浅析嵌入式技术在智能家居系统中的应用

叶园

摘 要 随着物联网技术、嵌入式技术以及Internet技术的不断发展，人们对生活的安全、舒适、便捷等方面的要求越来越高，人们对智能家居系统的性能需求也在不断提升。智能家居系统是利用计算机、嵌入式系統和通信网络技术将各种家用设施通过家庭网络连接到一起，从而为人们提供更为便利舒适的生活。本文介绍了智能家居系统的特点、嵌入式系统的特征，并对嵌入式技术在智能家居系统中的应用进行了探讨。

关键词 嵌入式技术 智能家居系统 应用

随着科学技术的飞速发展和人民生活水平的不断提高，人们对家庭住宅需求的概念也发生了彻底的改变。人们正在从以往追求房屋空间的宽阔和装饰的豪华，向着追求品味、安全、舒适、便捷和智能方向发展。智能家居系统是建筑艺术、生活理念与信息技术、电子技术、自动化技术等现代高科技手段完美结合的产物，它的出现满足了人们对住宅高性能、智能化的要求。

一、智能家居系统的特点

智能家居，又称智能住宅，在国外常用SmartHome来表示，是利用先进的计算机技术、网络通讯技术、综合布线技术、依照人体工程学原理，融合个性需求，将与家居生活有关的各个子系统如安防、灯光控制、窗帘控制、煤气阀控制、信息家电、场景联动、地板采暖等有机地结合在一起，通过网络化综合智能控制和管理，将一个被动静止的家居环境提升为一个具有一定智慧协助能力的人性化的生活帮手，实现“以人为本”的全新家居生活体验。

智能家居系统属于个人范围内的通信系统。其主要方式就是在家庭内部组成家电的数据传输和控制网络，最后将这个网络与Internet相连。与一般通信网络相比，智能家居系统具有以下特点：（1）灵活易扩展：方便系统内部增加或更新设备，更易于连接现有网络。（2）系统具备标准化：系统内部的各种设备规范化。（3）具有较高的实时性：可以根据当时的家庭环境进行实时的调整。（4）具有较高的安全性：与外界进行信息交换时能保证系统安全，同时，系统也有较强的抗干扰能力和稳定性。（5）系统可靠：易维护及拓展升级。

根据智能家居系统的概念和特点，在使用的过程中会受到数据速率、通信距离和安全性的影响。

二、嵌入式系统的特征

嵌入式系统（EmbeddedSystem），是一种“完全嵌入受控器件内部，为特定应用而设计的专用计算机系统”，是用来控制或者监视机器、装置、工厂等大规模设备的系统。通常情况下，嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板，事实上，所有带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是是由单个程序实现整个控制逻辑。

嵌入式系统有以下几个重要特征：（1）系统内核小。由于嵌入式系统一般是应用于小型电子装置的，系统资源相对有限，所以内核较传统的操作系统要小得多。（2）专用性强。嵌入式系统的软件系统和硬件的结合非常紧密，一般要针对硬件进行系统的移植，即使在同一品牌、同一系列的产品中也需要根据系统硬件的变化和增减不断进行修改。（3）系统精简。嵌入式系统一般没有系统软件和应用软件的明显区分，不要求其功能设计及实现上过于复杂，这样一方面利于控制系统成本，同时也利于实现系统安全。（4）具有较强的实时性。因为嵌入式系统常用于具体的生产和生活，故对其实时性要求很高。嵌入式系统在存储器的设计上基本都使用计算速度较快的闪存Flash，在配以软件的相应设计，使得系统能够快速而准确地响应各种外部事件。（5）生命周期长。嵌入式系统与具体应用有机结合在一起，升级换代也是同步进行。因此，嵌入式系统产品一旦进入市场，具有较长的生命周期。

三、嵌入式技术在智能家居系统中的应用

智能家居的目标是：通过家庭智能化平台，人们可以通过电话或者浏览器在任何时候、任何地点对家中的电器（比如：空调、电视、热水器、电饭煲、电灯、报警器等）进行远程控制。譬如，在下班途中，预先将家中的电灯打开、空调启动、让热水器提前烧好热水、电饭煲煮好香喷喷的米饭等;而这一切的实现仅仅是打一个电话或者点下鼠标。

随着嵌入式系统芯片性能的不断提高，嵌入式技术的应用也越来越广泛：工业控制、家用电器、医学检验、网络设备、智能开关、汽车制造、航空航天……特别是嵌入式系统的应用结合到人类的生活起居中，逐渐形成了一个以住宅为平台，兼备网络通信、信息家电和设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境，这对人类的生活效率和生活质量产生深远的影响。

