（计算机软件与理论专业论文）集中式家居智能控制系统的研究与实现.pdf

原创- | 生声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究在做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人 完全意识到本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：舞j l 型扛 日 期：_ 2 霉z _ 一 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解贵州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅和借阅；本人授权贵州大学可以将本学位论文的全部 或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他 复制手段保存论文和汇编本学位论文。 论纂篓篙季鬻客餐期：越， 论文作者签名：者扛辔乒导师签名：飞屿期：丝字二 摘要 随着信息网络的高速发展，给整个社会带来了巨大的变化，使得信息网络得到越来 越广泛的普及，并且逐渐走进家庭，实现家庭网络化、信息化与智能化。由此，智能家 居的概念随之产生，并逐步被人们熟悉、接受并且应用。家庭是社会的细胞，只有家庭 实现信息化，才可能真正实现社会的信息化，然而，实现家庭信息化，建立完善的智能 家居系统则是必由之路。 智能家居是指将各种信息设备和住宅设备通过家庭网络连接起来，并保持这些设备 与住宅的协调，从而构筑成舒适安全的信息化居住空问，满足人们在家中生活、工作、 娱乐和交流的需要，提供安全防护、社区管理的手段。 家庭网络是实现智能设备通信、控制的基础，目前对于家庭内部联网的解决方案主 要有两种：有线的和无线的，并且有很多的通信标准，比如x 一1 0 、c e b u s 、h o m e r f 、 b l u e t o o t h 、i e e e l 3 9 4 、h o m e p n a 等等。 本文首先详细介绍了智能家居的概念、历史、发展特点以及相关技术，并结合集中 式家居智能控制系统的成功案例，分析了家居智能控制系统的系统整体架构、系统软件 体系结构、系统内部进程问通讯设计、系统功能模块设计、业务层次设计等，并且就智 能家居控制系统的相关技术进行研究和应用，最后给出了系统的实施部署。本文所做的 主要工作、技术难点与创新处如下： 1 智能家居的组成：智能家居是一个多功能的技术系统，包括照明控制、家电控制、 可视对讲、家庭安防、家居综台布线系统、远释控制等等。如何协调管理上述复 杂多样的信息设薪，提高家庭网络信息的实时性和高效性是关键所在。 2 家居环境下的信息需求和信息通道：在智能家居系统中，信息反映出人雨i 殴备， 设备和设备，以及人、设备和丰十会服务体系之间的信息共享与防同作刚：并且， 与传统家电相比，信息受体的对蒙发生了变化，即信息受体不仅仅是人，还包括 了家电没备中的信息电器。 3 r s - 4 8 5 总线型通信技术的研究与实现：r s - 4 8 5 总线标准具有多点、暇向通信能 力，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，在智能家居系统中，借助一 个主节点的轮询机制，实现设备间信息的交互性和互操作性。 4 嵌入式技术在智能家居系统中的应用：嵌入式系统是以应h 为中心和计算机技术 为基础的，并且软硬件可裁剪，具有功耗低、可靠性高、实时性强的多任务操作 系统。智能家居系统主要有三种技术方案：基于p c 架构、基于单片机架构和基 于嵌入式架构。目前基于单片机架构的智能控制系统技术成熟、应用广泛，但是 随着成本的逐步降低，中国的智能家居最终将走向嵌入式。 5 家庭网络中的中间件技术：中间件是一种独立的系统软件或者服务程序，处于操 作系统和用户应用软件之间。中间件技术解决了家庭网络中两个突出问题：资源 构成的复杂性和网络的动态性。目前家庭中常见的中问r i ：技术有o s g i 、u p n p 、 h a v i 、j i n i 、o p e n c a b l e 、d v b m h p 、v e s a 等等。 6 w i n c e - 卜| 的串口通讯的实现：由于家庭网络采用r s - 4 8 5 总线结构，因而控制系 统采用串口通讯实现与设备问的信息交互。为了实现w i n c ef 的串口通讯，本 文也做了学习和研究，并在系统实现中进行实际编程应用，同时对串口通讯a p i 也做了封装。 7 集中式家居智能控制系统由两部分组成：网络服务系统和客户应用系统，两部分 3 模块互相配合工作，其中客户应用系统部分为系统核心，负责操作设备，场景以 及各种数据处理，是直接由客户进行操作的，网络服务系统部分配合中控系统实 现远程控制，数据备份等功能。 主节点轮询机制：控制系统访问r s - 4 8 5 总线是通过主节点的轮询机制实现的， 控制系统与主节点之间通过r s 2 3 2 串口通信，同时主节点分担了控制系统的负 载。在此架构中，控制系统分别被动接收事务及被动发送事务。 