智能家居功能與設(shè)計淺議

文｜廣州市河?xùn)|電子有限公司 梁國芹 朱 桑 陳玉梅

1 引言

隨著科技的高速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和信息通信技術(shù)的應(yīng)用，信息化、智能化的浪潮正在席卷世界的每一個角落。目前，人們對“家”的需求已不僅僅局限于生活的舒適和環(huán)境的優(yōu)美，把網(wǎng)絡(luò)通信、信息處理與空氣環(huán)境和家庭電器控制融入家居之中并實現(xiàn)簡單的操作和智能控制，乃是人們的渴望與追求。近年來，國內(nèi)外企業(yè)更是越來越多地將智能家居的概念應(yīng)用于住宅中。本文將從智能家居的設(shè)計原則、常用功能、子功能設(shè)計原理和實例的角度展開論述。

2 智能家居設(shè)計原則

（1）可行性和適用性

智能家居系統(tǒng)的設(shè)計要具有技術(shù)上的可行性和經(jīng)濟(jì)上的可能性。當(dāng)今科技發(fā)展迅速，可應(yīng)用于住宅小區(qū)的技術(shù)和產(chǎn)品層出不窮，我們所設(shè)計選用的系統(tǒng)和產(chǎn)品應(yīng)能夠使用戶或甲方實實在在地受益，滿足近期使用和遠(yuǎn)期發(fā)展的需要。在多種實現(xiàn)途徑中，應(yīng)選擇最經(jīng)濟(jì)、可行的技術(shù)與方法。系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)以現(xiàn)有成熟的技術(shù)和產(chǎn)品為對象進(jìn)行，同時考慮到周邊信息、通信環(huán)境的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，并兼顧管理部門的要求，保證設(shè)計方案可行。

（2）先進(jìn)性和可靠性

系統(tǒng)設(shè)計既要考慮系統(tǒng)的先進(jìn)性，更要注重系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性。我們設(shè)計的系統(tǒng)應(yīng)具有較高的可靠性，在發(fā)生故障或因事故癱瘓后，能確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性和一致性，并具備迅速恢復(fù)的能力。特別是重要的系統(tǒng)，應(yīng)具有高冗余性，確保能夠在任何情況下正常運行。

（3）開放性和標(biāo)準(zhǔn)性

為滿足對系統(tǒng)所選用的技術(shù)和設(shè)備的協(xié)調(diào)運行能力，以及系統(tǒng)投資的長期效應(yīng)和系統(tǒng)功能擴(kuò)展空間的需要，系統(tǒng)設(shè)計必須保證系統(tǒng)的開放性和標(biāo)準(zhǔn)性?！伴_放”已成為當(dāng)今系統(tǒng)發(fā)展的一個方向。系統(tǒng)的開放性越強(qiáng)，就越能體現(xiàn)出系統(tǒng)的科學(xué)、方便、經(jīng)濟(jì)、實用，系統(tǒng)集成商也就越能更好地滿足用戶對系統(tǒng)的設(shè)計要求。

標(biāo)準(zhǔn)化是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。在條件允許的情況下，應(yīng)盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)化、通用化的產(chǎn)品，并執(zhí)行國際上通用的標(biāo)準(zhǔn)或協(xié)議，以保證所選用的產(chǎn)品具有極強(qiáng)的可互換性。

（4）可擴(kuò)展性和易維護(hù)性

為使系統(tǒng)能夠從容應(yīng)對未來的功能變化，系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)充分保證能夠以最簡便的方法、最經(jīng)濟(jì)的投資實現(xiàn)對系統(tǒng)的擴(kuò)展和維護(hù)。

對于理想的住宅小區(qū)，除了合理的規(guī)劃、優(yōu)美的環(huán)境和配套齊全的設(shè)施等“硬件”環(huán)境外，小區(qū)內(nèi)的“軟件”環(huán)境也非常重要。所謂“軟件”環(huán)境即多樣化的信息服務(wù)、安全舒適的居住環(huán)境、方便周到的物業(yè)管理和豐富多彩的社區(qū)文化。

