智能家居發(fā)展及關(guān)鍵技術(shù)綜述

卿勇

摘要摘要：智能家居使社會生活智能化、自動化、舒適化，成為未來生活發(fā)展的方向。簡述了物聯(lián)網(wǎng)和智能家居概念，介紹了國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，詳述了相關(guān)技術(shù)，展望了智能家居發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；智能家居；ZigBee技術(shù)

DOIDOI：10.11907/rjdk.162351

中圖分類號：TP301文獻標識碼：A文章編號文章編號：16727800（2017）001018002

引言

隨著國家經(jīng)濟發(fā)展，人民生活水平日益提高，生活智能化、個性化、便捷化越來越受關(guān)注，智能城市、智能交通、智能社區(qū)逐漸走入人們生活，智能家居嶄露頭角。智能家居擁有智能、便捷、個性、安全等優(yōu)勢，從時間、空間等方面提高人類生活質(zhì)量，具有廣闊的市場前景。1智能家居

智能家居（Smart Home）是利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、自動控制技術(shù)等，將家居設(shè)備相關(guān)信息集成于一個以住宅為基礎(chǔ)的平臺，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日常事務(wù)的管理系統(tǒng)。實現(xiàn)家居設(shè)備之間相互共享和交換，提升了家居的安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性，以及環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境[13]。2智能家居發(fā)展

物聯(lián)網(wǎng)作為互聯(lián)網(wǎng)的延伸融入人們生活，極大改變了人們的生活方式和理念。計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和控制技術(shù)逐漸向傳統(tǒng)家居滲透，物聯(lián)網(wǎng)冰箱、洗衣機、電視等智能家居出現(xiàn)在人們生活中，未來生活的智能化不再是遙不可及的夢想。2.1國外智能家居發(fā)展情況

智能家居技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的實踐，最初起源于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅速發(fā)展的美國，發(fā)達國家緊隨其后并提出符合本國國情的相關(guān)智能家居建設(shè)方案。在國外，智能家居技術(shù)起步早、技術(shù)成熟，智能家居系統(tǒng)人機交互性以及UI設(shè)計可操作性良好。

1984年，美國誕生了世界上第一幢智能建筑——都市辦公大樓 （City Place Building）。此樓最初并非“智能”，原因是聯(lián)合技術(shù)建筑系統(tǒng)公司（United Technologies Building System Co， UTBS）參與此建筑的裝修，獲得該大樓的空調(diào)、電梯及防災(zāi)設(shè)備等建設(shè)工程。UTBS公司作為這幢大廈的住戶，不僅將空調(diào)系統(tǒng)、電梯以及防火防災(zāi)等各子系統(tǒng)計算機相連，而且利用嵌入式通信技術(shù)連接計算機與用戶通信終端，為大廈其他住戶提供相關(guān)的計算機服務(wù)和通信服務(wù)。都市辦公智能大廈在經(jīng)濟相對發(fā)達的國家引起強烈反響，各國先后提出本國的智能方案。

1997年，比爾·蓋茨的智能化豪宅完工，首次引入智能化設(shè)備和系統(tǒng)，其中包括智能照明設(shè)備和智能溫控系統(tǒng)。用戶可根據(jù)需求通過智能設(shè)備設(shè)置相關(guān)參數(shù)，從而使生活環(huán)境達到最優(yōu)。智能化設(shè)備和系統(tǒng)從此走進人們家中。

1998年，新加坡舉辦的電子消費品國際展覽會上推出了家庭智能系統(tǒng)，是“未來之家”的縮略模式[4]。該系統(tǒng)包含三表抄送、安防報警、家電控制等功能。

據(jù)2000年不完全統(tǒng)計，新加坡約有5 000個家庭采用家庭智能化系統(tǒng)，美國有超過400萬個家庭使用該系統(tǒng)。

國外智能家居發(fā)展至今，研究水平隨著人們?nèi)找嬖鲩L的物質(zhì)文化需求而提高，智能家居系統(tǒng)普及成必然趨勢。

2.2國內(nèi)智能家居發(fā)展情況

中科院最早啟動物聯(lián)網(wǎng)研究和開發(fā)。雖然起步較晚，但我國的技術(shù)水平處于世界前列，具有研發(fā)優(yōu)勢和重大影響力[5]。