关键字：智能家居，家庭网络、中间件、l o n w o r k 、b l u e t o o t h 、电力载波、串v i 通信、 家庭网关 中图分类号：t p 3 1 1 5 2 4 s u m m a r y a l o n gw i t ht h en e t w o r ki n f o r m a t i o nh i g hd e v e l o p m e n t ，i th a sb r o u g h tt h eh u g ec h a n g ef o r e n t i r es o c i e t y , e n a b l e dt h ei n f o r m a t i o nn e t w o r kt o o b t a i nm o r ea n dm o r ew i d e s p r e a d p o p u l a r i z a t i o n , a n di th a sb e e ne n t e r i n gg r a d u a l l yi n t of a m i l i e s ，r e a i i 五n gf a m i l y n e t w o r k ， f a m i l yi n f o r m a t i o na n df a m i l yi n t e l l e c t u a l i z a t i o n t h e r e b y t h ec o n c e p to fs m a r t - h o m eh a s c o l n ei n t ob e i n g ，a n db e e ng r a d u a l l yk n o w nw e l l ，a c c e p t e da n da p p l i e db yp e o p l e s i n c et h e f a r m l yi ss o c i e t y sc e l l ，i fo n l yt h ef a m i l yr e a l i z e si n f o r m a t i o n ，s o c i e t yw i l lp o s s i b l yt r u l y r e a l i z i n gi n f o r m a t i o n ，h o w e v e r , t h eo n l yw a yw h i c hr e a l i z i n gf a m i l yi n f o r m a t i o ni s t h a tw e e s t a b l i s ht h ep e r f e c ts m a r t - h o m es y s t e m n l es m a r t h o m e sc o n c e p ti st h a tw ec o n l l e e ta l lk i n d so fi n f o r m a t i o ne q u i p m e n t sa n d f a m i l ye q u i p m e n t st h r o u g ht h ef a m i l yn e t w o r k ，a n dm a i n t a i nt h e s ee q u i p m e n t sa n dt h ef a m i l y c o o r d i n a t i o n ，i nt h a tc a s e ，w ec a l lc o n s t r u c tt h ec o m , a a b l ea n ds e c u r i t yi n f o m a a t i o nf a m i l y s p a c et os a r i s f yt h ep e o p l e sn e e do f l i v i n g ，w o r k i n g ，e n t e r t a i n m e n ta n d c o m m u n i c a t i o na th o m e ， a n dw ea l s oc a l lt a k es o i l 硷 o t h e rm e a s u r e st op r o v i d et h es a f ep r o t e c t i o na n dt h e c o n l l n u n i c a t i o nm a n a g e m e n t ， t h ef a u u t yn e t w o r k1 5t i md a s l co tr e a l i z i n gt h ec o m m u n i c a t i o na n dc o n t r o l l i n go f i n t e l l i g e n te q n i p m e n t s n o w a d a y s ，t h e r ea l et w ok i n d so fs o l u t i o n s ：w i r e a n dw i r e l e s s ，a n d t h e r ea r em a n yc o m m u n i c a t i o ns t a n d a r da b o u ti t ，s u c ha sx - 1 0 ，c e b u s ，h