物联网架构下的智能家居

物联网架构下的智能家居

作者：秦川

摘要：在经济日益发达、科技日新月异的二十一世纪，国民收入日趋增长，如何生活得更轻松、更快乐、更放心成了人们生活的首要目标。应用物联网技术的智能家居便以其特有的方便、智能逐渐为人们所熟知、应用。本文将就以物联网技术为主的智能家居，展开对其发展背景、发展历史、基本理念、关键技术、发展前景的详细论述与研究。

关键词：智能家居；物联网技术；调研报告

 

目 录

1.引言························································································································· 1

2.基本概念···················································································································· 1

3.发展背景···················································································································· 1

4.前世今生···················································································································· 2

       4.1发展历史············································································································ 2

       4.2发展现状············································································································ 3

5.关键技术···················································································································· 4

       5.1技术应用角度······································································································· 4

       5.2应用末端感知角度································································································ 4

6.调研分析···················································································································· 4

      6.1主要功能·············································································································· 4

      6.2设计原则·············································································································· 5

      6.3应用实例·············································································································· 6

      6.4发展趋势·············································································································· 9

      6.5传统家居区别······································································································· 10

      6.6未来发展·············································································································· 11

      6.7政府政策·············································································································· 12

      6.8关键瓶颈·············································································································· 12

      6.9解决方案·············································································································· 13

7.总结··························································································································· 13

 

1.引言：

在当代，国民收入的日益增长使生活水平日益提高。然而，生活物品的日益多样及生活需求的不断扩展又给人们的生活带来新的问题。随着物联网技术在家居生活中应用的日渐深入与完善，这些问题都将得到妥善解决。智能家居作为家庭信息化的实现方式，已成为社会信息化发展的重要组成部分。物联网技术的发展与成熟，使跨产业、跨领域技术和业务融合成为现实，也为智能家居引入了新概念及发展空间。智能家居可以被看作物联网的一种重要应用，随着物联网、大数据、云计算、无线通信、人工智能等技术的不断发展及其在智能家居上的应用，人们生活水平的不断提高和智能化生活观念的普及，物联网智能家居已成为智能家居发展的新趋势。

2.现行所谓物联网智能家居的基本概念：

智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、自动控制技术等将家居生活有关的设施进行集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事物管理系统，提升家居的安全性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境。

3.物联网智能家居的发展背景：

智能家居是在互联网影响之下的物联化体现。智能家居通过物联网技术将家中的各种设备（如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、影音服务器、影柜系统、网络家电等）连接到一起，提供家电控制、照明控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，提供全方位的信息交互功能，甚至为各种能源费用节约资金。

4.物联网智能家居的前世今生：

4.1发展历史

1984年美国联合科技公司将建筑设备信息化、整合化概念应用于美国康乃迪克州哈特佛市的CityPlaceBuilding时，才出现了首栋的[智能型建筑],从此也揭开了全世界争相建造智能家居的序幕。

20世纪80年代初, 随着大量采用电子技术的家用电器面市,住宅电子化出现。

80年代中期，将家用电器＼通信设备与安全防范设备各自独立的功能综合为一体后，形成了住宅自动化概念。

80年代末，通信与信息技术的发展，出现了通过总线技术对住宅中各种通信＼家电＼安防设备进行监控与管理的商用系统，称为SmartHome,也就是现在智能家居的原型。

1998年5月新加坡举办的“98亚洲家庭电器与电子消费品国际展览会”上，通过在场内模拟“未来之家”，推出了新加坡模式的家庭智能化系统。它的系统功能包括三表抄送功能、安防报警功能、可视对讲功能、监控中心功能、家电控制功能、有线电视接入、电话接入、住户信息留言功能、家庭智能控制面板、智能布线箱、宽带网接入和统软件配置等。

