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智能家居論文范文1

關鍵詞：家庭控制器自動監控安全防范

l引言

隨著國民經濟和科學技術水平的提高，特別是計算機技術、通信技術、網絡技術、控制技術的迅猛發展與提高，促使了家庭實現了生活現代化，居住環境舒適化、安全化。這些高科技已經影響到人們生活的方方面面，改變了人們生活習慣，提高了人們生活質量，家居智能化也正是在這種形勢下應運而生的。

2智能家居控制系統概述

智能家庭控制系統是以HFC、以太網、現場總線、公共電話網、無線網的傳輸網絡為物理平臺，計算機網絡技術為技術平臺，現場總線為應用操作平臺，構成一個完整的集家庭通信、家庭設備自動控制、家庭安全防范等功能的控制系統。

智能家居控制系統的總體目標是通過采用計算機技術、網絡技術、控制技術和集成技術建立一個由家庭到小區乃至整個城市的綜合信息服務和管理系統，以此來提高住宅高新技術的含量和居民居住環境水平。

系統通常由系統服務器、家庭控制器(各種模塊)、各種路由器、電纜調制解調器頭端設備CMTS、交換機、通訊器、控制器、無線收發器、各種探測器、各種傳感器、各種執行機構、打印機等主要部分組成。

3智能家居控制系統功能

智能家庭控制系統的主要功能包括家庭通信、家庭設備自動控制、家庭安全防范三個方面。

3．1家庭通信

家庭通信可采用電話線路、計算機互聯網、CATV線路、無線局域網等方式。

(1)電話線路

通過電話線路實現雙向傳輸語音信號和數據信號。

(2)計算機互聯網

通過互聯網實現信息交互、綜合信息查詢、網上教育、醫療保健、電子郵件、電子購物等。

(3)CATV線路

通過CATV線路實現VOD點播和多媒體通信。

(4)無線局域網

通過無線收發器、天線、各種無線終端，實現雙向傳輸數據信號。

3．2家庭設備自動監控

家庭設備自動監控包括電器設備的集中、遙控、遠距離異地(通過電話或Internet)的監視、控制及數據采集。

(1)家用電器的監視和控制

按照預先所設定程序的要求對熱水器、微波爐、視像音響等家用電器進行監視和控制。

(2)熱能表、燃氣表、水表、電度表的數據采集、計量和傳送根據小區物業管理的要求所設置數據采集程序，通過傳感器對熱能表、燃氣表、水表、電度表的用量進行自動數據采集、計量，并將采集結果遠程傳送給小區物業管理系統。

(3)空調機的監視、調節和控制

按照預先所設定的程序，根據時間、溫度、濕度等參數對空調機進行監視、調節和控制。

(4)照明設備的監視、調節和控制按照預先設定的時間程序，分別對各個房間照明設備的開、關進行控制，并可自動調節各個房間的照度。

(5)窗簾的控制

按照預先設定的時間程序，對窗簾的開啟／關閉進行控制。

3．3家庭安全防范

家庭安全防范主要包括多火災報警、可燃氣體泄漏報警、防盜報警、緊急求救、多防區的設置、訪客對講等。家庭控制器內按等級預先設置若干個報警電話號碼(如家人單位電話號碼、手機電話號碼、尋呼機電話號碼和小區物業管理安全保衛部門電話號碼等)，在有報警發生時，按等級的次序依次不停地撥通上述電話進行報警(可報出家中是哪個系統報警了)。同時，各種報警信號通過控制網絡傳送至小區物業管理中心，并可與其它功能模塊實現可編程的聯動(如可燃氣體泄漏報警后，聯動關閉燃氣管道上的電磁閥)。

(1)防火災發生

通過設置在廚房的感溫探測器和設置在客廳、臥室等的感煙探測器，監視各個房間內有無火災的發生。如有火災發生家庭控制器發出聲光報警信號，通知家人及小區物業管理部門。家庭控制器還可以根據有人在家或無人在家的情況，自動調節感溫探測器和感煙探測器的靈敏度。

(2)防可燃氣體泄漏

通過設置在廚房的可燃氣體探測器，監視燃氣管道、灶具有無燃氣泄漏。如有燃氣泄漏家庭控制器發出聲光報警信號，并聯動關閉燃氣管道上的電磁閥，同時通知家人及小區物業管理部門。

(3)防盜報警

防盜報警的防護區域分成兩部分，即住宅周界防護和住宅內區域防護。住宅周界防護是指在住宅的門、窗上安裝門磁開關，在對外的玻璃窗、門附近安裝玻璃破碎探測器；住宅內區域防護是指在主要通道、重要的房間內安裝被動紅外探測器或被動紅外／微波雙技術探測器。當家中有人時，住宅周界防護的防盜報警設備(門磁開關、玻璃破碎探測器)設防，住宅內區域防護的防盜報警設備(紅外探測器或被動紅外／微波雙技術探測器)撤防。當家人出門后，住宅周界防護的防盜報警設備(門磁開關、玻璃破碎探測器)和住宅內區域防護的防盜報警設備(被動紅外探測器或被動紅外／微波雙技術探測器)均設防。當有非法侵入時，家庭控制器發出聲光報警信號，并通知家人及小區物業管理部門。另外，通過程序可設定報警裝置的等級和報警器的靈敏度。

(4)訪客對講

住宅的主人通過訪客對講設備與來訪者進行雙向通話或可視通話，確認是否允許來訪者進人。住宅的主人利用訪客對講設備，可以對大樓入口門或單元門的門鎖進行開啟和關閉控制。

(5)緊急求救

當遇到意外情況(如疾病或有人非法侵入)發生時，按動報警按鈕向小區物業管理部門進行緊急求救報警。緊急求救信號在網絡傳輸中具有最高的優先級別，由于是人在緊急情況下的求救信號，其誤報的可能性很小。

智能家居控制系統類型

4．1系統類型

智能家庭控制系統可分成采用公共電話網的智能家庭控制系統、HFC的智能家庭控制系統、以太網的智能家庭控制系統、LonWorks的智能家庭控制系統、KS485的智能家庭控制系統、無線網的智能家庭控制系統等類型。

4．2基本特點、功能、適用范圍

(1)采用公共電話網的智能家庭控制系統采用公共電話網的智能家庭控制系統圖參見國家建筑標準設計<智能家居控制系統設計施工圖集》03X602第14頁。

·基本特點：家庭智能控制器內配置了與電話線連接的收發器，利用電話網絡作為信息傳輸網。該系統不僅在功能上能完全滿足要求，而且大大地簡化了布線，可以節省布線的投資。

·系統組成：系統由系統服務器、家庭控制器(內置了與電話線連接的收發器)、路由器、收發器、各種探測器、各種傳感器、各種執行機構、打印機等組成。

·系統功能：實現家庭通信、家庭設備自動控制、家庭安全防范。

·適用范圍：該系統適用于新建、擴建的智能化住宅(小區)工程，且特別適用于改造的智能化住宅(小區)工程，利用原有的電話線就可實現數據信號的共網傳輸。

(2)采用HFC的智能家庭控制系統

采用HFC的智能家庭控制系統圖參見國家建筑標準設計<智能家居控制系統設計施工圖集》03X602第15頁。

·基本特點：家庭智能控制器內配置了CableModem，利用有線電視的HFC網絡作為信息傳輸網。該系統不僅在功能上能完全滿足要求，而且大大地簡化了布線，可以節省布線的投資。

HFC網絡采用共享方式，其共享帶寬為36Mbps。當上網人數較多時，上網的速度會變慢。由于CableModem設備費用較高，用戶網絡的開通費用高。

·系統組成：系統由系統服務器、家庭控制器(內置了CableModem)、路由器、電纜調制解調器頭端設備CMTS、有線電視傳輸網絡、各種探測器、各種傳感器、各種執行機構、打印機等組成o

