智能家居系统的应用及实现

甘华能 （广州市设计院， 广州市 510620）

随着人们生活水平和科学技术水平的提高，特别是计算机技术、通信技术、网络技术及控制技术的迅猛发展与提高，人们对家庭生活的现代化、衣食住行的舒适化以及居住环境的安全化的要求也越来越高。让先进科技服务于人们生活所需，提高生活质量，改变我们的生活和工作方式，智能家居在这种形势下应运而生。智能家居系统其主要功能为：灯光控制、电动窗帘控制、安全防范、背景音乐控制、远程控制、电话控制和多媒体控制等。本文以四室两厅两卫一厨的住宅为例对智能家居系统的应用及实现做一些介绍；模块等硬件设计及实现详见图1智能家居系统电箱图。

1 灯光、窗帘、背景音乐控制及场景实现

1.1 RS485总线技术说明

智能家居系统在市场上有很多种传输协议，如 ：LONWORKS、DALI、TCP/IP。DALI、TCP/IP具有传输快、可控制更多设备等优势，但一般同档次的产品价格昂贵；而RS485总线其设计、施工、接线及后期扩展均很方便，可控制智能家居的灯光、窗帘管理系统设备，传输速度绰绰有余，性能价格比高，故建议采用RS485总线技术。该住宅总线电缆采用4芯屏蔽双绞线，理论上每组总线最大传输距离为1 200m。系统设备通过配置逻辑地址后用总线技术来通讯，系统电源为36V或以下的低电压。

1.2 灯光、窗帘及空调控制设备技术参数及选用

灯光控制模块分为调光模块和非调光（开关量）模块；按电流等级分一般为6A、10A、16A或更大；价格也是随着电流升高而升高；所以我们设计时要计算需控制回路的灯的电流；选用合适的电流等级的模块，一般家用电灯选用6A的就够了。其中调光模块也分为三种：

1）控制白炽灯的调光模块：直接从模块引220V 电力线连接控制负载；但随着白炽灯的退出市场，本调光模式也将逐渐减少。

2）荧光灯调光模块：由于日光灯调光需要额外的一对1～10V的控制信号到电子整流器，所以由调光驱动器到负载应该有4根线：火线和2 根1～10V信号线。注意1～10V信号线的最长距离不宜超过50m，所以配电箱到负载的距离不能过远。一般情况下一个荧光灯调光模块最多连接50个的可调光电子整流器，准确数量需要结合具体整流器的参数确定。荧光灯调光模块是当下的主流使用产品。

3）LED灯调光模块：随着LED灯的普及，LED灯调光模块也应运而生，一般采用先进的PWM模式调光。

窗帘控制模块可以根据所控制的电机类型，选择对应的模块，每路窗帘需要2路火线控制电机的正转与反转，2路输出之间的互锁关系可在模块内部的软件中设定。

空调控制使用红外发射控制模块，红外发射控制模块由软件对每台空调进行编址，这样就可实现远程及逻辑上开关空调的功能。逻辑模块接收到的总线控制信号将被模块破译，并按照可自由编程的逻辑或数学功能进行处理，完成各种控制和调节功能、制造各种场景；断电后数据不丢失，并可随时自定义场景。

以上设备通过手接手的方式接在系统总线上，安装于弱电箱标准DIN导轨上，方便以后扩展及维护。智能面板也是串联在总线上的设备，但是智能面板一般装在现场，可以根据需要制成四键、八键等多种样式。

本住宅的设计中在每个功能房都配备了智能面板，可以单独对房间进行场景控制和灯光控制等；在客厅和主卧室配置了“触摸屏”主控制器，可以对房间内所有设备进行控制和设置，包括所有的灯光、电动窗帘、背景音乐和温度控制，能够进行场景控制、点对点控制、组控和总控等多种控制方式。

1.3 立体声背景音乐系统模块

多通道环绕的立体声背景音乐系统模块因其具有多通道功能，可以让您自由收听和控制。在每一个房间所装的吸顶式扬声器可在同一时间播放不同的音乐，如：在卧室的儿童收听卡通的音乐电台，而此时他的父母则在卧室收听客厅的CD音乐。

