孫　巖

[同濟大學(xué)建筑設(shè)計研究院(集團)有限公司, 上?！?00092]

智能家居系統(tǒng)技術(shù)研究及應(yīng)用

孫巖

[同濟大學(xué)建筑設(shè)計研究院(集團)有限公司, 上海200092]

摘要：從智能化系統(tǒng)集成、信息化應(yīng)用系統(tǒng)、信息化設(shè)施系統(tǒng)、家居設(shè)備管理系統(tǒng)、安全系統(tǒng)等方面介紹了智能家居系統(tǒng)的組成。結(jié)合某住宅實例,從家居控制器方式、控制模塊、智能無線模塊方面闡述了智能家居系統(tǒng)的應(yīng)用。提出智能家居系統(tǒng)具有感知、傳輸、判斷和決策的綜合智慧能力,可為人們提供更好的生活環(huán)境。

關(guān)鍵詞：智能家居系統(tǒng); 遠程控制; 控制模塊; 智能面板

0引言

按GB 50314—2015《智能建筑設(shè)計標準》[1],智能家居是以住宅家居為平臺,基于對各類智能化信息的綜合應(yīng)用,集架構(gòu)、系統(tǒng)、應(yīng)用、管理及優(yōu)化組合為一體,具有感知、傳輸、記憶、推理、判斷和決策的綜合智慧能力,形成人、建筑、環(huán)境互為協(xié)調(diào)的整合體,提供安全、高效、便利及可持續(xù)發(fā)展的家居產(chǎn)品。

1智能家居系統(tǒng)組成

智能家居系統(tǒng)由家居智能化系統(tǒng)集成、信息化應(yīng)用系統(tǒng)、信息化設(shè)施系統(tǒng)、家居設(shè)備管理系統(tǒng)、安全系統(tǒng)等一級子系統(tǒng)組成。智能家居系統(tǒng)組成如圖1所示。

1.1家居智能化系統(tǒng)集成

家居智能化系統(tǒng)集成的硬件包括家居系統(tǒng)平臺和被集成子系統(tǒng)連通需要的綜合布線設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)交換機、計算機網(wǎng)卡、硬線連接、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)安全、存儲、協(xié)議轉(zhuǎn)換設(shè)備等,軟件包括集成系統(tǒng)平臺軟件(各子系統(tǒng)進行信息交互的平臺,可進行持續(xù)開發(fā)和擴展功能,具有開放架構(gòu)的成熟應(yīng)用軟件)及基于平臺的定制功能軟件、數(shù)據(jù)庫軟件、操作系統(tǒng)、防病毒軟件、網(wǎng)絡(luò)安全軟件等,為智能家居各系統(tǒng)的聯(lián)系提供實現(xiàn)的設(shè)施基礎(chǔ)。JGJ 242—2011《住宅建筑電氣設(shè)計規(guī)范》[2]在信息化應(yīng)用系統(tǒng)中要求家居管理系統(tǒng)宜綜合火災(zāi)自動報警、安全技術(shù)防范、家庭信息管理、能耗計量及數(shù)據(jù)遠傳、物業(yè)收費、停車場管理、公共設(shè)施管理、信息發(fā)布等系統(tǒng),應(yīng)能接收公安部門、消防部門、社區(qū)發(fā)布的社會公共信息,并應(yīng)能向公安、消防等主管部門傳送報警信息。

1.2信息化應(yīng)用系統(tǒng)

信息化應(yīng)用系統(tǒng)包括社會公共信息、新聞事件、家政服務(wù)、電子商務(wù)、遠程教育、遠程醫(yī)療(家庭醫(yī)生)、娛樂、氣象環(huán)境、緊急求助等,并應(yīng)建立數(shù)據(jù)資源庫,提供信息檢索、查詢、發(fā)布和導(dǎo)引等服務(wù)。物業(yè)服務(wù)系統(tǒng)具有社區(qū)發(fā)布、房產(chǎn)維修管理查詢、各項費用的查詢及交付、建筑公共設(shè)施查詢等功能。

1.3信息化設(shè)施系統(tǒng)

JGJ 242—2011中對信息化設(shè)施系統(tǒng)(信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、電話系統(tǒng)、有線電視系統(tǒng)、家居控制器、家居配線箱)的要求作了規(guī)定,家居控制器宜將家居報警、家用電器監(jiān)控、能耗計量、訪客對講等集中管理,是家居智能化實現(xiàn)與外部和內(nèi)部溝通的重點硬件設(shè)施。住宅建筑智能化系統(tǒng)是智能家居實現(xiàn)的前提,是必要設(shè)施。目前多數(shù)住宅建筑的施工只到毛坯房階段,只能解決智能家居的信息接入和對外的預(yù)留通道,具體的智能家居設(shè)計和解決方案只能在裝飾階段實現(xiàn)。

