一、概述

  一般來說,一個完整的智能家居系統應具有如下功能,包括家庭安全防范、照明系統控制、環境控制、家電控制等多種途徑控制。

  家居安防系統可以有效地利用技防手段來實現居家安全防范。家居安防系統包括防盜、防火、防燃氣泄漏等功能,并具備遠程監控,住戶可以通過網絡或電話隨時了解家內情況,同時可遠程監聽或監視家庭內部情況。

  智能家居的主體在于家庭自動化,未來家庭自動化的主體是家電、照明等電氣設備的控制。自動化系統采用集中或者分布式控制,住戶可以通過網絡或者電話遠程控制家庭內部設備,家居自動化系統是智能家居的主要發展方向。

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  隨著人們對生活體驗的個性化要求越來越高,家庭內部影音系統、家庭內部環境、網絡虛擬環境等需求也越來越高,人們在這方面的消費支出也將越來越高,未來的智能化家居也會滿足人們更多這些方面的需求。

  智能家居承載著現代化城市組建的重大任務,以一套先進、安全、穩定、智能化的系統和智能產品為基礎,基于社區帶寬網絡,將社區住戶、公共設施、服務軟件、智能化產品聯接并有機融合,實現社區數字化,為社區居民提供舒適、便捷、安全、智慧和充滿幸福的生活環境。

  其以社區居民為主要服務主體,重點實現物業管理智慧化、社區公共服務智慧化、生活服務智慧化、家居智慧化等功能。

  二、設計原則

  (1)使用便利

  智能家居最基本的目標是為人們提供一個舒適、安全、方便和高效的生活環境。對智能家居產品來說,最重要的是以實用為核心,摒棄掉那些華而不實,只能充作擺設的功能,產品以實用性、易用性和人性化為主。

  在設計智能家居系統時,應根據用戶對智能家居功能的需求,整合以下最實用最基本的家居控制功能:包括智能家電控制、智能燈光控制、電動窗簾控制、防盜報警、門禁對講、煤氣泄露感知等,同時還可以拓展諸如三表抄送、視頻點播等增值服務功能。智能家居的控制方式可以盡量個性化,比如:本地控制、遙控控制、集中控制、手機遠程控制、感應控制、網絡控制、定時控制等等,其本意是讓人們擺脫繁瑣的事務的困擾,享受便捷的服務,如果操作過程或程序設置過于繁瑣,容易讓用戶產生排斥心理。所以在對智能家居的設計時一定要充分考慮到用戶體驗,注重操作的便利化和直觀性,最好能采用可視化的控制界面,讓操作所見即所得。

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  (2)可靠性

  整個建筑的各個智能化子系統應能二十四小時運轉,系統的安全性、可靠性和容錯能力必須予以高度重視。對各個子系統,以電源、系統備份等方面采取相應的容錯措施,保證系統正常安全使用、質量、性能良好,具備應付各種復雜環境變化的能力。

  (3)標準性

  智能家居系統方案的設計應依照國家和地區的有關標準進行,確保系統的擴充性和擴展性,在系統傳輸上采用標準的網絡技術,保證不同產商之間系統可以兼容與互聯。系統的前端設備是多功能的、開放的、可以擴展的設備。如系統主機、終端與模塊采用標準化接口設計,為家居智能系統外部廠商提供集成的平臺,而且其功能可以擴展,當需要增加功能時,不必再開挖管網,簡單可靠、方便節約。設計選用的系統和產品能夠使本系統與未來不斷發展的第三方受控設備進行互通互連。

  (4)方便性

  布線安裝是否簡單直接關系到成本,可擴展性,可維護性的問題,一定要選擇布線簡單的系統,施工時可與小區寬帶一起布線,便會顯得簡單與容易。系統在工程安裝調試中的方便設計也非常重要,家庭智能化有一個顯著的特點,就是安裝、調試與維護的工作量非常大,需要大量的人力物力投入,成為制約行業發展的瓶頸。針對這個問題,系統在設計時,就應考慮安裝與維護的方便性,比如系統可以通過Internet遠程調試與維護。通過網絡,不僅使住戶能夠實現家庭智能化系統的控制功能,還允許工程人員在遠程檢查系統的工作狀況,對系統出現的故障進行診斷。這樣,系統設置與版本更新可以在異地進行,從而方便了系統的應用與維護,提高了響應速度,降低了維護成本。