o m e r f , b l u e t o o t h ， m e e l 3 9 4 h o m e p n aa n ds oo n i nt h i sa r t i c l e f i r s t l yt h ea u t h o rd e t a i l e di n t r o d u c e st h es m a r t - h o m e sc o n c e p t ，h i s t o r y , d e v e l o p m e n t s s e c o n d l y , t h ea u t h o rc o r r e l a t et h es u c c e s s f u li n s t a n c ew h i c hi st h e c e n t r a l i z e d c o n t r o ls y s t e mo fs m a r t h o m et oa n a l y z et h es y s t e m so v e r a l lc o i l s l r l l f q i o n q o f t w a r es t m c t u r e ， a n dt oa n a l y z et h es y s t e m sp r o g r a m m e ro fi n t e m a lt h r e a d s c o m m u m c a n o n ，t h es y s t e m f u i n c t i o nm o d u l e ，t h eo p e r a t i o nl a y e ra n ds oo n ，a n dt or e s e a r c ha n di m p l e m e n tt h ec o r r e l a t i v e t e c h n o l o g y a tl a s tt h ea u t h o rt a l k sa b o u tt h es y s t e m si m p l e m e n ta n dd i s p o s i t i o n d u r i n g w o r k i n gt h i sa r t i c l e ，t h ep r i m et a s k ，t e c h n i c a ld i f t i c u l t i e sa n d i n n o v a t i o np l a c e sa r ea sf o l l o w s ： 1 1 1 l es m a r t ，h o m ec o m p o s i t i o n ：t h es m a r t h o m ei sam u l t i - f u n c t i o nt e c h n i c a ls y s t e m , i n c l u d i n gi l l u m i n a t i o nc o n t r o l ，e l e c t r i c a l ，a p p l i a n c e sc o n t r o l ，v i s i b l eh e l l s ，f a m i l ys e c u r i t y , f a m i l yi n t e g r a t e dw i r i n gs y s t e m ，r e m o t ec o n t r o l l i n ga n ds oo n h o wt oh a r m o n i o u s l ym a n a g e a b o v ec o m p l e xi n f o r m a t i o ne q u i p m e n t s , t oe n h a n c e st h ef a m i l yn e t w o r ki n f o r m a t i o nr e a lt i m e a n dh i g h l ye f f e c t i v ei si m p o r t a n t 2 f a n 五l yi n f o r m a t i o nn e e da n df a m i l yi n f o r m a t i o nc h a n n e l ：i nt h es m a r t h o m es y s t e m , t h ei n f o r m a t i o nr e f l e c t si t ss h a r ea n dc o o p e r a t i o nb e t w e e nh u m a n sa n de q u i p m e n t s ，b e t w e e o e q u i p m e n t sa n de q u i p m e n t s ，w h a t sm o r ea m o n gh u m a n s ，e q u i p m e n t sa n ds o c i a ls e r v i c es y s t e m o nt h eo t h e rh a n d ，c o m p a r i n gw i t ht h et r a d i t i o n a le l e c t r i c a la