智能家居，智慧生活

马晓槟

（广州广联数字家庭产业技术研究院，广东 广州 510006）

1 智能家居发展现状

随着人们物质生活水平的提高，对家居环境的要求也越来越高。作为家居智能化的核心部分——智能家居系统越发显得重要。家居智能化是未来社会发展的必然趋势，有望在未来形成一波产业浪潮。

智能家居最早源于美国，而我国发展起步较晚。从20世纪80年代至今，智能家居先后经历了家居电子化（Home Electronics，HE）、家居自动化（Home Automation，HA）和智能家居（Smart Home，SH）三个发展阶段。1984年，世界上第一幢智能建筑在美国康涅迪格州落成。到20世纪90年代后期，智能化住宅开始在我国上海兴起。

智能家居是一个居住环境，是以住宅为平台，利用有线和无线网络平台通信技术、包括综合布线系统、安防系统、背景音乐（广播）系统、灯光窗帘控制系统、空调VRV控制系统，以及家庭影院控制系统等；将家居生活有关的设施进行集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，从而提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境[1]。

智能家居为住户的生活带来便利和实惠，提高了人们的生活品质。在安防、节能、智能控制、娱乐、医疗、教育等生活领域，智能家居正发挥着越来越重要的作用。相较于前几年一味地炒概念，目前不少国内外厂商都已经研制出了能满足实际应用的产品。

2 我国智能家居现阶段发展契机

我国智能家居行业近几年得到了快速的发展，这有赖于其社会基础、技术基础的不断稳固以及国家政策的鼓励支持。

2.1 社会基础

1）改革开放以来，我国人民的物质生活条件逐步提高。

2）自1998年我国首次提出“智能家居”的概念以来，经过十多年的社会舆论准备，智能家居的理念正慢慢深入人心，被越来越多人所认知和接受。

3）智能家居以其实用性和科技感，对年轻消费群体具有独特的吸引力。随着80后、90后先后成家立业，逐渐成为家居消费的主要群体。较之60后、70后，80后、90后能更快接受新鲜事物，并愿意进行尝试。

4）近年来，国家为调控房价出台了一系列政策导致楼市低迷。许多地产商为增加卖点，吸引眼球纷纷打出智能家居这张牌。

5）智能家居与时下倡导的低碳环保是天作之合。

2.2 技术基础

1）家庭宽带的普及率不断提高，并且带宽在逐年提升。

2）智能手机、平板电脑开始普及，可通过安装应用软件成为智能家居的控制终端。

3）智能电视、智能空调、智能冰箱等智能家电产品不断完善。

4）ZigBee、Z-Wave等低功耗无线通信技术逐步走向成熟，引导智能家居向无线化发展。

2.3 政策鼓励

从2009年以来中央和地方政府对物联网行业在资金和政策上均给予了大量的支持。2012年，工信部制定了《物联网“十二五”发展规划》；住建部制定了《国家智慧城市试点暂行管理办法》、《国家智慧城市（区、镇）试点指标体系（试行）》。

2013年上半年，国务院发布《关于推进物联网有序健康发展指导意见》（下称“《意见》”）。《意见》要求，到2015年使我国初步形成物联网产业体系。2013年11月，由全国智能建筑及居住区数字化标准技术委员会负责编写的《中国智慧城市标准体系研究》正式发布，是目前国家层面关于智慧城市标准方面最新、最具权威性的文件。截至2013年8月，我国智慧城市试点达到193个，而家居智能化正是推进城市智慧化进程中不可或缺的一环。

在国家政策的鼓励和引导下，一些企业和组织开始在智能家居行业发展浪潮中崭露头角。2010年8月，索博、波创、瑞讯、中讯威易、狄耐克、智家共6家智能家居核心企业的总裁出席第二届智能家居总裁沙龙，会议宣告“中国智能家居星级联盟”正式成立。2012年3月，经国家相关部委批准，根据“十二五”发展规划的文件精神，由在中国从事智能家居相关技术和产品研发、生产、经营、销售单位及有关社团组织共同成立了中国智能家居产业联盟。

作为百姓生活密切相关的智能家居行业，近年来快速发展，俨然成为物联网在日常生活中的最普及、最基础，也是最重要的应用，有望在这股发展大潮中加速发展，提前普及。

3 智能家居系统功能概述

智能家居系统一般由多个功能相对独立的子系统构成，其子系统的分类方式和功能定义因厂家而异。归纳起来大致可分为楼宇对讲、智能照明、家电控制、环境监测、安防监控、能源管理、医疗保健及其他共八大类。

