智能家居技术简要梳理与发展方向

王维强

摘 要：今年国内房地产行业的发展，带来家居智能化方面的快速飞跃。下面就房地产住宅行业当前智能家居发展主流产品的技术应用特点以及苹果系统在家居智能化方面的实际应用做一些简单的梳理分析，希望能为同行业读者们方便地了解到当前该领域技术与应用情况，以及未来可能的技术发展方向。

关键词：智能家居；发展；系统

中图分类号：TP273 文献标识码：A

智能家居是基于传感器、信号传输、运算处理这3个方面的市场商用技术历史成熟度与发展期望。

传感器最初源于工业传感器和仪表。主要侦测的物理量是温湿度、压力、流量、速度以及一些开关量、过程量甚至模糊运算等等。如水表、冷热计量表、燃气表等是基于物质流体机械运算与累计，电表是基于霍尔感应原理的计量。其中，水、电表计量比较成熟，变化更新小。而对于冷热计量则有超声波流量测计量、时间型分摊模拟计量两种类别。超声波流量计是需要测量流量、温差和前端运算，从而得出期待的冷热能耗记录，时间分摊型模拟计量本身通过时间域的记录，涵盖运算处理的运用级手段，通过一部分参数的经验设定来获得综合后的能耗使用记录。另外，由于图形图像识别技术的发展，市场上也出現有基于图形图像识别技术的直接读仪表表头数字的水计量表系统，这是一种另类且思路特别的发展旁支。在家居安防里还更会有火灾感应、燃气泄漏感应、入侵感应、运动目标感应，身份识别。火灾探测、可燃气体泄漏探测是传统产品成熟运用，属于开关量信号。在入侵感应、运动目标感应上则手段类别较多。常见的有分布电容探测、电磁感应探测、红外探测、重力震动探测等等。其中重力震动探测在一些高灵敏度要求的场所甚至发展应用到震动光纤这样的灵敏度极高的技术产品。身份识别是更多的基于计算机处理和数据运算技术的发展应用，比如指纹识别、眼虹膜识别、语音声纹识别、生物特征图形图像识别。可见，传感器除了狭义所依赖的技术发展以外，更会跨出传感器本身，越来越多地运用计算与处理，涉及更多的智能化、模糊化运算。

信号传输直观的可以分为有线传输系统与无线系统两大类。

智能家居常用有线传输技术主要有RS485二总线；IEEE802.3以太网；EIB/KNX总线；Lon Works现场总线；X-10和PLC-BUS电力载波协议；C-BUS、Modbus、A-BUS现场开放总线；AXLink私有协议专用总线等7种类别。其主要特点与应用以及区别下面用一张表格（表1）来表达：

智能家居常用无线技术主要有RFID无线射频，如RF433、RF315；Blue Tooth蓝牙；WiFi（IEEE802.11a/b/g/n）无线局域网；ZigBee（IEEE802.15.4）、Z-Wave等5种类别。其主要特点与应用以及区别下面用一张表格（表2）来表达：

在智能家居系统里，不应单纯地全部使用有线或者无线方案，应该视末端应用的数据特点，选择无线、有线的适度搭配，发挥有线系统高可靠性和无线系统的移动性的特点，回避各自的短处。在不同协议转换或系统结合处，须配置网关。一般以WiFi或ZigBee搭配KNX或LonWorks的混用形式较多。WiFi的特点是带宽高，便捷性好不需要布线，缺点是长距离或承重墙金属阻隔时信号衰减严重。LonWorks和KNX的特点是传输距离与可靠性高，适合扩展，末端变化灵活，缺点是需要严格的穿管布线。在选择系统的形势组合时并非自行设计产品，主要依赖于智能家居产品供应商，依据住宅需求和供应商不同类产品技术特点进行适度搭配和调整。

智能家居在结合建筑电气在住户体验角度一般涉及的范围有户内空气质量控制与调节，可视对讲，感应门锁，消防用烟感温感探测。

可燃气体探测，入侵探测，水电气热仪表数据传输与管理，灯光、窗帘、晾衣竿控制，家用电器控制，家庭摄像录制与存储，住户用语音与数据，住户生活计划体验等12种方面内容，随着技术的发展与更新会在未来有更多的内容。

