浅谈无线智能家居系统的设计

韩金全

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背景

智能家居兴起于日本和欧美一带，起初仅用于实现简单的灯光控制。近几年来，随着互联网、物联网技术的快速发展和我国房地产行业的蓬勃发展，智能家居越来越引起人们的关注。同时，人们生活水平提高后，对于生活品质的要求越来越高，对家居设备控制的便利性、高效性也提出了更高的要求。人们希望通过手机、平板等智能电子设备，随时随地管理控制家里所有的灯光、电器，满足其安全、舒适、方便和绿色的居住需求。智能家居正是按照“安全、健康、便利、舒适、节能”的设计思想，用高科技的手段，给业主带来全新的生活体验。

技术分析

智能家居技术包括有线与无线两种组网技术。有线顾名思义就是采用特定的线缆将智能网关与智能控制模块/面板连接起来组成一个传输网络；无线就是将智能网关与智能控制模块/面板采用无线的通讯方式组成一个传输网络。因此，无线的产品在实施时较为方便，并且安装灵活，费用较低，目前已成为智能家居的主流趋势。常用无线通信技术有Zigbee、RF433、蓝牙、WIFI、Z-wave等。本文重点介绍Zigbe无线通讯技术在智能家居系统设计的应用。

Zigbee技术是基于IEEE802.15.4的一种无线通讯技术，通讯频率为2.4GHz，最大通讯速率250KB/S。与上文介绍的其他无线通讯技术相比，其具有低功耗、低速率、低成本、保密性高、可靠性强、网络自愈性强、安全性强及兼容性高等特点。在智能家居领域，网络组成一般分为内网与外网，内网采用Zigbee通讯协议，将住户家里的各种常用电器设备如电灯、窗帘电机、空调等设备通用智能模块/面板与智能网关建立通讯；外网通过智能网关采用TCP/IP的方式由家里路由器连接到云端服务器，用户可通过手机APP等智能电子设备远程监看或控制家里的电器和设备。其工作原理如图1所示。

图1 无线智能家居工作原理总图

无线智能家居控制系统

无线智能家居控制系统指的是采用一种无线的传输技术，将家庭日常使用的安防设备、家电设备等组成一个系统，能够通过手机、PAD等移动式智能设备一键控制全屋灯光、电器等而无需重新布线。通过这种灵活、便利的智能化的操作方式可以让成员随时随地享受智能带来的舒适、方便和乐趣。该智能控制系统主要由智能安防系统、智能家电控制系统（含灯光、窗帘、空调、新风和地暖等）、智能语音控制系统等组成。

1.智能安防系统

智能门锁：常规的智能门锁具有指纹、密码、刷卡及钥匙开锁功能。随着物联网的快速发展，开发人员将互联网与Zigbee技术整合，将Zigbee模块内置于门锁里，在家庭智能网关与云端服务器之间建立通讯，使得门锁除了具有本地的开锁功能外，还可以通过手机远程操作实现开锁权限管理、消息推送服务、防盗报警等功能，从而进一步提高了智能门锁的便利性、可靠性和安全性。

智能安防探测器：通过安装红外幕帘、门磁、窗磁、紧急按钮及燃气泄露探测器等，及时发现警情并快速采取措施。当发生警情时除报到管理中心外，同时能够将家里的报警信息通过智能网关远程推送至业主的手机APP，让主人能够随时随地了解家里情况。并且该安防探测器可实现与其他设备的联动，如红外报警时可联动灯光系统，当发生警情，灯光自动打开、摄像头自动开锁录像；又如当燃气泄露探测器发生报警时，可联动电磁阀自动切断阀门，大大提升了安全性。

智能监控：业主可通过手机APP随时随地查看户内IP摄像机视频画面，查看监控区域的实时情况，同时该摄像机可以和安防探测器联动，当检测到有警情时，摄像机可自动录像并存储，给业主的居家生活提供更安全的保障。并且，通过IP摄像机也能远程照看儿童与老人，实时了解家庭弱小成员的情况，给业主带来更安心的体验。

2.智能家电控制系统

家电控制系统主要包括灯光、窗帘、空调、新风及地暖等常用家用电器的状态监测及控制。

灯光控制：通过将传统的普通机械开关替换成智能触摸型智能开关，即可实现本地灯光控制、远程控制、定时控制及集中控制，并能在根据业主使用需求定义各种工作模式，如：回家模式、离家模式、就餐模式及就寝模式等。通过模式控制，业主可一键启动相应的模式，实现对使用场景的需求。如启用回家模式时，客厅的灯光自动打开、窗帘自动拉开、空调同时打开并且启动背景音乐，真正实现家居的智能化控制。如果需要在指定时间段联动照明系统，也可增加定时器及一些传感器联动控制系统，实现在特定的时间输出指定的照明模式。

窗帘控制：通过智能触摸窗帘面板实现本地控制、手机APP远程控制窗帘拉开、闭合、暂停，亦可配置遥控器进行单独控制。同时电动窗帘还支持断电手动控制功能，当家里停电时，可以通过手动拉开或关闭窗帘。通电状态下，轻轻拉动窗帘一小段，窗帘便会走完全程。也可设置定时任务，如，每天早上8颐00窗帘自动打开，中午12颐00窗帘自动关闭。还可以和其他智能系统联动，达到更为舒适的智能体验。

