开发B/S架构的智能家居控制软件界面）如图1所示。业主通过户内智能控制终端访问管理中心的Web服务器中相应的控制界面（IE链接，通过用户名及密码认证登录每户各自的个性化控制界面），通过终端触摸屏显示的控制界面触发相关控制操作；中心相应的管理服务器通过小区以太网向业主的智能控制终端或空调网关发送控制指令；智能控制终端或空调网关再将控制指令通过联网总线传至前端的受控设备，实现相应的控制功能。同理，业主还可通过Internet或智能手机远程访问小区内的Web服务器，通过用户名及密码认证，实现对其户内空调、智能家电、灯光的Internet远程控制功能。

图1 基于对讲平台的智能家居控制系统架构图

8 现场网关集成平台式控制系统架构及工作原理

家庭网关（Home Gateway）是户内控制和网络协议转换的中心，利用家庭网关（Home Gateway）可使所有可能的设备实现信息互通，可实现环境自动控制、就地集中监控、网络远程监控。家庭网络通过主网关实现家庭内部网络与外部网络的互联，通过子网关实现控制网络与信息网络的互联。在实际应用中，主网关和子网关通常在物理上是合为一体的，多协议的网关具有外部网络接口、内部局域网接口、控制网接口。家庭服务网络整合了APBus和Q-Bus两种控制总线、有线和无线局域网、固定和移动互联网。基于现场网关的智能家居控制系统集成架构如图2所示。

9 需解决的技术缺陷

（1）“人性化”缺陷

目前国内智能家居市场上，多数品牌的产品外观单一，同质化严重，无法与高端住宅装修风格相匹配。例如，作为人机界面的开关面板，场景功能没有图型说明，只有简单的文字、数字标识，或界面太多，所代表的功能不够直观易懂。这造成了除主人外，老人、小孩、客人都无法使用，“高科技”系统反而让人倍感头疼的尴尬局面；“千板一面”，缺少个性。

（2）尚未形成统一的接口标准和通信协议

各企业为了增加产品的“技术含金量”，往往会参照LonWorks、EIB、RS485等国际标准或者行业标准制定各自的智能家居网络接口标准和数据传输协议。虽然这些协议能保证智能家居系统的顺畅运行，但是这些传输协议和接口标准与其他企业的产品不通用、不兼容，无法融入到更高层次的控制系统中。于是用户在智能家居系统出现问题，需要更换配件时，只能选择开发商提供的同品牌产品，不能更换其他厂家的产品。这给用户带来了诸多不便。

（3）无法支持智能家居DIY

智能家居作为一种新兴的电子化产业，为诸多房产开发商对楼盘的宣传提供了更多内容——及时性、安全性、实用性、稳定性、人性化等。智能家居系统已成为了居住区智能化工程的标准配套系统，其宣传与实施已完全固化。但是，大家却遗漏了智能家居系统更高层次的价值——满足个性化的需求。笔者认为，智能家居产业应当在充分巩固当前成果和发展的前提下，形成一体化“傻瓜”式的模式——充分支持在已搭建系统的基础上进行任意的DIY。

图2 基于现场网关的智能家居控制系统集成架构图

（4）系统设备稳定性、可靠性

智能家居系统包括控制设备、执行设备及前端设备，其中执行设备一般可以分为电源、开关量模块、调光模块、窗帘控制模块等。仔细研究以上设备的关联程度，不难发现其实智能家居系统的控制均是环环相扣的；因此在设计、实施智能家居系统时对产品的选择和设计理念要有充分的考虑。选择带有备份强切功能的模块，设计融合、保留部分非受控回路是我们必需要考虑的；否则一旦系统出现故障而物业管理公司、工程集成单位的售后服务反应速度又未能满足需要，损失将是难以承受的。

10 智能家居控制系统的发展方向

（1）智能家居将可以支持DIY

中国人口众多，城市住宅也多选择密集型住宅小区的形式，因此很多房地产商会站在整个小区智能化的角度来看待家居的智能化，促成了涵盖包括智能家居系统在内的各种智能化系统的智能小区的出现。欧美由于独体别墅的居住模式流行，住宅多散布城镇周边，没有很集中的大规模集群，因此住宅多与市镇相关系统直接相连，没有类似国内的小区的一级系统（这就是美国仍盛行ADSL、Cable Modem等宽带接入方式，而国内光纤以太网发展迅猛的原因）。因此欧美的智能家居系统多独立安装，自成体系；而国内习惯上将它当作智能小区的一个子系统来考虑——这种做法在前一阶段应该说是可行的，而且是实用的，因为以往设计选用的智能家居功能系统多是小区配套的系统。但是，智能家居最终会独立出来，自成体系；住宅的主人终将可以完全自由地选择智能家居系统。届时，即使是小区统一配套安装的系统，也应该可以支持用户根据其需要自由选择相应的产品和功能、进行升级，甚至支持对整个系统设计不感兴趣的用户独立安装一套其他系统。总之，支持DIY将是智能家居未来的发展方向。

（2）智能家居产品将成为系统化家用电器的“多功能控制器”

随着数字化技术的不断发展，网络家电产业得以迅速扩张，而智能家居产品的标准化必然加快网络家电产业的整合。未来3～5年，智能家居产品势必将成为配套家电产业的附属产品，冲击家电行业市场，真正意义上成为家电产品的“多功能控制器”，从“贵族”产品向“平民化”转型。

11 结束语

智能家居控制系统的技术发展目前还有非常大的可提升空间，而个性化、标准化、智能化、产业化将是其发展的必然趋势所在。尽管现在的产品尚显稚嫩，但是，随着技术的不断进步和成熟，智能家居产品必然会焕发出更加蓬勃的生机，跨步走入千万家庭。

从技术的发展和行业的扩张性上来看，智能家居产业和家电产业的整合将逐步开始。相信通过厂家不断的技术创新和功能拓展，赋予住宅产品勃勃生机和智慧的智能家居时代将不再遥远。

1 中国智能家居联盟网.http://www.ehomecn.com/.

2 中国智能建筑信息网.http://www.ib-china.com/.

3 向忠宏.智能家居.人民邮电出版社，2002.

4 周洪，胡文山，张立明，等.智能家居控制系统.中国电力出版社，2006.

5 邵伟.智能家居.http://baike.baidu.com/view/37089.htm.