智能家居核心技术探讨

智能家核心技术讨本文从技术与应用广角全面阐述智家居系统的现状发展前景，深入分析了其核心技术——讯网络架构和控器，并提出个人技术观点和建议。1.概智能家居，又称智住宅，在国外常SmartHome表示与智能家居含义似的有家庭自动化（HomeAutomation）、子家庭（ElectricHome、E-home）数字家园（DigitalFamily）家庭网络（HomeNet/NetworksforHome）、网络家居（NetworkHome、智能家庭（IntelligentHome），在国港台地区，还有数码家庭数码家居等称谓智能住宅或智慧家，是利用先进的算机技术、网络讯技术、综合布线技术，依照人体工学理，融合个性需，对家居生活进网络化的综合智能管理，实现更舒适、安全、更便捷的新家居生活体验智能住宅对中国市民来说并不陌生，早2001年就有媒体报，上海智能化住已经达到400幢，但严格说来，他们是在原来可视对的基础上，增设几种简单的系统（比如基本的安防控制三表远程抄送等，真正意义上的能化住宅截止目前并不多见。智能小区过多年的实际应，已经有了长足发展，仅仅提供安全保障的智能小区系已经很难满足人对于安全、方便智能化等方面的需要因此，智能家居必成为一个新的市热点。智能家居系统的内，主要由家居综布线系统、家居全防范系统、家居电器自动控制系统和居背景音响系统智能家居系统功能构为家庭信息控、家庭通信网络控制总线、家庭网关国际厂商如德国西子、日本松下等国内厂商如联想海尔、TCL纷纷推产品。目前，智能家居系种类繁多，主要基于楼宇对讲系技术的智能家居系统基于现场总线技术家庭自动化系统基于智能手机的能家居系统三大类。由于楼宇保安对讲统产业化成熟，使单纯的楼宇对系统向家庭自动化系统过渡顺藤摸瓜，基于楼宇对讲系技术的智能家居统产品居多。这类产品基于楼宇对讲系技术（系统结构传输系统），在户室内分机增添功能终端设备（防盗、火、照明、家用器等）。基于现总线技术的智能家居系统技术含量高、能强，实施容易是本文探讨的重。基于智能手机的智能家居系统属新兴业技术，本文简阐述。在满足系统功能设要求情况下，不产品可能采用不的技术手段，其核心技术——通讯网络构和控制器。目前实现智能家居统的通讯网络架技术总体上可以为三大类：总线技术无线技术、电力载技术。控制器方式主要有凑型控制系统、机式集中控制系和智能控制中心。2.通网络架目前实现智能家居制的信息网络和制网络技术总体可以归为三大类：总线技术、无线技术电力载波技术。2.1电力线载波技电力线载波技术起于美国，X-10通协议适用于X-10发器与接收器之间以家庭内的电力线为通信媒体，用家庭安全监控、器控制等家庭自动化系统。X-10缺点在于多设备间进行单通信，没有反馈机，因为其控制元素是不完善的，通媒体单一，通信率较低。荷兰PLC-Bus技术是一种高稳定性较高价格性能比双向电力线通信总线技术，而其他的电线控制技术在系功能、可靠和成上均无法与之比拟。它主要由三部分组，即发射器、接器和系统配套设。该系统对弱电布线的唯一要求是每个关盒里都必须有线和火线。电力的HomePlug也绽露良好发展前景。国内引入PLC-Bus术的主要有索博能家居系统，济中讯高科电子科技公司的同类产品。还（佛山）自主开基于电力线载波术的智能墙壁开关产品。2.2无线网络技术无线网络技术主要802.11b，Bluetooth（牙）和HomeRF种方案。802.11b技术，是IEEE的线局域网标准。线宽带，目前802.11g也运在2.4GHz频段,达到54M宽，更高宽带（100M以）的802.11n和UWB开始崭露头角。基于无通信技术的系统具有免布线、安简单的优点，但目前多数此类产品都是向通信方式，各开关之间也无法立联动关系，对于某些要求220V交流的火线和零线均连接控制节点上的产必须重新布线。