  (5)輕巧型

  “輕巧”型智能家居產品顧名思義它是一種輕量級的智能家居系統。“簡單”、“實用”、“靈巧”是它的最主要特點,也是其與傳統智能家居系統最大的區別。所以我們一般把無需施工部署,功能可自由搭配組合、價格相對便宜并可直接面向最終用戶的智能家居產品稱為“輕巧”型智能家居產品。

  三、智能家居主要系統介紹

  (1)家庭安全防范

  智能家居安防系統是集信息技術、網絡技術、傳感技術、無線電技術等多種技術為一體的綜合應用,利用現代的寬帶信息網絡和無線電網絡平臺,將家電控制、家庭環境控制、家庭監視監測、家庭安全防范、家庭信息交流、家庭娛樂、小區管理和服務集為一體構成的智能系統產品,是具有較強的技術性和前瞻性。

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  這套系統包含門磁傳感器、紅外廣角探測器、紅外幕簾探測器等。安裝門磁、窗磁,防止非法入侵,管理系統可通過安裝在住戶室內的報警控制器得到信號從而快速接警處理。報警聯動控制可在室內發生報警時,系統向外發出報警信息的同時,進行自動打開室內的照明燈光、啟動警號等任務。緊急求助功能室內的報警控制器具有緊急呼叫功能,管理系統可對住戶的緊急求助信號做出回應和救助。

  報警管理顯示功能離家模式即防盜報警狀態,防止非法入侵,管理系統可實時接收報警信號,自動顯示報警住戶號和報警類型,并自動進行系統信息存檔。預設報警功能智能安防系統可預設報警電話。設/撤防聯動控制在家設防模式,安全防范系統可聯動切斷某些家用電器的電源。在家撤防模式,部分照明燈自動打開,門磁和窗磁離線,室內煙感探測器和廚房可燃氣體探測器仍為報警模式。

  智能門鎖:門是家庭出入的重要通道,一把門鎖對整個家庭的安全十分重要。一般而言,智能門鎖首先解決的是開鎖方式,其次才是安全性,但事實上它的安全性要比傳統門鎖高得多。智能門鎖在安全性的加強上主要包括門鎖開鎖、上鎖、反鎖狀態的實時反饋,照片快速收集,反暴力破解等。

  門窗磁:與智能門鎖相比,門窗磁同樣負責出入口把關,而不同的是,這些產品是主動型防御設備,可實時監測門窗磁的開關狀態,一旦發現異常情況,即便用戶不在家也能通過手機收到相關信息。

  紅外入侵探測器:紅外入侵探測器與門窗磁類似,都屬于感應類,但感應的對象和區域不同,門窗磁感應的是設備自身的分離狀態,負責一個點或面的安全,而紅外入侵探測器探測的人體活動,負責一定的空間區域。另外,紅外入侵探測器不但可以將探測的異常情況發送到用戶手機,而且通常具有本地報警功能。

  智能攝像機:智能攝像機是整個智能家居系統少有的可視化設備,在安全防護方面非常直觀。通過這類設備,用戶可以隨時隨地查看家中的情況。目前,除了遠程查看外,智能攝像機還具備了自動巡航、雙向語音、多用戶分享、紅外夜視、高清回放等功能。

  煙霧探測器:顧名思義,煙霧探測器就是用來探測煙霧濃度的,如果濃度超標會進行本地報警,同時向用戶手機推送信息。不過,隨著多功能一體化設計的引入,煙霧探測器開始集多功能于一體,例如今年CES上推出的煙霧火警探測器,不但能夠探測煙霧濃度,而且還具有感知溫度、濕度、光照和噪音強度等功能。

