智能家居系统技术研究及应用

孙　岩

[同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司, 上海　200092]

智能家居系统技术研究及应用

孙岩

[同济大学建筑设计研究院(集团)有限公司, 上海200092]

摘要：从智能化系统集成、信息化应用系统、信息化设施系统、家居设备管理系统、安全系统等方面介绍了智能家居系统的组成。结合某住宅实例,从家居控制器方式、控制模块、智能无线模块方面阐述了智能家居系统的应用。提出智能家居系统具有感知、传输、判断和决策的综合智慧能力,可为人们提供更好的生活环境。

关键词：智能家居系统; 远程控制; 控制模块; 智能面板

0引言

按GB 50314—2015《智能建筑设计标准》[1],智能家居是以住宅家居为平台,基于对各类智能化信息的综合应用,集架构、系统、应用、管理及优化组合为一体,具有感知、传输、记忆、推理、判断和决策的综合智慧能力,形成人、建筑、环境互为协调的整合体,提供安全、高效、便利及可持续发展的家居产品。

1智能家居系统组成

智能家居系统由家居智能化系统集成、信息化应用系统、信息化设施系统、家居设备管理系统、安全系统等一级子系统组成。智能家居系统组成如图1所示。

1.1家居智能化系统集成

家居智能化系统集成的硬件包括家居系统平台和被集成子系统连通需要的综合布线设备、网络交换机、计算机网卡、硬线连接、服务器、网络安全、存储、协议转换设备等,软件包括集成系统平台软件(各子系统进行信息交互的平台,可进行持续开发和扩展功能,具有开放架构的成熟应用软件)及基于平台的定制功能软件、数据库软件、操作系统、防病毒软件、网络安全软件等,为智能家居各系统的联系提供实现的设施基础。JGJ 242—2011《住宅建筑电气设计规范》[2]在信息化应用系统中要求家居管理系统宜综合火灾自动报警、安全技术防范、家庭信息管理、能耗计量及数据远传、物业收费、停车场管理、公共设施管理、信息发布等系统,应能接收公安部门、消防部门、社区发布的社会公共信息,并应能向公安、消防等主管部门传送报警信息。

1.2信息化应用系统

信息化应用系统包括社会公共信息、新闻事件、家政服务、电子商务、远程教育、远程医疗(家庭医生)、娱乐、气象环境、紧急求助等,并应建立数据资源库,提供信息检索、查询、发布和导引等服务。物业服务系统具有社区发布、房产维修管理查询、各项费用的查询及交付、建筑公共设施查询等功能。

1.3信息化设施系统

JGJ 242—2011中对信息化设施系统(信息网络系统、电话系统、有线电视系统、家居控制器、家居配线箱)的要求作了规定,家居控制器宜将家居报警、家用电器监控、能耗计量、访客对讲等集中管理,是家居智能化实现与外部和内部沟通的重点硬件设施。住宅建筑智能化系统是智能家居实现的前提,是必要设施。目前多数住宅建筑的施工只到毛坯房阶段,只能解决智能家居的信息接入和对外的预留通道,具体的智能家居设计和解决方案只能在装饰阶段实现。

图1　智能家居系统组成

家居综合布线系统将语音、数据、图像、控制等信息在各设备和家庭信息服务器或私有云端之间进行信息传递,具有以下特性:① 实用性,能支持多种数据通信、多媒体技术及信息管理系统等,适应现在和未来技术的发展;② 灵活性,任意设备能够连接不同类型的设备;③ 开放性,支持任何厂家的网络产品、多种网络结构,如总线形、星形、环形等;④ 模块化,所有的接插件都是标准件,方便使用,免工具操作、管理和扩充;⑤ 扩展性,实施后的结构化布线系统可扩充,以便将来有增加需求时将设备安装接入;⑥ 经济性,一次性投资,长期受益,维护费用低。

家居综合布线系统应符合智能化设计和相关住宅设计规范,满足通信网络、有线电视、消防报警、防盗报警等系统的应用。目前具有无线WiFi功能的用电设备逐渐增多,都需考虑无线路由器的设置。信息发布的显示屏设置在易于看到、方便操作的位置,最好采用触摸屏。家庭影院、背景音乐和有线电视这些音视频线路对干扰要求比较高,安装时应注意与供电线路的间距。

1.4智能家居设备管理系统

智能家居设备管理系统对电器进行智能控制与管理,形成感知、记忆、推理、判断和决策。通过管理系统,用户可以用智能面板、触摸屏、手机等来管理电器,进行集中、定时、远程控制,从而达到智能家电系统的智慧、节能、环保、舒适、方便的目的。