3 智能家居實現(xiàn)的常用功能

智能家居實現(xiàn)的常用功能如圖1所示。

（1）簡化常用繁瑣的操作

業(yè)主上班或者外出前，只需要按一個鍵就可以關(guān)閉家中所有的燈和電器，按一個按鈕就可收放窗簾，按一個按鈕或是觸摸一下觸摸屏就可以調(diào)整燈、電器、電視模式……

（2）安防功能

圖1 智能家居實現(xiàn)的常用功能

智能家居安防系統(tǒng)也支持一鍵啟動。安防系統(tǒng)啟動后，每扇門窗都處于最佳戒備狀態(tài)；當(dāng)有人企圖破窗而入或強(qiáng)行撬門時，門窗將自動關(guān)閉，智能報警器和安防系統(tǒng)會鳴響警笛聲，同時將警情傳送至用戶的手機(jī)或是保安中心。業(yè)主可以通過手機(jī)看到或聽到家中的一切動靜；也可以通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程訪問網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)察看家中的情況。家中有火災(zāi)或是煤氣泄漏等突發(fā)狀況時，智能的設(shè)防也會在第一時間發(fā)出警報。

（3）遠(yuǎn)程操作功能

系統(tǒng)支持通過手機(jī)直接控制家中的空調(diào)、燈，以及給魚缸換水、調(diào)節(jié)魚缸溫度等。

（4）自動調(diào)節(jié)功能

當(dāng)紅外探測器檢測到室內(nèi)的二氧化碳濃度超過設(shè)定值，智能家居系統(tǒng)就會打開空調(diào)、換氣系統(tǒng)；當(dāng)室內(nèi)溫度達(dá)到27℃時，空調(diào)控制系統(tǒng)就會自動啟運；當(dāng)家居中的人離開時，燈光、室內(nèi)溫度會隨之改變；當(dāng)有人走進(jìn)衛(wèi)生間時，排風(fēng)扇會自動開啟……

4 智能家居功能設(shè)計和實例

4.1 簡化繁瑣操作

（1）一鍵觸摸控制

一鍵觸摸控制功能的設(shè)計原理，如圖2所示。

圖2 一鍵觸摸設(shè)計原理示意圖

一鍵觸摸控制功能支持用戶通過大廳觸摸屏控制室內(nèi)所有燈光、空調(diào)等家電，通過住宅內(nèi)的任一控制面板、固定觸摸屏控制對應(yīng)影音設(shè)備的播放/停止、選臺、音源切換等。如用戶在控制面板、固定觸摸屏或移動式觸摸屏上選擇了某種場景，系統(tǒng)會自動控制相應(yīng)家電動作。例如用戶若選擇了影院場景，系統(tǒng)將自動減弱燈光的亮度，同時自動啟動電視機(jī)、DVD和音響設(shè)備。

廣州亞運村是HDL智能家居系統(tǒng)一鍵觸摸控制功能的典型應(yīng)用。用戶通過兩個小小的面板即可輕松實現(xiàn)對燈光、空調(diào)的控制，以及客廳各種場景氛圍的營造。

（2）窗簾自動升降

用戶可根據(jù)自己的需要和喜好，通過控制面板，或是坐在沙發(fā)上，通過移動式觸摸屏（10寸）手動調(diào)節(jié)電動窗簾的開閉、電動百葉的升降和葉片的轉(zhuǎn)動角度；也可以設(shè)定窗簾的定時升降；還可以根據(jù)當(dāng)前的場景對窗簾進(jìn)行控制。實現(xiàn)該功能所需的設(shè)備包括電動窗簾、電動百葉、窗簾控制模塊、百葉控制模塊，該功能的設(shè)計原理如圖3所示。

圖3 窗簾自動升降功能的設(shè)計原理圖

（3）智能化集成應(yīng)用

智能化集成應(yīng)用有多種形式，比如可以在入戶花園大門入口附近設(shè)置一臺嵌墻式彩色固定觸摸屏，通過總線或網(wǎng)絡(luò)將其接入后臺控制器——該觸摸屏支持對全屋的“回家”、“離家”、“自動”、“手動”場景進(jìn)行切換，可設(shè)置密碼；具有天氣預(yù)報信息下載功能及相冊功能，可在無操作時自動顯示當(dāng)天室內(nèi)外溫濕度狀況、未來1天的天氣預(yù)報及相冊中存放的圖片。南非某別墅項目是家居智能化集成應(yīng)用的典型代表，選用了HDL多功能智能面板、觸摸屏、智能繼電器等多種智能控制產(chǎn)品。