p p l i a n c e s ，t h ei n f o r m a t i o n a c c e p t e ro b j e c t sh a v ec h a n g e d ，i ti st h a tt h ei n f o r m a t i o na c c e p t e r i sn o tm e r e l yh u m a n ，a n dt h e y h a v ei n c l u d e di n f o r m a t i o ne l e c t r i ca p p l i a n c e s 3 r s - 4 8 5b u sc o m m a n i c a t i o nr e s e a r c ha n dr e a l i z a t i o n ：r s - 4 8 5b u ss t a n d a r dh a st h e f u n c t i o no fm u l t i s p o r t s 。t w p - w a yc o m m u n i c a d o n ，s i m u l t a n e o u s l yi n c r e a s e dt h et r a n s m i t t e r d r i v i n gf o r c ea n dt h ec o n f l i c tp r o t e c t i o nc h a r a c t e r i s t i c i ns m a r t h o m es y s t e m , r s m 8 5c a l l r e a l l z et h ei n f o r m a t i o n sa l t e r n a t eo p e r a t i o nf u n c t i o nt h r o u g h t h em a i nn o d e s p o l l i n g 5 m e c h a n i s m 4 e m b e d d e dt e c h n o l o g y si m p l e m e n ti ns m a r t - h o m es y s t e m ：e m b e d d e ds y s t e mi st a k e n t h ea p p l i c a t i o na st h ec e n t e ra n dt h ec o m p u t e rt e c h n o l o g yf o rt h ef o u n d a t i o n ，a n dt h es o f t w a r e a n dh a r d w a r em a yc u to u t , a n di th a st h ep o w e rl o s sl o w l y ，t h er e l i a b i l i t yl l i g l l ，t h et i m e l ys t r o n g m u l t i - d u t yo p e r a t i n gs y s t e m t h es m a r t h o m es y s t e mm a n l yh a st h r e ek i n d so ft e c h n i c a lp l a n s ： b a s e do np cc o n s t r u c t i o n 。b a s e do ns c mc o n s t r u c t i o na n db a s e do ne m b e d d e dc o n s t r u c t i o n a t p r e s e n t ，t h ei n t e l l i g e n c ec o n t r o ls y s t e mt e c h n o l o g y b a s e do nt h es c mc o n s t r u c t i o ni s w i d e s p r e a d b u tw i t ht h ec o s tr e d u c i n gg r a d 砌l y , o u rc o u n t r y ss m a r t - h o m ew i l lm o v et o w a r d s e m b e d d e dt e c h n o l o g yf i n a l l y 5 m i d d l e w a r et e c h n o l o g yi nf a m i l yn e t w o r k ：t h em i d d l e w a r ei sa ni n d e p e n d e n ts y s t e m s o f t w a r eo rs e r v i c ep r o g r a m , a n di ti sp i a c a db e t w e e no p e r a t i n gs y s t e ma n du s e ra p p l i c a t i o n s o f t w a r e t h em i d d l e w a r et e c h n o l o g yh a ss o l v e dt w