·系統功能：實現家庭通信、家庭設備自動控制、家庭安全防范。

·適用范圍：該系統適用于新建、擴建的智能化住宅(小區)工程，且特別適用于改造的智能化住宅(小區)工程，僅將原有的有線電視HFC網絡進行雙向改造，就可實現數據和圖像信號的共網傳輸。

(3)采用以太網的智能家庭控制系統

采用以太網的智能家庭控制系統圖參見國家建筑標準設計<智能家居控制系統設計施工圖集》03X602第16、17頁。

·基本特點：家庭智能控制器內配置了以太網網卡，利用以太網作為信息傳輸網。以太網同時支持住戶計算機和智能家庭控制系統。該系統不僅在功能上能完全滿足要求，而且大大地簡化了布線，可以節省布線的投資。

以太網傳輸速率較高，傳輸速率有10Mbps、100Mbps等。根據傳輸距離的要求，由小區物業管理中心至各樓交換機采用5類以上4對對絞線、多模光纜或單模光纜，由交換機至家庭控制器采用超5類4對對絞電纜。

·系統組成：系統由系統服務器、家庭控制器、路由器、交換機、各種探測器、各種傳感器、各種執行機構、打印機等組成。

·系統功能：實現家庭通信、家庭設備自動控制、家庭安全防范。

·適用范圍：該系統適用于新建、擴建和改造的智能化住宅(小區)工程，用以太網實現數據和圖像信號的雙向傳輸。

(4)采用LonWorks的智能家庭控制系統采用LonWorks的智能家庭控制系統圖參見國家建筑標準設計《智能家居控制系統設計施工圖集如3X602第21、22、23頁。

·基本特點：采用一個覆蓋全部ISO／OSI標準七層通信協議、開放性的LonWork總線技術，一臺系統服務器最多可連接127臺LONWorks路由器，一臺LonWorks路由器最多可連接63臺家庭控制器。每臺家庭控制器為LonWork一個通道上的網絡節點，每個網絡節點包括有神經元(NEURON)芯片、振蕩器、電源、一個通過媒介通信的收發器和與監控設備接口的I／O設備(電路)、存儲器等。

LonWorks直接通信距離可達2700m(雙絞線、78Kbps)，其通信傳輸速度最大可達1．25Mbps(此時有效傳輸距離為130m)。LonWorks路由器至小區物業管理中心線路長度超過2700m時，需在總線上加裝中繼器。傳輸線通常采用雙絞線，根據需要也可采用同軸電纜或電力線。

·系統組成：由系統服務器、家庭控制器、路由器、LonWorks路由器、交換機、各種探測器、各種傳感器、各種執行機構、打印機等組成。

·系統功能：實現家庭通信、家庭設備自動控制、家庭安全防范。

·適用范圍：該系統特別適用于新建、擴建的智能化住宅(小區)工程。

(5)采用KS485的智能家庭控制系統

采用KS485的智能家庭控制系統圖參見國家建筑標準設計<智能家居控制系統設計施工圖集>03X602第18、19、20頁。

·基本特點：KS485串行接口總線為主從式網絡，它的通信為半雙工、采用雙向單信道連接方式。RS485串行接口總線的傳輸介質采用雙絞線，它可以高速地進行遠距離傳輸，傳輸速度與傳輸距離的技術指標如下：傳輸速率為10Mbit／s時，最大傳輸距離是12m；傳輸速率為1Mbit／s時，最大傳輸距離是120m；傳輸速率為100kbit／s時，最大傳輸距離是1200m。

·系統組成：由系統服務器、家庭控制器、路由器、通訊器、控制器、各種探測器、各種傳感器、各種執行機構、打印機等組成。

·系統功能：實現家庭通信、家庭設備自動控制、家庭安全防范。

·適用范圍：該系統特別適用于新建、擴建的智能化住宅(小區)工程。

(6)采用無線網的智能家庭控制系統

采用無線網的智能家庭控制系統圖參見國家建筑標準設計<智能家居控制系統設計施工圖集>03X602第24、25頁。

·基本特點：利用無線作為信息傳輸網，該系統不僅在功能上能完全滿足要求，而且從系統服務器至家庭控制器、家庭控制器至各種現場末端裝置均采用無線傳輸方式，小區、樓內、戶內無需布線，施工簡單，可以節省施工的投資。

無線網的工作頻率符合IEEE802．11b標準要求。

·系統組成：由系統服務器、家庭控制器、無線收發器、各種探測器、各種傳感器、各種執行機構、打印機等組成。

·系統功能：實現家庭通信、家庭設備自動控制、家庭安全防范。

·適用范圍：該系統適用于新建、擴建的智能化住宅(小區)工程，且特別適用于改造的智能化住宅(小區)工程，不用敷設線路就可實現數據信號的傳輸。

5系統設計及產品選用要點

5．1智能家庭控制系統類型的選用

新建、擴建的智能化住宅(小區)工程，宜采用LonWorks的智能家庭控制系統、以太網的智能家庭控制系統或采用RS485的智能家庭控制系統。改造的智能化住宅(小區)工程，宜采用公共電話網的智能家庭控制系統、HFC的智能家庭控制系統或無線網的智能家庭控制系統。

5．2家庭控制器的選用

家庭控制器的選用主要包括功能、總線技術及模塊化設計、擴展功能、可按用戶的基本要求進行配置等方面的選用要求。

(1)家庭控制器功能的選用

家庭控制器通常具有以下功能：

·家庭防盜報警；

·家庭火災報警；

·家庭燃氣泄露報警；

·家庭緊急求助；

·遠程設防與撤防；

·遠程報警；

·訪客對講；

·家用電器監控；

·家用表具數據采集及處理；

·空調機監控；

·接入網接口；

·小區電子公告；

·信息查詢；

·家用設備報修等。

(2)家庭控制器功能的選擇

在工程設計中，家庭控制器功能的選擇可參見下表所示。

5．3總線技術及模塊化設計

·家庭控制器要求采用總線技術，如LonWorks、R5485、BACnet、C^NBlls、CEBus、X一10；

·家庭控制器要求采用模塊化設計，以便用戶可以根據需求選擇不同的模塊完成不同的功能。

5．4擴展功能

家庭控制器要有一定的擴展功能，考慮能適應今后發展的需要。

5．5可按用戶的基本要求進行配置應能根據用戶提出有哪些被控設備及監視控制要求(功能要求)等因素，來對家庭控制器組成進行配置，包含模塊種類的選擇和各種模塊數量的選擇。設備的安裝

6．1交換機、路由器、控制器、放大箱、分配箱、電話分線箱

2．在住戶內安裝入侵報警探測器。

具有語音對講及控制開啟樓道人口處防盜門功能。

1~2點

熱能表、燃氣表、水表、電度表的自動抄收及遠傳、超限判斷、自動檢查、分時計費、實時計量、管理功能。

提高級(2A)

在室內安裝可燃氣體泄

漏自動報警裝置。且能就地

發出聲光報警信號。

1．在住戶內兩處安裝緊急按鈕開關。

2．在住戶內安裝入侵報警探測器，在戶門、及用臺、外窗安裝

人侵報警裝置。

具有語音對講及控鑭開啟樓道人口處防盜門功能。可實

現住戶與安防監控中心的直接聯系。

2點以上

熱能表、燃氣表、水表、電度表的自動抄

收及遠傳、超限爿斷、自動檢查、分時計費、實時計量、管理功能。

先進級(3A)

