陸 群

（徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 徐州 221000）

“十四五”規(guī)劃明確提出了綠色發(fā)展導(dǎo)向，加快綠色低碳循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展，降低對資源能源的消耗，建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會。綠色低碳發(fā)展是大勢所趨。但目前隨著居民對居住環(huán)境的舒適、安全與智能化的進(jìn)一步需求，建筑能耗在社會總能耗中的比例在逐年提高。節(jié)能降耗已成為保護環(huán)境的一項重要的系統(tǒng)工程，各國都推出了一系列節(jié)能減排的政策，以廣大工薪階層消費能力之內(nèi)的智能家居為研究對象，探討如何節(jié)能降耗無疑是保護環(huán)境的最好措施之一。

當(dāng)前智能家居領(lǐng)域的研究多從工程技術(shù)層面或工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計角度出發(fā)，而從居民節(jié)能降耗需求視角下進(jìn)行智能家居產(chǎn)品的系統(tǒng)設(shè)計的研究較為匱乏。本文研究目的在于將居民節(jié)能降耗的需求因素納入智能家居系統(tǒng)設(shè)計中，以期推動智能家居的發(fā)展由技術(shù)驅(qū)動向用戶需求驅(qū)動轉(zhuǎn)變，讓智能家居產(chǎn)品走上可持續(xù)發(fā)展的道路。

1 居民節(jié)能降耗的需求視角下智能家居系統(tǒng)的整體設(shè)計要求

有節(jié)能降耗功能的智能家居系統(tǒng)在系統(tǒng)層面上應(yīng)該具備檢測、節(jié)能控制和遠(yuǎn)程控制的功能。首先通過各類傳感器收集家中智能家居的能耗數(shù)據(jù)，再通過編程和控制器排查出智能家居產(chǎn)品的異樣的能耗，進(jìn)行合理地調(diào)節(jié)和控制，以滿足用戶節(jié)能降耗的需求。操作層面上能提供對能耗數(shù)據(jù)的監(jiān)測與狀態(tài)反饋，滿足用戶對智能家居產(chǎn)品方便的節(jié)能管理，并通過交互與智能控制，對個性化場景進(jìn)行自定義與快捷操作。

2 智能家居系統(tǒng)需要的主要產(chǎn)品和技術(shù)

2.1 具備信息交換和控制功能的網(wǎng)關(guān)

網(wǎng)關(guān)是智能家居系統(tǒng)的核心，用于管理和配置其他智能產(chǎn)品，主要實現(xiàn)家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和家庭外部互聯(lián)網(wǎng)信息的交換和控制。家庭內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備信息和外部網(wǎng)絡(luò)信息是兩種不同協(xié)議下的信息，例如人體感應(yīng)器是無法直接連到家庭網(wǎng)絡(luò)的，需要一個類似于大腦終端，將它們連在一起，網(wǎng)關(guān)就是這個作用。網(wǎng)關(guān)用Zigbee協(xié)議收集到所有設(shè)備指令后再統(tǒng)一與家庭路由器（Wi-Fi）連接，這樣用戶就可以隨時查看，控制家里的設(shè)備。如果家庭面積比較大，智能設(shè)備比較多，可能需要多個網(wǎng)關(guān)一起覆蓋。因為網(wǎng)關(guān)需要和路由器（Wi-Fi）連接才能實現(xiàn)對其他智能產(chǎn)品的控制，因此安裝網(wǎng)關(guān)位置的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境一定不能出現(xiàn)掉線，有時根據(jù)需要可以考慮網(wǎng)絡(luò)的橋接。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，家庭網(wǎng)關(guān)同時也可以設(shè)置防火墻，防止外界不安全的攻擊。

2.2 家電控制器

用于控制所有可以通過紅外遙控控制的電器，也就是智能遙控器。普通的家電，比如空調(diào)電視，洗衣機，投影儀等都可以使用家電控制器實現(xiàn)智能控制的功能。智能家居通過有線或者是無線的方式，能耗數(shù)據(jù)可以進(jìn)行儲存，并事先設(shè)置期望值指標(biāo)，實際使用過程中，如果出現(xiàn)與期望值指標(biāo)不一樣的異常數(shù)據(jù)，用戶可以通過家居產(chǎn)品交互使用界面上的控制功能，形成對各種產(chǎn)品的遠(yuǎn)程智能控制和調(diào)節(jié)，實現(xiàn)節(jié)能降耗的功能。