op r o m i n e n tq u e s t i o n si nf a m i l yn e t w o r k ： r e s o u r c e sc o n s t i t u t i o n c o m p l e x i t ya n dn e t w o r kd y n a m i c a tp r e s e n t ，u p n p ，h a v i ，j i n i ， o p e n c a b l e ，d v b m h p , a n dv e s aa n ds oo n 6 c o mr e a l i z a t i o nu n d e rw i n c e ：s i n c et h ef a m i l yn e t w o r ku s e sr s - 4 8 5b u s 。t h ec o n t r o l s y s t e mr e a l i z e sc o m m u n i c a t i o na m o n ge q u i p m e n t sw i t hc o m i nt h i sa r t i c l e ，i no r d e rt or e a l i z e u n d e rt h ew i n c ec o m ，t h ea u t h o rh a v ed o n em a n yw o r ko ni t ，a n dc a r r i e do np r o g r a m m i n gi n t h i ss m a r t - h o m es y s t e m , s i m u l t a n e o u s l yt h ea u t h o rh a v ea l s oe n c a p s u l a t ec o ma p it ou s e c o n v e n i e n t l yf o ro t h e r s 7 t h ec e n t r a l i z e ds m a r t h o m ec o n t r o ls y s t e mi sc o m p o s e db yt w op a r t s ：i ti sn e t w o r k s e r v e rs y s t e ma n du s e ra p p l i c a t i o ns y s t e m ，a n dt h et w op a r tm u t u a la d j u s t i n gw o r k i nw h i c h ， u s e ra p p l i c a t i o ns y s t e mi st h ec o r es y s t e m ，a n di ti sr e s p o n s i b l et oo p e r a t et h ee q u i p m e n t s ， s c e n e sa n da l lk i n d so fd a t ap r o c e s s i n g ，a l lo ft h e s eo p e r a t i o n sa r ed i r e c t l yu s e db yu s e r s ， n e t w o r ks e r v e rs y s t e mf u n c t i o ni st h a th e l pc o n t r o ls y s t e mr e a l i z er e m o t ec o n t r o la n dd a t a b a c k u p 8 m a i nn o d e sp o l l i n gm e c h a n i s m ：t h ec o n t r o ls y s t e ma c c e s s e sr s - 4 8 5b u si st h r o t i 曲 t h en l a l nn o d e sp o l l i n gm e c h a n i s m ，b e t w e e nt h ec o n t r o ls y s t e ma n dm a i nn o d et h r o t i 曲 r s 2 3 2c o m ，s i m u l t a n e o u s l ym a i nn o d eh a st a k e nt h ec o n s u ls y s t e m1 0 a d i nt h i sc o n s t r u c t i o n ， c o n t r o ls y s t e mr e c e i v i n ga n ds e n d i n gb u s i n e s sp a s s i v e l y k e y w o r d s ：s m a r t h o m e ，h o m en e t w o r k ，m i d d l e w a r e ，l o n w o r k ，b l u e t o o t h ，p l c ，c o m ， h o m eg a t e w a y ( ：l a s s i f i c a t j o nn o ：t p 3 “5 2 6 第一章智能家居概述 人类已经进入2 1 世纪，现代科技力量打破了传统的时空界限，借助网络和飞速发展 的信息技术，人们可以足不出户纵览全球。