（4）控制面板控制

一個為用戶提供最大方便的控制面板控制系統(tǒng)包括多種控制面板，以臥室為例，就有“求助”面板、多功能控制面板，以及幫助閱讀的燈控面板等。一般而言，智能控制面板設(shè)置在客廳、餐廳、臥室、書房等房間的適當(dāng)位置，該面板帶單色液晶顯示器及硬件按鍵，可控制場景切換、調(diào)節(jié)設(shè)備運行參數(shù)，通過總線接入后臺控制器；簡便控制面板則在每個智能控制面板附近另外設(shè)置，僅支持對照明、空調(diào)、電視、窗簾作簡單的開關(guān)控制，方便老人使用。

4.2 安防功能

（1）燃?xì)庑孤┳詣訄缶?/p>

安裝于廚房的煤氣探測器可對燃?xì)膺M(jìn)行監(jiān)控；在煤氣泄漏的初期，智能家居系統(tǒng)即可自動發(fā)出聲光報警信號并發(fā)送手機(jī)短信提醒主人注意。南非約翰內(nèi)斯堡某別墅工程就成功應(yīng)用了HDL燃?xì)庑孤┳詣訄缶到y(tǒng)。燃?xì)庑孤┳詣訄缶到y(tǒng)的設(shè)計原理如圖4所示，其所使用的主要產(chǎn)品有多功能燃?xì)馓綔y器和燃?xì)忾y門自動控制機(jī)械手。

圖4 自動報警設(shè)計原理圖

（2）入侵報警及遠(yuǎn)程求助

當(dāng)發(fā)生非法入侵事件，或大門長時間未關(guān)時，入侵報警及遠(yuǎn)程求助系統(tǒng)將自動啟動屋內(nèi)的視頻監(jiān)控設(shè)備，進(jìn)行錄像，并將報警信息以短信的形式發(fā)送到指定的手機(jī)上。南非約翰內(nèi)斯堡某別墅工程中的HDL安防控制系統(tǒng)即有完備的入侵報警及遠(yuǎn)程求助功能。入侵報警及遠(yuǎn)程求助系統(tǒng)的設(shè)計原理如圖5所示，其使用的產(chǎn)品主要是人體感應(yīng)器。

圖5 入侵報警和遠(yuǎn)程求救設(shè)計原理圖

（3）環(huán)境監(jiān)測

智能家居系統(tǒng)可以監(jiān)測室內(nèi)外的溫濕度、二氧化碳或是有害氣體的濃度，并據(jù)此采取相應(yīng)的防護(hù)措施。例如，可以在房間的天花板上安裝紅外探測器，監(jiān)測空氣質(zhì)量；如果室內(nèi)的二氧化碳、甲醛超標(biāo)，或是出現(xiàn)一定程度的煙霧，探測器就會將數(shù)據(jù)傳送給控制器，進(jìn)行報警。環(huán)境監(jiān)測功能的設(shè)計原理如圖6所示，實現(xiàn)該功能需使用的主要產(chǎn)品包括室外溫濕度傳感器模塊、室內(nèi)溫濕度傳感器模塊等。

圖6 環(huán)境監(jiān)測功能設(shè)計原理圖

4.3 遠(yuǎn)程操作

（1）手機(jī)短信遠(yuǎn)程控制

在夏天，用戶可以在回家的路上用手機(jī)發(fā)短信，遠(yuǎn)程開啟家中的空調(diào)，從而一回到家就可以享受冷氣；如果離家時忘記關(guān)空調(diào)，也可以通過手機(jī)遠(yuǎn)程關(guān)閉空調(diào)，避免無謂的能源浪費。