1999年，中國科學(xué)院研制出45Mbps的電力線高速通信產(chǎn)品，并運用于沈陽一個擁有200戶規(guī)模的小區(qū)，極大方便了人們?nèi)粘Ｉ睿@是中國最早將智能技術(shù)應(yīng)用于國民生活的實例。

2014年，美的與小米達成戰(zhàn)略合作協(xié)議，除資本層面外，小米與美的將在智能家居及生態(tài)鏈、移動互聯(lián)網(wǎng)進行多種模式的戰(zhàn)略合作，包括雙方在智能家居、電商、物流和戰(zhàn)略投資等領(lǐng)域的對接。

2015年初，海爾與魅族的跨界合作終于落地。魅族入駐海爾U智能家居平臺，海爾將向魅族開放其U平臺SDK，使魅族手機可控制所有海爾智能家居產(chǎn)品，同時魅族也將向海爾開放Apps系統(tǒng)級別權(quán)限。

智能家居發(fā)展迅速，但是各個廠家參照的標準不統(tǒng)一，產(chǎn)品兼容性差，導(dǎo)致智能化系統(tǒng)成本增加，影響消費。2005年，信息產(chǎn)業(yè)部正式發(fā)布家庭網(wǎng)絡(luò)推薦標準，鼓勵各大廠家對家庭網(wǎng)絡(luò)進行全面綜合研究，實現(xiàn)國家未來智能家居的發(fā)展規(guī)劃。 3智能家居技術(shù)

智能家居技術(shù)從本質(zhì)上而言是對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和自動化控制技術(shù)的綜合運用[6]。3.1網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

國務(wù)院于2010年公布了第一批“三網(wǎng)融合”試點城市，標志著三網(wǎng)融合拉開序幕。三網(wǎng)融合并不僅僅是傳統(tǒng)的電信網(wǎng)、計算機網(wǎng)和有線電視網(wǎng)三大網(wǎng)絡(luò)的物理結(jié)合，更是其通信業(yè)務(wù)的融合。它要求以光纖到戶/光纖到小區(qū)（FTTH/FTTZ）為主要接入方式。光纖信息傳輸速度快，深入千家萬戶，運行成本低。三網(wǎng)融合使智能家居擁有更便利的傳輸方式、更高效的傳輸速率、更安全的傳輸環(huán)境，從實質(zhì)上促進了智能家居產(chǎn)業(yè)的升級。

智能終端和無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展也推動了智能家居的發(fā)展[7]。智能終端擁有良好的人機操作界面，使用戶達到更好的智能家居操作體驗，完美地詮釋“科技以人為本”的追求，成為最佳的人機交互窗口。以WiFi為主的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的普及，不僅實現(xiàn)了移動網(wǎng)絡(luò)的分流，而且承擔(dān)移動網(wǎng)絡(luò)的壓力，成為有線網(wǎng)絡(luò)的有益補充。這種技術(shù)支持在數(shù)百英尺范圍接入互聯(lián)網(wǎng)的無線電信號，減少布線麻煩，實現(xiàn)對家電的智能控制，具有良好的擴展性和移動性，讓智能家居控制變得便捷、人性化。

3.2物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

物聯(lián)網(wǎng)起源于1990年，最早實踐于施樂公司的網(wǎng)絡(luò)可樂販售機。2010年，國家發(fā)展與改革委員會、工信部等部委發(fā)文，推動新一代信息技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)的研究。

物聯(lián)網(wǎng)（The Internet of Things），字面含義為物物相連的互聯(lián)網(wǎng)，是互聯(lián)網(wǎng)的拓展和延伸。由此可知，物聯(lián)網(wǎng)的客戶端不再僅限于傳統(tǒng)終端，而是將其拓展和延伸到任何物體與物體之間，在物體與物體之間實現(xiàn)信息交換和共享。

物聯(lián)網(wǎng)是指通過各種信息傳感設(shè)備，實時采集任何需要監(jiān)控、連接、互動的物體或過程等信息，實現(xiàn)物與物、物與人，所有物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，方便識別、管理和控制，并與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合形成一個巨大網(wǎng)絡(luò)，是新一代信息技術(shù)的集成。

在物聯(lián)網(wǎng)還沒有提出來時，智能家居處于數(shù)字化時代，單純被動地接收數(shù)據(jù)。而物聯(lián)網(wǎng)的興起，給智能家居帶來了第二次生命，重新定義了智能家居概念，主動控制和交互，使智能家居變“數(shù)字”為“智慧”。