蓝牙技术是一种廉的、低功能的无网络技术，用户以控制10m之内的蓝牙设备。工作在2.4GHz频段数据速率为1Mbps国内推出基于蓝技术的松本智能全无线家居能系统；澳门科大学智能家居系（MUSTSmartHomeSystem）由PRO2处理器、蓝牙控制系（BluetoothControlSystem，称BCS），手机电脑接系统（MotiletoPCSystem，称MPS）组成。HomeRF技术。主为家庭网络设计工作在2.4GHz频，它采用了数字频扩频技术，HomeRF2.x中，跳频速率加到75跳/S，其据峰值也高达10Mbps，它能根据输速率动态调整频宽带。遥控器系统采用射遥控的方式，主通过射频的方式控现场的控制模块，安装与使用简单，遥控器和中央监的设备，受无线号传输距离的限制，控制规模小。3．总技术现场总线是现代控技术、计算机技和通信技术相结的产物。现场总线技术是近十年中蓬勃展起来的新生事，在实际工程应中体现出其强大的生命力，控制网必将着现场总线方向展，现场总线技也必将是控制网技术的核心，每个现场制单元具有数字理和双向高速通的能力，分散控制，网络规模大且具有质的稳定性。目前世界上现场总的标准有200多，有很多应用于筑物的总线技术，它们中大多数是某个体应用的解决方。当前国际上具代表性的现场总线技术与产品有FF总、PROFI总线、LON线、BACnet、CAN总、INTER总线和CCLink总线。以双绞线为基础的居控制总线，以通信介质的主要CEBUS消费电子总线LonWorks总线、APBus总线、RS-485总线、EIB电气安装线。就总线本身而言，这几种总线拓扑结构基本是同的。3.1RS-485总线其网络特性使用差电压传输方式；般采用总线型网结构，总线节点数有限，使用标准485发器时，单条通的最大节点数为32，传输距离较近（约1.2km），传速率低（300～9.6kbps）；输可靠性较差，对于个节点，电路成本较低设计容易，实现便，维护费用较。从严格意义上讲，不是一个完整的线技术标准，仅定义为物理层和链路层的通信标准，许厂商采用其技术新定义了自己的线技术标准，比较有代表性的美国Honeywell的C-Bus总技术。另外在RS-485技基础上应用较多的是MODBus标。3.2CEBus总线CEBus(ConsumerElectronicsBus)是美电子工业协会（EIA为消费电子产品制定的一种通信产品和操作性的准，是家用电器间通信所使用的五种类型的介质（电力、无线频率、红、双绞线和同轴缆）中信号的传输标准。信号传输速率系统容量分别是10kbps和4G。3.3APBus总线APBus总线是目前唯拥有中国自主知产权的总线技术。是一种针对家庭的、全分布式的智控制网络技术，一点与LonWorks技相似。产品具有双向通信能力以及操作性和互换性其控制部件都可编程。信号传输速率和系统容量则与CEBus一样分别是10kbps和4G3.4CAN总线CAN总线（ControllerAreaNetwork，它是一种支持布式控制和实时制的对等式现场总线络。其网络特性用差分电压传输式；总线节点数有限使用标准CAN收发时，单条通道的大节点数为110，它的传输速率范围是5kbps至1Mbps传输介质可以是绞线和光纤等，任意个节点之间的传输距离可达10km。对于单个节点，电成本高于RS-485设计时需要一定技术基础；传输靠性较高，界定故障点十分方便，维费用较低。在目已有的几种现场总线方式中，具有较高性能价格比。3.5LonWorks总线根据ISO/OSI7层型标准，采用三网络结构：域、网和节点；使用48位ID神经元芯片节点数量没有限制，输距离较远（约2.7km）传输速率快（300～1.25Mbps）；传输靠性较高，对于单节点，电路成本很，设计难度较大，维护费较高。