用戶可通過發(fā)短信對“回家”、“離家”、“手動”三種場景進(jìn)行控制。啟用“回家”場景后，系統(tǒng)將自動啟動家中的空調(diào)，使用戶進(jìn)入家門即可享受到舒適的環(huán)境；啟用“離家”場景后，系統(tǒng)將自動關(guān)閉家中大部分設(shè)備，并進(jìn)入設(shè)防狀態(tài)；啟用“手動”場景后，系統(tǒng)將自動屏蔽家中的智能控制面板，僅開放通過簡便控制面板對燈光、電視等進(jìn)行簡單的開關(guān)操作，防止出現(xiàn)家中老人、小孩、保姆由于不熟悉場景等復(fù)雜功能而誤動作的情況。

此外，智能家居系統(tǒng)還能將實時安防報警信息（入侵、遠(yuǎn)程求助、燃?xì)庑孤┑龋┮远绦诺男问桨l(fā)送到用戶的手機(jī)上，提醒用戶注意。

手機(jī)短信遠(yuǎn)程控制的設(shè)計原理如圖7、圖8所示，實現(xiàn)該功能所需使用的主要設(shè)備有手機(jī)短信模塊MCGprs.232、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器MWS.232、紅外線發(fā)射模塊。

（2）智能終端控制

圖7 手機(jī)短信遠(yuǎn)程控制設(shè)計原理圖

圖8 手機(jī)短信遠(yuǎn)程控制設(shè)計原理圖

智能家居系統(tǒng)可配置一臺彩色移動式觸摸屏，通過無線網(wǎng)絡(luò)方式接入后臺控制器。觸摸屏的界面與用戶在外通過電腦訪問智能家居時所打開的界面基本一致，用戶可以通過觸摸屏控制器的相應(yīng)界面控制不同的家電和設(shè)備，包括電視、空調(diào)、背景音樂、所有房屋的燈光、窗簾、家中的安防系統(tǒng)等。智能終端控制設(shè)計原理如圖2、圖9所示，保加利亞某別墅項目即成功應(yīng)用了HDL的智能終端控制。

圖9 智能終端控制設(shè)計原理圖

4.4 自動調(diào)節(jié)

（1）智能照明控制

各住宅入戶花園、復(fù)式住宅樓梯間、通道、衛(wèi)生間、陽臺的照明控制可與人體感應(yīng)器及照度傳感器相配合，實現(xiàn)人到燈開、人走后燈光延遲10秒漸暗、白天光線充足時燈光自動關(guān)閉。入戶花園、陽臺的人體感應(yīng)器同時可以用于探測非法入侵。智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計原理如圖10所示，該系統(tǒng)使用的主要產(chǎn)品有8路10A繼電器模塊、26路2A智能調(diào)光模塊、LED驅(qū)動器、DMX512表演控制器。

圖10 智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計原理圖

（2）衛(wèi)浴感應(yīng)

衛(wèi)浴感應(yīng)功能包括兩部分內(nèi)容：主浴缸旁的液晶顯示屏可以顯示網(wǎng)絡(luò)播放器上保存的靜態(tài)圖片、動態(tài)視頻；主衛(wèi)生間各洗手盆水龍頭口設(shè)置的彩色LED燈可根據(jù)水溫高低改變顏色，用戶可根據(jù)照射在龍頭流出水柱上的光線的顏色直觀地判斷水溫高低。約旦安曼某公寓是HDL衛(wèi)浴感應(yīng)功能的典型應(yīng)用。

衛(wèi)浴感應(yīng)功能的設(shè)計原理如圖11所示，實現(xiàn)該功能所需使用的產(chǎn)品有液晶顯示屏、LED水龍頭、帶電流檢測功能的紅外發(fā)射模塊。

圖11 衛(wèi)浴感應(yīng)功能設(shè)計原理圖

5 展望

本文僅以智能產(chǎn)品在住宅中的應(yīng)用來反映智能家居的現(xiàn)狀。智能模塊在智能家居中的應(yīng)用不僅使人們的生活更加便捷，更引起了人們思維模式的變革。智能家居現(xiàn)在僅僅處于起步階段，其前景和應(yīng)用還有待相關(guān)領(lǐng)域的專業(yè)人士進(jìn)行進(jìn)一步研究。