2.3 具備安全防護功能的產(chǎn)品

功能強大的智能家居的安防系統(tǒng)其實是家居的基礎(chǔ)系統(tǒng)，可以應(yīng)對各種非法入侵、燃?xì)庑孤?、火?zāi)等情況，實用性很高，在智能家居產(chǎn)品的配置比例上較高。比如傳統(tǒng)的圖像監(jiān)控技術(shù)，先進(jìn)的基于重力感應(yīng)技術(shù)和紅外檢測技術(shù)的安保系統(tǒng)。家門的安防是家庭安防的第一步，隨著技術(shù)的進(jìn)步，低能耗的可視門鈴和帶攝像頭的智能門鎖大受歡迎。室內(nèi)的燃?xì)獍卜廊缛細(xì)鈧鞲衅饔糜诒O(jiān)測空氣中是否有煤氣或者有害氣體，當(dāng)智能燃?xì)鈭缶靼l(fā)出聲音時會將聲音傳遞到主人手機上，利用與燃?xì)鈧鞲衅髀?lián)動的機械手進(jìn)行遠(yuǎn)程控制關(guān)閉燃?xì)忾y門。

3 有節(jié)能管理功能的智能家居系統(tǒng)總體設(shè)計

有節(jié)能管理功能的智能家居系統(tǒng)由檢測系統(tǒng)、智能與節(jié)能管理控制系統(tǒng)和遠(yuǎn)程控制管理系統(tǒng)三個子系統(tǒng)構(gòu)成，如圖1所示。檢測系統(tǒng)主要是針對家庭中有害氣體、空氣溫度、濕度、可能引起火災(zāi)的煙霧等進(jìn)行實時檢測。網(wǎng)關(guān)首先收集各種傳感器的能耗信息，與事先設(shè)定的期望值指標(biāo)進(jìn)行分析對比，當(dāng)出現(xiàn)超標(biāo)現(xiàn)象時，會首先進(jìn)行本地聲光報警提示，并發(fā)送遠(yuǎn)程報警信息到遠(yuǎn)程監(jiān)控主機，聯(lián)動不同的設(shè)備進(jìn)行自動調(diào)節(jié)處理，從而實現(xiàn)節(jié)能和智能控制等特點。

圖1 自動控制方案

本系統(tǒng)對家庭環(huán)境與耗能設(shè)備參數(shù)的調(diào)節(jié)控制采用閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)后臺軟件將連接在同一個路由器（Wi-Fi）下的網(wǎng)關(guān)們，統(tǒng)一連接到同一個家庭中，一些不需要網(wǎng)關(guān)的設(shè)備如掃地機器人，空氣凈化器，也能在這個家庭的界面下進(jìn)行操作。家庭中各類傳感器、感應(yīng)器，事先設(shè)定期望的環(huán)境參數(shù)值然后設(shè)置成自動調(diào)節(jié)模式，進(jìn)行溫度濕度檢測，漏水檢測，天然氣泄漏檢測。家里濕度過低、溫度過高過冷、熱水煤氣泄漏都會發(fā)出相應(yīng)的報警，及時告知用戶，并通過控制系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的溫度、濕度的調(diào)節(jié)，達(dá)到節(jié)能的效果，并使家庭環(huán)境舒適度更個性化。

4 展望和不足

由于智能家居系統(tǒng)是一個多學(xué)科、多技術(shù)綜合應(yīng)用的系統(tǒng)工程，以及制約因素的存在，本文只對其中部分作了探討和研究，后續(xù)仍需繼續(xù)修改、研究。比如傳感器的期望值指標(biāo)需要針對用戶的使用環(huán)境反復(fù)實驗比較對比才能實現(xiàn)有效的節(jié)能智能。無線傳感器在實際應(yīng)用中，數(shù)量較多，節(jié)點傳送數(shù)據(jù)時能量損耗仍然較高，也需要根據(jù)用戶的使用習(xí)慣進(jìn)行個性化的設(shè)計和數(shù)據(jù)的融合機制，通過降低節(jié)點能耗以延長系統(tǒng)的生命周期，真正具備節(jié)能智能功能。