电子商务、远程教育、家庭网上办公、网上 购物、网上旅游聊天、社区智能化管理等等，以超乎想象的速度改变了人类的生产、生 活方式，更深刻地影响到人类的思维模式和生存状态。为了适应信息化时代的要求，在 家居方面，世界上一些科研机构已经将智能大厦的概念和模式引进智能小区，并进一步 引进家庭，由此产生了智能家居这一概念。 1 1 、概念的引入 智能家居概念的起源甚早，但一直未有具体的建筑案例出现，直到1 9 8 4 年美国联合 科技公司( u n i t e dt e c h n o l o g i e sb u i l d i n gs y s t e m ) 将建筑设备信息化、整合化概念应用丁 美国康乃迪克州( c o n n e f i c u t ) 哈特佛市( h a r t f o r d ) 的c i t y p l a c e b u i l d i n g 时，才“ 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。 最著名的智能家居要算比尔盖茨的豪宅，他描绘他的住宅是“由硅片和软件建成的” 并且要“采纳不断变化的尖端技术”。经过7 年的建设，1 9 9 7 年，比尔盖茨的豪宅终于 建成。他的这个豪宅完全按照智能住宅的概念建造，不仅具备高速上网的专线，所有的 门窗、灯具、电器都能够通过计算机控制，而且有一个高性能的服务器作为管理整个系 统的后台。 智能家居是r r 技术( 特别是计算机技术) 、网络技术、控制技术向传统家电产业渗 透发展的必然结果。由社会背景之层而来看，近年来信息化的高度进展，通讯的自由化 与高层次化、业务量的急速增加与人类对工作环境的安全性、舒适性、效率性要求的提 高，造成家居智能化的需求大为增加；此外在科学技术方面，由于计算机控制技术的发 展与电子信息通讯技术之成长，也促成了智能家居的诞生。 2 0 世纪8 0 年代初，随着大量采用电子技术的家用电器面市，住宅电了化出现。8 0 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，这在美国称为s m a r t h o m e ，也就 是现在智能家居的原型智能家居最初的定义是这样的：”将家庭中各种与信息相关的 通信设备家用电器和家庭安防装置，通过家庭总线技术( hbs ) 连接到一个家庭智 能系统上，进行集中或异地监视控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅 环境的和谐与协调”hbs 是智能住宅的基本单元也是钾能住宅的核心 目前关于智能家居的称谓多种多样，综合来说，智能家居可以定义为一个过程或者 一个系统，通过综合采用先进的计算机、通信和控制技术( 3 c ) ，建立一个由家庭安全防 护系统、网络服务系统和家庭自动化系统组成的家庭综合服务与管理集成系统，从而实 现全而的安全防护、便利的通讯网络以及舒适的居住环境的家庭住宅。智能家居是r r 技 术( 特别是计算机技术) 、网络技术、控制技术向传统家电产业渗透发展的必然结果。 智能家居是一个多功能的技术系统j 包括可视对讲、家庭内部的安全防范、家居综 合布线系统、照明控制、家电控制、远程的视频监控、声音监听、家庭的影音系统等。 家居智能化包含的内容比较多，而且囤内目前的产品总线制、电力线载波、无线等方式， 在网络连接方面基本上用总线制联网、电话联网或者通过以太网方式来实现。 1 2 、发展历史 智能家居至今在中国已经历了近6 年的发展，从人们最初的梦想，到今天真实的走 进我们的生活，经历了一个艰难的过程。 智能家居在中国的发展，大致经历了如下几个阶段： 概念年( 2 0 0 0 年) ：2 0 0 0 年是智能家居在中国的一个概念年。通过广播电台、电视、 报纸和杂志等诸多媒体的广泛宣传，相当部分居民已经接受了智能家居这个概念。一 些对科技发展动向和市场趋势敏感的科研机构和有实力的公司，已经看剑这个市场的广 阔前景，意识到这是一个难得的机遇，开始或已经研究和开发相关系统利产晶作了先期 的部署和规划。 研究开发年( 2 0 0 1 年) ：2 0 0 1 年是各个科研机构和公司从规划到实际研究和开发的 关键一年。如同以往相类似产品在我国的发展过程一样，有些机构和公司开始引进一些 国外的系统和产品在一些豪华的公寓和住宅中已经看到了它们的踪迹。 实验年( 2 0 0 2 年2 0 0 3 年) ：在这一年中，有相当一部分高档和中档的住宅小区和 私人住宅，将在控制和管理上实现一般意义上的智能化，宽带网将进入一般膳民的住宅 和小区，为智能家庭网络功能的完善佐以一定的条件。我国关f 智能家庭网络系统的各 种标准将陆续出台，各种具有一定智能的可以上网的终端产品( 智能家电，设备) 将根据 这些标准陆续研发出来，并逐步进入市场。 推广年( 2 0 0 3 年2 0 0 4 年) ：到2 0 0 3 2 0 0 4 年，是智能家庭网络系统在中国推广应 用的两年。我国自行研制的系统已经较为成熟，并有能力与幽外的系统和产鼎相抗衡。 新建的住宅和小区人部分将配备一定的# 9 能化设施年| i 改备。