照明控制因安装不同的灯具,对控制有新的要求,不同场景联动不同的灯具、窗帘、影音设备、家电设备,要求家居电器的通信协议应兼容。

电动窗帘与灯光的控制可以组合成不同的场景模式,在起居室设定“会客模式”将装饰灯光打开,调光灯调至全亮,厚布帘打开,纱帘关闭;在餐厅设定“晚餐模式”,打开餐厅顶部灯光,关闭电动窗帘;在起居室设定“影院模式”,关闭无用灯光、电动窗帘,打开影音设备,还可以根据不同的季节改变灯的颜色。电动窗帘开合或升降可以用智能面板、触摸屏、手机、计算机进行控制,可以停在任意中间位置,如果电动窗帘采用百叶窗,还可以对其叶片的角度进行任意调整,也可以根据房间内的照度进行定制化控制。

家用空调系统除上述远程控制和智能面板等控制外,还可以根据温度、湿度、空气质量进行自动控制。

冰箱可以通过网络将其内部的物品信息传到家居信息管理系统中,判断物品的存储情况,提醒物品的最佳食用期和保质期。

1.5安全系统

安全系统包括火灾自动报警系统、入侵报警系统、视频安防监控系统、访客对讲系统。智能安防报警系统协同各种安防传感器、探测器、视频摄像机、防区设置键盘及执行器共同组成家庭的安防体系,是家居安防的核心。安全报警功能包括防火、防盗、煤气泄露报警及紧急求助等功能,报警系统采用网络控制设备,实现对上述意外事故的自动报警。

户内每个门窗都应安装感应性门窗磁和红外幕帘,声光报警系统安装在户内和户外。设置安防日程管理模式,布防后若以上任意防区出现情况都会立即报警,触动所有声光报警装置,阻止非法入侵,让保安迅速找到闯入者。在入户的门口设置视频摄像机监控门外的状况。房内设置多个紧急报警按钮,可在紧急情况时向小区保安及上一级部门报警。联动园区的闭路监控系统立即启动录象,记录园区实时的影像资料。

智能烟感和煤气感应探测器反应灵敏,在发生火灾和煤气泄漏时会立即报警,自动关闭燃气阀。

防漏水报警装置在水管破裂等情况时,就会立即报警,并自动关闭水阀。

2智能家居应用实例

每个家庭对智能生活的要求不同,可以任意组合智能家居产品。家居智能化系统造价比较高,大多都应用在别墅。本文以三室两厅的住宅为例,智能家居平面如图2所示。

图2　智能家居平面

2.1家居控制器

智能家居通过家居控制器来控制灯具、空调、窗帘等,具有场景控制、调光、联动窗帘、空调等功能。智能家居控制器系统如图3所示。

图3　智能家居控制器系统

2.2控制模块

目前,很多总线模块应用在酒店、高档办公和别墅项目中,如开关模块、调光模块、窗帘模块、空调网关模块等。系统中受控的负载直接与控制系统的驱动器相连,传感器智能面板、移动感应器、光亮传感器和开关驱动器、窗帘驱动器通过总线连接。当按下智能面板的按钮时,通过总线向设定的驱动器发出指令,驱动器收到电信号后经过内置CPU 进行信息处理后再驱动负载,实现相应的功能。系统在不作任何改动的情况下,通过编程实现灵活多变的功能控制,将所有信息通过总线传送到家居智能化系统集成系统中,进行远程控制。

智能家居控制模块系统如图4所示。智能家居信息系统如图5所示。

图4　智能家居控制模块系统

2.3智能无线模块

随着无线网络的发展,涌现大量ZigBee、WiFi无线控制产品,能够通过内部WiFi直接与智能家居的无线路由器连接。智能家居的实现由无线智能灯泡和开关组成,通过云服务和手机APP进行远程控制。其联动编程需进一步开发,可以在已有设施的情况下不改变原线路而增加一种控制功能。

图5　智能家居信息系统

3结语

智能家居系统除了具有很好的远程控制、自动和联动功能外,必须设有手动功能,防止系统崩溃状态下无法使用,且需要专业的施工安装和规范的售后服务。考虑到老年人的使用,智能开关的标志字符应大些,且反应灵敏。

[1]智能建筑设计标准:GB 50314—2015[S].

[2]住宅建筑电气设计规范:JGJ 242—2011[S].

[3]邵鹏飞,王喆,张宝儒.面向移动互联网的智能家居系统研究[J].计算机测量与控制,2012(2):474-476.

Research About Smart Home System Technology and Its Application

SUN Yan

[Tongji University Building Design & Research Institute(Group) Co., Ltd., Shanghai 200092, China]

Abstract：This paper introuduced the composition of smart home system including intelligent system integration,information technology application system,information infrastructure system,household equipment management system,and security system.Combining by a residence as example,the applications of smart home system were elaborated in aspect of home controller mode,control module,and intelligent wireless module.It is pointed out that the smart home system has the comprehensive wisdom abilities including perception,transmission,judgment and decision,which can provide better living environment.

Key words:smart home system; remote control; control module; smart panel

中图分类号：TU 855

文献标志码：B

文章编号：1674-8417(2016)05-0017-05

DOI：10.16618/j.cnki.1674-8417.2016.05.005

收稿日期：2016-04-18