3.1 楼宇对讲

楼宇对讲可实现门口机同室内机和室内机之间的视频、语音会话。部分厂商的楼宇对讲产品还集成了社区服务、消费购物等增值功能。

相对于其他功能子系统，楼宇对讲是最常见的。实际上，有部分智能家居厂商就是从楼宇对讲厂商演变过来的。这类厂商的产品以室内机作为智能家居系统的控制中心，所有控制指令都由它发出。楼宇对讲产品目前还是以综合布线型系统为主，需要事先规划好布线和设备的安装位置。由于旧楼改造的成本较高，一般只会在新建楼宇中应用。

3.2 智能照明

照明是家居生活中最重要的功能之一。通过在开关模块中植入控制芯片，就可实现灯具的开关、调光调色等控制。智能照明产品目前有两种形态：一种是直接在灯具的开关面板中集成控制芯片；另一种是把灯具接在一个智能控制模块上，然后再通过其他开关控制该智能模块。对于前者，用户只需用智能开关替换原来的开关面板即可，安装配置简单。这种开关从取电技术上又分为单火线开关和零火线开关两种，目前绝大多数建筑只支持单火线开关。后者的安装配置过程较为复杂，智能控制模块和开关之间还需要进行关联配置，但这种方式更为灵活。例如，通过配置可实现一路开关控制多路照明或者多路开关控制一路照明。

3.3 家电控制

家电的控制方式也分为两种：一种是将家电的电源插头接在智能插座上，通过控制插座的通断电实现对家电的开关控制；另一种是通过红外转发器控制可通过红外遥控控制的家电。在使用红外转发器控制家电前必须先分别学习各个功能的红外码。有的厂商的系统整合了主流家电产品的红外码，用户通过选择家电的品牌和型号即可，无需进行繁琐的学习操作。

3.4 环境监测

环境监测是通过各种传感器采集室内的环境数据，主要包括温度、湿度、光照强度、空气质量等。采集到数据会以友好的方式呈现给用户，同时用户可通过配置实现联动控制。例如，用户可配置室内温度达到30℃时自动打开空调。

3.5 安防监控

安防监控设备包括窗磁、门磁、红外动作感应器、可燃气体探测器、有毒气体探测器、紧急按钮、警报器、网络摄像头和硬盘录像机等。安防监控设备可设置布防或撤防状态。当设备处于布防状态时，设备被触发报警后警报器随之报警，同时还能够通过APP消息、短信或打电话等方式通知用户和小区保安。

3.6 能源管理

上述提到的家电控制产品中的智能插座可以集成能源管理的功能，用户可以在客户端上查看接在插座上的用电器的功耗信息，同时配合定时开关、联动开关的功能可以起到一定的节能作用。除了统计个别用电器的能耗信息外，也可在入户处使用智能电表，这样就能够统计整个家庭的用电情况，配合当地的市电单价，系统就能自动计算出当月的电费。除了智能电表外，智能水表、气表在市面也都已经有成熟的产品。

3.7 医疗保健

智能家居系统中常见的医疗保健设备包括智能体重计、智能血压计、智能血糖仪等。用户使用体重计的过程中，系统会自动为用户生成体重曲线。当用户某段时间体重持续上升或下降时，系统还能给出相应的温馨提醒。血压计、血糖仪等设备可以与社区医院进行联网，用户量得的数据通过网络直接呈现在监护医生面前，当数据超出正常范围或波动较大时，医生会主动与用户联系并给出相应的建议。

3.8 其他

除上述的子系统外，智能家居系统还包括新风系统、灌溉系统和宠物喂养系统等。另外，除功能设备外，智能家居系统还包括一些必要的辅助设备，如信号中继器。

4 智能家居系统组成

通过比较市面已有的功能比较齐全的智能家居系统，以基于ZigBee技术的系统为例，笔者认为比较合理的系统设计应包括物联网网关、远端服务器、物联网智能设备、移动客户端及受控设备，其系统示意图如图1所示。

图1 基于ZigBee技术的智能家居系统示意图

1）物联网网关

物联网网关是智能家居系统的重要组成部分，所有对物联网智能设备的控制指令都由它发出，所有物联网智能设备的上报数据和报警信息也都由它转发给用户。

2）远端服务器

远端服务器保存了用户的账户信息、配置信息等，同时为移动客户端远程监控家中的设备提供数据通道。

3）物联网智能设备

物联网智能设备包括智能开关、智能插座、各种环境及安防类传感器等，是智能家居系统的主要组成部分。

4）移动客户端

移动客户端将智能家居系统的功能直观地呈现在用户面前。无论身处何处，用户通过移动客户端可以实现对家中设备的控制和管理。

5）受控设备

受控设备是智能家居系统的作用对象，包括灯具、窗帘、水气阀门和各种家电等。

5 智能家居系统的控制方式

除了在产品外观和功能上不断推陈出新外，许多厂商也在探索如何提高用户体验，努力使智能家居产品的使用和操作变得简单而富有趣味性，甚至是富有观赏性。通过调研市面上已有的智能家居产品，总结起来智能家居系统的控制方式有手动控制、移动客户端控制、语音控制、手势体感控制和智能控制这五类。