美【目平欧洲将在2 0 0 3 年 2 0 0 4 年全面普及智能家庭网络，各种i 盯连网的终端电器，设祷将人鼍出现在市场上。我国 自行设计和生产的可近网的家月j 电器，设备也将有相当的规模。 普及年( 2 0 0 5 年2 0 0 7 年) ：我国在智能家居技术领域与欧美囝家的筹距并不大， 估计仅滞后2 3 年，在这几年中，我国将全面普及智能家庭网络系统和产品，即开始走 进普通居【屯的家居中。在这个时期，整个市场将是以我囡自行研究年l i 开发的系统和产钴 为主；国外的产锚将在高档系统，“牖占有一席之地。 1 3 、现状及发展趋势 智能家居的历史现状怎么样呢? 自从世界上第一幢智能建筑1 9 8 4 年在美国出现后，美国、加拿大、欧洲、澳火利_ 哑 和东南弧等经济比较发达的国家先后提出了各种智能家居的方案。智能家居在美国、德 国、新加坡、日本等凼都有广泛应j j 。 1 9 9 8 年5 月新加坡举办的“9 8 弧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i 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、家斑智能控制面板、智能柿线箱、宽带刚接入和统软件配 置等。 这种“未来之家”家庭智能化系统，市场真j f 启动尚需时日。目前在新加坡也有近3 0 个社区( 住宅小区) 近5 0 0 0 户的家庭采刚了“家庭智能化系统”，美园已有近四万户家庭安 8 装了这一类的“家庭智能化系统”，相信到了2 1 世纪将会有更多的住宅安装上这一类高科 技智能化系统产品。目前美国有一种占据市场主流的产品x 1 0 ，销售已超过1 亿个，设 计户型为单体别墅，应用多为旧房改造，仅在美国便有超过4 0 0 万个家庭在使用。但这 些产品技术限制较多，并不适合在我国原样照搬使用应用。三星从今年春节后，开始在 中、韩两国同时推出其智能家居系统，通过机项盒和网络，将家居自动化控制、信息家 电、安防设各以及娱乐和信息中心这四部分集成一个全面的面向宽带互联网的家居控 制网络。 根据美国该行业之专业顾问公司p a r k s 的统计资料显示：1 9 9 5 年，美国一个家庭要 安装家庭自动化设备的平均费用在7 0 0 0 至9 0 0 0 美元之间。1 9 9 5 年美国家庭已使用先进 家庭自动化设备的比率为0 3 3 ，看来市场真正启动尚需时日。预计这五年内，家庭自 动化的市场年平均增长率为8 。p a r k s 公司的资料亦显示：到2 0 0 4 年，家庭网络市场 总额可达5 7 亿美元。据国际专家预测，到2 0 0 0 年底国际智能家居的产品销售额可达2 4 亿美元。2 0 0 4 年可达1 4 8 亿美元。 由于智能家居的诱人前景和巨大市场，尽管国外市场真正启动也尚需时日，但并未 能阻止企业去争食智能家居市场。虽然每家公司的策略各不相同，但它们都坚持同样的 信念：山那边遍地是金。i b m 公司的迈克尔。凯罗斯克说：“这是个不容i b m 公司忽视 的市场机会。” 中国的智能家居行业刚刚起步，它还显得比较稚嫩。国家尚没有正式颁布相关的行 业技术标准，厂家采用各自不同的技术解决方案，这在某种程度上制约了中国智能家居 行业的发展，在今后相当长一段时间内技术的整合趋势将形成统一的标准。 智能家居怎样做到实用、易用、人性化，真正提高人们的生活品质，才是智能家居的发 展方向。 从2 0 0 0 年的首届峰会到刚刚落幕的第四届中国国际建筑智能化峰会，虽然中国房产 智能化道路几经周折，但是这一进程却不可阻挡地前进着。科技的发展使人们坚定小移 地追求更高品质的生活，智能家居作为高品质信息生活的代表得到越来越多的瞩目。 回想1 9 9 9 年、2 0 0 0 年北京的房地产广告，“智能化”的诱人描述比比皆是。正值网络和新 经济的高峰，房地产业的就势跟进使“智能化”成为新建社区不可缺少的“卖点”，智能化住 宅小区建设- - u 寸在全国形成高潮。但之后上海的统计显示：智能化系统发挥作用的仅占 2 0 ，运行不正常、尚可使用的占4 5 ，另有3 5 的系统被废弃，业主对室内安防系统、 自动抄送系统和停车场管理系统的投诉率一直居高不下。 正如网络经济重回传统一样，第四届中国国际建筑智能化峰会上，朝华数码等一大 批智能家居厂商们呼吁，智能家居必须回归理性。虽然业界对丁智能家居定义一直争论 不休，正如建筑智能化领域专家、清华大学林贤光教授所言：目前为止，并没有关于智 能与不智能的确切的界限与概念。但是如果抛开业界的争论，从消费者的角度来看，智 能家居市场的需求已经逐渐明朗：就是以实用为核心，力求实用、易用、人性化。 虽然科技飞速发展，信息技术日新月异，连c p u 运算速度的提升都已经突破了摩尔 定律，但是如何将这些技术引入智能家居产品之中，如何打造出真正实用的智能家居产 品，这才是国际建筑智能化峰会每一位参与者最关注的问题。朝华数码有关人士提出， 如今智能家居产业界所体现的两大技术趋势正是发展方向：l 、领先的无线移动；2 、不 依靠p c 的独立形态。 盖茨当年在t h e l o a d a h e a d 中所提到的智能房子如今已经成为华盛顿湖的一大胜 景，这幢房子可谓智能化到了极致，连车道旁的一棵老枫树，都通过专门的监视系统给 这棵树进行2 4 小时的全方位监控，一旦j 隋视系统发现它有干燥的迹象，将释放适量的水 来为它解渴。