智能家居功能与设计浅议

文｜广州市河东电子有限公司 梁国芹 朱 桑 陈玉梅

1 引言

随着科技的高速发展，互联网技术和信息通信技术的应用，信息化、智能化的浪潮正在席卷世界的每一个角落。目前，人们对“家”的需求已不仅仅局限于生活的舒适和环境的优美，把网络通信、信息处理与空气环境和家庭电器控制融入家居之中并实现简单的操作和智能控制，乃是人们的渴望与追求。近年来，国内外企业更是越来越多地将智能家居的概念应用于住宅中。本文将从智能家居的设计原则、常用功能、子功能设计原理和实例的角度展开论述。

2 智能家居设计原则

（1）可行性和适用性

智能家居系统的设计要具有技术上的可行性和经济上的可能性。当今科技发展迅速，可应用于住宅小区的技术和产品层出不穷，我们所设计选用的系统和产品应能够使用户或甲方实实在在地受益，满足近期使用和远期发展的需要。在多种实现途径中，应选择最经济、可行的技术与方法。系统的设计应以现有成熟的技术和产品为对象进行，同时考虑到周边信息、通信环境的现状和发展趋势，并兼顾管理部门的要求，保证设计方案可行。

（2）先进性和可靠性

系统设计既要考虑系统的先进性，更要注重系统的稳定性、可靠性。我们设计的系统应具有较高的可靠性，在发生故障或因事故瘫痪后，能确保数据的准确性、完整性和一致性，并具备迅速恢复的能力。特别是重要的系统，应具有高冗余性，确保能够在任何情况下正常运行。

（3）开放性和标准性

为满足对系统所选用的技术和设备的协调运行能力，以及系统投资的长期效应和系统功能扩展空间的需要，系统设计必须保证系统的开放性和标准性。“开放”已成为当今系统发展的一个方向。系统的开放性越强，就越能体现出系统的科学、方便、经济、实用，系统集成商也就越能更好地满足用户对系统的设计要求。

标准化是科学技术发展的必然趋势。在条件允许的情况下，应尽可能采用标准化、通用化的产品，并执行国际上通用的标准或协议，以保证所选用的产品具有极强的可互换性。

（4）可扩展性和易维护性

为使系统能够从容应对未来的功能变化，系统设计应充分保证能够以最简便的方法、最经济的投资实现对系统的扩展和维护。

对于理想的住宅小区，除了合理的规划、优美的环境和配套齐全的设施等“硬件”环境外，小区内的“软件”环境也非常重要。所谓“软件”环境即多样化的信息服务、安全舒适的居住环境、方便周到的物业管理和丰富多彩的社区文化。

3 智能家居实现的常用功能

智能家居实现的常用功能如图1所示。

（1）简化常用繁琐的操作

业主上班或者外出前，只需要按一个键就可以关闭家中所有的灯和电器，按一个按钮就可收放窗帘，按一个按钮或是触摸一下触摸屏就可以调整灯、电器、电视模式……

（2）安防功能

图1 智能家居实现的常用功能

智能家居安防系统也支持一键启动。安防系统启动后，每扇门窗都处于最佳戒备状态；当有人企图破窗而入或强行撬门时，门窗将自动关闭，智能报警器和安防系统会鸣响警笛声，同时将警情传送至用户的手机或是保安中心。业主可以通过手机看到或听到家中的一切动静；也可以通过网络远程访问网络摄像机察看家中的情况。家中有火灾或是煤气泄漏等突发状况时，智能的设防也会在第一时间发出警报。

（3）远程操作功能

系统支持通过手机直接控制家中的空调、灯，以及给鱼缸换水、调节鱼缸温度等。

（4）自动调节功能

当红外探测器检测到室内的二氧化碳浓度超过设定值，智能家居系统就会打开空调、换气系统；当室内温度达到27℃时，空调控制系统就会自动启运；当家居中的人离开时，灯光、室内温度会随之改变；当有人走进卫生间时，排风扇会自动开启……

4 智能家居功能设计和实例

4.1 简化繁琐操作

（1）一键触摸控制

一键触摸控制功能的设计原理，如图2所示。

图2 一键触摸设计原理示意图

一键触摸控制功能支持用户通过大厅触摸屏控制室内所有灯光、空调等家电，通过住宅内的任一控制面板、固定触摸屏控制对应影音设备的播放/停止、选台、音源切换等。如用户在控制面板、固定触摸屏或移动式触摸屏上选择了某种场景，系统会自动控制相应家电动作。例如用户若选择了影院场景，系统将自动减弱灯光的亮度，同时自动启动电视机、DVD和音响设备。

广州亚运村是HDL智能家居系统一键触摸控制功能的典型应用。用户通过两个小小的面板即可轻松实现对灯光、空调的控制，以及客厅各种场景氛围的营造。

（2）窗帘自动升降

用户可根据自己的需要和喜好，通过控制面板，或是坐在沙发上，通过移动式触摸屏（10寸）手动调节电动窗帘的开闭、电动百叶的升降和叶片的转动角度；也可以设定窗帘的定时升降；还可以根据当前的场景对窗帘进行控制。实现该功能所需的设备包括电动窗帘、电动百叶、窗帘控制模块、百叶控制模块，该功能的设计原理如图3所示。

图3 窗帘自动升降功能的设计原理图

（3）智能化集成应用

智能化集成应用有多种形式，比如可以在入户花园大门入口附近设置一台嵌墙式彩色固定触摸屏，通过总线或网络将其接入后台控制器——该触摸屏支持对全屋的“回家”、“离家”、“自动”、“手动”场景进行切换，可设置密码；具有天气预报信息下载功能及相册功能，可在无操作时自动显示当天室内外温湿度状况、未来1天的天气预报及相册中存放的图片。南非某别墅项目是家居智能化集成应用的典型代表，选用了HDL多功能智能面板、触摸屏、智能继电器等多种智能控制产品。

