淺談無線智能家居系統(tǒng)的設計

韓金全

圖片來自網(wǎng)絡

背景

智能家居興起于日本和歐美一帶，起初僅用于實現(xiàn)簡單的燈光控制。近幾年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術的快速發(fā)展和我國房地產(chǎn)行業(yè)的蓬勃發(fā)展，智能家居越來越引起人們的關注。同時，人們生活水平提高后，對于生活品質的要求越來越高，對家居設備控制的便利性、高效性也提出了更高的要求。人們希望通過手機、平板等智能電子設備，隨時隨地管理控制家里所有的燈光、電器，滿足其安全、舒適、方便和綠色的居住需求。智能家居正是按照“安全、健康、便利、舒適、節(jié)能”的設計思想，用高科技的手段，給業(yè)主帶來全新的生活體驗。

技術分析

智能家居技術包括有線與無線兩種組網(wǎng)技術。有線顧名思義就是采用特定的線纜將智能網(wǎng)關與智能控制模塊/面板連接起來組成一個傳輸網(wǎng)絡；無線就是將智能網(wǎng)關與智能控制模塊/面板采用無線的通訊方式組成一個傳輸網(wǎng)絡。因此，無線的產(chǎn)品在實施時較為方便，并且安裝靈活，費用較低，目前已成為智能家居的主流趨勢。常用無線通信技術有Zigbee、RF433、藍牙、WIFI、Z-wave等。本文重點介紹Zigbe無線通訊技術在智能家居系統(tǒng)設計的應用。

Zigbee技術是基于IEEE802.15.4的一種無線通訊技術，通訊頻率為2.4GHz，最大通訊速率250KB/S。與上文介紹的其他無線通訊技術相比，其具有低功耗、低速率、低成本、保密性高、可靠性強、網(wǎng)絡自愈性強、安全性強及兼容性高等特點。在智能家居領域，網(wǎng)絡組成一般分為內網(wǎng)與外網(wǎng)，內網(wǎng)采用Zigbee通訊協(xié)議，將住戶家里的各種常用電器設備如電燈、窗簾電機、空調等設備通用智能模塊/面板與智能網(wǎng)關建立通訊；外網(wǎng)通過智能網(wǎng)關采用TCP/IP的方式由家里路由器連接到云端服務器，用戶可通過手機APP等智能電子設備遠程監(jiān)看或控制家里的電器和設備。其工作原理如圖1所示。

圖1 無線智能家居工作原理總圖

無線智能家居控制系統(tǒng)

無線智能家居控制系統(tǒng)指的是采用一種無線的傳輸技術，將家庭日常使用的安防設備、家電設備等組成一個系統(tǒng)，能夠通過手機、PAD等移動式智能設備一鍵控制全屋燈光、電器等而無需重新布線。通過這種靈活、便利的智能化的操作方式可以讓成員隨時隨地享受智能帶來的舒適、方便和樂趣。該智能控制系統(tǒng)主要由智能安防系統(tǒng)、智能家電控制系統(tǒng)（含燈光、窗簾、空調、新風和地暖等）、智能語音控制系統(tǒng)等組成。

1.智能安防系統(tǒng)

智能門鎖：常規(guī)的智能門鎖具有指紋、密碼、刷卡及鑰匙開鎖功能。隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，開發(fā)人員將互聯(lián)網(wǎng)與Zigbee技術整合，將Zigbee模塊內置于門鎖里，在家庭智能網(wǎng)關與云端服務器之間建立通訊，使得門鎖除了具有本地的開鎖功能外，還可以通過手機遠程操作實現(xiàn)開鎖權限管理、消息推送服務、防盜報警等功能，從而進一步提高了智能門鎖的便利性、可靠性和安全性。