1．在室內安裝可燃氣體泄漏自動報警裝置，當燃氣體泄漏報警后能自動切斷氣源、打開捧氣裝置，且能就地發出聲光報警信號。

2．在住戶內設置火災自動報警裝置。

1．在住戶內不少于兩處安裝緊急按鈕開關。

2．在住戶內安裝入侵報警探測器，在戶門及陽臺門、外窗安裝入侵報警裝置。

具有語音、可視對講及控翻開啟樓道入口處防盜門功能，可實現住戶與安防監控中心的直接聯系。

2點以上

熱能表、燃氣表、水表、電度表的自動抄收及遠傳、超限判斷、自動檢查、分時計費、實時計量、管理功能。

這些設備均應安裝在電氣豎井內或公共走道的墻上(內)。

6．2家庭控制器

暗裝(或明裝)在墻內(上)，其底邊距地面1．4m左右。家庭控制器應設置在住戶大門附近(宜距戶門0．5m以內)，且容易操作(包括設防與撤防)的地方。

6．3可燃氣體探測器

安裝在廚房內的燃氣管道、灶具附近，當住戶使用的是天然氣，燃氣探測器吸頂棚安裝在距頂棚300ram以內的地方；當住戶使用的是液化石油氣，燃氣探測器安裝在距地面300mm以內地方。

6．4感溫探測器設置在廚房內，它吸頂棚安裝。

6．5感煙探測器設置在起居室、臥室等房間內，它吸頂棚安裝。

6．6緊急按鈕開關

設置在起居室沙發和主臥室床頭附近的墻上，及衛生間的墻上。緊急按鈕開關暗裝在墻內，其底邊距地面0．5m~1．2m。

6，門(窗)磁開關

安裝在門扇和門框內或窗扇和窗框內。

6．8玻璃破碎探測器

安裝在窗戶和玻璃門(陽臺)附近的墻上或吸頂棚安裝。

6．9被動紅外侵入探測器和被動紅外／微波雙技術探測器

安裝在住戶的主要通道、重要的房間內，它吸頂棚安裝或安裝在頂棚的墻角處。

6．10紅外遙控器

安裝在被控電器設備正面附近的墻上，距離不能超過紅外線工作范圍，且與電器設備之間沒有遮擋。

7工程設計實例

以二室戶型為例介紹戶內的智能家庭控制系統設計，設計標準采用康居住宅先進級(3A)。采用以太網的家居控制系統，家庭控制器與戶內各模塊之間采用R．$485總線，家庭控制器可通過電話線或計算機網絡接收控制指令、發出信息，所選用的家庭控制器具有可視訪客對講功能。家居控制系統圖參見國家建筑標準設計<智能家居控制系統設計施工圖集>03X602第17頁，二室戶型家居控制平面圖參見圖1、2所示，家庭控制器與室內設備的連接參見圖3所示。

在起居廳、臥室設置了感煙探測器，廚房設置了感溫探測器、可燃氣體探測器，各房間的窗戶、陽臺推拉門上及附近設置了門(窗)磁開關和玻璃破碎探測器，起居廳設置了被動紅外侵入探測器，起居廳、臥室、衛生間設置了緊急按鈕開關。對電、水、燃氣進行計量；可對餐廳、起居廳、臥室的燈進行控制；當可燃氣體探測器探測到有燃氣泄漏后，聯動控制關閉燃氣管道上電磁閥、開啟排煙風機；當有各種探測器報警后，聯動警報發聲器發出報警聲音。

家庭控制器共提供13路輸入：電度表(電度表安裝在照明配電箱內)、燃氣表、熱能表、可燃氣體探測器、感溫探測器、感煙探測器、緊急按鈕開關、被動紅外侵入探測器、玻璃破碎探測器各1路，水表、門(窗)磁開關各2路。

家庭控制器共提供7路輸出：警報發聲器控制1路、燃氣管道上電磁閥控制1路、排煙風機控制1路、照明控制4路。

三室戶型、復式結構、別墅的智能家庭控制平面圖及家庭控制器與室內設備的連接參見國家建筑標準設計<智能家居控制系統設計施工圖集》03X602。

智能家居論文范文2

智能家具是在互聯網的影響之下物聯化體現。智能家具是使用現代通訊技術、數字信息處理技術，實時采集不同的信號，然后使用控制器對信號進行處理、上報到信息管理平臺，最終對用戶需求作出反應的家具。家具可以與家居環境中其他設備（如音視頻設備、照明系統、空調控制、安防系統、數字影院系統、影音服務器、影柜系統、網絡家電等）連接到一起，提供家電控制、照明控制、電話遠程控制、室內外遙控、防盜報警、環境監測、暖通控制、紅外轉發以及可編程定時控制等多種功能和手段。[1]

2智能家具的構成

智能家具應當由控制系統、執行系統、傳動系統、傳感器、家具本體這五個部分組成。[2]控制系統：即由微處理器、存儲器構成的微電子計算機。其任務是對所采集的數據進行數據處理和計算，并向各系統發出控制指令，指揮智能家具系統的運作，是智能家具的“大腦”。執行系統：智能家具的動力源，執行控制系統的指令做出相應的反應，是智能家具的末端元件。傳動系統：用以改變智能家具的狀態，如高度、角度等。運用傳動裝置可以使家具產生物理性動作。傳感器：智能家具的信息采集工具，通過感知外界的物理條件或化學條件，并把信息傳給控制系統。家具本體：即家具產品本身，是其他構件的載負平臺。

3智能老年家具的設計原則

人性化：智能老年家具不僅要追求技術上的進步，并且要體現與老年人的關系。高科技與使用者需達到最佳的統一，使家具更易被老年人接受。信息共享：智能老年家具將可實現信息多設備傳輸，使所獲信息不局限于單一家具，而是可以上傳到云端，供多設備參考以及社區醫療使用。安全性：老年人因其自身體質的脆弱，故家具安全性十分重要。而智能家具需借助電路、機械構件、電器等危險設備，所以在設計時需充分考慮安全性與功能的協調性、互容性。易用性：老年人對新事物的接受程度不及年輕人，對智能家具的操作需要盡量易懂、易用。高科技材料：所用材料需結合現今的技術，實現自動控制調整，適應外界變化。環保性：結合當今的社會潮流，產品要在整個生命周期貫徹環保意識。環保需要人人參與、人人執行。

4云計算的概念

云技術是一個大型的且可擴展的相關能力的技術，通過互聯網技術和以服務的形式提供給外部用戶，可以進一步細分云計算和云服務。云計算集中在IT技術方面，通過虛擬化和自動化技術，以創造更多的計算資源，云服務是基于虛擬模型、信息技術、包括計算、存儲和帶寬，以服務的形式，通過互聯網提供測試人員。云計算的重要性，是基于云服務本身和相關的軟件和硬件產品制造。廣泛接入網絡、快速靈活、測量服務，按需服務和資源池是云計算的5種基本性質，云計算的三種服務模式包含軟件即服務、平臺即服務和基礎設施即服務；公共云、專用云、混合云和社區云是其4種部署模型。[3]這部分主要介紹了兩種基于云的數據處理技術：個性化數據挖掘技術和個性化數據推送技術。

5云技術的特點

（1）虛擬化：用戶利用云計算可以在任何位置、使用各種終端獲取應用服務。這種終端可以是一個筆記本電腦，移動電話，以及其他各類電子移動設備。用戶可以利用終端通過網絡來完成所需要的服務。（2）高可靠性：使用云計算比使用本地計算機可靠，因為云計算使用了計算節點同構可互換、數據多副本容錯等措施，來保障服務的高可靠性。（3）普遍性：“云”不是為一個特定的應用，在云計算下可以組合出不斷變化的新應用，不同的應用程序能在一個“云”中同時運行。（4）按需服務：“云”像一個巨大的資源池，按需購買，它的資源可以像自來水、電力和天然氣定價。

6老年人智能家具設計分析

6.1桌案類老年家具

（1）智能調整系統：當老年人需要吃飯、讀書時，智能化家具的桌面可以自動調整，包括桌面高度調整、角度調整、自動旋轉等功能，可以確保老年人使用方便，防止老年人使用疲勞。（2）智能化照明系統：老年人對光的反應隨年齡的增大變得緩慢，照明燈光過強或過弱都不利于眼睛健康。智能照明系統顧名思義是把照明功能嵌入到家具表面，對光強進行檢測、報警、保證老年人光線適度，時長合適，防止眼睛疲勞。智能照明能夠進行光強控制、定時控制、亮度梯度控制，也具備延遲熄滅，定時亮滅等控制功能。