圖1　智能家居系統(tǒng)組成

家居綜合布線系統(tǒng)將語音、數(shù)據(jù)、圖像、控制等信息在各設(shè)備和家庭信息服務(wù)器或私有云端之間進行信息傳遞,具有以下特性:① 實用性,能支持多種數(shù)據(jù)通信、多媒體技術(shù)及信息管理系統(tǒng)等,適應(yīng)現(xiàn)在和未來技術(shù)的發(fā)展;② 靈活性,任意設(shè)備能夠連接不同類型的設(shè)備;③ 開放性,支持任何廠家的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品、多種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),如總線形、星形、環(huán)形等;④ 模塊化,所有的接插件都是標準件,方便使用,免工具操作、管理和擴充;⑤ 擴展性,實施后的結(jié)構(gòu)化布線系統(tǒng)可擴充,以便將來有增加需求時將設(shè)備安裝接入;⑥ 經(jīng)濟性,一次性投資,長期受益,維護費用低。

家居綜合布線系統(tǒng)應(yīng)符合智能化設(shè)計和相關(guān)住宅設(shè)計規(guī)范,滿足通信網(wǎng)絡(luò)、有線電視、消防報警、防盜報警等系統(tǒng)的應(yīng)用。目前具有無線WiFi功能的用電設(shè)備逐漸增多,都需考慮無線路由器的設(shè)置。信息發(fā)布的顯示屏設(shè)置在易于看到、方便操作的位置,最好采用觸摸屏。家庭影院、背景音樂和有線電視這些音視頻線路對干擾要求比較高,安裝時應(yīng)注意與供電線路的間距。

1.4智能家居設(shè)備管理系統(tǒng)

智能家居設(shè)備管理系統(tǒng)對電器進行智能控制與管理,形成感知、記憶、推理、判斷和決策。通過管理系統(tǒng),用戶可以用智能面板、觸摸屏、手機等來管理電器,進行集中、定時、遠程控制,從而達到智能家電系統(tǒng)的智慧、節(jié)能、環(huán)保、舒適、方便的目的。

照明控制因安裝不同的燈具,對控制有新的要求,不同場景聯(lián)動不同的燈具、窗簾、影音設(shè)備、家電設(shè)備,要求家居電器的通信協(xié)議應(yīng)兼容。

電動窗簾與燈光的控制可以組合成不同的場景模式,在起居室設(shè)定“會客模式”將裝飾燈光打開,調(diào)光燈調(diào)至全亮,厚布簾打開,紗簾關(guān)閉;在餐廳設(shè)定“晚餐模式”,打開餐廳頂部燈光,關(guān)閉電動窗簾;在起居室設(shè)定“影院模式”,關(guān)閉無用燈光、電動窗簾,打開影音設(shè)備,還可以根據(jù)不同的季節(jié)改變燈的顏色。電動窗簾開合或升降可以用智能面板、觸摸屏、手機、計算機進行控制,可以停在任意中間位置,如果電動窗簾采用百葉窗,還可以對其葉片的角度進行任意調(diào)整,也可以根據(jù)房間內(nèi)的照度進行定制化控制。

家用空調(diào)系統(tǒng)除上述遠程控制和智能面板等控制外,還可以根據(jù)溫度、濕度、空氣質(zhì)量進行自動控制。

冰箱可以通過網(wǎng)絡(luò)將其內(nèi)部的物品信息傳到家居信息管理系統(tǒng)中,判斷物品的存儲情況,提醒物品的最佳食用期和保質(zhì)期。

1.5安全系統(tǒng)

安全系統(tǒng)包括火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、入侵報警系統(tǒng)、視頻安防監(jiān)控系統(tǒng)、訪客對講系統(tǒng)。智能安防報警系統(tǒng)協(xié)同各種安防傳感器、探測器、視頻攝像機、防區(qū)設(shè)置鍵盤及執(zhí)行器共同組成家庭的安防體系,是家居安防的核心。安全報警功能包括防火、防盜、煤氣泄露報警及緊急求助等功能,報警系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)控制設(shè)備,實現(xiàn)對上述意外事故的自動報警。