我国智能建筑界对中的LONWORKS技术开发与应用起步二十世纪九十年代中期，与国外大公对该技术的开发应用基本上是同的，现已初步形成适合我国国情的产品列。如中国台湾科（NICO）的LonWorks系统它采用触摸玻璃面板，美观方。3.6以太网基于IEEE802.3规，采用CSMA/CD术的网络结构。点数量没有限制，传输可靠性较高，对单个节点，成本高，软硬件设计维护费用均较高。信息网络目前使用最泛的是100M以太网3.7LCN总线局部控制网络LCNLocalControlNetwork现场总线，作为动化控制通用技术，本身已具有强的包容性和扩性。高智能和高活性，为智能家居用户提供丰富的个性解决方案。LCN模块标准配置个执行器，其他展执行器和感应器均过3个多用途接口T，I，P扩展连而成。为了节省装空间，所有系的功能被集成在几个总线模块之中，安者可按实际需要使用其部分功能LCN具备布线简便参数设置简单的点，它提供了种类不，但功能全面的总线模块和多级的文反馈系统，所它被欧洲很多人为是目前最先进的总线技术。3.8CC－Link总线《控制与通信总线CCLink规范》（Control&CommunicationLink）于2005年9月取得中国家标准，进入中市场。这是由日本菱电机推出的，中国市场又多了一总线技术的选择值得关注这一总技术已成功地应用于在中国智能建筑工项目。3.9其他总线双绞线系统中常见ABB、Siemens等欧厂商的EIB系统美国立维腾（LEVITON）智能明系统和奇胜C-Bus系统还有TP-Bus总线和Q-BUS总线等。3.9.1TP-Bus总线TP-Bus是一种电源信号混合传输技，同时也是一种家庭动化网络总线技术，该总线技术主用于网络化控制如智能家居网络。该总线技术采用24V直流电源，信传输速率为10kbps，双绞线作为传输体，容易实现。总线的网络结构使络既可作数据传，也可以作为电的供应。TP-Bus一种多能控制总线，系统采用总线式构，主要由电源应器、双绞线和功能模块三个基本部分成。在欧洲标准EIB线及LonWorks线技术上作了改进，其防通信冲撞议的设计很好的决了总线上各节收发指令的冲撞问题大大提高了系统的信效率和稳定性在安全方面，它用的是24V直流供电系统可以通过修改件改变，而不需像传统方式那样新连接。深圳市普力特科技司基于TP-Bus总线术自主开发了Maxicom智家居系统。3.9.2Q-BUS总线以解决低速控制信为主要目的、并高带宽功能实现缝连接的应用控制平台总线系统——Q-BUS智能小区和智能家居低速控制总线系。Q-BUS总线基于差电压传输方式利CSMA/CD技术原理实现场总线技术，实现了数据可靠、效的中长距离传。在家居内，往往只要极少的数据就满足控制要求，接用高带宽实现的话会造成资源的及大费，而对于语音视频数据配合专网络来实现，这样无论经济性，还是可性都是最合理的择。家庭内部Q-BUS总连接了家庭内部智能、安防设备完成家庭内部独立自主的智能生活，不外界干扰；通过太网转换器，只将家用服务器连接入Internet，就可以程控制家居设备外界数据通过家服务器后，高流量数据通过家庭内部的速网传输，而低量则通过Q-BUS线的网络平台传输，实现的两者的完美一。智能家居中心主机过楼道内Q-BUS线连接至小区的能化平台，构成了家庭内部与小区平台据交换的桥梁，但可以实现最直的数据沟通，而且实时性得到了保证。整个系统中有两条离的Q-BUS总线一条是家庭内部线；另一条则由家庭内部连到户外，它很多户家庭相连同时连接整个小的智能系统。4．基智能手家庭自化系统GPRS是一种基于GSM统的无线分组交技术，提供了端到的、广域的无线IP连接。