智能家庭設(shè)計(jì)方案

摘要：隨著時(shí)代的發(fā)展，智能家居已從概念起步發(fā)展為實(shí)物，并逐步走進(jìn)人們的視野。智能家居的產(chǎn)品極具多元化，大到智能冰箱，小到智能開(kāi)關(guān)。對(duì)此，合理運(yùn)用手中的資金，從幾個(gè)普及程度較廣的智能產(chǎn)品入手，探索其背后的技術(shù)原理；思考如何最大限度利用不同智能家居的搭配來(lái)提升現(xiàn)有家居實(shí)用性，為不同年齡段和生活狀況的用戶，提供最大程度的方便；引入預(yù)算和資金因素，在體現(xiàn)智能家居優(yōu)越性的同時(shí)，從不同經(jīng)濟(jì)狀況的用戶角度出發(fā)。

關(guān)鍵詞：智能家居 家庭自動(dòng)化 設(shè)計(jì)方案 01背包算法

中圖分類號(hào)：TP273+14 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）10-0182-02

智能家具的概念最早誕生于美國(guó)，最早被運(yùn)用于實(shí)踐的是一幢1984年美國(guó)聯(lián)合科技公司的舊式大樓。它是以住宅為平臺(tái)，兼具建筑設(shè)備、通信網(wǎng)絡(luò)、信息家電和設(shè)備自動(dòng)化，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理為一體的高效、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。隨后，人們對(duì)智能家居的定義進(jìn)行了一定的歸納和總結(jié)——利用電腦、網(wǎng)絡(luò)和綜合布線技術(shù)，通過(guò)家庭信息管理平臺(tái)將與家居生活相關(guān)的各種子系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合為一個(gè)共同的系統(tǒng)。

1 智能家居技術(shù)初探

1.1 ZigBee技術(shù)

ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無(wú)線通訊技術(shù)，對(duì)于在一定空間范圍中的智能家居有突出的優(yōu)點(diǎn)與貢獻(xiàn)。ZigBee模塊是一種物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線數(shù)據(jù)終端，利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)為用戶提供無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸功能。該產(chǎn)品采用高性能的工業(yè)級(jí)ZigBee方案，提供多種實(shí)用接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)透明傳輸功能；ZigBee的使用功耗十分低，最低功耗小于1mA；可實(shí)現(xiàn)數(shù)字量輸入輸出、脈沖輸出。ZigBee技術(shù)在智能家居的掌控性與使用性方面起到了莫大的作用。

1.2 電力載波技術(shù)

電力載波通訊即PLC，是英文Power line Communication的簡(jiǎn)稱。電力載波通訊是指利用現(xiàn)有電力線，通過(guò)載波方式將模擬或數(shù)字信號(hào)進(jìn)行高速傳輸?shù)募夹g(shù)。其最大特點(diǎn)為：不需要重新架設(shè)網(wǎng)絡(luò)，只要有電線，就能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。這無(wú)疑使電力載波技術(shù)成為了解決智能家居數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖罴逊桨钢?。同時(shí)因?yàn)閿?shù)據(jù)僅在家庭這個(gè)范圍中傳輸，遠(yuǎn)程對(duì)家電的控制我們也能通過(guò)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)先連接到PC然后再控制家電方式實(shí)現(xiàn)。電力載波相對(duì)于ZigBee來(lái)說(shuō)傳輸速率還要快，但它的缺點(diǎn)是現(xiàn)有配電變壓器對(duì)其信號(hào)有阻隔作用，這局限了它的傳送范圍；其次三相電力線間有很大的信號(hào)損失，導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行的不穩(wěn)定性，這也是為什么電力載波技術(shù)有諸多優(yōu)點(diǎn)，在智能家居的應(yīng)用方面卻不能取代ZigBee的原因。

1.3 智能家居在中國(guó)

20世紀(jì)90年代末，智能家居才逐步走進(jìn)國(guó)人的視線。我國(guó)智能家居的建設(shè)最初始于廣州、上海、深圳等沿海一線城市，之后漸漸向內(nèi)陸地區(qū)發(fā)展。人們起初對(duì)智能小區(qū)這一新興事物的熱情空前高漲，但由于（1）智能化小區(qū)缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；（2）智能化相關(guān)產(chǎn)品不成熟；（3）房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商盲目追求；（4）智能化專業(yè)知識(shí)欠缺導(dǎo)致的鑒別能力不足等原因，造成部分建成的小區(qū)智能化系統(tǒng)運(yùn)行不正常、使用頻率不高、系統(tǒng)維護(hù)無(wú)法跟進(jìn)，沒(méi)有達(dá)到預(yù)期的效果。