6.2坐臥類老年家具

6.2.1座椅、沙發

（1）智能調節系統：功能角度調整：座斜度（座面與水平面的角度）自動調節、背斜角（靠背和水平面角）自動調整、頭部角度調整、坐面旋轉、為老年人提供合理的位置，并通過調整保證經常改變姿勢；高度調整功能：坐高（椅子、凳子、沙發）自動調節，靠背高（肩部，腰部、頸部三個要點）自動調整，扶手高度自動調整。（2）智能按摩系統：座面、靠背面、腳部、腿部、頸部等都可以配備按摩功能，幫助老年人健康按摩。（3）智能識別系統：帶有識別系統的“智能沙發”可以識別坐在沙發上的人，甚至根據程序自動喚醒躺在特定位置的老年人。智能輪椅利用導航系統，使用傳感器和激光連續搜索周圍的障礙，通過一個計算機分析選擇在人群中的行徑路線。此舉可以實現在人群中的自由穿梭。

6.2.2床類老年家具

（1）智能控制系統：控制、調節家具角度和高度，滿足不同老人的身體需求。智能調節功能在老年人床類家具中多用于醫療、康復等方面。（2）智能照明系統：床頭的照明系統可以從照度、曝光時間、曝光方法進行調整。（3）智能溫度控制系統：控溫系統可以實現床類的溫度控制，確保老人有一個溫暖舒適的休息環境。（4）智能提示系統：提醒老年人何時可以醒來，何時睡覺，能夠幫助養成健康、規律的好習慣。（5）智能化材料：智能化的材料有益于老年的健康。例如：老年人使用智能材料制作的床墊、枕頭，可以改善他們的睡眠質量。

7結束語

智能家居論文范文3

Abstract： With the continuous development of the technology of the Internet of things， people's expectations and definition of the family no longer stick to the traditional way of life. The smart home has become a hot research in the field of information technology in recent years. In this paper， the smart home design of Internet of things is based on FPGA technology. It can collect the information of temperature， humidity and light intensity in real time， implement the environmental control system， intelligent fish raising system， intelligent food and beverage systems， multimedia control system， security alarm system and other functions， and provide new physical network smart home life experience for the users.

關鍵詞：智能家居；FPGA；ZigBee；無線傳感器節點

Key words： smart home；FPGA；ZigBee；wireless sensor node

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）18-0068-02

0 引言

智能家居系統的概念起源于上世紀70年代的美國，隨后，傳播到歐洲、日本等國并且得到了很好的發展。在我國，智能家居這一概念推廣較晚，約在90年代末家居智能化系統才得以進入國內，但發展速度驚人。隨著物聯網技術的不斷發展，根據人們需求而開發設計的智能家居系統擁有更加優越及復雜的配置，可以將家庭中各種通信設備、家用電器以及家庭保安裝置通過物聯網技術連接起來，實現環境控制、養魚養花、燒水煮飯、多媒體控制及安全報警等功能，并可以異地監控、管理、報警，為住戶提供安全舒適、高效便利的學習生活及工作環境。

由于智能家居系統還缺乏統一明確的國際標準，許多公司開發出的產品都是基于自己組網和信息交換協議，很多產品是針對特定的組網環境開發的，部分核心技術沒有對外公布，技術復雜，直接導致了使用范圍的局限性。再者，缺乏對應的第三方產品，各個接入設備之間不能兼容，互操作性差，不利于產品的擴充，因而進一步局限了產品的發展。再加上有的系統成本過高，嚴重影響了產品的普及。本文通過FPGA構建了一個嵌入式控制處理平臺，利用FPGA技術低功耗、定制性高、擴展性強、接口靈活等優點，實現了物聯網智能家居控制部分的設計，能夠滿足家居需要。

1 FPGA在物聯網智能家居中的應用

目前常見的智能家居系統大多基于ARM的嵌入式系統，這類系統并不能同時支持多種無線通信協議。通過整合多種無線通信控制方式，來實現基于FPGA的物聯網智能家居控制器，為智能家居的控制領域探索了一種新可行性的方法。利用FPGA芯片可自由定制以及接口靈活性的特點，設計智能家居控制器各個模塊，相比ARM單片機支持串口少的短板，可以使系統在同一時刻支持多種通信方式，從而使系統具有更高的適應性和可擴展性，能夠同時控制多達31個家用電器，基本滿足日常家居需要。基于FPGA的物聯網智能家居在設計實現的過程中，使用了Quartus II等集成開發環境，以及ModelSim專業仿真工具，利用Verilog HDL硬件描述語言，在Altera公司的DE2開發板上進行開發設計。

2 基于FPGA的物聯網智能家居設計

2.1 系統功能

基于FPGA的物聯網智能家居系統能夠最大限度地使家居更加智能化，其三大關鍵功能是通過網絡信息終端進行信息的獲取、處理以及，進行信息的及時反饋；對相應的單元以及一些機構進行控制，實現實時監測；兼容性一定要足夠強大。該系統特色功能具體如下：

①環境控制系統：對室內溫度、濕度、亮度進行實時測量，通過人設模式控制空調、加濕器、窗簾、燈光等設備達到宜居的室內環境；②智能養花系統：通過測量相關參數，提供澆水、施肥、遮蓋陽光等功能，可以遠程監控養花，或者自動養花；③智能養魚系統：通過測量相關參數，提供補氧、喂食、控溫、換水等功能，可以遠程監控養魚，或者自動養魚；④智能餐飲系統：通過控制燒水壺、微波爐、電飯鍋等設備電源及煤氣開關，完成燒水、蒸煮、烹飪等功能，可以遠程監控完成或自動完成；⑤多媒體系統：通過開關控制，可以遠程操控電視、音響、電腦等設備；⑥完全報警系統：通過測量相關水電氣參數或者紅外感知參數，對室內實時監控，如有危險提示則報警。

2.2 系統架構

該系統是以單個家庭為單位進行安裝，智能家居控制臺采用大唐移動公司研制的智能家居控制試驗箱，ZigBee中心節點采集環境信息。FPGA相當于智能家居系統中的管理中心，其核心是采用Altera公司推出的32位高性能軟處理器nios2與每個子節點連接。管理中心通過串口可根據接收到的ZigBee中心節點數據進行處理，并通過家庭總線系統與其他節點設備進行關聯操作，實現家庭環境的監測與管理，從而為用戶提供安全、舒適的生活或工作環境。智能家居控制器系統結構圖如圖1所示。

2.3 硬件結構

2.3.1 FPGA部分

系統的核心控制部分由FPGA實現，其設計思路是：采用Altera公司DE2-70開發平臺來完成系統設計，從ZigBee網絡傳輸過來的數據經過串口后存儲到DE2-70開發板上的SDRAM中，在FPGA控制平臺上，由Altera的IP核構成Nios II軟核，并植入FPGA芯片中，然后通過軟件編寫來實現FPGA控制平臺的功能，然后系統從SDRAM中讀取數據后將溫度、濕度等信息顯示在LCD液晶屏上。FPGA系統的Nios II軟核結構如圖2所示。

2.3.2 無線傳感器節點

無線傳感器模塊由ATMEGA128和CC2420組成，CC2420通過SPI總線連接到ATMEGA128。CC2420是Chipcon As公司推出的首款符合2.4GHz IEEE802.15.4標準的射頻收發器，該器件包括眾多額外功能，是第一款適用于ZigBee產品的RF器件。該模塊能夠在低電壓低頻率模式下開始工作，同時能夠進行低功耗操作，還能夠支持許多種不同的低功耗模式，例如睡眠模式以及深度睡眠模式等，都是可以實現的，從而達到系統更加智能化的目的。無線傳感器模塊如圖3所示。

2.3.3 ZigBee中心節點

ZigBee中心節點使用大唐移動公司研制的智能家居控制試驗箱配套產品，模塊內嵌工作頻率2.4GHz基于IEEE802.15.4標準的ZigBee通信協議，支持最新的RS232串行模式，在此標準通信協議下，經測試，ZigBee中心節點每次接力通信都能在75m范圍內提供250kbps的速率，能在網狀或多次跳接無線網絡內支持串行數據路由，速率最高可達38.4kbps，能夠達到目前國內產品的最好性能，完整體現了最新ZigBee網絡層的強大功能。

3 結論

本系統通過FPGA構建了一個嵌入式控制處理平臺， 利用FPGA技術低功耗、定制性高、擴展性強、接口靈活等優點，實現了物聯網智能家居控制部分的設計。最終通過Altera公司的DE2開發板驗證，本控制系統在板載50MHz的時鐘頻率下穩定運行，實驗結果達到了預期目標。該系統中的部分模塊已在我學院SMT實訓基地自主開發研制并生產。另外以該系統項目為例，通過翻轉課堂教學模式激發了學生的實踐操作能力、創新能力，對在研課題具有較好的理論價值和實際意義。

參考文獻：

[1]韓德強.嵌入式家庭控制器系統的設計與實現[J].電子技術應用，2008（3）：23-25.