背景音乐系统与可视对讲系统联动功能：与可视对讲系统联接后，当有访客呼叫时，背景音乐则将音量降到10%～0 ；对讲通话结束后，背景音乐自动恢复到原有音量。也可在对讲分机上讲话，声音会在整个背景音乐系统扬声器中扩散，作为广播。背景音乐系统模块由于是声频、而且多通道与RS485总线技术不符合，所以通过TCP/IP协议连接到上层的交换机。因此，背景音乐可在每个房间单独管理、分区管理，也可编入场景里，实现场景管理。

图1 智能家居系统电箱图

1.4 智能家居系统的场景设置

1）客厅设置：客厅涉及的灯光负载类型主要有：暗藏荧光灯带、壁画装饰射灯、天花筒灯及中央大吊灯共4路调光灯设计。主要可设置以下四种场景：

（1）休闲场景

此场景可作为在一般的日常生活当中的灯光应用场景。如在家里看看电视、听听音乐、聊聊天等。在这种场景下，可关闭中央大吊灯，并开启筒灯及暗藏灯带到50%亮度，调节四周壁画射灯到50%，同时打开客厅的窗帘，再配合轻快的背景音乐，可使家人感到宽松舒适、自由自在。

（2）会客场景

接待朋友或客人时，需要一种较为柔和的灯光场景，并通过调节灯光亮度，将注意力集中在谈话区域，此时可切换到“会客场景”。在此场景下，天花上方的暗藏灯带调到100%，筒灯和中央吊灯调到50%，四周壁画射灯调到60%，开启沙发上方射灯并调节到80%，同时关闭客厅四周的窗帘。在这种场景下，将使客人更容易投入到与主人的谈话当中。

（3）聚会场景

在节假日或举行大型家庭聚会时，为了配合气氛，可选择“节假日场景”。此时，客厅的中央吊灯打开到100%，天花上的暗藏灯带打开到80%,四周的壁画射灯也开到100%，关闭四周的窗帘，同时开启轻快的背景音乐，通过不同灯光负载的多种亮度组合，营造出一个充满活力与激情的节日气氛。

（4）浪漫场景

现代人生活压力大，偶尔在家里来一次烛光晚餐是必不可少的。“浪漫场景”就针对这种需要而设置的。在此场景下，中央吊灯及天花筒灯将会关闭，暗藏灯带调到30%的亮度，四周壁画射灯调到40%，窗帘关闭；同时打开饭厅上方的艺术射灯，并调节到70%的亮度，当然少不了一曲“Only You”经典浪漫的背景音乐。此时此刻，相信男女主角早已沉醉在这这段温馨浪漫的气氛当中了。

如果想要突出某局部的氛围，只须在需要光源的方位多预留几个插座即可。建议采用造型美观的自带调光的台灯，现场进行调光,可根据需要移动,也方便实用;这样可以省了一个调光模块。

2）主卧室设置：主卧室涉及的灯光负载类型主要有：暗藏荧光灯带、筒灯、床头灯、主卧室洗手间的暗藏灯带共4路调光灯；主卧室洗手间筒灯和镜前灯、壁画装饰射灯共2路非调光灯设计等灯源。如需创造出局部的气氛，而且可以将可调光落地灯摆放在室里内的任何角落。主要设置以下三种场景：

（1）深夜场景

当深夜需要起床上洗手间时，主人可以通过床边的智能控制面板或触摸屏，按下“深夜场景”按钮，整个卧室开始渐变式地进入深夜场景模式：首先是床头灯柔和地打开到30%亮度，紧跟着落地灯与通往洗手间走道上的天花筒灯也渐亮到30%，主卧室洗手间的暗藏灯带同时渐亮到70%。整个灯光的开启过程均为平滑渐变方式进行，不仅最大程度地避免了因突然的强光对眼睛的伤害，而且让主人感觉非常智能、舒适和自然，同时还不会赶走睡意。

（2）阅读场景

主人想要阅读看书时，可按下“阅读场景”，此时台灯渐亮到100%（以提供足够的阅读亮度），暗藏灯带渐亮到30%（以提供一定亮度的阅读背景灯光），其他灯光均关闭。同时，主人还可以把开启背景音乐的指令设置到“阅读场景”，从而实现在边阅读，边欣优美的背景音乐。

