智能居室系统——构建贴心便利的老人生活空间<br/>

智能居室系统——构建贴心便利的老人生活空间

2013-04-21彭昭亮陈殿生王田苗

机器人技术与应用 2013年4期

彭昭亮陈殿生王田苗

（北京航空航天大学机器人研究所，北京，100191）

0 引言

智能家居的概念最早出现在美国，智能家居是以住宅为平台，兼备建筑设备、网络通信、信息家电和设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。智能家居利用先进的计算机技术和网络通信技术，将与家居生活有关的各种子系统有机地结合在一起，通过统筹管理优化人们生活方式，帮助人们有效地安排时间，增强家居生活的安全性和方便性。

中国人口老年化日益加剧，为老年人提供安全便捷的家居环境是一个重要的研究课题。为此，我们将智能设备概念引入到老年人居室环境中，并将这些设备都集成起来构成一个智能居室系统。此系统能自动感知外界环境的变化，完成数据共享，根据环境的变化做出相应的反应等，以提高居室智能化，为老年人提供便利和安全的生活方式。

1.面向老年人的智能居室系统体系结构

为提高老年人的生活能力和生活质量，本系统从基础设施和智能居室两个方面对老年人居室进行设计改建。利用设备网络化技术，运用多种控制方法完成各个子系统集成，预期效果如图1所示。

1.1 设备网络化

为实现智能居室系统功能，敬老院卧室里所有电器都被纳入到智能居室的网络规划中，实现居室的网络化。例如，电视、空调、电冰箱、电灯、加湿器、电动窗帘、电动门、音乐播放器等电器，室内所有电器都利用总线技术纳入到智能控制网络中，可以实现自动控制。

图1 智能家居系统预期效果图

1.2 集中控制

纳入到智能控制网络中的每一个设备都由智能空间主机统一协调控制。在墙上常规开关和独立遥控器控制的基础上，移动设备(手机/平板)亦可实现集中控制，老人只需要使用可移动互联终端PDA即能实现对室内所有电器的控制，这对不便下床或移动不便的老人特别实用，他们能够轻松控制自己想控制的设备。

同时，可利用布置在室内和室外的传感器，采集室内温度、湿度等信息，再通过分布式控制或者上位机程序智能保持室内恒定的温度和湿度。

1.3 智能居室系统各子系统

根据智能居室的任务需要及功能设计的要求，本系统分为6个子系统：智能照明子系统、智能窗帘子系统、智能影音子系统、智能环境控制子系统、智能安全保护子系统和智能控制子系统。智能家居系统整体结构如图2所示,智能家居系统完整示意图如图3所示。

图2 智能家居系统整体结构图

图3 智能家居系统完整示意图

① 智能照明系统

系统的功能包括：

软启动：在开启和关闭时，灯光渐亮渐暗，亮度变化柔和；

调光记忆：灯光可以无级调整亮度，自动保存最后一次设定的灯光效果，无需再调整；

场景组合：只要轻按某个键，就可以得到想要的灯光场景组合，如回家模式、会客模式、就餐模式、影院模式等，同时实现一键开关控制所有编组设备的开启，使控制更灵活；灯光的亮度可以根据不同场合随意调节，场景之间的切换也可通过按键实现，并且接受系统中其他各种控制方式的控制，可对场景进行整体调光。

智能照明系统便于老年人控制，并为老年人营造温馨、便捷的居室氛围，每套房间设计有5路灯光，该5路灯光可以根据老人使用习惯设置控制方式，其系统结构图如图4所示。

图4 智能照明系统结构图

② 智能窗帘子系统

该子系统的系统功能包括：可实现窗帘的低噪声电动开合，控制方式有本地直接控制、遥控器控制、远程控制。该子系统可以和智能照明子系统形成场景联动，实现不同场景效果。停电时本系统可手拉、到位自停，其系统结构图如图5所示。

图5 智能窗帘子系统结构图

③ 智能影音系统

该子系统功能包括：设计采用音视频交换系统，可以随心所欲地把家里所有的影视设备、摄像的监控画面等共享或分享到全家所有的电视机上。整套公寓划分为几个区域，每个区域均可以通过先期的设置实现自动播放、自动选曲等功能，适应老人的个性化选择。老人可以在不同的房间里欣赏观看任意指定的音乐和视频源，如果不想听或不想看，可以随手关闭本房间的背景音乐，而不影响其他房间的人欣赏背景音乐。通过触摸屏或电视机可监视大门口来访客人的视频图像，同时能够查看其他各重要房间的视频图像。其系统结构图如图6所示。