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  可燃氣泄漏探測器:可燃氣泄漏探測器主要用于探測室內空氣中的可燃氣濃度,通常安裝在廚房,以防由于人為或其他原因造成可燃氣泄漏。與時下不少智能家居產品類似,可燃氣泄漏探測器的報警機制也分本地端和移動端兩種。

  漏水傳感器:從名字上來看,這類產品更像是一種用于節水的智能產品,但實際上也可用于安全防護,有時還很關鍵。在安全防護方面,這類產品的使用場景是探測漏水、滲水問題,以免因水電相連而致使用戶觸電。

  智能插座:智能插座是智能家居中的一款基礎設備,充當連接用電設備與電源的角色,能夠在兩方面加強安全:一是自身擁有安全保護機制,不會導致用戶觸電;二是支持遠程斷電,一旦用電設備出現問題,用戶可及時通過智能手機切斷電源,保護家電設備。

  (2)照明系統控制

  智能照明控制系統是指用計算機技術并輔助其他手段,對電力照明實行自動控制,提供合適照明環境的同時降低照明系統的電能消耗和其他使用費用。智能照明控制系統于手動照明控制系統相比有很多優點,包括創造環境氣氛,改善工作環境、提高工作效率,良好的節能效果,延長光源壽命,管理維護方便等。

  創造環境氣氛

  使用智能照明系統,可以根據使用情況和住宅內的日光亮度來預設回路。可在回路中實現燈具的單獨控制或成組控制,每個回路或燈具都可以設置為不同的亮度級別,這些級別存儲為“場景”,可以理解為一個房間或某一區的完整面貌。設置場景后,即可方便地使用墻上的控制面板或遙控器手動調用。可以根據定時器、日光傳感器和使用情況自動調用這些場景,使其達到豐富的藝術效果。

  改善工作環境,提高工作效率

  智能照明控制系統以調光模塊控制面板代替傳統的平開關控制燈具,可以有效地控制各房間內整體的照度值,從而提高照度均勻性。同時,這種控制方式有效地解決了頻閃效應,不會使人產生不舒適、頭暈腦脹、眼睛疲勞的感覺。

  良好的節能效果

  智能照明控制系統借助各種不同的 “預設置”控制方式和控制組件,對不同時間不同環境的光照度進行精確設置和合理管理,實現節能。這種自動調節照度的方式,充分利用室外的自然光,只有當必需時才把燈點亮或點亮到要求的亮度,利用最少的能源保證所要求的照度水平,節電效果十分明顯,一般可達30%以上。

  延長光源壽命

  智能照明控制系統能成功地抑制電網的浪涌電壓,同時還具備了電壓限定和WE流濾波等功能,避免過電壓和欠電壓對光源的損害。智能調光器慢慢地把燈光調亮到一個設定的水平。剛打開燈時,這是相當重要的。在這一點上,白熾燈由于燈絲的熱沖擊易于失敗。通過把燈慢慢地調亮到設定的水平,也被稱為“軟啟動”,避免了沖擊電流對光源的損害,可以相當多的延長燈泡的壽命。降低燈泡的亮度也可以延長燈泡的壽命。減低10%的亮度,燈泡可以延長一倍的壽命,而減少50%,可以延長到20倍以上。還可以實現“軟關斷”,燈光慢慢地熄滅。當切換場景時,燈光的變化是漸變的,使人們不會有突然變化的感覺,充分考慮到人眼對燈光的亮度的適應性。延長光源壽命不僅可以節省大量資金,而且大大減少更換燈管的工作量,可以降低照明控制系統的運行費用,管理維護也變得簡單。

  管理維護方便

  智能照明控制系統對照明的控制是以模塊式的自動控制為主,手動控制為輔,照明預置場景的信息存儲在內存中,這些信息的設置和更換十分方便,使建筑物的照明管理和設備維護變得更加簡單。例如在客廳中,可根據時間設定晚上11點后,場景照明自動切換到睡前場景照明。睡覺前還可以從集中顯示器中查看各房間的燈是否關閉。

