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(gè)角落。目前，人們對(duì)“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(shí)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(jì)原則、常用功能、子功能設(shè)計(jì)原理和實(shí)例的角度展開論述。

2 智能家居設(shè)計(jì)原則

（1）可行性和適用性

智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(jì)選用的系統(tǒng)和產(chǎn)品應(yīng)能夠使用戶或甲方實(shí)實(shí)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(shí)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(jì)應(yīng)以現(xiàn)有成熟的技術(shù)和產(chǎn)品為對(duì)象進(jìn)行，同時(shí)考慮到周邊信息、通信環(huán)境的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，并兼顧管理部門的要求，保證設(shè)計(jì)方案可行。

（2）先進(jìn)性和可靠性

系統(tǒng)設(shè)計(jì)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?cè)O(shè)計(jì)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(yùn)行。

（3）開放性和標(biāo)準(zhǔn)性

為滿足對(duì)系統(tǒng)所選用的技術(shù)和設(shè)備的協(xié)調(diào)運(yùn)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(jì)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(gè)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(shí)用，系統(tǒng)集成商也就越能更好地滿足用戶對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。

標(biāo)準(zhǔn)化是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。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(duì)未來的功能變化，系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)充分保證能夠以最簡便的方法、最經(jīng)濟(jì)的投資實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的擴(kuò)展和維護(hù)。

對(duì)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(shí)現(xiàn)的常用功能

智能家居實(shí)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(gè)鍵就可以關(guān)閉家中所有的燈和電器，按一個(gè)按鈕就可收放窗簾，按一個(gè)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(shí)現(xiàn)的常用功能

智能家居安防系統(tǒng)也支持一鍵啟動(dòng)。安防系統(tǒng)啟動(dòng)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(shí)，門窗將自動(dòng)關(guān)閉，智能報(bào)警器和安防系統(tǒng)會(huì)鳴響警笛聲，同時(shí)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(dòng)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(shí)，智能的設(shè)防也會(huì)在第一時(shí)間發(fā)出警報(bào)。

（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(dòng)調(diào)節(jié)功能

當(dāng)紅外探測(cè)器檢測(cè)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(huì)打開空調(diào)、換氣系統(tǒng)；當(dāng)室內(nèi)溫度達(dá)到27℃時(shí)，空調(diào)控制系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)啟運(yùn)；當(dāng)家居中的人離開時(shí)，燈光、室內(nèi)溫度會(huì)隨之改變；當(dāng)有人走進(jìn)衛(wèi)生間時(shí)，排風(fēng)扇會(huì)自動(dòng)開啟……

4 智能家居功能設(shè)計(jì)和實(shí)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(jì)原理，如圖2所示。

圖2 一鍵觸摸設(shè)計(jì)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(duì)應(yīng)影音設(shè)備的播放/停止、選臺(tái)、音源切換等。如用戶在控制面板、固定觸摸屏或移動(dòng)式觸摸屏上選擇了某種場(chǎng)景，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)控制相應(yīng)家電動(dòng)作。例如用戶若選擇了影院場(chǎng)景，系統(tǒng)將自動(dòng)減弱燈光的亮度，同時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)電視機(jī)、DVD和音響設(shè)備。

廣州亞運(yùn)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(gè)小小的面板即可輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)燈光、空調(diào)的控制，以及客廳各種場(chǎng)景氛圍的營造。

（2）窗簾自動(dòng)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(dòng)式觸摸屏（10寸）手動(dòng)調(diào)節(jié)電動(dòng)窗簾的開閉、電動(dòng)百葉的升降和葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)角度；也可以設(shè)定窗簾的定時(shí)升降；還可以根據(jù)當(dāng)前的場(chǎng)景對(duì)窗簾進(jìn)行控制。實(shí)現(xiàn)該功能所需的設(shè)備包括電動(dòng)窗簾、電動(dòng)百葉、窗簾控制模塊、百葉控制模塊，該功能的設(shè)計(jì)原理如圖3所示。

