智能家居發展及關鍵技術綜述
作者：卿勇
來源：《軟件導刊》2017年第01期
摘要摘要：智能家居使社會生活智能化、自動化、舒適化，成為未來生活發展的方向。簡述了物聯網和智能家居概念，介紹了國內外發展現狀，詳述了相關技術，展望了智能家居發展趨勢。
關鍵詞關鍵詞：物聯網；智能家居；ZigBee技術
DOIDOI：10.11907/rjdk.162351
中圖分類號：TP301文獻標識碼：A文章編號文章編號：16727800（2017）001018002
引言
隨著國家經濟發展，人民生活水平日益提高，生活智能化、個性化、便捷化越來越受關注，智能城市、智能交通、智能社區逐漸走入人們生活，智能家居嶄露頭角。智能家居擁有智能、便捷、個性、安全等優勢，從時間、空間等方面提高人類生活質量，具有廣闊的市場前景。1智能家居
智能家居（Smart Home）是利用綜合布線技術、網絡通信技術、自動控制技術等，將家居設備相關信息集成于一個以住宅為基礎的平臺，構建高效的住宅設施與家庭日常事務的管理系統。實現家居設備之間相互共享和交換，提升了家居的安全性、便利性、舒適性、藝術性，以及環保節能的居住環境[13]。2智能家居發展
物聯網作為互聯網的延伸融入人們生活，極大改變了人們的生活方式和理念。計算機技術、網絡技術和控制技術逐漸向傳統家居滲透，物聯網冰箱、洗衣機、電視等智能家居出現在人們生活中，未來生活的智能化不再是遙不可及的夢想。2.1國外智能家居發展情況
智能家居技術是物聯網發展的實踐，最初起源于物聯網技術迅速發展的美國，發達國家緊隨其后并提出符合本國國情的相關智能家居建設方案。在國外，智能家居技術起步早、技術成熟，智能家居系統人機交互性以及UI設計可操作性良好。
1984年，美國誕生了世界上第一幢智能建筑——都市辦公大樓 （City Place Building）。此樓最初并非“智能”，原因是聯合技術建筑系統公司（United Technologies Building System Co， UTBS）參與此建筑的裝修，獲得該大樓的空調、電梯及防災設備等建設工程。UTBS公司作為這幢大廈的住戶，不僅將空調系統、電梯以及防火防災等各子系統計算機相連，而且利用嵌入式通信技術連接計算機與用戶通信終端，為大廈其他住戶提供相關的計算機服務和通信服務。都市辦公智能大廈在經濟相對發達的國家引起強烈反響，各國先后提出本國的智能方案。
1997年，比爾·蓋茨的智能化豪宅完工，首次引入智能化設備和系統，其中包括智能照明設備和智能溫控系統。用戶可根據需求通過智能設備設置相關參數，從而使生活環境達到最優。智能化設備和系統從此走進人們家中。
1998年，新加坡舉辦的電子消費品國際展覽會上推出了家庭智能系統，是“未來之家”的縮略模式[4]。該系統包含三表抄送、安防報警、家電控制等功能。
據2000年不完全統計，新加坡約有5 000個家庭采用家庭智能化系統，美國有超過400萬個家庭使用該系統。
國外智能家居發展至今，研究水平隨著人們日益增長的物質文化需求而提高，智能家居系統普及成必然趨勢。
2.2國內智能家居發展情況
中科院最早啟動物聯網研究和開發。雖然起步較晚，但我國的技術水平處于世界前列，具有研發優勢和重大影響力[5]。
1999年，中國科學院研制出45Mbps的電力線高速通信產品，并運用于沈陽一個擁有200戶規模的小區，極大方便了人們日常生活，這是中國最早將智能技術應用于國民生活的實例。
2014年，美的與小米達成戰略合作協議，除資本層面外，小米與美的將在智能家居及生態鏈、移動互聯網進行多種模式的戰略合作，包括雙方在智能家居、電商、物流和戰略投資等領域的對接。
2015年初，海爾與魅族的跨界合作終于落地。魅族入駐海爾U智能家居平臺，海爾將向魅族開放其U平臺SDK，使魅族手機可控制所有海爾智能家居產品，同時魅族也將向海爾開放Apps系統級別權限。
智能家居發展迅速，但是各個廠家參照的標準不統一，產品兼容性差，導致智能化系統成本增加，影響消費。2005年，信息產業部正式發布家庭網絡推薦標準，鼓勵各大廠家對家庭網絡進行全面綜合研究，實現國家未來智能家居的發展規劃。 3智能家居技術
智能家居技術從本質上而言是對網絡技術、物聯網技術和自動化控制技術的綜合運用[6]。3.1網絡技術