图6 智能影音系统结构图

④ 智能环境控制系统

图7 智能环境控制系统结构图

该子系统的系统功能包括：环境控制子系统通过设置在室内和室外的温度、湿度、危险气体等传感器监控当前室内环境信息，并将采集的信息处理后发到上位机，在对环境进行监控的同时，分析室内环境状态，并将需要调节的指令发到相关的设备，保持环境中温度、湿度等的恒定，保持室内环境的宜居状态。系统结构图如图7所示。

⑤ 智能安全保证系统

该子系统的系统功能包括：智能安全保证子系统利用红外探测器、门窗磁感应器、烟雾探测器等方式检测家中异常现象，并可以通过鸣响警号、拨打预设电话等方式进行报警，使监控室实时了解到室内异常状态并及时采取有效措施，保护老人安全。

图8 智能安全保证系统结构图

该系统包括：系统主机、红外探测器、烟雾探测器、摄像头等。其系统结构图如图8所示。

⑥ 智能控制系统

该子系统的系统功能包括：接受中央控制器指令，可现场手动控制、通过电话或互联网进行远端控制、遥控器控制，由程序规定在特定的时间开启或闭合，根据环境条件自动开启或闭合、配合灯光等实现场景联动。

2 面向老人的智能居室应用示范

目前四季青敬老院已在试点居室内构建完成了室内智能环境。图9为智能居室系统整体示意图，经过对智能居室功能的不断完善，现已实现了室内环境感知、室内家电智能控制、生活操作简化、休闲娱乐等一系列功能。

四季青智能居室内共构建完成了两套智能居室，包括老人起居室、卫生间、玄关三部分。该环境集成了全景视觉摄像头实时监控，可以获得老人的生活状态等信息，供护理人员评估老人生活质量及发现老人生活问题；安装了大量小型传感器节点，共同组成智能居室无线传感网络，实时感知居室内的环境信息，并结合无线通信网络、高速局域网络以及Internet，构建了完整的智能居室网络。

图9 智能居室系统示意图

该智能居室内的各种家电（电视、冰箱、空调等）已实现智能化控制，为控制灯光、窗帘和其他智能家电设备等配置了移动设备控制、按键控制等多种方式，老人不必走动就可完成电器设备、灯光、窗帘的开闭等任务，操作简便，使老人生活变得更加轻松、简单；智能居室采用了包括光、热、力、湿、煤气等多种传感器，实时检测环境变化，结合家电等执行器件实现老人居室的智能化，为老人提供一个安全、舒适、便利的生活环境。

除上述功能外，智能空间还增加了很多实用、人性化的设计，如：设计了一款背景音乐面板，可以根据需求播放音乐，为老人营造温馨、舒适的环境；当电话打入时，智能家居控制系统能自动调小电视的播放声音，防止老人漏接电话或不能听清谈话内容；安装了床头传感器，能检测老人起夜事件并自动触发夜灯照明，卫生间内的灯光也是自动感应式，能检测到老人的进入与离开并自动打开和关闭灯光；卫生间内配置了自动控制的换气扇，实时监测并自动启动以保持卫生间内空气的清洁；卫生间内还实现了电脑控制坐便器、清洁机器人、手感应节水龙头等，方便老人清洁身体，减轻护工的工作强度，也减少了老年人的尴尬，提高了老人、残障人士的自理能力；设置了多个场景模式，如回家模式、离家模式等，在启动场景模式时智能居室能自动完成一系列工作，如关闭电视、电灯等用电设备、关闭窗帘等，可以减少老人忘记关电或其他误操作而可能造成的意外危害，提高了安全性、便捷性。开、关门设计成电子控制，以方便老人操作；实现了烟感火灾报警、家庭服务器、网络通信等功能，并能进行室内环境如温度、湿度的智能控制，进一步提高了安全性和舒适性。

图10为智能家居玄关及周边部分展示，玄关处通过传感器可以检测人员进出活动，房门可通过无线控制，该室内也集成了无线定位节点，故该智能居室也是整个监控系统的一个有机组成部分，另外该智能系统的传感器等器件隐蔽性很好，基本不会影响到美观。为了解决老人孤单的问题，本系统还配置了一款助老、助残陪护机器人，能和老年人聊天、玩游戏，也能用于测量血压等功能。具体如图11所示。