[2]文璧，張潔，徐謙.基于無線射頻與FPGA技術的數據采集系統[J].中國測試，2009.

智能家居論文范文4

摘要：本文就智能家居在房屋建筑中的應用做了簡單探討，同時討論了智能家居在我國的發展現狀和發展趨勢，以及當前我國智能家居發展存在的問題。介紹了有關樓宇智能化與家居智能化的構成與功能，同時討論了智能家居系統在“綠色建筑”中的應用，對于節約能源、綠色環保有著很大的貢獻。

關鍵詞：智能家居；智慧家庭；綠色建筑；智能化

1 引言

S著經濟和科學技術的高速發展，越來越多的科技手段被應用到建筑中，各種風格的智能建筑慢慢興起。普通的建筑漸漸的無法讓當今的人們滿意，智能家居與建筑的結合使得許多人眼前一亮。一些互聯網科技公司更是開發許多智能家居的硬件，使得近幾年“智能家居”受到越來越多的人的關注，讓“智能家居”更是成為近些年的熱點話題。

2 智能家居簡介與發展現狀

2.1 智能家居概述

智能家居是指智能系統管理總平臺連接控制家庭設施與日常安排事項的各個子系統，在網絡通信與自動控制技術的載體上，實現在普通建筑中智能化的系統。智能家居可以通過這個系統能讓我們的生活更加科技感，更加智能。建筑中的智能家居的應用一般包含樓宇智能化（家居外部）與家居智能化（家庭內部）。樓宇智能化提升了我們外部環境的質量，而家居智能化優化了我們家居環境的狀況。

2.2 智能家居發展現狀與問題

智能家居的概念最早起源于1984年美國康涅迪格州出現的一座智能型建筑，它開創性的將智能控制技術與建筑設備相結合，通過計算機控制建筑設備進行控制，同時全天候顯示與監測各個設備的信息。從此以后，世界各地如美國，日本，新加坡等都開始將智能化與信息化應用到建筑建設中，而智能家居系統成為了發展智能建筑中的重要方向。

我國在智能化發展的道路中存在了以下幾點問題：（1）關于智能家居的科學研究落后，實踐時沒有好的科學理論指導。（2）智能家居的市場并不十分開放，各廠家沒有統一標準的通訊協議，不能夠相互兼容。（3）沒有完全掌握用戶需求，還并沒有達到舒適安全且方便的要求。（4）承包商與施工、設計部門缺乏經驗，并不能按照標準設計、施工、調試。

3 智能化系統的構成與功能

3.1 樓宇智能化系統概述與功能

在樓宇中應用網絡信息技術和智能控制技術，優化建筑中的結構、系統、服務、管理，以此實現建筑的舒適性、綠色性和高效性。樓宇智能化系統對建筑物中的空調設備、熱源設備、給排水設備、照明設備、供配電設備實行24小時自動監控和控制，實現集中管理。實現對辦公、通信、安全防范和建筑的自動化運行與控制。采用這種系統能大大提高工作效率，減少能耗，節省人力物力，提升樓宇的安全性與環境的舒適性。

3.2 家居智能化系統概述與功能

3.2.1 家居智能化系統構成

一套完整的智能家居系統應包含通信系統，主控系統，物理執行終端，外網與內網互聯的網關。主控系統如需要遠程控制在通信系統下下達指令，終端執行運行。如手機通過wifi下達開啟空調命令，智能空調執行開啟命令運行或者空調控制器讓空調開啟。各種傳感信息被各種各樣的傳感設施接收，然后就會自動引發對應的系統來控制命令。固然也能夠手動操控觸發控制命令，即使人在外地也能通過網絡遠程操控家居設備。

3.2.2 家居智能化系統功能

智能家居系統可以實現對諸如空調、電視、燈具、甚至是電飯煲等家用電器的控制。即使主人不在屋內，也可以遠程實現對家用電器的啟停與控制，極大的方便了用戶，提高了我們的生活質量。家居的安全防范是人們關注智能家居的最重要的功能。通過這項系統可以實現家庭現狀的監控、自動報警、家庭成員的SOS求助和遠程醫療等功能。門磁探測、窗磁探測、煙霧報警器、可燃氣體報警器、戶內報警裝置、安防監控功能。此系統可以與手機或者電腦等智能終端相連接，當出現異常狀況時常，自動推送到終端提示消息，提醒家庭成員注意查看異常狀況。這樣就算人們在外面，即使相隔幾千里也能隨時看到家里的實時狀況，可以做到未雨綢繆。WIFI的發展促進了科技的進步，許多智能終端在WIFI的作用下都能實現它不可思議的功能。手機基于WIFI下能變身遙控器控制電視調節頻道，還可以當做游戲手柄玩游戲。當在外突然發現有一部想要看的電影，你可以通過智能路由器將這些影片一鍵離線下載至路智能路由器自帶的存儲空間，回到家里我們就能用智能終端欣賞到視頻，省下又要下載的等待時間。

4 智能家居在“綠色建筑”中的應用

4.1 “綠色建筑”概述

“綠色建筑”指從建筑的選址、設計、施工、操作、維修、改造、拆除過程中，在保證的質量的前提下，以最大程度節省資源，減少環境污染，是一類使用過程環保和資源節約型的建筑。它的內部耗能是高效的，不浪費能源的，它融入周圍環境，與大自然和諧共處。它的“綠色”不是指一般含義的綠化，它是對環境的保護，具有可持續發展，生態，環保等特點。而智能家居本身就具有低碳性，在燈光智能控制、智能用電、空氣檢測等等都具有很高的節能效果，因此智能家居是綠色建筑的有力幫手。

4.2 智能家居的“綠色”應用

智能家居可以將家中的用電設備如空調、熱暖器、加濕器物聯起來，當溫度、濕度到達我們設定的數值時，家用電器可以自動的休眠或者關閉，物盡其用的使用電器，從而能大大的節約電量、降低能耗。在智能、方便的同時，還能過上低碳生活。將傳感技術引入智能家居，室內空氣污染包括裝修材料污染和呼出氣體污染，可以通過空氣質量監控傳感器對室內的空氣質量狀況進行實時的檢測，塑造舒適、清新、怡人的居家環境。當某項空氣超標對人體有害時，系統會自動打開通風系統與窗戶，同時向家庭成員的手機推送環境污染危機信息。“綠色建筑”建造時期應該合理考慮使用天然能源，像太陽能、風能、水能等等，結合智能家居系統的調配與控制，這樣可以使我們的建筑更加低碳環保且合理利用資源。