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  (3)環境控制

  通過控制系統,對系統內所有燈光采用開關控制與調光控制相結合外,同時聯動家居內電動窗簾、空調等設備達到場景控制功能。例如在客廳設置會客場景、居家場景;餐廳設置聚餐場景、清掃場景等。通過室外遮陽進行室內衡亮度感應,使住戶既充分地享受日光,又很好的達到了節能的目的。

  智能新風:環境控制系統把戶外自然空氣與室內空氣進行置換,引入新鮮空氣的同時排出污濁的空氣,24小時保持循環流通。其中空氣質量監測器讓室內甲醛、PM2.5等無所遁形;新風換氣機自動過濾戶外空氣中的粉塵、尾氣、PM2.5等,同時進行熱量交換,毫不影響室內的舒適;智能控制器會根據各房間空氣質量,自動調節風速、置換量,節能減耗。

  恒溫、恒濕、恒氧:人是恒溫的生命體,具有相對恒定的身體舒適度,平均數值為溫度25℃、相對濕度50%、含氧量21%、氣流速度0.15米/秒。不過,智能環境控制系統可以根據個人的獨特情況、不同的功能房間、季節的變換等,定制專屬的身體舒適方案,通過溫度傳感器、濕度傳感器、氧傳感器等設備,時時精準的檢測,自動進行對比調節,為營造恒久舒適的居家環境。

  室內環境凈化:烹飪油煙、煙草煙霧、人體代謝等都會持續的產生污染物,危害身體健康。智能環境控制系統是凈化環境持久戰的攻堅利器,確保生活在健康的環境中。例如:當做飯時自動加大對廚房的凈化量;在吸煙的房間會自動加大通風量;如果外出旅游,也會自主定時通風,保障居所的空氣質量。

  節能措施:盡量減少不可再生能源的消耗,提高能源的使用效率;減少建筑圍護結構的能量損失;降低建筑設施運行的能耗。例如:利用計算機、平衡閥及其專用智能儀表對管網流量進行合理分配;安設熱量分配表和溫度調節閥,用戶可根據需要消耗和控制熱能;采用新型的保溫材料包敷送暖管道,以減少管道的熱損失;通過智能窗簾能夠在不同季節、不同區域控制接收或阻止太陽輻射,調節溫度減少能源損耗。

  (4)家電控制

  系統主要包含以下特點:

  無線遙控、遠程控制、智能方便、穩定可靠、價廉物美。

  家電智能控制功能可以通過智能家居控制終端、遙控器、手機、Internet,實現對紅外信息家電的管理和控制。可以單獨控制,也可以成組、定時控制,結合燈光和電動窗簾等的控制,成為場景效果的一部分。

  智能照明:主要實現對整個居住空間的燈光的智能控制管理,可以用遙控等多種智能控制方式實現對居住空間燈光的遙控開和關,調光,全開全關及“會客、影院”等多種一鍵式燈光場景效果的實現;并可用定時控制、電話遠程控制、電腦本地及互聯網遠程控制等多種控制方式實現功能,從而達到智能照明的節能、環保、舒適、方便的功能。

  智能家居控制系統智能電器:電器控制采用弱電控制強電方式,即安全又智能,可以用遙控、定時等多種智能控制方式實現對在家里飲水機、插座、空調、地暖、投影機、新風系統等進行智能控制,避免飲水機在夜晚反復加熱影響水質,在外出時斷開插排通電,避免電器發熱引發安全隱患。

  智能家居控制系統智能遮陽:智能遮陽系統通常是由遮陽百葉或者遮陽窗簾、電機及控制系統組成。控制系統軟件是智能遮陽控制系統的一個組成部分,與控制系統硬件配套使用,在智能家居系統中,控制軟件通常屬于智能家居控制主機軟件一部分。一個完整的智能遮陽系統能根據周圍自然條件的變化,通過系統線路,自動調整簾片角度或作整體升降,完成對遮陽百葉的智能控制功能,既阻斷輻射熱、減少陽光直射,避免產生眩光,,又充分利用自然光,節約能源。