4.2发展现状：

4.2.1国内现状：

智能家居作为一个新生产业，处于一个导入期与成长期的临界点，市场消费观念还未形成，但随着智能家居市场推广普及的进一步落实，智能家居市场的消费潜力必然是巨大的，产业前景光明。 正因为如此，国内优秀的智能家居生产企业愈来愈重视对行业市场的研究。

智能家居在中国的发展经历的四个阶段，分别是萌芽期/智能小区期、开创期、徘徊期、融合演变期。

1.            萌芽期/智能小区期（1994年-1999年）

　　这是智能家居在中国的第一个发展阶段，整个行业还处在一个概念熟悉、产品认知的阶段，这时还没有出现专业的智能家居生产厂商。

2.            开创期（2000年-2005年）

　　国内先后成立了五十多家智能家居研发生产企业，主要集中在深圳、上海、天津、北京、杭州、厦门等地。智能家居的市场营销、技术培训体系逐渐完善起来，此阶段，国外智能家居产品基本没有进入国内市场。

3.            徘徊期（2006-2010年）

　　2005年以后，由于上一阶段智能家居企业的野蛮成长和恶性竞争，给智能家居行业带来了极大的负面影响：包括过分夸大智能家居的功能而实际上无法达到这个效果、厂商只顾发展代理商却忽略了对代理商的培训和扶持导致代理商经营困难、产品不稳定导致用户高投诉率。

4.            融合演变期（2011-2014年）

　　进入2011年以来，市场明显看到了增长的势头，而且大的行业背景是房地产受到调控。智能家居的放量增长说明智能家居行业进入了一个拐点，由徘徊期进入了新一轮的融合演变期。

　　接下来的三到五年，智能家居一方面进入一个相对快速的发展阶段，另一方面协议与技术标准开始主动互通和融合，行业并购现象开始出来甚至成为主流。

5.            爆发期

进入到2014年以来，各大厂商已开始密集布局智能家居，尽管从产业来看，业内还没有特别成功的案例显现，这预示着行业发展仍处于探索阶段，但越来越多的厂商开始介入和参与已使得外界意识到，智能家居未来已不可逆转。

4.2.2国外现状：

目前，国外对物联网的研发、应用主要集中在欧美等少数国家。2009年1月，IBM公司提出了“智慧地球”的构想，物联网成为其中不可或缺的一部分。美国总统奥巴马就职后，将“新能源”和“物联网”列为振兴经济的两大武器，从而引起全球的广泛关注。2009年10月，欧盟委员会以政策文件的形式对外发布了物联网战略，提出要让欧洲在基于互联网的智能基础设施发展上领先全球，并启动了90多个研发项目。1998年5月新加坡举办的“98亚洲家庭电器与电子消费品国际展览会”上，通过在场内模拟“未来之家”，推出了新加坡模式的家庭智能化系统。它的系统功能包括三表抄送功能、安防报警功能、可视对讲功能、监控中心功能、家电控制功能、有线电视接入、电话接入、住户信息留言功能、家庭智能控制面板、智能布线箱、宽带网接入和统软件配置等。

根据美国顾问公司PARKS的统计资料显示：1995年美国家庭已使用先进家庭自动化设备的比率为0.33%。到2004年，家庭网络市场总额达57亿美元。到2000年底，国际智能家居的产品销售额达24亿美元。2004年达148亿美元。

5.关键技术：

智能家居领域由于其多样性和个性化的特点，也导致了技术路线和标准众多，没有统一通行技术标准体系的现状。

5.1从技术应用角度来看主要有三类主流技术：

第一类——总线技术类

总线技术的主要特点是所有设备通信与控制都集中在一条总线上，是一种全分布式智能控制网络技术，其产品模块具有双向通信能力，以及互操作性和互换性，其控制部件都可以编程。典型的总线技术采用双绞线总线结构，各网络节点可以从总线上获得供电，亦通过同一总线实现节点间无极性、无拓扑逻辑限制的互连和通信。