5 智能家居的前景展望

隨著人們生活水平的提高、電子及信息化技術的發展，越來越多的科技手段被應用到建筑中，各種類型的智能建筑慢慢興起。由于智能家居系統有著高效、方便和智能等等的優點，無疑讓智能家居的開發與建設成為以后房屋建筑必須具備的。物聯網的誕生對推動智能家居的發展具有重要的作用。它使得現在當今的任何事物都能夠交互，在家庭實現信息化的道路中是一個很好的切入點。我國一直在倡導可持續發展，而智能家居在綠色環保方面優勢非常明顯，它能夠降低能耗，因此發展智能家居的前景非常廣闊。國家智慧城市試點名單的披露在國內迅速度興起一股“智慧城市”建設熱潮，多個城市開始把智慧城市當作未來城市發展藍圖來打造。

6 結語

隨著經濟與科技的發展，智能家居的出現有它的合理性。它提高了人們的生活質量，給人們的生活帶來了極大的便利，成為了人們的好幫手。但是我國的智能家居市場不規范且沒有統一的標準，還有很多不足之處，因此我國尚處于發展的初級階段。我們應學習西方的先進技術，努力研發屬于我們自己的技術，讓中國創造的產品變成中國質造。讓國產品牌逐步站穩市場，打敗國外品牌。相信以后的智能家居會走進越來越多的家庭，更多的樓宇會采用智能家居系統，人們會越來越喜歡使用它。

參考文獻：

[1]陳非.論智能家居現狀與發展前景[J].無線互聯科技，2016（6）：67-68

[2]馬蕊，王福林.智能家居系統的應用[J].節能，2013（10）

智能家居論文范文5

隨著網絡技術和通信技術的不斷發展以及人們對生活要求的不斷提高，實現家庭智能的遠程控制已經成為必然的趨勢。國家建設部住宅產業化促進中心提出住宅小區要實現六項智能化要求，其中包括實行安全防范自動化監控管理：對住宅的火災、有害氣體的泄漏實行自動報警；防盜報警系統應安裝紅外或微波等各種類型報警探測器；系統應能與計算機安全綜合管理系統聯網；計算機系統能對防盜報警系統進行集中管理和控制。但由于目前無線通訊技術的不成熟、運行費用高等弊端，智能家居控制器與外網無線通訊技術成為導致市場接受度低的重要因素，而GPRS系統的特點能夠很好的解決該問題。GPRS網絡通信業務是通訊公司推出的一項數據傳輸通信業務，在GPRS網絡覆蓋區域內，傳輸距離不受限制，通信費用相對低廉，傳輸速率較快。本文涉及家庭智能系統及GPRS技術相關背景，分析了其各自基本特點和所要實現的基本功能，并在此基礎上提出了基于GPRS無線智能家居系統的總體解決方案。最后總結系統核心GPRS芯片軟硬件實現方法。

系統總體架構

網絡應用的普及以及各種信息家電的產生都使得在家庭內部對Internet的訪問不再局限于單個 PC，每個家庭都將面臨如何在家庭內部傳送 Internet 數據以及如何將各種家電設備連接起來的問題，基于此，智能家居網絡應運而生。智能家居網絡是信息社會的基本單元。未來的家庭中，各種家電設備將組成一個家庭局域網，并通過智能家居控制器接入互聯網。智能家居網絡的市場發展潛力極其可觀，幾家大的廠商 Intel、IBM、Microsoft 及 Sony 都早已涉及其中。

智能家居網絡指的是在一個家居中建立一個通信網絡，將各種家電設備互相連接起來，實現對所有智能家居網絡上的家電設備的遠程使用和控制及任何要求的信息交換，如音樂、電視或數據等。智能家居網絡的構架包括家庭內部網絡系統、智能家居控制器以及智能家居網絡與外部Internet網絡之間的數據通信。其中，智能家居控制器是智能家庭網絡的一個重要組成部分，起到核心的管理、控制和與外部網絡通訊作用。它是通過家庭管理平臺與家居生活有關的各種子系統有機結合的一個系統，也是連接家庭智能內部和外部網絡的物理接口，完成家庭內部同外部通信網絡之間的數據交換功能，同時還負責家庭設備的管理和控制。

智能家居控制器一方面需要為家庭內部布線提供通訊接口，能夠采集家庭設備的信息，并進行處理，自動控制和調節；另一方面智能家居控制器作為家庭網關，也為外部提供網絡接口，連通家庭內部網絡和外部Internet 網絡，使得用戶可以通過網絡等方式訪問家庭內部網絡，實現監視和控制。此外智能家居控制器還應當具備自動報警等功能，即當發現報警信號如：有人惡意闖入，溫度超高等，控制器能立即處理并向用戶發出報警信號。

如圖1所示，智能家居控制器為系統的核心。可采用ARM嵌入式系統設計，能夠自動運行、處理數據，通過 RS485 總線管理和控制各控制終端。并且控制器通過 GPRS模塊，實現家庭系統與外部網絡的通訊，使用戶可以通過短信和互聯網等方式實現家庭系統的遠程控制，同時，控制器還通過鍵盤和顯示屏為用戶提供人機界面，方便用戶實現本地控制。控制終端為單片機組成若干小的控制系統控制各家用設備，并通過控制總線將這些小的控制系統組成網絡，連接到智能家居控制器，受智能家居控制器控制。

智能家居控制器的具體功能包括：

家用設備的數據采集：采集家用設備包括室內溫度，燈具家電，防盜門等設備的狀態數據，經控制器處理后反饋給用戶。

本地控制：用戶通過控制器上的鍵盤和顯示屏，對家用設備進行監控。

遠程控制：遠程用戶可以通過發送手機短信或通過互聯網對家庭系統進行控制和查詢。

自動報警：當控制器檢測到非法闖入或溫度超高等報警信號時，及時觸發室內報警裝置，并通過發送報警短信等方式及時通知用戶。

溫度查詢：用戶可以通過控制器查詢室內溫度。

防盜門密碼設置：用戶可以通過本地或遠程方式修改防盜門的密碼，在門外輸入正確密碼后才可打開門。

紅外家電控制：接收用戶命令，通過紅外發射電路控制電視、空調等紅外可控的家電設備。

其它燈具等開關量控制：接收用戶命令控制燈具等開關量設備。

智能家居控制器通過 GPRS模塊，實現家庭系統與外部網絡的通訊為系統核心部分，解決以前智能家居系統瓶頸的關鍵技術。GPRS(通用分組無線業務)的簡稱，是在現有的GSM系統上新增新GGSN(網關支持節點)和SGSN(服務支持節點)節點發展出來的一種新的分組數據承載業務。GPRS 與現有的 GSM 系統最根本的區別是，GPRS 是一種分組交換系統，特別適用于間斷的、突發性的或頻繁的、少量的數據傳輸，也適用于偶爾的大數據量傳輸。GPRS網絡傳輸的主要優點有：永遠在線、按流量計費、快速登錄、高速傳輸、覆蓋范圍內不受限制(傳輸距離、地形、天氣等)、數據傳輸可靠等。

基于ARM及GPRS智能家居控制器的軟硬件實現

GPRS通信模塊安裝在智能家居控制器中，主要功能為通過GPRS網絡連接到Internet網絡，并主動與監控中心建立通信鏈路，進行雙向數據通信。GPRS通信模塊設計采用了Freescale公司生產的內嵌TCP/IP協議的G24 GPRS OEM。該模塊尺寸小，功耗低，便于集成。

GPRS通信終端收發模塊主要由G24模塊、天線、SIM卡、相關的電平轉換電路和RS232串口組成。模塊的供電電壓為5V，可采用USB端口供電。GPRS通信模塊通過RS232串行口與智能家居控制器ARM進行通信。 論文基于GPRS的無線智能家居系統方案來自66wen.com免費

G24收發模塊采用AT指令操作，通過RS232串行口進行數據通信。GPRS 網絡通信原理為：首先通過SGSN節點使通信終端模塊附在GPRS網絡上；然后通過GGSN節點由PPP(Point to Point Protocol)協議獲得一個隨機分配的IP地址，連接到Internet上；最后通信終端模塊通過Internet，按照監控中心設定的端口號與監控中心建立通信鏈路。軟件流程如圖2所示。