  智能家居控制系統節能控制:包括家庭住宅使用的太陽能電池、電器設備;節能、節水及高能效的設備、軟件與管理方案;風力發電等。本分類還包括家庭能源管理Home Energy Management System,簡稱HEMS。

  智能家居控制系統遠程抄表:采用通信、計算機等技術,通過專用設備對各種儀表(如水表、電表、氣表等)的數據進行自動采集和處理的系統。它一般是通過數據采集器讀取表計的讀數,然后通過傳輸控制器將數據傳至管理中心,對數據進行存儲、顯示、打印。解決自動抄表主要解決上門入戶抄表帶來的擾民、數據上報不及時、管理不便等難題。自動抄表在房地產建設項目中的智能小區中與樓宇對講系統一樣,成為一個標準配置。

  智能家居控制系統系統軟件:英文Smarthome Software。是指獨立于智能家居系統產品廠商的第三方軟件,第三方軟件企業通過與智能家居系統產品廠商達成底層協議,應用層面的合作,開發可控制主流智能家居系統,實現智能燈光控制、智能電器控制、智能溫度控制、智能影音控制、智能窗簾控制、智能安防控制、智能遙控控制、智能定時控制、智能網絡控制、智能遠程控制、智能場景控制等功能的軟件。

  智能家居控制系統系統布線:智能家居布線系統從功用來說它是智能家居系統的基礎,是其傳輸的通道。智能家居布線也要參照綜合布線標準進行設計,但它的結構相對簡單,主要參考標準為家居布線標準(TIA/EIA 570-A)。TIA/EIA 570-A草議的要求主要是給訂出新一代的家居電訊布線給與現今及將來的電訊服務。標準主要提出有關布線的新等級,并建立一個布線介質的基本規范及標準,主要應用支持話音、數據、影像、視頻、多媒體、家居自動系統、環境管理、保安、音頻、電視、探頭、警報及對講機等服務。

  智能家居控制系統系統網絡:英文為Home Networking。智能家居系統中指的家庭網絡是一個狹義的概念,是指是由家庭內部具備高性能處理和通信能力的設備構成的高速數據網絡。兩種最流行的家庭網絡類型是無線和以太網。在這兩種類型中,路由器執行大部分工作,負責控制相互連接的設備之間的通信。通過將路由器連接到撥號、DSL或電纜調制解調器,還可以讓多臺計算機共享一個互聯網連接。

  四、結束語

  說簡單一點,智能家居最終的目的是讓主人更多的思考,讓智能家居系統更多按照主人的生活方式來服務主人;創造一個更舒適,更健康,更環保,更節能,更智慧的科技居住環境。

  如果要具體地講,從技術的角度來講,未來的智能家居將朝以下幾個方向發展:

  1、未來的觸摸控制,將成為智能家居普及型的控制方式,通過一個智能觸摸控制屏實現對家庭內部為燈光,電器,窗簾,安防,監控,門禁等智能控制,這是必配的。

  2、智能手機,將成為未來智能家居最重要的移動式智能控制終端,通過手機的智能家居客戶端軟件或WEB方式,實現對家庭內部的遠程監控與控制,實現對家里遠程開鎖,客人圖像確認,遠程開啟空調以及暖器設備。這將成為每個人必需要移動控制方式。

  3、無線與有線控制系統,將會無縫結合,干線區域采用布線控制系統,小區域采用無線控制系統,這將是未來智能家居控制系統與技術的發展方向。

  從市場的角度來看,未來的智能家居將會朝以下幾個方向發展:

  1、智能家居將成為家庭版的物聯網,實現家庭內部所有物體的相互通訊將是智能家居未來發展方向。

  2、智能家居系統將于智慧國家智能系統,智能城市系統,智能樓宇與智能小區,實現無縫聯接,所有的智能家居系統,都必然會兼容與以上大系統的無縫控制聯動。

  (本文作者現任職上海建坤信息技術有限責任公司工程師)


2020年03月01日

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智能家居結合現代化城市社區的發展

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