从智能家居应用方面的严格归类来看，户内空气质量是直接结合于空调、采暖的形势，也直接取决于住宅产品的类型。独栋别墅、联排别墅、普通多层高层住宅的空调、采暖形式有很多分类，主要是VRV户式中央空调、分体空调、地源热泵、地板采暖、新风处理、除尘除PM2.5系统等等。须根据住宅产品定位，对空调和智能化厂家提出具体的要求，一般都有现成的产品搭配。另外也需警惕捆绑式销售，应根据实际需要作出适当的调整和开发。控制的最终目标是结合具体的住宅产品，即要绿色节能，又要舒适方便，更要人性化利于维护。可视对讲、感应门锁、火灾感应与燃气探测报警、防盗报警、视频录像等归类于安全防范子系统。可视对讲可以与电梯预呼叫相关联联动。防盗报警可以与视频录像相关联联动。灯光、窗帘与遮阳、晾衣杆等控制对象因为驱动性质均偏向于开关量或步进数字量，适合于自成子系统。另外安防体系，尤其是别墅产品的情况下，会从住户到小区到社区设置两重甚至三重安全级别，即与可视对讲结合，又与社区安防产品结合。水、电、气、热表计量系统，一般由当地市政部门垄断，极少由开发商来组织实施，但也有成熟系统实现。家用电器的智能化，需获得CECED认证的品牌电器，比如海尔品牌，这部分一般是预留接口给业主自行取舍，也有在展示样板间的时候一步到位体现出科技的效果的。

下面列举一些基于KNX总线的施耐德智能控制系统，来直观体现智能化控制的思路，如图1～图3所示。

图1中，KNX总线平台的网络结构灵活，线型、星型、树型多变。

图2可见KNX总线平台扩产性很强。

图3体现EIB/KNX系统在弱电驱动强电方面有着成熟的市场成品应用。在组织配电盘生产上可避免生疏搭配不稳定产品，远离隐患在全寿命周期里提高工作的可靠性。

近年来，智能手机的广泛应用，对人们的生活改变非常巨大。手机的智能化发展不但涵盖生活的各方面，而且发展速度非常快。现在已经有语音识别方面的市场化尝试。比如苹果手机的Siri、微软的小娜、Google开泛语音平台，国内也有科大讯飞等厂商在努力做语音识别。未来的家居智能化一定会和语音识别深入交汇发展，可以说语音识别是未来家居智能化的不可避免的发展方向。手机的语音识别目前以苹果的siri最为关注，使用人群广泛、用户接受度高。以下，就苹果系统在家居智能化案例做一个简要分析。

2016年苹果推出HomeKit并开放API接口，在北京已经与某房地产开发商建成落地一间基于homekit的智能化生活样板展示区。Homekit平台特点是更多的偏向于无布线，针对灯光、窗帘、电视（AppleTV）、门锁、空调等末端点位，大量地使用WIFI，几乎给每一个可执行的末端配置了一个IP模块，让家居智能化的点位直接体现在苹果手机的操作系统上。或者说，把智能家居“操作系统化”了，使得人们可以通过手机直接来操作智能家居末端。

苹果的Homekit的系统框架思路是这样的：首先直接基于操作系统的层面深入广泛地应用，通过仅仅一个app界面，risc指令集通过手机网卡和TCP/IP协议发送给住宅室内的苹果无线路由器，另外关于智能电视的指令则直接发送给AppleTV。路由器再将指令分别发给各执行终端。比如复杂组合灯光系统，Homekit要求直接面向苹果无线路由器每一盏灯都具有IP寻址能力，这样就可以作为设备直接映射给苹果手机操作系统，由用户界面直接调用。再比如复杂调光系统，Homekit是要求手机直接向苹果无线路由器建立链路，然后苹果路由器向苹果的合作商Lutron网关建立链路，再由Lutron网关经过协议转换后直接指挥驱动末端调控光的Dimmer，Dimmer经过继电器来驱动配电盘的各相关回路接触器，从而实现人工命令到机器执行的全部过程。在家用情况下，其siri语音识别的能力跃然纸上，以苹果手机、iPad或AppleTV等为后台支持，人类的语音直接指挥控制所有的家庭设备，如图4所示。

苹果智能家居的特点最主要的是为每一个末端配置MAC地址，每一个末端都获得授权封装一个苹果的处理芯片，把全体设备“操作系统化”，整个硬件系统的软件可编程适应力会大大提高。这样，对于末端设备来说，要加入Homekit系统，必须获得苹果的授权，形成由苹果领头、各末端设备厂家支持的全体系智能控制产业支持系统。目前在现实操作上，已经有飞利浦、海尔空调等等很多厂家都在纷纷加入。由于苹果的语音识别有着广泛的市场接受度，由语音驱动操作智能化显然是未来闪亮的方向，住宅客户体验会更好。相对于苹果Homekit来说，Google Brillo和三星的Smart Things等等也在做着同样的事情。

未来随着物联网、大数据、人工智能这3个技术方向的飞速发展，必然将在智能家居方向有更加突破性的应用，更加透明化，用户感觉不到智能家居设备的存在，然而能獲得人性化应用。

参考文献

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[2]张云勇，房秉毅.基于物联网的智能家居技术标准化现状及发展建议[J].移动通信，2010（15）：25-29.

[3]张达勇.智能家居系统的功能安全设计[J].数字社区&智能家居，2010（Z1）：70-78.