國務院于2010年公布了第一批“三網融合”試點城市，標志著三網融合拉開序幕。三網融合并不僅僅是傳統的電信網、計算機網和有線電視網三大網絡的物理結合，更是其通信業務的融合。它要求以光纖到戶/光纖到小區（FTTH/FTTZ）為主要接入方式。光纖信息傳輸速度快，深入千家萬戶，運行成本低。三網融合使智能家居擁有更便利的傳輸方式、更高效的傳輸速率、更安全的傳輸環境，從實質上促進了智能家居產業的升級。
智能終端和無線網絡的發展也推動了智能家居的發展[7]。智能終端擁有良好的人機操作界面，使用戶達到更好的智能家居操作體驗，完美地詮釋“科技以人為本”的追求，成為最佳的人機交互窗口。以WiFi為主的無線網絡技術的普及，不僅實現了移動網絡的分流，而且承擔移動網絡的壓力，成為有線網絡的有益補充。這種技術支持在數百英尺范圍接入互聯網的無線電信號，減少布線麻煩，實現對家電的智能控制，具有良好的擴展性和移動性，讓智能家居控制變得便捷、人性化。
3.2物聯網技術
物聯網起源于1990年，最早實踐于施樂公司的網絡可樂販售機。2010年，國家發展與改革委員會、工信部等部委發文，推動新一代信息技術物聯網的研究。
物聯網（The Internet of Things），字面含義為物物相連的互聯網，是互聯網的拓展和延伸。由此可知，物聯網的客戶端不再僅限于傳統終端，而是將其拓展和延伸到任何物體與物體之間，在物體與物體之間實現信息交換和共享。
物聯網是指通過各種信息傳感設備，實時采集任何需要監控、連接、互動的物體或過程等信息，實現物與物、物與人，所有物品與網絡的連接，方便識別、管理和控制，并與互聯網結合形成一個巨大網絡，是新一代信息技術的集成。
在物聯網還沒有提出來時，智能家居處于數字化時代，單純被動地接收數據。而物聯網的興起，給智能家居帶來了第二次生命，重新定義了智能家居概念，主動控制和交互，使智能家居變“數字”為“智慧”。
在智能家居系統中，物聯網將所有家電設備連接到一個網絡，讓設備狀態、設備參數等信息共享和交換[8]。
物聯網技術架構大致分為3層，從下至上分別是感知層、網絡層、應用層。下層為上層提供數據，上層為下層提供數據處理等服務，各層相互獨立卻又相互聯系。
感知層運用各種傳感器、傳感網感知并收集外界信息。ZigBee智能家居系統要求用戶只需將普通開關、插座更換為ZigBee智能開關、智能插座，然后安裝ZigBee無線接收器等智能設備即可實現家居智能化控制。
網絡層能高效無障礙地將感知信息傳輸給應用層。
應用層處理和管理數據，并將處理后的數據進行應用。智能家居系統應用層監控和管理家電設備工作情況，云計算可以跨網絡平臺工作，這就使得通過智能終端可以隨時隨地監控家居設備系統。
3.3自動化控制技術
自動化控制技術以控制理論為基礎，通過具有一定控制功能的系統完成對所有設備的控制任務，保證家電設備運行過程按照預想進行，實現自動控制目標。在日常生活中，自動洗衣機是最早進入家庭的自動化設備。
在智能家居系統中，智能家居由6個子智能系統組成：①智能燈光控制系統（光暗傳感器，通過進入房間光線強弱可判斷每個房間明暗程度，通過無線設備將獲得的參數傳輸到設備控制器，自動調節燈光）；②智能安防控制系統（光電傳感器、煙霧傳感器、燃氣體探測器）；③智能背景音樂控制系統；④智能煤水電控制系統；⑤智能家電控制系統；⑥智能車庫控制系統（車庫擁有獨立的溫度濕度傳感器與調節裝置，功能是調節車庫溫度、濕度，但燈光仍由燈光控制系統獨立控制），這6部分相互獨立又相互聯系。當用戶發送請求時，子系統可以自動接收請求并作出相應處理，給予相應操作，從而調節用戶家居環境，使之成為最適合用戶居住或處于用戶最為滿意的工作狀態。智能系統運用ZigBee技術連接定位，當用戶進入某一房間，首先定位位置，然后使用手機或其它電子設備通過有線網絡、無線WIFI或者移動網絡獲取房間定位，打開燈光或者調節燈光等；智能家電溫控系統獲取室內溫度，通過溫度傳感器判斷調控溫度。同時，智能背景音樂系統根據用戶喜好播放音樂。自動化控制技術讓智能家居成為人們生活中減輕負擔的自動化管理者，提高了人們物質、文化生活水平。
4結語
智能家居逐漸為人們帶來了全新的生活方式。從電纜到光纖，從有線到無線，從網絡家電到物聯網家電，都促使智能家居從“數據家居”到“智慧家居”飛躍發展；