空调控制：红外宝从云端获取万能的红外码库。只要获取到万能的红外码库，业主即可使用手机、智能控制终端等设备一键控制室内空调开启、模式切换、温度升降，还能控制电视开关、频道切换、音量加减等，同时，还能联动其他智能控制系统。例如：当您通过场景控制启动影院模式时，电视自动打开，客厅灯光自动调暗，窗帘自动关上，所有设备的操作一步到位，无须一个一个去单独控制操作，给业主带来智能化的便利享受。

电器控制：在原来五孔插座的基础上插上智能插座或换成智能插座，即可实现电器设备电源管理，实现远程、定时、自动联动控制电器设备通断电。如，室内空气过于干燥时自动开启加湿器电源，加湿器开始工作；湿度达到要求后，加湿器自动停止工作。

3.智能语音控制系统

太累、太忙、太冷、太困……一到家就不想动手，没关系，只需要语音命令，智能语音管家就能帮你“管”好你的“家”。比如回到家中，说：“小白小白，我回家啦”，灯光即刻开启，窗帘缓缓拉开，电视机、空调已经打开，回家场景模式现象展现在眼前。同时通过智能语音系统，还可以为你播放网络音乐、讲故事、说百科及闹钟定时等，给您带来轻松而丰富的生活乐趣。

4.智能家居集成控制平台

智能家居集成控制平台将各子系统集成在一个统一平台，业主手机采用统一的账号通过WIFI/5G网络连上智能家居的云端服务器，登录自家的智能网关，即可实现对该网关下联的所有家电设备的控制。当用户在办公室或公交车上的时候，忽然想起客厅灯忘记关了，就可拿起手机，通过智能家居APP即可关闭灯光，也可控制家中的其他设备，如电饭煲、浇花器等，所有一切尽在掌握之中，尽显智能化。其控制工作原理如图2所示。

图2 无线智能家居移动终端控制工作原理

智能家居户型设计分析

根据以上系统说明，现针对一套三室两厅的户型进行设计介绍，该户型各个生活空间的设备安装说明及应用场景如下。

1.入户玄关

设备设置：智能门锁、场景面板。

（1）开锁场景联动：住户通过密码或指纹开启入户门锁之后可联动打开回家场景模式，夜间回家时，可联动打开灯光、窗帘，启动空调、电视等，打开家门后不再是冷冷的黑暗场面，让住户充分体验到智能家居控制所带来的温馨感觉。

（2）设计场景面板，通过该面板可一键打开“回家模式”、“外出模式”。

2.客厅

设备设置：智能灯光面板、窗帘面板、场景面板、紧急按钮、红外转发器、智能插座、语音助手、空气盒子、摄像头。

通过设计的场景面板，可一键打开“休闲模式”、“会客模式”。

（1）休闲模式：可将客厅的主灯及窗帘自动关闭，电视自动打开；

（2）会客模式：可将客厅所有灯光及窗帘拉开，背景音乐自动响起。

3.餐厅

设备设置：智能灯光面板、窗帘面板、场景面板。

设计场景面板，可一键打开“就餐模式”，此时餐厅灯光及窗帘自动打开，柔和的背景音乐也同步开启。

4.厨房

设备设置：智能灯光面板、燃气探测器、烟雾探测器、水浸探测器、机械手。

燃气探测器检测到燃气泄露时，可联动机械手关闭天然气阀门，提高安全性；水浸探测器检测到漏水时，会关闭进水阀门，减少漏水带来的损失。

5.主卧

设备设置：智能灯光面板、场景面板、语音面板、窗帘面板、红外转发器。

设计场景面板，可一键打开“就寝模式”、“晨起模式”。

（1）就寝模式：卧室里的灯光窗帘缓缓关闭，安防传感器自动进入布防状态，业主可安心睡觉。

（2）晨起模式：窗帘缓缓打开，灯光调节至30%亮度，背景音乐响起，安防传感器自动撤防，开启美好的一天。

6.儿童房

设备设置：智能灯光面板、场景面板、语音机器人、窗帘面板、红外转发器。

儿童房配备一个语音机器人。当您睡眼惺忪，吩咐一声，即为您准备好“晨起模式”，还能给孩子讲故事、陪伴孩子成长。

7.书房

设备设置：灯光面板、红外转发器。

8.卫生间

设备设置：灯光面板、紧急求助按钮。

结语

随着技术研究的不断深入，Zigbee无线通讯技术已较为成熟，取得了较好的发展，在智能家居的应用已非常广泛。再者，目前市场上不论是开发商还是业主方对于智能家居的接受程度越来越高，尤其是在房地产行业“精装交付”的刺激下，智能家居逐渐成为交房的标配，智能家居的市场已被大范围地铺开，同时像小米、华为的智能产品也越来越多，相信未来几年智能家居将会成为市场的一个主流。