(1) 測試G24通信是否正常。首先選擇串行口并設置波特率，G24波特率的范圍為600到460800bit/s，支持自動波特率偵聽，能夠自動與監控中心通訊模塊的波特率保持一致。發送“AT”，如果模塊返回“OK ”，則通信正常，否則重發。

(2)接入Internet。首先測試當地是否有GPRS覆蓋，向模塊發送 “AT+CGPRS?”，如果返回“+CGPRS:1”，則有GPRS覆蓋，否則隔5秒鐘后再次檢測。然后發送“AT+ CGATT=1”使模塊附在GPRS網絡上。最后發送“AT+MIPCALL=1，cmnet”通過PPP協議建立與GGSN的無線連接，獲得一個動態的IP地址，接入Internet。

(3) 連接監控中心。向模塊發送“AT+MIPOPEN= ，，，， ”建立與監控中心通信連接。如果返回“+MIPOPEN: Socket ID，1”，則說明與監控中心建立了通信連接，如果返回“+MIPSTAT: 1，1”，則說明有物理鏈接中斷，須重新進行連接。其中對AT+MIPOPEN指令的參數作以下說明：

Socket ID：G24通信連接的ID號，G24有4個可用Socket，每個Socket有1372Byte緩沖區。

Source Port：G24的數據傳輸端口號，其值為0~65535。建議采用1024 以上的端口號。

Destination Address：目標端的IP地址，也就是監控中心監控服務器的IP地址。

Destination Port：目標端的數據傳輸端口號，即監控中心監控服務器設定的傳輸端口號。

Protocol：傳輸通信協議，0表示TCP方式，1表示UDP方式。

(4)數據收發。與監控中心建立通信連接后，就可以進行數據收發了。發送數據用“AT+MIPSEND=1， ’Data’; +MIPPUSH=1”。“Data”表示要發送的數據，本設計采用了G24 默認的ASCII碼編碼，須用十六進制的ASCII碼形式表示。一旦有數據到達，G24模塊就會通過RS232串行口返回“+MIPRTCP: ，，”。其中Left是一個十進制的數字，表示還有多少個字符在協議棧中尚未接收，如果數據全部接收，則Left為0；接收到的數據“Data”是十六進制的ASCII碼形式。

(5)斷開通信連接。向模塊發送“AT+ MIPCLOSE=Socket ID”，模塊返回“OK”，表示斷開成功。

結語

智能家居論文范文6

關鍵詞：智能家居；總線；芯片；接口技術

中圖分類號：TP311文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044(2008)05-10000-00

1 問題的提出

伴隨著網絡技術的發展與迅速普及，人們的生活方式正在發生深刻的變化。特別是計算機技術、通信技術、網絡技術、控制技術的迅猛發展與提高，促使了家庭實現了生活現代化，居住環境舒適、安全、環保、節能。這些高科技已經影響到人們生活的方方面面，改變了人們生活習慣，提高了人們生活質量，家居智能化正是在這種形勢下應運而生。

智能家居應該包含三方面的內容：(1)信息產品的家電化，如機頂盒、Web游戲機、Web電視、Web電話，還有PC、掌上電腦、手持PC、可穿戴PC等所有能通過網絡系統交互信息的消費類電子產品；(2)傳統家電的數字化和網絡化，如電冰箱、洗衣機、微波爐、太陽能熱水器等植入數字網絡技術，使之工作于家庭網絡環境的基礎上；(3)基于家庭網絡環境開發出的新的應用模式，如：家庭設備自動監控、安全防范等。

目前，家居智能化發展的狀況如下：

日本是較早推動智能家居發展的國家之一，它較早地提出了家庭總線系統（ Home Bus System， 簡稱HBS ）的概念，成立了家庭總線(HBS)研究會，并在郵政省和通產省的指導下組成了HBS標準委員會，制定了日本的HBS標準。按照該標準，HBS系統由一條同軸電纜和4對雙絞線構成，前者用于傳輸圖像信息，后者用于傳輸語音、數據及控制信號。

比較成型的總線標準協議主要是美國公司提出的，包括Echelon 公司的LonWorks協議、電子工業協會(EIA)的CE總線協議(CEBuS )、Smart House LP的智能屋協議和X-10公司的X-10協議等。 LonWorks應用范圍主要包括樓宇自動化、工業控制等，在組建分布式監控網絡方面有較好的性能，目前全球已建立的LonWorks節點已經超過50萬個。在四種協議中，X-10是歷史最長且使用最簡單的一種，它于1978年誕生于美國，至今仍是美國家庭自動化的主導系統。之所以說X-10協議簡單是因為它直接利用住宅電力線作為控制總線，通過電力線將各控制器與各功能接口器相連并實現程序控制，不必再穿墻打孔，更有利于改變結構空間，用戶可自己動手安裝，價格也比較低廉。而CEBuS 作為電子工業推廣協議，與歐洲的EHS標準同為歐美家庭自動化電子產品的行業推薦標準。

EIB歐洲電氣接線裝置總線智能控制系統，簡稱EIB?總線系統，是為電氣接線裝置專業打造的智能化控制系統。EIB總線系統作為歐洲安裝總線標準利用一條雙絞線作為控制總線，取代了傳統數量繁多的導線，使照明、調光、百葉窗、場景控制、用電負荷控制、保安、供熱系統實現智能化，并成為一個完整的總線系統。

我國對家居智能化并沒有提出了統一的家庭總線系統，家電行業到目前為止，對于家居智能化的發展與先進國家相比，比較落后；科研投入不夠，因而，真正家居智能家電產品不多。可以認為，我國對家居智能化研究正處于實驗室研究階段。

2 建立適合中國家庭的智能總線標準的設想

家居智能化有三大作用：其一、實現安全、智能化、人性化的近程及遠程控制；其二、實現家用電器的節能；其三、實現信息共享。

家庭智能化要求諸多家電和網絡能夠彼此相容，總線協議是其精髓所在，只有接口暢通，家電才能“聽懂”人發出的指令，因此總線標準的物理層接口形式是智能家居亟待解決的重要問題之一。智能家電控制系統的實現面臨著兩方面的問題：(1)家庭信息需求的具體化，即數字家庭的概念模型到實際模型，國內外都進行了一些有益的探索；(2)技術解決方案，包括網絡接入方案和設備互連方案。

智能家庭控制系統是以網絡為物理平臺，計算機網絡控制技術為技術平臺，現場總線為應用操作平臺，構成一個完整的集家庭通信、家庭設備自動控制、家庭安全防范等功能的控制系統。其總體目標是通過采用計算機技術、網絡技術、控制技術和集成技術建立一個由家庭到小區乃至整個城市的綜合信息服務和管理系統，以此來提高住宅高新技術的含量和居民居住環境水平。

我們應對建立適合中國家庭的智能總線標準進行深入研究，在了解、研究世界范圍智能家庭控制的發展的同時提出并建立中國的智能總線標準，為我國的智能家居發展提供標準和技術指導。筆者認為中國家庭的智能總線可以參照日本的HBS和美國X-10協議制定我國的智能家居標準。通常智能家居系統內部傳輸接口可以通過兩種傳輸途徑來實現：其一是無線傳輸方式；其二是有線傳輸方式。我們可將家居用電設備基于控制特性分成若干類，這里包括網絡化的信息產品、傳統家電和基于家庭網絡環境開發出的新的應用產品，由此，可以根據這些家電的特點，建起立家庭的智能總線。

首先建立中國的智能總線標準及協議，目前，家庭有電力線、電話線、網絡線以及視頻線，這些網線系統，筆者認為可以作為中國家庭的智能總線的載體，標準及協議可以分成三個部分，傳統家電以電力線、電話線為控制載體，可以實行短命令控制方式；網絡化的信息產品、基于家庭網絡環境開發出的新的應用產品以網絡線為控制載體，實行計算機系統控制方式；至于視頻及安全防范系統，則應以網絡線以及視頻線為控制載體，實行計算機系統控制方式。下圖是智能家居控制系統的框圖。