嵌入式智能家居控制系统主要可以对以下居家功能进行设置及控制：

（1）可视对讲。在门厅、书房等处安装可视对讲系统。来访客人必须经住户同意，由住户遥控开启单元防盗门方可进入。单元门口主机也可以通过网络与管理中心主机相连，将来访者输入的信号同时传到管理主机上，便于值班人员掌握客人来访的清况。以上的功能，在新建的住宅小区，已经得到了广泛使用。

（2）报警。报警可以分为防盗报警、防灾报警、紧急呼救及报警等。

防盗报警。在室外的公共区域，例如过道和楼梯的墙面或吊顶处安装防盗探头，在室内安装红外线探头，如有人非法侵入就会探测到并即时报警。另外，还可选用高速照相机或摄像机，一旦发生报警，将自动对现场照相或录像。这些功能，也在目前新建的住宅小区得到了广泛应用。

防灾报警。在房间内安装煤气泄漏探头及感温、感烟探头。当发生可燃性气体泄漏时，就会发出报警信号。目前大部分小区的报警信号是直接与管理中心主机相连的。其实，在嵌入式技术的指导下，触发报警后，除了可以通过网络向小区管理中心报警，还可以通过Internet或拨打住户设定的电话进行报警。同时，在室内当所探测范围内温度升高或烟雾弥漫，火灾探测器就会探测到并即时报警（声光报警或通信报警），在开启屋内排气扇排除有害气体的同时，如有消防喷淋系统，则会自动进行喷淋。

紧急呼救及报警系统。在户内多处设紧急呼救报警按钮，如卧室床头、书房或卫生间内。当发生被盗、病人突发疾病等紧急情况时，可直接向小区保安中心报警，也可以通过Internet或拨打住户设定的电话进行报警，使住户得到及时的救助。

（3）远程操作智能家电。

智能家电将微处理器和嵌入式技术引入家电设备中，具有远程控制、中心通信等功能，并可自动监测自身故障，进行自动调节、控制和测量。它是可以进行信息存储并且可进行远程操作的个人使用设备，也称为网络家电、信息家电。信息家电支持统一的标准协议，相互间可以访问识别，具有一定的智能。

智能家电都会有数据接口，可以通过数据网络实现远程遥控。即：可以通过电话、手机短信、Internet等远程控制家用电器（如微波炉、电饭煲、热水器、空调器、洗衣机、冰箱等），同时利用传感器和语音识别技术可以实现家电的主动响应和声控功能。总之，未来的智能家电将朝着网络化、云端化、自适应进化、多种智能化、绿色化这五个方面发展。

（4）信息终端。可以接收小区管理中心发出的小区公告、住户通知等，浏览网页，接收邮件、手机短信，以及查询报警信息等。

（5）自动抄表。将带电子采集器的天然气表、电表、水表、暖气表等从户内布线通过家庭信息接入箱引到户外的系统采集总成，与小区的物业管理中心连接，在管理中心主机上可随时用人工或自动的方式抄录三表的读数。输入当地水、电、气的价格就可自动计算费用，并打印出读数、计费的情况。

（6）远程监控。当家中有老人、小孩等需要照顾时，可以在上述这些人所在的环境安装摄像头，可通过网络远程观察到需照顾人的状况。此外，当防盗报警被触发后，也可以通过Internet远程监控家中事态的进展情况。

（7）音乐、视频及灯光控制音频、视频信号通过分配后连接到各个需要的房间，实现一台VCD（DVD）播放，多个房间可通过电视机观看的目的。在家中安装背景音响系统及灯光集中控制系统，可以通过网关上的手触屏，以及电话、手机短信、Internet等远程控制家中的插座，进而实现对家中的音响、视频及灯光的集中控制。

科学技术的不断发展是社會信息化不断发展的动力，信息家电、智能家居等概念的不断涌出也让每个家庭作为社会信息终端的作用日益显著，与智能家居产品相关的智能家居控制系统的关键技术也在不断的发展。

在物联网技术、嵌入式技术以及Internet技术的不断发展下以及主流消费者对智能家居接受程度的提高，除了以上一些已经实现的智能家居控制，智能家居控制系统将会扩大到人们日常生活、学习的方方面面，给人们的生活带来意想不到的惊喜，而嵌入式技术的引入也必将加速智能家居的发展。

参考文献：

[1]张海峰.智能家居系统解决方案[J].智能建筑与城市信息，2010.

[2]陈良银.智能家居系统的设计与实现[J].新疆大学学报（自然科学版），2011.

[3]向军，谢赞福.基于嵌入式Internet/Intranet的智能家居系统模型及实现[J].计算机工程与设计，2010.

（作者单位：武汉商学院机电工程与汽车服务学院）