它充分利用有GSM网络资源具有不受通信线路地区限制、保密性好、可靠性高、用方便、灵活等点，为远程家电制和安防监测系统设备间的通信提供了大的平台支持。智能手机基本上都有GPRS功能。它采开放式操作系统第三方可根据操作系统提供的API为能手机开发各种展应用和提供各扩展硬件。利用智能手机这一特性再加智能手机足够的幕尺寸和强大的据、声音、图像处理能力，可轻松开发用于远程家电控和安防监测的应软件，方便了用户的操作。基于智能手机的远家电控制及安防测系统利用人们身携带的智能手机与中央控制器进行会，并在中央控制的控制下，通过应的硬件和执行机构实现对家电的远程制和家庭内部状的实时监测。系统总体结构如图所示，主要由智手机、中央控制、热释电人体红外探测器、温度传感器烟感探测器、燃泄漏探测器、摄头、家电设备、Internet和GPRS络组成。其主要功能如下：能手机经由GPRS网Internet与中央制器进行通信。用智能手机发送家控制消息到中央制器时，若所要制的家电为红外设备中央控制器驱动红收发器向该设备送相应红外控制号进行控制；若是普通设备，中央控制驱动开关控制器该设备进行控制当热释电人体红外探测器检测到有人非进入室内时，中控制器启动摄像拍摄入侵者照片，并发送非法入侵报警息和入侵者照片智能手机。当温传感器检测到室内温度过高，并且烟雾测器同时探测到雾超标时，中央制器将火灾报警消息发送到智能手机；燃气泄漏探测器测到煤气等可燃体浓度超标时，中央控制器发送气体泄报警消息到智能机。智能手机接到相应的报警消息后播放报警音，并显盗窃者照片或其报警信息。5．控器方式控制器是可编程家自动化控制处理，它具有信息接、贮存、发送、管理和通信的功能。可自动执行各种预的控制程序，具电话、网络、短信、总线、无线多种通接口，可实现设的远程操作控制前面已述，控制器式主要有拼凑型制系统、主机式中控制系统和智能控制中心。5.1常用的控制器拼凑型（功能间无联的孤立）控制统，各个功能子统独立设计、自主工作，互不相连和交数据。其集成方多数体现为多个立系统互相拼合，其系统集成性、稳定、扩展性必然下。主机式集中控制系，它可以是一个通计算机、嵌入或者单片机系统，系统的逻辑关系固定主控制器上，有可以通过软件修。添加新设备需要修改主控制器。分级中控制系统是前种类型的扩展。果现场采集量较大，通常在中央控制单和现场设备之间入现场级的控制元（PLC，单片机），现场控制单元与中控制单元之间使RS-232。常用的控制器，采普通计算机、嵌式或者单片机系。如V-Z8101B智控制器，采用嵌入式构设计，32位ARM9微处理，8MSDRAM，8MFLASH存储器，可扩展到64M可外接SD卡，RS232×1RS485×1，PUT×1，USB2.0×1通讯端口。实现最控制距离1200米，大控制区域256，最大控制设备种类256个，最大控对象65536个。5.2智能家居电视控中心这是一种新型开放家居自动化控制台，它是一种可、简单的家庭自动化控制新技术。它把用电器的所处位和状态信号用电机屏幕显示出来，用电视机的遥控器在视屏幕上选择电进行遥控操作的庭自动控制系统。它由“智能家居电遥控中心”和配的功能模块组成它使用一个标准电视遥控器，实现电视收看功能和家用器控制功能，在看电视的同时可以进行电器控制而不影电视节目收看。形化的控制界面作简单、使用方便。5.3用于会议系统中控产品在目前高档别墅住中，内容和功能对比较完整的家智能化系统，其智能化系统集成平台主采用用于会议系的中控产品，如思聪MC2W内置完的单向无线射频接受的控制主机、AMX…5.4家庭网关高端应用中常采用庭网关。家庭网（HomeGateway是户内控制和网络协议转换的中心，利家庭网关(HomeGateway)使有可能的设备信互通，实现环境自动控制、地集中监控、网远程监控。