為此，建設(shè)部住宅產(chǎn)業(yè)化促進(jìn)中心頒布了《全國(guó)住宅小區(qū)智能化系統(tǒng)示范工程建設(shè)要點(diǎn)與技術(shù)導(dǎo)則》等系列文件對(duì)智能小區(qū)的建設(shè)加以指導(dǎo)。智能家居發(fā)展水平較高的上海市也成立了智能建筑試點(diǎn)工作領(lǐng)導(dǎo)小組，并適時(shí)頒發(fā)了《上海市智能住宅小區(qū)功能配置大綱》。近年來(lái)，隨著科技的發(fā)展和普及，人們對(duì)智能家居有了理性的認(rèn)識(shí)，智能家居也在不斷地在中國(guó)得到完善與進(jìn)步。

2 我們身邊的智能家居

2.1 智能家居的基礎(chǔ)設(shè)施

2.1.1 路由器

路由器是連接因特網(wǎng)中各局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)的設(shè)備，被稱為互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的樞紐。不少家庭現(xiàn)在已經(jīng)使用路由器實(shí)現(xiàn)了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，在家中使用手機(jī)、平板電腦等智能設(shè)備方便地連接到網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)今，路由器正朝著更加智能的方向發(fā)展。

2.1.2 智能開(kāi)關(guān)

智能開(kāi)關(guān)是指利用控制板和電子元器件的組合及編程，以實(shí)現(xiàn)電路智能開(kāi)關(guān)控制的單元。它和機(jī)械式墻壁開(kāi)關(guān)相比，功能特色多、使用安全，而且式樣美觀。打破了傳統(tǒng)墻壁開(kāi)關(guān)的開(kāi)與關(guān)的單一作用，除了在功能上的創(chuàng)新還賦予了開(kāi)關(guān)裝飾點(diǎn)綴的效果。

智能開(kāi)關(guān)被廣泛應(yīng)用于家居智能化改造、辦公室智能化改造、工業(yè)智能化改造、農(nóng)林漁牧智能化改造等多個(gè)領(lǐng)域，極大節(jié)約了能源，提高了生成效率和降低了運(yùn)營(yíng)成本，真正的做到了智能行天下。

2.2 智能安防

智能化安防技術(shù)的主要內(nèi)涵是其相關(guān)內(nèi)容和服務(wù)的信息化、圖像的傳輸和存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理等等。一個(gè)完整的智能化安防系統(tǒng)主要包括門禁、報(bào)警和監(jiān)控三大部分。一些新建的小區(qū)多半會(huì)采用門禁的方式來(lái)保證業(yè)主的安全，一般采用智能家居的用戶則會(huì)采用裝有自動(dòng)報(bào)警的防盜門，少部分設(shè)有攝像裝備，以防自己不在家也能通過(guò)手機(jī)等設(shè)備，觀察家里的動(dòng)向。

一個(gè)比較常見(jiàn)的智能安防實(shí)例便是智能指紋鎖。指紋鎖依賴的重要載體便是指紋，指紋是手指末端正面皮膚上凹凸不平的紋路。盡管這只是人類皮膚的一小部分，但它所蘊(yùn)含的信息量卻十分巨大——這是因?yàn)檫@些紋路在圖案、斷點(diǎn)和交點(diǎn)上各不相同，在信息處理中這些被稱作特征。智能指紋鎖正是運(yùn)用了指紋的獨(dú)特性而創(chuàng)造出的智能安防產(chǎn)品。

2.3 智能電器

智能電器，在現(xiàn)代家居中應(yīng)用廣泛，如智能燈具、電冰箱、空調(diào)等。

3 智能家居設(shè)計(jì)方案

針對(duì)目前智能家居發(fā)展迅猛的趨勢(shì)，筆者在此嘗試為家庭實(shí)例設(shè)計(jì)智能家居方案。本設(shè)計(jì)方案從現(xiàn)有的一些設(shè)計(jì)思路出發(fā)，分析了現(xiàn)在市場(chǎng)上較為熱門的一些智能家居產(chǎn)品，并采用了算法設(shè)計(jì)中經(jīng)典的01背包算法計(jì)算解決出一定預(yù)算下的最優(yōu)方案。

3.1 智能家居設(shè)計(jì)的普遍思路

圖1為一般家庭的智能家居設(shè)備連接圖。若對(duì)于自己家的戶型不想大的改動(dòng)或修正，即可采用上述圖的簡(jiǎn)便方式來(lái)達(dá)到使家居智能的目的，通過(guò)家居的更換與開(kāi)關(guān)的代替。若是像新房子或偏大的戶型，則可采用鋪設(shè)網(wǎng)線，使整個(gè)家居一體化的方式，來(lái)完全達(dá)到智能家居的目的。