（4）控制面板控制

一个为用户提供最大方便的控制面板控制系统包括多种控制面板，以卧室为例，就有“求助”面板、多功能控制面板，以及帮助阅读的灯控面板等。一般而言，智能控制面板设置在客厅、餐厅、卧室、书房等房间的适当位置，该面板带单色液晶显示器及硬件按键，可控制场景切换、调节设备运行参数，通过总线接入后台控制器；简便控制面板则在每个智能控制面板附近另外设置，仅支持对照明、空调、电视、窗帘作简单的开关控制，方便老人使用。

4.2 安防功能

（1）燃气泄漏自动报警

安装于厨房的煤气探测器可对燃气进行监控；在煤气泄漏的初期，智能家居系统即可自动发出声光报警信号并发送手机短信提醒主人注意。南非约翰内斯堡某别墅工程就成功应用了HDL燃气泄漏自动报警系统。燃气泄漏自动报警系统的设计原理如图4所示，其所使用的主要产品有多功能燃气探测器和燃气阀门自动控制机械手。

图4 自动报警设计原理图

（2）入侵报警及远程求助

当发生非法入侵事件，或大门长时间未关时，入侵报警及远程求助系统将自动启动屋内的视频监控设备，进行录像，并将报警信息以短信的形式发送到指定的手机上。南非约翰内斯堡某别墅工程中的HDL安防控制系统即有完备的入侵报警及远程求助功能。入侵报警及远程求助系统的设计原理如图5所示，其使用的产品主要是人体感应器。

图5 入侵报警和远程求救设计原理图

（3）环境监测

智能家居系统可以监测室内外的温湿度、二氧化碳或是有害气体的浓度，并据此采取相应的防护措施。例如，可以在房间的天花板上安装红外探测器，监测空气质量；如果室内的二氧化碳、甲醛超标，或是出现一定程度的烟雾，探测器就会将数据传送给控制器，进行报警。环境监测功能的设计原理如图6所示，实现该功能需使用的主要产品包括室外温湿度传感器模块、室内温湿度传感器模块等。

图6 环境监测功能设计原理图

4.3 远程操作

（1）手机短信远程控制

在夏天，用户可以在回家的路上用手机发短信，远程开启家中的空调，从而一回到家就可以享受冷气；如果离家时忘记关空调，也可以通过手机远程关闭空调，避免无谓的能源浪费。

用户可通过发短信对“回家”、“离家”、“手动”三种场景进行控制。启用“回家”场景后，系统将自动启动家中的空调，使用户进入家门即可享受到舒适的环境；启用“离家”场景后，系统将自动关闭家中大部分设备，并进入设防状态；启用“手动”场景后，系统将自动屏蔽家中的智能控制面板，仅开放通过简便控制面板对灯光、电视等进行简单的开关操作，防止出现家中老人、小孩、保姆由于不熟悉场景等复杂功能而误动作的情况。

此外，智能家居系统还能将实时安防报警信息（入侵、远程求助、燃气泄漏等）以短信的形式发送到用户的手机上，提醒用户注意。

手机短信远程控制的设计原理如图7、图8所示，实现该功能所需使用的主要设备有手机短信模块MCGprs.232、网络服务器MWS.232、红外线发射模块。

（2）智能终端控制

图7 手机短信远程控制设计原理图

图8 手机短信远程控制设计原理图

智能家居系统可配置一台彩色移动式触摸屏，通过无线网络方式接入后台控制器。触摸屏的界面与用户在外通过电脑访问智能家居时所打开的界面基本一致，用户可以通过触摸屏控制器的相应界面控制不同的家电和设备，包括电视、空调、背景音乐、所有房屋的灯光、窗帘、家中的安防系统等。智能终端控制设计原理如图2、图9所示，保加利亚某别墅项目即成功应用了HDL的智能终端控制。

图9 智能终端控制设计原理图

4.4 自动调节

（1）智能照明控制

各住宅入户花园、复式住宅楼梯间、通道、卫生间、阳台的照明控制可与人体感应器及照度传感器相配合，实现人到灯开、人走后灯光延迟10秒渐暗、白天光线充足时灯光自动关闭。入户花园、阳台的人体感应器同时可以用于探测非法入侵。智能照明控制系统的设计原理如图10所示，该系统使用的主要产品有8路10A继电器模块、26路2A智能调光模块、LED驱动器、DMX512表演控制器。

图10 智能照明控制系统设计原理图

（2）卫浴感应

卫浴感应功能包括两部分内容：主浴缸旁的液晶显示屏可以显示网络播放器上保存的静态图片、动态视频；主卫生间各洗手盆水龙头口设置的彩色LED灯可根据水温高低改变颜色，用户可根据照射在龙头流出水柱上的光线的颜色直观地判断水温高低。约旦安曼某公寓是HDL卫浴感应功能的典型应用。

卫浴感应功能的设计原理如图11所示，实现该功能所需使用的产品有液晶显示屏、LED水龙头、带电流检测功能的红外发射模块。

图11 卫浴感应功能设计原理图

5 展望

本文仅以智能产品在住宅中的应用来反映智能家居的现状。智能模块在智能家居中的应用不仅使人们的生活更加便捷，更引起了人们思维模式的变革。智能家居现在仅仅处于起步阶段，其前景和应用还有待相关领域的专业人士进行进一步研究。