圖3 窗簾自動(dòng)升降功能的設(shè)計(jì)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(tái)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(tái)控制器——該觸摸屏支持對(duì)全屋的“回家”、“離家”、“自動(dòng)”、“手動(dòng)”場(chǎng)景進(jìn)行切換，可設(shè)置密碼；具有天氣預(yù)報(bào)信息下載功能及相冊(cè)功能，可在無操作時(shí)自動(dòng)顯示當(dāng)天室內(nèi)外溫濕度狀況、未來1天的天氣預(yù)報(bào)及相冊(cè)中存放的圖片。南非某別墅項(xiàng)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(gè)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(chǎng)景切換、調(diào)節(jié)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)，通過總線接入后臺(tái)控制器；簡便控制面板則在每個(gè)智能控制面板附近另外設(shè)置，僅支持對(duì)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?dòng)報(bào)警

安裝于廚房的煤氣探測(cè)器可對(duì)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(dòng)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)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?dòng)報(bào)警系統(tǒng)。燃?xì)庑孤┳詣?dòng)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(cè)器和燃?xì)忾y門自動(dòng)控制機(jī)械手。

圖4 自動(dòng)報(bào)警設(shè)計(jì)原理圖

（2）入侵報(bào)警及遠(yuǎn)程求助

當(dāng)發(fā)生非法入侵事件，或大門長時(shí)間未關(guān)時(shí)，入侵報(bào)警及遠(yuǎn)程求助系統(tǒng)將自動(dòng)啟動(dòng)屋內(nèi)的視頻監(jiān)控設(shè)備，進(jìn)行錄像，并將報(bào)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(bào)警及遠(yuǎn)程求助功能。入侵報(bào)警及遠(yuǎn)程求助系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(bào)警和遠(yuǎn)程求救設(shè)計(jì)原理圖

（3）環(huán)境監(jiān)測(cè)

智能家居系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)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(cè)器，監(jiān)測(cè)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(cè)器就會(huì)將數(shù)據(jù)傳送給控制器，進(jìn)行報(bào)警。環(huán)境監(jiān)測(cè)功能的設(shè)計(jì)原理如圖6所示，實(shí)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(cè)功能設(shè)計(jì)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(shí)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(fèi)。

用戶可通過發(fā)短信對(duì)“回家”、“離家”、“手動(dòng)”三種場(chǎng)景進(jìn)行控制。啟用“回家”場(chǎng)景后，系統(tǒng)將自動(dòng)啟動(dòng)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(chǎng)景后，系統(tǒng)將自動(dòng)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(dòng)”場(chǎng)景后，系統(tǒng)將自動(dòng)屏蔽家中的智能控制面板，僅開放通過簡便控制面板對(duì)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(chǎng)景等復(fù)雜功能而誤動(dòng)作的情況。

此外，智能家居系統(tǒng)還能將實(shí)時(shí)安防報(bào)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(jì)原理如圖7、圖8所示，實(shí)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(jì)原理圖

圖8 手機(jī)短信遠(yuǎn)程控制設(shè)計(jì)原理圖

智能家居系統(tǒng)可配置一臺(tái)彩色移動(dòng)式觸摸屏，通過無線網(wǎng)絡(luò)方式接入后臺(tái)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(shí)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(jì)原理如圖2、圖9所示，保加利亞某別墅項(xiàng)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(jì)原理圖

4.4 自動(dòng)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(tái)的照明控制可與人體感應(yīng)器及照度傳感器相配合，實(shí)現(xiàn)人到燈開、人走后燈光延遲10秒漸暗、白天光線充足時(shí)燈光自動(dòng)關(guān)閉。入戶花園、陽臺(tái)的人體感應(yīng)器同時(shí)可以用于探測(cè)非法入侵。智能照明控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(dòng)器、DMX512表演控制器。

圖10 智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(dòng)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(jì)原理如圖11所示，實(shí)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(cè)功能的紅外發(fā)射模塊。

圖11 衛(wèi)浴感應(yīng)功能設(shè)計(jì)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。