智能安防探測器：通過安裝紅外幕簾、門磁、窗磁、緊急按鈕及燃氣泄露探測器等，及時發(fā)現(xiàn)警情并快速采取措施。當發(fā)生警情時除報到管理中心外，同時能夠將家里的報警信息通過智能網(wǎng)關遠程推送至業(yè)主的手機APP，讓主人能夠隨時隨地了解家里情況。并且該安防探測器可實現(xiàn)與其他設備的聯(lián)動，如紅外報警時可聯(lián)動燈光系統(tǒng)，當發(fā)生警情，燈光自動打開、攝像頭自動開鎖錄像；又如當燃氣泄露探測器發(fā)生報警時，可聯(lián)動電磁閥自動切斷閥門，大大提升了安全性。

智能監(jiān)控：業(yè)主可通過手機APP隨時隨地查看戶內IP攝像機視頻畫面，查看監(jiān)控區(qū)域的實時情況，同時該攝像機可以和安防探測器聯(lián)動，當檢測到有警情時，攝像機可自動錄像并存儲，給業(yè)主的居家生活提供更安全的保障。并且，通過IP攝像機也能遠程照看兒童與老人，實時了解家庭弱小成員的情況，給業(yè)主帶來更安心的體驗。

2.智能家電控制系統(tǒng)

家電控制系統(tǒng)主要包括燈光、窗簾、空調、新風及地暖等常用家用電器的狀態(tài)監(jiān)測及控制。

燈光控制：通過將傳統(tǒng)的普通機械開關替換成智能觸摸型智能開關，即可實現(xiàn)本地燈光控制、遠程控制、定時控制及集中控制，并能在根據(jù)業(yè)主使用需求定義各種工作模式，如：回家模式、離家模式、就餐模式及就寢模式等。通過模式控制，業(yè)主可一鍵啟動相應的模式，實現(xiàn)對使用場景的需求。如啟用回家模式時，客廳的燈光自動打開、窗簾自動拉開、空調同時打開并且啟動背景音樂，真正實現(xiàn)家居的智能化控制。如果需要在指定時間段聯(lián)動照明系統(tǒng)，也可增加定時器及一些傳感器聯(lián)動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)在特定的時間輸出指定的照明模式。

窗簾控制：通過智能觸摸窗簾面板實現(xiàn)本地控制、手機APP遠程控制窗簾拉開、閉合、暫停，亦可配置遙控器進行單獨控制。同時電動窗簾還支持斷電手動控制功能，當家里停電時，可以通過手動拉開或關閉窗簾。通電狀態(tài)下，輕輕拉動窗簾一小段，窗簾便會走完全程。也可設置定時任務，如，每天早上8頤00窗簾自動打開，中午12頤00窗簾自動關閉。還可以和其他智能系統(tǒng)聯(lián)動，達到更為舒適的智能體驗。

空調控制：紅外寶從云端獲取萬能的紅外碼庫。只要獲取到萬能的紅外碼庫，業(yè)主即可使用手機、智能控制終端等設備一鍵控制室內空調開啟、模式切換、溫度升降，還能控制電視開關、頻道切換、音量加減等，同時，還能聯(lián)動其他智能控制系統(tǒng)。例如：當您通過場景控制啟動影院模式時，電視自動打開，客廳燈光自動調暗，窗簾自動關上，所有設備的操作一步到位，無須一個一個去單獨控制操作，給業(yè)主帶來智能化的便利享受。

電器控制：在原來五孔插座的基礎上插上智能插座或換成智能插座，即可實現(xiàn)電器設備電源管理，實現(xiàn)遠程、定時、自動聯(lián)動控制電器設備通斷電。如，室內空氣過于干燥時自動開啟加濕器電源，加濕器開始工作；濕度達到要求后，加濕器自動停止工作。

3.智能語音控制系統(tǒng)

太累、太忙、太冷、太困……一到家就不想動手，沒關系，只需要語音命令，智能語音管家就能幫你“管”好你的“家”。比如回到家中，說：“小白小白，我回家啦”，燈光即刻開啟，窗簾緩緩拉開，電視機、空調已經(jīng)打開，回家場景模式現(xiàn)象展現(xiàn)在眼前。同時通過智能語音系統(tǒng)，還可以為你播放網(wǎng)絡音樂、講故事、說百科及鬧鐘定時等，給您帶來輕松而豐富的生活樂趣。