总线技术类产品比较适合于楼宇智能化以及小区智能化等大区域范围的控制，但一般设置安装比较复杂，造价较高，工期较长，只适用新装修用户。

第二类——无线通信技术类

无线通信技术众多，已经成功应用在智能家居领域的无线通信技术方案主要包括：射频（RF）技术（频带大多为315 和433.92MHz）、IrDA红外线技术、HomeRF 协议、Zigbee 标准、Z-Wave 标准、Z-world 标准、X2D 技术等。

无线技术方案的主要优势在于无需重新布线，安装方便灵活，而且根据需求可以随时扩展或改装，可以适用于新装修用户和已装用户。

第三类——电力线载波通信技术

电力线载波通信技术充分利用现有的电网，两端加以调制解调器，直接以50Hz 交流电为载波，再以数百KHz 的脉冲为调制信号，进行信号的传输与控制。

5.2从应用末端感知的核心技术角度来看，物联网技术可以分为以下三大类：

   第一，基于RFID的应用。在想要监控和管理的对象上嵌入RFID智能标签，这样，借助已有的网络技术、数据库技术、中间件技术，就可以构建一个由大量的读写器和无数移动的电子标签组成的物联网，也就是基于RFID的物联网。

    第二，基于传感器的应用。在想要控制和管理的对象周围布置大量的传感器节点，通过节点采集监控对象的信息，并将这些采集到的信息传送到信息处理中心，从而根据采集到的信息构建一个对“物”进行监控和管理的物联网。

第三，基于M2M的应用。这里的M既可以是人(Man)，也可以是机器(Machine)，M2M泛指人、机器之间建立连接的所有手段和技术，涵盖了增强机器设备通信和网络能力的技术，其技术目标是促进设备的智能化。通过M2M技术，可以构建人对机器(Man to Machine)、机器对人(Mac hine toMan)、机器对机器(Machine to Machine)的物联网。

6.调研分析：

6.1为何智能家居可以发展的如此迅速和受人们喜爱？

主要功能

1.智能灯光控制

实现对全宅灯光的智能管理，可以用遥控等多种智能控制方式实现对全宅灯光的遥控开关，调光，全开全关及“会客、影院”等多种一键式灯光场景效果的实现；并可用定时控制、电话远程控制、电脑本地及互联网远程控制等多种控制方式实现功能，从而达到智能照明的节能、环保、舒适、方便的功能。

2.智能电器控制

电器控制采用弱电控制强电方式，即安全又智能，可以用遥控、定时等多种智能控制方式实现对在家里饮水机、插座、空调、地暖、投影机、新风系统等进行智能控制，避免饮水机在夜晚反复加热影响水质，在外出时断开插排通电，避免电器发热引发安全隐患；以及对空调地暖进行定时或者远程控制，让您到家后马上享受舒适的温度和新鲜的空气。

3.安防监控系统

视频监控系统己经广泛地存在于银行、商场、车站和交通路口等公共场所，但实际的监控任务仍需要较多的人工完成，而且现有的视频监控系统通常只是录制视频图像，提供的信息是没有经过解释的视频图像，只能用作事后取证，没有充分发挥监控的实时性和主动性。为了能实时分析、跟踪、判别监控对象，并在异常事件发生时提示、上报，为政府部门、安全领域及时决策、正确行动提供支持，视频监控的“智能化”就显得尤为重要。

4.智能背景音乐

家庭背景音乐是在公共背景音乐的基本原理基础上结合家庭生活的特点发展而来的新型背景音乐系统。简单地说，就是在家庭任何一间房子里，比如花园、客厅、卧室、酒吧、厨房或卫生间，可以将MP3、FM、DVD、电脑等多种音源进行系统组合让每个房间都能听到美妙的背景音乐，音乐系统即可以美化空间，又起到很好的装饰作用。

5.智能视频共享

视频共享系统是将数字电视机顶盒、DVD机、录像机、卫星接收机等视频设备集中安装于隐蔽的地方，系统可以做到让客厅、餐厅、卧室等多个房间的电视机共享家庭影音库，并可以通过遥控器选择自己喜欢的音源进行观看，采用这样的方式既可以让电视机共享音视频设备，又不需要重复购买设备和布线，既节省了资金又节约了空间。