在智能家居系統(tǒng)中，物聯(lián)網(wǎng)將所有家電設(shè)備連接到一個網(wǎng)絡(luò)，讓設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備參數(shù)等信息共享和交換[8]。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)大致分為3層，從下至上分別是感知層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。下層為上層提供數(shù)據(jù)，上層為下層提供數(shù)據(jù)處理等服務(wù)，各層相互獨立卻又相互聯(lián)系。

感知層運用各種傳感器、傳感網(wǎng)感知并收集外界信息。ZigBee智能家居系統(tǒng)要求用戶只需將普通開關(guān)、插座更換為ZigBee智能開關(guān)、智能插座，然后安裝ZigBee無線接收器等智能設(shè)備即可實現(xiàn)家居智能化控制。

網(wǎng)絡(luò)層能高效無障礙地將感知信息傳輸給應(yīng)用層。

應(yīng)用層處理和管理數(shù)據(jù)，并將處理后的數(shù)據(jù)進行應(yīng)用。智能家居系統(tǒng)應(yīng)用層監(jiān)控和管理家電設(shè)備工作情況，云計算可以跨網(wǎng)絡(luò)平臺工作，這就使得通過智能終端可以隨時隨地監(jiān)控家居設(shè)備系統(tǒng)。

3.3自動化控制技術(shù)

自動化控制技術(shù)以控制理論為基礎(chǔ)，通過具有一定控制功能的系統(tǒng)完成對所有設(shè)備的控制任務(wù)，保證家電設(shè)備運行過程按照預(yù)想進行，實現(xiàn)自動控制目標。在日常生活中，自動洗衣機是最早進入家庭的自動化設(shè)備。

在智能家居系統(tǒng)中，智能家居由6個子智能系統(tǒng)組成：①智能燈光控制系統(tǒng)（光暗傳感器，通過進入房間光線強弱可判斷每個房間明暗程度，通過無線設(shè)備將獲得的參數(shù)傳輸?shù)皆O(shè)備控制器，自動調(diào)節(jié)燈光）；②智能安防控制系統(tǒng)（光電傳感器、煙霧傳感器、燃氣體探測器）；③智能背景音樂控制系統(tǒng)；④智能煤水電控制系統(tǒng)；⑤智能家電控制系統(tǒng)；⑥智能車庫控制系統(tǒng)（車庫擁有獨立的溫度濕度傳感器與調(diào)節(jié)裝置，功能是調(diào)節(jié)車庫溫度、濕度，但燈光仍由燈光控制系統(tǒng)獨立控制），這6部分相互獨立又相互聯(lián)系。當(dāng)用戶發(fā)送請求時，子系統(tǒng)可以自動接收請求并作出相應(yīng)處理，給予相應(yīng)操作，從而調(diào)節(jié)用戶家居環(huán)境，使之成為最適合用戶居住或處于用戶最為滿意的工作狀態(tài)。智能系統(tǒng)運用ZigBee技術(shù)連接定位，當(dāng)用戶進入某一房間，首先定位位置，然后使用手機或其它電子設(shè)備通過有線網(wǎng)絡(luò)、無線WIFI或者移動網(wǎng)絡(luò)獲取房間定位，打開燈光或者調(diào)節(jié)燈光等；智能家電溫控系統(tǒng)獲取室內(nèi)溫度，通過溫度傳感器判斷調(diào)控溫度。同時，智能背景音樂系統(tǒng)根據(jù)用戶喜好播放音樂。自動化控制技術(shù)讓智能家居成為人們生活中減輕負擔(dān)的自動化管理者，提高了人們物質(zhì)、文化生活水平。

4結(jié)語

智能家居逐漸為人們帶來了全新的生活方式。從電纜到光纖，從有線到無線，從網(wǎng)絡(luò)家電到物聯(lián)網(wǎng)家電，都促使智能家居從“數(shù)據(jù)家居”到“智慧家居”飛躍發(fā)展；人工智

第1期 肖自乾，陳經(jīng)優(yōu)，符石：大數(shù)據(jù)背景下智能交通系統(tǒng)發(fā)展綜述軟 件 導(dǎo) 刊2017年標題