4.智能家居集成控制平臺

智能家居集成控制平臺將各子系統(tǒng)集成在一個統(tǒng)一平臺，業(yè)主手機采用統(tǒng)一的賬號通過WIFI/5G網(wǎng)絡連上智能家居的云端服務器，登錄自家的智能網(wǎng)關，即可實現(xiàn)對該網(wǎng)關下聯(lián)的所有家電設備的控制。當用戶在辦公室或公交車上的時候，忽然想起客廳燈忘記關了，就可拿起手機，通過智能家居APP即可關閉燈光，也可控制家中的其他設備，如電飯煲、澆花器等，所有一切盡在掌握之中，盡顯智能化。其控制工作原理如圖2所示。

圖2 無線智能家居移動終端控制工作原理

智能家居戶型設計分析

根據(jù)以上系統(tǒng)說明，現(xiàn)針對一套三室兩廳的戶型進行設計介紹，該戶型各個生活空間的設備安裝說明及應用場景如下。

1.入戶玄關

設備設置：智能門鎖、場景面板。

（1）開鎖場景聯(lián)動：住戶通過密碼或指紋開啟入戶門鎖之后可聯(lián)動打開回家場景模式，夜間回家時，可聯(lián)動打開燈光、窗簾，啟動空調、電視等，打開家門后不再是冷冷的黑暗場面，讓住戶充分體驗到智能家居控制所帶來的溫馨感覺。

（2）設計場景面板，通過該面板可一鍵打開“回家模式”、“外出模式”。

2.客廳

設備設置：智能燈光面板、窗簾面板、場景面板、緊急按鈕、紅外轉發(fā)器、智能插座、語音助手、空氣盒子、攝像頭。

通過設計的場景面板，可一鍵打開“休閑模式”、“會客模式”。

（1）休閑模式：可將客廳的主燈及窗簾自動關閉，電視自動打開；

（2）會客模式：可將客廳所有燈光及窗簾拉開，背景音樂自動響起。

3.餐廳

設備設置：智能燈光面板、窗簾面板、場景面板。

設計場景面板，可一鍵打開“就餐模式”，此時餐廳燈光及窗簾自動打開，柔和的背景音樂也同步開啟。

4.廚房

設備設置：智能燈光面板、燃氣探測器、煙霧探測器、水浸探測器、機械手。

燃氣探測器檢測到燃氣泄露時，可聯(lián)動機械手關閉天然氣閥門，提高安全性；水浸探測器檢測到漏水時，會關閉進水閥門，減少漏水帶來的損失。

5.主臥

設備設置：智能燈光面板、場景面板、語音面板、窗簾面板、紅外轉發(fā)器。

設計場景面板，可一鍵打開“就寢模式”、“晨起模式”。

（1）就寢模式：臥室里的燈光窗簾緩緩關閉，安防傳感器自動進入布防狀態(tài)，業(yè)主可安心睡覺。

（2）晨起模式：窗簾緩緩打開，燈光調節(jié)至30%亮度，背景音樂響起，安防傳感器自動撤防，開啟美好的一天。

6.兒童房

設備設置：智能燈光面板、場景面板、語音機器人、窗簾面板、紅外轉發(fā)器。

兒童房配備一個語音機器人。當您睡眼惺忪，吩咐一聲，即為您準備好“晨起模式”，還能給孩子講故事、陪伴孩子成長。

7.書房

設備設置：燈光面板、紅外轉發(fā)器。

8.衛(wèi)生間

設備設置：燈光面板、緊急求助按鈕。

結語

隨著技術研究的不斷深入，Zigbee無線通訊技術已較為成熟，取得了較好的發(fā)展，在智能家居的應用已非常廣泛。再者，目前市場上不論是開發(fā)商還是業(yè)主方對于智能家居的接受程度越來越高，尤其是在房地產(chǎn)行業(yè)“精裝交付”的刺激下，智能家居逐漸成為交房的標配，智能家居的市場已被大范圍地鋪開，同時像小米、華為的智能產(chǎn)品也越來越多，相信未來幾年智能家居將會成為市場的一個主流。