戶內(nèi)每個門窗都應(yīng)安裝感應(yīng)性門窗磁和紅外幕簾,聲光報警系統(tǒng)安裝在戶內(nèi)和戶外。設(shè)置安防日程管理模式,布防后若以上任意防區(qū)出現(xiàn)情況都會立即報警,觸動所有聲光報警裝置,阻止非法入侵,讓保安迅速找到闖入者。在入戶的門口設(shè)置視頻攝像機監(jiān)控門外的狀況。房內(nèi)設(shè)置多個緊急報警按鈕,可在緊急情況時向小區(qū)保安及上一級部門報警。聯(lián)動園區(qū)的閉路監(jiān)控系統(tǒng)立即啟動錄象,記錄園區(qū)實時的影像資料。

智能煙感和煤氣感應(yīng)探測器反應(yīng)靈敏,在發(fā)生火災(zāi)和煤氣泄漏時會立即報警,自動關(guān)閉燃氣閥。

防漏水報警裝置在水管破裂等情況時,就會立即報警,并自動關(guān)閉水閥。

2智能家居應(yīng)用實例

每個家庭對智能生活的要求不同,可以任意組合智能家居產(chǎn)品。家居智能化系統(tǒng)造價比較高,大多都應(yīng)用在別墅。本文以三室兩廳的住宅為例,智能家居平面如圖2所示。

圖2　智能家居平面

2.1家居控制器

智能家居通過家居控制器來控制燈具、空調(diào)、窗簾等,具有場景控制、調(diào)光、聯(lián)動窗簾、空調(diào)等功能。智能家居控制器系統(tǒng)如圖3所示。

圖3　智能家居控制器系統(tǒng)

2.2控制模塊

目前,很多總線模塊應(yīng)用在酒店、高檔辦公和別墅項目中,如開關(guān)模塊、調(diào)光模塊、窗簾模塊、空調(diào)網(wǎng)關(guān)模塊等。系統(tǒng)中受控的負載直接與控制系統(tǒng)的驅(qū)動器相連,傳感器智能面板、移動感應(yīng)器、光亮傳感器和開關(guān)驅(qū)動器、窗簾驅(qū)動器通過總線連接。當按下智能面板的按鈕時,通過總線向設(shè)定的驅(qū)動器發(fā)出指令,驅(qū)動器收到電信號后經(jīng)過內(nèi)置CPU 進行信息處理后再驅(qū)動負載,實現(xiàn)相應(yīng)的功能。系統(tǒng)在不作任何改動的情況下,通過編程實現(xiàn)靈活多變的功能控制,將所有信息通過總線傳送到家居智能化系統(tǒng)集成系統(tǒng)中,進行遠程控制。

智能家居控制模塊系統(tǒng)如圖4所示。智能家居信息系統(tǒng)如圖5所示。

圖4　智能家居控制模塊系統(tǒng)

2.3智能無線模塊

隨著無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,涌現(xiàn)大量ZigBee、WiFi無線控制產(chǎn)品,能夠通過內(nèi)部WiFi直接與智能家居的無線路由器連接。智能家居的實現(xiàn)由無線智能燈泡和開關(guān)組成,通過云服務(wù)和手機APP進行遠程控制。其聯(lián)動編程需進一步開發(fā),可以在已有設(shè)施的情況下不改變原線路而增加一種控制功能。

圖5　智能家居信息系統(tǒng)

3結(jié)語

智能家居系統(tǒng)除了具有很好的遠程控制、自動和聯(lián)動功能外,必須設(shè)有手動功能,防止系統(tǒng)崩潰狀態(tài)下無法使用,且需要專業(yè)的施工安裝和規(guī)范的售后服務(wù)。考慮到老年人的使用,智能開關(guān)的標志字符應(yīng)大些,且反應(yīng)靈敏。

[1]智能建筑設(shè)計標準:GB 50314—2015[S].

[2]住宅建筑電氣設(shè)計規(guī)范:JGJ 242—2011[S].

[3]邵鵬飛,王喆,張寶儒.面向移動互聯(lián)網(wǎng)的智能家居系統(tǒng)研究[J].計算機測量與控制,2012(2):474-476.

Research About Smart Home System Technology and Its Application

SUN Yan

[Tongji University Building Design & Research Institute(Group) Co., Ltd., Shanghai 200092, China]

Abstract：This paper introuduced the composition of smart home system including intelligent system integration,information technology application system,information infrastructure system,household equipment management system,and security system.Combining by a residence as example,the applications of smart home system were elaborated in aspect of home controller mode,control module,and intelligent wireless module.It is pointed out that the smart home system has the comprehensive wisdom abilities including perception,transmission,judgment and decision,which can provide better living environment.

Key words:smart home system; remote control; control module; smart panel

中圖分類號：TU 855

文獻標志碼：B

文章編號：1674-8417(2016)05-0017-05

DOI：10.16618/j.cnki.1674-8417.2016.05.005

收稿日期：2016-04-18