但是，为了实现这样的智能化，专门铺设了8 4 公里电缆，耗资5 3 亿美元。 对普通用户来说，再多的光纤电缆，不如手里一个无线遥控器就指挥若定来得实用方便， 这止是无线移动技术在智能家居领域人受青睐的原冈。而正如计算机摆脱大艰机进入p c 才开始大发展，脱离了p c 毕独立状态的智能家居才能有更大发展空间：不会由于电脑的 突然瘫痪而一筹莫展，一切都更加灵活，更加随意。领先的无线移动和不依靠p c 的独立 形态，将使家变成真正的“自由数码空间”。 致力丁二智能家居产品的应川接轨，很多问题并不在于技术水平的高低，而在于怎样 去做到实用、易用、人性化，而第四届中国国际建筑智能化峰会无论从峰会背景、意义 还是从其议题来看，也都能看出其尘埃落定，返朴归真的寓意所在，只有更加贴近实用、 易h j 和人性化的智能家居概念，才能真正提高人们的生活品质，才能真正体现智能家居 的价值，这也是现代科技价值的核心所在。 1 4 、组成与功能 随着信息社会的发展，计算机和信息家电已越来越多地出现在人们生活之中，而这 一切的发展最终的目的都是为了方便人们的生活，为人类提供一个舒适、便捷、高效的 生活环境。今年来，在各人公司和r r 媒体的强大概念宦传攻之下，诸如：智能家庭局域 网、家庭网关、信息家电等，这些和智能家居密切相关的名词已经儿乎是家喻户晓了。 如何建立一个高效率、低成本的智能家居系统已成为当前礼会一个热点问题。在这样的 大趋势下，国家信息产业部领导、各大信息家电生产厂商不失时机地开展了中国智能家 庭网络的标准化制定t 作，为中国智能家居的发展提供了一个开放的标准化平台，指明 了智能家居研究领域正确的发展方向。 家庭局域嘲是一种混合璎网络。根据接入设备的类型及实际需要，实现家庭局域网 的物理层接口t 要可以分为四类：高速局域土干网、控制子网现场总线、视频线、电话 线。高述局域网主要包含1 e e e 8 0 2 3 以太网协议、i e e e 8 0 2 1 l b 无线jr j 域网技术和b l u e t o o t h 技术，实现p c 、便携设备、信息娱乐设各笛高端设备之间的互连和信息共享；控制子网 现场总线主要指以r s 4 8 5 、c a n 、l o n w o r k s 等简单钾能西议为代表的现场总线技术，实 现信息家电、智能传感器和控制器管设备的连接平控制；l 乜话线主要用于高端设备和电 信没备直接接入i n t e r n e t ：而视频屯缆方式则实现有线电视、v o d 服务，以发在服务供应 商的支持卜- 提供另外一种高速接入i n t e m e t 的途径。 智能家居是一个多功能的技术系统，包括可视对讲、家庭内部的安全防范、家居综 合布线系统、照明控制、家电控制、远程的视频监控、声音监听、家庭的影音系统等。 家居智能化包含的内容比较多，而且国内日前的产品总线制，电力线载波、无线等方式， 在网络连接方面基本上州总线制联网、电话联网或者通过以太网方式来实现。 l o 第二章智能家居的关键技术 2 1 、家居环境下的信息需求与信息通道 随着技术的进步和人们对信息需求日益多样化，信息获取的渠道更加丰富，如广播、 电视、电话、互联网等。目前广播、电视、电话以及互联网的飞速发展，极大地拓展了 智能家居的内涵和外延。家居智能的发展，与人对现代化生活的追求以及对信息的需求 是紧密相连的。 2 1 1 、家庭信息供体与受体分析 家庭中除家居和活动空间外，其主要的存在对象是人和家电设备，而人应该是主体。 随着社会的发展和技术的进步，信息对家庭生活的影响越来越大。在家庭中的信息来源 成为家庭信息供体，如电视、互联网等；而信息接受者称为家庭信息受体，如家庭设备、 人。目前家庭信息供体从其技术手段和内容上都在不断变化和发展，家庭信息受体的对 象也在发生着变化，这些从传统家庭和智能家居信息供体与受体的比较可以看出来变化 和发展。 信息对传统家庭的作用只是表现为对人和设备的孤立影响，即人通过家电设备获取 信息，而没有反映出人和设备，设备和设备，以及人、设备和社会服务体系之间的信息 共享与协同作用。 智能家居中的信息供体、信息通道、家电设备和信息受体与传统家庭都有所区别。 它们的内容随着网络、计算机、电子信息等技术的发展，正在不断更新，而这些更新在 信息供体、信息通道、家电设备、信息受体中都有不同的表现。如下图所示，智能小区、 社会服务支撑体系、数字电视、数字广播等这样的信息供体为智能家居提供了丰富的信 息源。智能家居中有关功能的实现与信息的获取、交互、共享、协同都是密不可分，这 些信息与人、设备、电器以及社会环境都有紧密的联系，因此，在智能家居中，与传统 家电相比，信息受体的对象发生了变化，即信息受体不仅仅是人，还包括了家电设备中 的信息电器。 l 誊懿随氮塞若艟嚣嚣、京麟秘嚣 图3 - 1 智能家居信息供体与受体 2 1 2 、家庭信息类型与特点 1 家居内设备的输入输出信号类别 镪能家居系统应能将家居中所有的语音、| 墨| 像、传感器、安防、控制器、数据等信息进 行沟通，并能与外界进行充分交流。就系统的结构而言，这是一个多媒体的局域l 稠，冈而有 必要对家居内设备的信息进行分析，以便设计系统的传输网络。家居内设备以及输入输出信 号类别如f 表所示： 设备名称信