如“波创科技”的字网关，嵌入式LINUX操作统，32位350MHzCPU。又如海尔U-home数家庭系统，以家庭网为控制中心，集式网络控制系统，采用星形的网络拓结构，一个中央制单元，采用e佳联盟标准无线通讯协议。霍尼韦尔HS-5000统完全基于TCP/IP议和以太网平台行，所有的音频、视频、控制、监视状态等信息全部字化传输。家庭关通过唯一的RJ-45接口连接到小区局网，成为以太网的一个普通节点进而路由到Internet，网络成全部信息流的通。在户内，家庭关将所用可能的设备整合为一个系统，为就地集中控制WAP/WEB和电话程控制的基础。家庭网关支持户内多系多协议接入，如尼韦尔灯控系统H-BUS总线接入，各分机以RS-485形接入，信息家电通过PLC或RS-485总线入，安防探头直接接入防区扩展模，等等，把各种备和功能无缝整一个家庭网络系统，为未来业主实现了正意义的高舒适的智慧家居。新一代智能家居系——数字家庭。庭网络以iHome例，家庭服务网有四个数据接口，即WAN、LAN、和COM2。家网络通过主网关实现庭内部网络与外部网络互联，通过子网实现控制网络与息网络的互联。在实际应用上，主网关子网关通常在物上是合为一体的多协议的网关具有外部网络接口、内部域网接口、控制接口。家庭服务络整合了APBusQBus两种控制总线有线和无线局域、固定和移动互联网5.5PLC控制器ASE控制系统是一可编程逻辑控制（PLC），通过指表中设置控制指的方式，完成编程设的一款多用途控器。同时具备与信收发设备的通讯功能，通过普通手机信远程控制系统报告系统状态。功能：16个数字量输入点，个数字量涑龅悖个端口。内部共6个指令表共6×8×2＝96控制指令行。每个指令行均可调系统任意一个功，例如：发送短、控制继电器操作、延时计时等。8个独立手机号码置8个独立远程控制令行8条警示短信设置系统启动初始化设防断电记忆设置其技术优势：强抗干扰设计，与电设备安装在同个配电箱中。将可编程控制器与机短信收发机集起来，特别是支中英文短信的自动双向收发功能，拓宽编程器的远程控能力，在经济性安全性和可靠性上，相对于目前市场上电话语音报警和制的方式，有了当大的提高。在编程方面突破传的工业PLC编程式，对编程员的求很低，不需要掌握任何编程经验和语基础，有利于产大规模的推广和用。全中文编程界面编程极其简单方便定位于建筑电气控领域，根据这个域的要求而设计专业控制系统。6．个技术见作为资深专业人士我长期关注和潜探索智能家居系技术发展，深入分析其核心技术——通网络架构和控制，现提出个人拙如下：6.1智能家居系统术多元化由于智能家居宏大业发展和市场井，商家和媒体过渲染，智能家居系统技术推陈出新、层不穷，大有后者速淘汰前者之势其实不然，如无线术，最典型的无射频或红外技术它的特点是无须布设任何线路，安装方，但传输距离短穿墙能力差、安性较差，信号可能会受到墙体和障碍物阻碍，因为无线频信号一般只能透两层左右的墙体，则容易出现控制“角”。电力载波以用在光环境的制、多媒体信息传输与三表远抄等方面电力线的布线方，但价格较高，电力线上电器的干扰较大。这三种技术有自己的优势与点，都有它最适的应用环境。可能谁也无法完全替代谁只是不同技术在种场合的适应性同。各种技术的发展不是适用所有的应，而是根据内容环境需要，选择合适的网络。也可以将不同技术叉应用，这主要用的是先进的无技术与电力载波技术它们之间可以互相调。利用电力载技术来弥补无线术的缺陷，应用在无线网关控制、智能防、环境温湿度控制与多媒体中等，而最终有一个总的控制平台，对各能家居系统进行筹参观、协调工。6.2智能家居系统性能价格比据悉，美国ABB、GE,国莫顿，美国Honeywell,澳奇胜，一般别墅置价基本最少10万元、适型一般都需