3.2 算法應(yīng)用與采購(gòu)方案

在01背包算法中，采用一維數(shù)組c來(lái)存放物品體積，一維數(shù)組w來(lái)存放物品價(jià)值。除此之外，采用二維數(shù)組f存儲(chǔ)計(jì)算結(jié)果——其中f[i][v]來(lái)表示前i件物品，（選擇其中一部分）放入一個(gè)容量為v的背包后可以獲得的最大價(jià)值。程序使用遞推公式f[i][j]=max（f[i-1][j]，f[i-1][j-c[i]]+w[i]）來(lái)完成計(jì)算。

針對(duì)本課題的現(xiàn)實(shí)意義，筆者對(duì)01背包算法進(jìn)行了修改。采用一維數(shù)組c來(lái)存放商品價(jià)格，一維數(shù)組w來(lái)存放物品所帶來(lái)的幸福感，二維數(shù)組中的f[i][v]則表示前i件物品，（選擇其中一部分）購(gòu)買，所花價(jià)格上限為v后所能獲得的最大幸福感。遞推公式與經(jīng)典01背包相同。

4 結(jié)語(yǔ)

4.1 結(jié)論與收獲

通過(guò)本課題的研究，我有如下體會(huì)和收獲。

一是通過(guò)對(duì)智能家居幸福感算法的設(shè)計(jì)，對(duì)01背包算法有了更多的了解和認(rèn)識(shí)，并學(xué)習(xí)了C++語(yǔ)言的基礎(chǔ)知識(shí)。

二是對(duì)智能家居市場(chǎng)的調(diào)查，給我自身的數(shù)據(jù)提取能力和分析能力有了一定的提升，對(duì)目前的智能家居有了一個(gè)大致的了解。除此之外，本課題的設(shè)計(jì)到研究，使我了解并掌握了論文提綱設(shè)計(jì)等相關(guān)知識(shí)和文獻(xiàn)閱讀等研究方法。

三是明白了科學(xué)來(lái)源于生活，而應(yīng)用于生活，通過(guò)一系列的調(diào)查與分析、計(jì)算與總結(jié)，靈活運(yùn)用01背包算法，將其運(yùn)用于實(shí)踐上，雖然有不足，但可以解決一些資金不足問(wèn)題，在一定范圍內(nèi)，使你的資金發(fā)揮最大價(jià)值，讓你物有所值，只有在生活中合理恰當(dāng)?shù)倪\(yùn)用一些我們學(xué)到的科學(xué)知識(shí)，才會(huì)提高我們生活水平與效率。

4.2 不足與展望

雖然本文所提出的方法具有較為廣泛的應(yīng)用價(jià)值，但該方法進(jìn)行了一系列簡(jiǎn)化。在實(shí)際情況中，購(gòu)置智能產(chǎn)品并設(shè)計(jì)智能家居還可能出現(xiàn)更為復(fù)雜的情況。

一些產(chǎn)品之間可能存在依賴性。例如智能插座依賴于Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)連接，那么必須在購(gòu)買智能插座的同時(shí)購(gòu)置路由器。僅購(gòu)買智能插座，則它無(wú)法發(fā)揮任何效用。本文所提出的方法未將這種情況納入考慮。一些產(chǎn)品的功能可能互斥。例如購(gòu)置了智能路由器之后，便不再需要普通路由器，它們的功能有所重復(fù)，但本文所提出的方法并沒(méi)有排除兩者同時(shí)購(gòu)置的方案。一些產(chǎn)品組合購(gòu)置，可能會(huì)產(chǎn)生更大的幸福感……

這些在實(shí)際情況中可能出現(xiàn)的復(fù)雜情況，還有待通過(guò)算法的修改和優(yōu)化來(lái)解決。背包算法是算法設(shè)計(jì)中的一個(gè)經(jīng)典模型，目前對(duì)于背包算法已有不少研究。這些研究成果，對(duì)于本文尚未解決的種種情況有很大借鑒價(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1]高小平.中國(guó)智能家居的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].低壓電器，2005（4）：18-21.

[2]張桂青，鹿曼，汪明，等.智能家居的“春天”來(lái)了[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2013，40（06A）：398-402.

收稿日期：2016-09-01

作者簡(jiǎn)介：胡祎東，男，漢族，湖北武漢人，研究方向：教育與基礎(chǔ)科學(xué)。