圖1 智能家居控制系統的框圖

3 實現智能家居控制常見的技術與設想

對于智能家居控制，在建立智能總線標準及協議之后，對家電的控制關鍵在于接口，目前國際上流行的物理層系列接口主要包含無線射頻（RF）、電力載波（PL）、雙絞線（RS485等）、專用線IEEE 1394 、IEEE1394b、利用IEEE 1394 的HAVI 、藍牙技術（Bluetooth）、無線通信以太網（IEEE802.11）、X11、無線通信HomeRF(Home Radio Frequency)、紅外線技術等，這些接口涵蓋了從以智能設備監控為代表的低速數據鏈路接口和以家庭多媒體娛樂和視頻監控為代表的高速數據鏈路接口。從過往控制效果分析來看，電力載波（PL）、雙絞線（RS485等）、藍牙技術（Bluetooth）、無線通信以太網（IEEE802.11）、X11、紅外線技術等比較適合智能家居控制，因此，在今后的研究中，我們應該加強對相關技術在家居控制的接口的深入研究，制定中國智能家居控制長遠規劃，統一制定全國的接口技術標準，設計并研發相關的接口IC，以利于中國智能家居控制的發展狀大。下面筆者就一些接口技術做一些深入的探討。

1)電力載波

電力載波主要使用兩種方式：窄帶通訊方式和擴頻通訊方式。窄帶通訊技術價格低廉并且較為容易實現；擴頻通訊技術在抗干擾性能上擾于窄帶通訊，但技術復雜。使用電力載波應用于智能化網絡家電控制中有許多優點：（1）可以利用現有的電力線組網；（2）因為不必重新布網，所以可以節約財力、物力和人力；（3）易于實現；（4）目前市場上已經有多種電力載波芯片，可以擇優選用。

但是將電力載波應用到智能化網絡家電控制中還存在許多技術難點：（1）如何設計基于電力載波控制的智能化家電網絡的體系結構；（2）如何制定電力載波通訊協議,使得它們之間能夠相互可靠地傳遞信息；（3）如何克服電力載波固有的信號衰減、阻抗失配以及等幅振蕩干擾等問題；（4）如何設計電力線接口（PowerLine Interface,簡稱PLI）。

2)藍牙技術

藍牙技術是由藍牙SIG(Special Interest Group)聯合制定的近距離無線通信技術標準，其目的是實現最高數據傳輸速率1Mb/s(有效數據傳輸速率是721kb/s)、最大傳輸距離為10米(增加功率后可傳輸100米)的無線通信。藍牙技術具有以下幾個特點：工作于2.4GHz的ISM(工業、科學、醫學頻段)頻段，無需申請頻率許可證；采用1600hop/s的快速跳頻技術；采用正向糾錯編碼(FEC)技術；采用FM調制方式，設備簡單；支持點到點、點到多點通信；協議體系完備，充分支持現有高層協議；設備體積小,便于攜帶或移動,成本低廉。基于藍牙技術的家居智能網絡是用近距離的無線通信技術取代線纜，構建智能化的無線家居網絡。

藍牙家居網絡使藍牙網絡家電、藍牙通信控制器和其它嵌入藍牙模塊的設備，利用無線方式連在一起,使之相互通信；同時，利用具有路由功能的藍牙家庭網關和外部網絡相連,構成家庭式網絡系統或家庭局域網，提供集中的或異地的音頻、視頻通信、計算機控制和管理等，使信息在家庭內以及與外部之間充分流通和共享。藍牙分布式智能家居網絡是沿用工業控制方案，將控制功能下放到相當于工業控制中下位機的藍牙通信控制器上，實現分散控制、集中管理的模式。

藍牙智能家居網絡中由于藍牙技術和信息處理技術的局限，其缺點也是不可忽視的。其表現如下：由于每臺藍牙設備最多同時只能和7臺設備保持連接，而藍牙通信控制器需要和較多的設備交互，如果想和更多的設備協調，需要工作模式的轉換，影響處理效率，甚至導致通信失敗；由于同一設備可能接受很多信息，如果微處理器對信息采用排隊處理，時間延遲將增加；在藍牙分布式智能家居網絡中，藍牙通信控制器之間、藍牙通信控制器和藍牙設備之間、藍牙設備都有信息傳遞，造成串擾，同時通信路數越多，串擾越大，通信距離和傳輸速率都隨之降低。

3)射頻（RF）技術與紅外技術

射頻（RF）技術成熟度高、成本低廉，穿透性也非常好，但缺點是沒有統一的標準，各公司的通信協議都不一樣；紅外技術非常成熟、具有很好的靈活性和可移動性，成本也非常低廉，但受到障礙物的限制，沒有穿透性，方向性較差，也沒有標準的通信協議。目前，由于無線射頻無需增加附加的布線資源，數據傳輸性能可靠且成本低廉，因而成為目前最現實和最受歡迎的物理層接口形式之一。可以預見，隨著無線方式的逐漸成熟，它將在未來取代有線通信，成為家庭網絡的最佳連接方式。

家電的控制關鍵在于接口，接口的關鍵在于由協議做成的控制集成電路，我國在半導體集成電路生產的研究水平較低，所以，今后，一定要從基礎抓起，抓緊對家智能控制集成電路芯片的研究與生產；另外，也可利用現有相關技術，對家智能控制集成電路芯片進行開發，目前，有若干的集成電路芯片，可用于家電的智能控制，如電力載波控制的芯片，ARM技術芯片，以及目前較為常見單片機芯片。

很簡單的講，您家里空調、電視、DVD每樣設備都單獨使用一臺遙控器，我們是否能夠把他們幾合一呢？豈不是更加方便？管理這么一堆設備從軟件上來講肯定是復雜的多了，從硬件方面當然也需要功能更加強大、功耗極低、價格更廉價的處理器來支持，32位的ARM處理器能夠輕松完成以上需求。嵌入式系統領域顯然已經成為另一種科學，也由于網絡與通訊的高速進步，帶動了信息家電，信息工業的潮流，嵌入式系統已經成為不可或缺的生活必需品。

圖2ARM嵌入式應用于各行業框圖

ARM公司并不生產芯片，他向芯片制造商提供知識產權，優異的體系結構和開放的平臺，使ARM處理器應用非常廣泛，各大公司都同時投入大量的人力研究ARM內核的處理器，這不同于CPU幾乎由2家公司壟斷生產，ARM處理器的選擇范圍非常寬廣，同內核可以選擇任意一家廠商的芯片。由于多家的支持努力，基于ARM內核的處理器芯片外設非常豐富，這個用戶帶來了極大的方便，很多情況都可以一個芯片就可以完成全部的資源需求。

ARM處理器的優點，ARM處理器本身是位設計，但也配備16位指令集。一般來講存儲器比等價位代碼節省，然而保留了32位系統的所有優勢。 ARM的Jazelle技術使Java加速得到比基于軟件的Java虛擬機(JVM)高得多的性能，和同等的非Java加速核相比功耗降低80％。 CPU功能上增加DSP指令集提供增強的16位和32位算術運算能力，提高了性能和靈活性。ARM內核最初是位手持通訊設備設計的，所以他的功耗非常低。

由上可看出ARM技術是一個以開放性源代碼進行開發設計的芯片，只要抓緊開發，我們就能開發適應與家電智能控制中央處理的芯片。

目前，單片機器件技術發展很快，例如單片機器件STC12C5410AD系列內設置1TCPU、12K閃存、有A/D轉換、PWM輸出、16位定時器等許多功能，其最大優點是可以用C語言與匯編語言混合編程，這些都為研發智能家電芯片提供方便，因此，筆者認為，單片機器件可以用于家居智能控制的單元型控制芯片。

4 結論

隨著智能化技術的發展，實現家居智能控制的各方面條件更加成熟，筆者對家居智能控制的發展提出一些想法，相信對從事家居智能控制設計的人員會有一些幫助。

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