6.可视对讲系统

有大型联网对讲系统，也有单独的对讲系统，比如别墅用的，其中有分一拖一、二、三等；一般实现的功能是可以呼叫、可视、对讲等功能。

6.2设计原则

1.实用便利

在设计智能家居系统时，应根据用户对智能家居功能的需求，整合以下最实用最基本的家居控制功能：包括智能家电控制、智能灯光控制、电动窗帘控制、防盗报警、门禁对讲、煤气泄露等，同时还可以拓展诸如三表抄送、视频点播等服务增值功能。对很多个性化智能家居的控制方式很丰富多样，比如：本地控制、遥控控制、集中控制、手机远程控制、感应控制、网络控制、定时控制等等，其本意是让人们摆脱繁琐的事务，提高效率，如果操作过程和程序设置过于繁琐，容易让用户产生排斥心理。

2.可靠性

整个建筑的各个智能化子系统应能二十四小时运转，系统的安全性、可靠性和容错能力必须予以高度重视。对各个子系统，以电源、系统备份等方面采取相应的容错措施，保证系统正常安全使用、质量、性能良好，具备应付各种复杂环境变化的能力。

3.标准性

智能家居系统方案的设计应依照国家和地区的有关标准进行，确保系统的扩充性和扩展性，在系统传输上采用标准的TCP/IP协议网络技术，保证不同产商之间系统可以兼容与互联。系统的前端设备是多功能的、开放的、可以扩展的设备。如系统主机、终端与模块采用标准化接口设计，为家居智能系统外部厂商提供集成的平台，而且其功能可以扩展，当需要增加功能时，不必再开挖管网，简单可靠、方便节约。设计选用的系统和产品能够使本系统与未来不断发展的第三方受控设备进行互通互连。

4.方便性

布线安装是否简单直接关系到成本，可扩展性，可维护性的问题，一定要选择布线简单的系统，施工时可与小区宽带一起布线，简单、容易；设备方面容易学习掌握、操作和维护简便。系统在工程安装调试中的方便设计也非常重要。家庭智能化有一个显着的特点，就是安装、调试与维护的工作量非常大，需要大量的人力物力投入，成为制约行业发展的瓶颈。针对这个问题，系统在设计时，就应考虑安装与维护的方便性，比如系统可以通过Internet远程调试与维护。通过网络，不仅使住户能够实现家庭智能化系统的控制功能，还允许工程人员在远程检查系统的工作状况，对系统出现的故障进行诊断。这样，系统设置与版本更新可以在异地进行，从而大大方便了系统的应用与维护，提高了响应速度，降低了维护成本。

5.轻巧性

“轻巧”型智能家居产品顾名思义它是一种轻量级的智能家居系统。“简单”、“实用”、“灵巧”是它的最主要特点，也是其与传统智能家居系统最大的区别。所以我们一般把无需施工部署，功能可自由搭配组合且价格相对便宜可直接面对最终消费者销售的智能家居产品称为“轻巧”型智能家居产品。

6.3物联网智能家居应用实例

       1.煮饭煮咖啡

　　 为传统烤箱加入WIFI功能，就可以使用手机应用控制温度，包括预热和加温，还可以下载菜谱，实现更具针对性的烹饪方式。

　　2.空调及温控

　　 智能空调即使在家中无人的情况下也可以实现自动温控。比如Quirky与通用电气合作推出的Aros智能空调，不仅可以通过手机实现远程温控操作，甚至还能学习用户使用习惯，并够通过GPS定位用户位置实现完全自动的温控操作。

　　3.马桶

　　 马桶也可以很智能，除了通过内置接近传感器实现自动开关盖操作，有的马桶还内置智能分析仪，能够将排泄物的分析结果传输至手机应用中，让用户随时了