（3）睡觉场景

通过按下“睡觉场景”，可轻松实现卧室所有灯光一键式关闭，避免了传统关灯方式的繁锁操作。

3）餐厅设置：1路非调光灯和1路调光灯设计。

（1） 会客场景：开启1路灯光和1路调光灯，关闭背景音乐，开启空调，自动调节到设定状态。

（2） 日常场景：开启1路非调光灯，打开空调进行温度调节，背景音乐调节到40%音量。

（3） 全关场景：关闭客厅所有设备。在场景的基础上也可进行点对点控制，如在全开模式下也可以单独对一盏灯开关。场景记忆在场景模块中，断电后数据不丢失，并可随时自定义场景。

4）客房因为有时客人进来可能一时不适应太过复杂的场影等智能设置，故采用2路非调光灯设计。现场装智能面板，实现点对点控制方式，简单实用。

5）洗手间、走廊、阳台、休闲区等区域，可通过具有“红外感应技术”或“超声波感应技术”的人体移动感应器，实现“人在灯光渐开，人走延迟N秒后灯光渐暗（时间可自定义设置）”的智能节能策略。

2 智能家居系统的安全防范接入及实现

2.1 门磁、紧急按钮、双鉴探测器及煤气探测器的接入

在入户大门安装门磁开关监测门是否打开；阳台安装双鉴探测器，在主人房装紧急按钮；在厨房装煤气泄漏煤气探测器，分别用RVV4X1.5线连接至弱电箱内的四路干接点模块，产生的开关量报警信号送至总线。

2.2 高清网络摄像头的接入

门口通道设置1台高清网络数字摄像头，监视人员进出的情况；在婴儿房也设置1台，可在网络上实时观看婴儿的情况。录像采用2路嵌入式硬盘录像机，录像保存时间可达20天以上，因为视频信号是流媒体，信息量非常大，所以通过TCP/IP协议连接到上层的交换机，这样才可以通过网络实时查看相关的图像。

2.3 可视对讲系统的接入

楼宇对讲从开始应用到发展至今已经过了漫长的年代，其技术也已经非常成熟，从多线控制不联网到总线控制联网，再发展到今天基于TCP/IP传输的全数字技术，数字化对讲的平台上将可视对讲系统扩展。将可视对讲系统与智能家居系统通过TCP/IP协议连接到上层的交换机进行了一系列整合，使得整个智能家居市场呈现出多种技术全面融合的态势。

3 智能家居系统的整合及远程控制

3.1 IP路由器

IP路由器作为快速干线在不同支线之间通过局域网（IP）转发报文控制信号。在系统网络控制设备还可以用作一个编程接口，可以将PC与总线连接起来通过一个DHCP服务器或人工配置动态分配IP地址。IP网关模块与局域网直接相连，从而方便远距离传输。通过网络接口，可以在互联网上访问进入智能家居控制系统网站，输入用户名和密码即可控制所有的智能家居系统包括灯光窗帘、背景音乐、可视对讲等，并查看各个区域的实时监控图像。也可定制无线触摸屏接收来自无线网络智能家居系统号，通过无线路由器控制各系统设备。

3.2 电话控制

通过电话控制接口，输入用户密码后，根据语音提示选择控制智能家居系统的灯光窗帘、背景音乐、总开/总关等，方便用户外出时简单方便关闭家里的设备，提供网络控制外的多种远程控制方式。

3.3 3G手机网络控制

当3G网络普及以后，智能家居的网络化功能将更加突出，手机成为了移动的终端，实时在线的图像传输将成为可能，极大地保障了用户家庭的安全。一旦有小偷进入家中，报警信号即可迅速由网络传送用户手机上，并且可以立即调入视频图像，保证在第一时间有效地监看到小偷的面貌，确保日后调查取证。只要有3G手机网络可以实时看到家里的婴儿情况。

4 结语

综上所述，与普通家居相比，智能家居利用总线技术，将家居生活相关的通讯设备、家用电器和家庭安全防范装置等有机结合在一起，通过各种管理方式，由原来的被动管理转变为自动智能管理，并提供全方位的信息交换功能，优化了我们的生活方式和居住环境，帮助我们有效的安排时间、节约能源，提供优质、高效、舒适及安全的生活空间。

[1]施耐德电气集团.智能建筑环境控制系统[R].

[2]威盾建设股份有限公司.快思聪智能家居图册[R].

[3]中国建筑标准设计研究院.03X602 智能家居控制系统设计施工图集[M].北京：中国建筑工业出版社,2003.

[4]快思聪. 智能系统集成方案在杭州黄龙饭店的应用[J]. 数字社区&智能家居,2010（6）.