掀开智能家居的面纱(上)

杨士元，清华大学教授、博士生导师，清华大学自动化系"检测与电子技术研究所"所长，"清华同方-自动化系智能家庭技术联合研究室"主任。IEEE高级会员，云南工业大学兼职教授，中国计算机学会容错计算专业委员会副主任。一九九八年荣获国务院颁发的政府特殊津贴。

　　杨教授主要从事电子技术、检测技术和系统故障诊断理论与技术以及智能家庭网络技术的研究，培养和指导博士生近二十名，硕士生二十五名。已出版教材和专著五本，在国内外的学术会议和学术刊物上发表研究论文100余篇。

智能家居"智能"在哪？

　　智能家居最早引起人们的注意可能是当初比尔·盖茨耗资5.3亿美元建立的智能化豪宅，这一度被许多人看作一种梦幻。但如今有众多的商家正在把这种梦想变为现实。许多住宅小区的开发商在住宅的设计阶段已经或多或少考虑了智能化功能的设施，少数高档的住宅小区已经配套了比较完善的智能家庭网络，并在房地产的销售广告中，已经开始将"智能化"作为一个"亮点"来宣传。例如近期北京万通、望京家园、大连星海人家等房地产企业都宣布和国内著名IT企业合作，建立智能家居系统。此外，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，也已经看到这个市场的广阔前景，意识到这是一个难得的机遇，开始为研究和开发相关系统和产品进行先期的部署和规划，开始介入智能家庭网络这个全新的领域。



智能家居的基本结构图

到底什么是智能家居呢？智能家居，或称智能住宅，目前与此含义近似的词汇相当多，例如诸如：电子家庭（Electronic Home）、数字家园（Digital family）、家庭自动化（Home Automation）、家庭网络（Home net/Networks for Home）/网络家居（Network Home）、智能家居/建筑（Inte1ligent home/building）。

　　尽管名称五花八门，但它们的含义和所要完成的功能大体是相同的：首先，它们都要在一个家居中建立一个通讯网络，为家庭信息提供必要的通路，在家庭网络的操作系统的控制下，通过相应的硬件和执行机构，实现对所有家庭网络上的家电和设备的控制和监测。其次，它们都要通过一定的媒介，构成与外界的通讯通道，以实现与家庭以外的世界沟通信息，满足远程控制/监测和交换信息的需求。最后，它们的最终目的都是为满足人们对安全、舒适、方便和符合绿色环境保护的需求。

　　可以看出，智能家居是一个典型的集计算机、通讯和消费在一起的3C（Computer, Communication 和Consumer）系统，是整个世界形成的一个巨型网络的末端，俗称是该"网络的最后100m"。它的最起始的功能构思源自将电话、电视、光盘影碟机、数码相机、计算机以及各种各样的家用电器/设备的互联，以实现设备之间的信息交换机远程控制及监测。

　　智能家居的基本目标是为人们提供一个舒适、安全、方便和高效率的生活环境。这其中，首先是一个舒适的居住环境，例如对自己居住的生活环境的个性化需求也越来越高，甚至要求对听觉、视觉、味觉和嗅觉的感受；也包括一个安全的家庭体系，这其中既包括人身和家庭财产的安全，也包括家庭设备的安全，为了实现这种安全体系，就需要配备相关的防卫措施例如电子门禁、对讲系统、电子防盗系统、玻璃破碎检测报警系统、室内跑水检测与报警系统、火灾报警系统、室内有毒/害气体的检测与报警系统以及三表（煤气表、水表和电度表）出户/远程抄表系统等；此外还有方便的生活方式，可以使用一个通用遥控器控制所有家电，并实现远程医疗和远程教育，而且能够实现高效率的工作模式。

智能家居为什么"智能"？

　　从技术上讲，智能家居所要实现的主要的功能有：

　　 （1） 对白色家用电器和其他设备的控制、调节和监测，比如微波炉、洗衣机、灯光、电动窗帘、防盗报警器、自动门烟雾探测器、有害气体检测装置、温度和湿度控制器、风量调节器、各种手动的开关和遥控器等。

　　 （2） 沟通黑色家电和其他视频设备之间以及与外部世界之间的信息通道，其中包括：台式/手持计算机、电视、录/摄像机、VCD/DVD和数码照相机等；同时还可以实现对它们的控制和监测。

　　 （3） 通过对外的接口，实现远程控制和信息交换，如：电话线、有线电视电缆、市电电源线、双绞线和无线通讯方式等。

　　上面提到的功能中，牵涉到了各种信息，例如电灯等家电设备、计算机等信息设备。这么多设备信息，智能家居是如何区分和控制的呢？让我们看看智能家居的组成和各部分的特点。

　　智能家居从信息流介质上看，具体可分为两大部分：

1. 控制网络

　　如智能家居的基本结构图中右半部分所示，它主要是控制家庭中各种设备的运行状况，如电灯的灭/亮和亮度控制，空调的启/停以及温度和风量的控制，家庭安防系统的讯号采集和执行，各种开关量的输入，电动窗帘的开启/关闭控制，室内各种物理量的探测（如温度、湿度，各种气体含量等），四表（煤气表、电表、水表和暖气的热量表）数据的输出与指示等。

　　控制网络的特点是：在这个网络上传输的信息主要是控制信息以及一些物理量的参数。信号的频率相对比较低，因此传输的速率可以比较低，一般在数十Kbps就可满足要求，但是信息传输的可靠性要求比较高。这是因为它传输的信息是各种设备的控制信息，它的错误不仅可能导致设备的非正常工作，而且可能导致设备的损坏。因此控制网络在技术上主要解决的问题是传输的可靠性。