5.1 手动控制

手动控制是指和传统家居相同的控制方式，保留这种控制方式是为了确保在停电的情况仍然能够手动开合窗帘、开关阀门；在网络故障的情况下仍能通过开关面板控制灯具、家电。另外，在实际日常家居生活中，也并不是时时都方便通过手机进行控制，因此保留这种控制方式十分必要。

5.2 移动客户端控制

就目前已有的智能家居产品而言，如果你想体验完整的功能，移动客户端是不二选择。在系统的安装调试阶段，用户通过移动客户端修改系统参数和管理系统设备；在实际使用阶段，用户通过移动客户端可以突破地理空间的限制，实现对家居环境进行远程监控。在交互方式方面，除了主流触屏控制之外，一些厂家还想到了通过重力感应控制灯光的明暗。

5.3 语音控制

语音控制实际上是移动客户端的一个功能扩展。目前国内中文语音识别做得最好的是科大讯飞，很多厂家也正是集成了科大讯飞的语音引擎。但由于智能化程度不够，因此现阶段大多只能实现类似“客厅灯关”这种比较机械的语音指令。

5.4 手势体感控制

支持手势体感控制的智能家居产品在市场上并不多见。除了成本因素外，手势体感传感器本身有限的感应距离和所要求的方向性大大制约了工程师们的创造力。

5.5 智能控制

这里的“智能控制”是一个比较笼统的概念。因为本文把控制过程不需要直接人工干预控制方式都划分到智能控制这一类。除了人们比较熟悉的定时控制外，还有联动控制。什么是联动控制？概括来说就是当一个设备（通常是传感器）达到某个条件后自动触发另一个（或一组）设备执行某个指定的动作。当然，具体的关联关系和执行的具体动作需要事先通过移动客户端进行配置。例如，我们可以配置当卧室温度传感器到达30℃时自动打开空调；当房间光线不足时自动拉开窗帘或打开日光灯。

6 ZigBee技术简介

传统的综合布线型系统虽然可靠性、安全性比较好，但其布线成本高，后期维护和扩展困难，且在楼房设计环节就必须规划好，因此多用于新建楼房。对于广大的消费群体而言，如何在已有楼房设计的基础上，以最小的代价为楼房插上智能的翅膀成为他们最为关心的问题。以ZigBee技术为代表的无线通信技术，很好地满足了用户的这一需求。

ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飞翔和“嗡嗡”（zig）地抖动翅膀的“舞蹈”来向同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、高数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。ZigBee有着广阔的应用前景，其应用领域主要包括：家庭和楼宇网络、工业控制、农业控制及医疗卫生等。ZigBee标准及公共应用规范由ZigBee联盟（其标志如图2所示）这一非盈利业界组织负责制定，其成员包括国际著名半导体生产商、技术提供者、技术集成商以及最终使用者[2]。

图2 ZigBee联盟标志

在ZigBee网络中，根据各个设备结点在网络中承担的非业务相关的功能，可将它们分为协调器（对应图1中的物联网网关）、路由器（对应图1中的智能开关、智能插座和智能窗帘）及终端设备（对应图1中的温湿度传感器和红外入侵探测器）三类（一个典型的ZigBee网络如图3所示）。协调器负责选择信道、个域网ID并初始化一个ZigBee网络。当ZigBee网络建立起来后，路由器和终端设备便可加入到该网络中。如果把ZigBee网络看成一棵树，那么协调器就是树根，路由器是树杈，而终端设备就相当于叶子。路由器允许其他路由器或终端设备作为它的子设备加入到Zig-Bee网络中，被为其分配网络地址。终端设备只能作为路由器或协调器的子设备加入ZigBee网络。终端设备大多数时间里处于休眠状态，当用户通过按键等方式外部触发或内部定时器触发时，终端设备才被唤醒并完成相应的操作，完成后随之又转入休眠。正是由于这种工作机制，因此终端设备的功耗非常低，通常由电池供电，仅靠两节五号电池就能工作两三年。相对地，协调器和路由器负责数据的路由，在终端设备休眠期间缓存其暂时无法接收的信息，所以协调器和路由器必须一直保持在线状态，一般通过交流电或直流电供电。

基于ZigBee技术的智能家居产品无需任何额外的布线就能实现系统的安装与部署，且扩展和维护非常方便。

7 智能家居系统的一般安装配置过程

接下来，本文将以基于ZigBee技术的智能家居系统为例，介绍消费者从市场上购买智能家居产品后到转入日常使用前所需进行的安装配置工作。

图3 一个典型的ZigBee网络

7.1 下载并安装客户端软件

智能家居厂商会提供配套的移动客户端软件，一般会至少提供Android版本、iOS版本中的一种。用户可通过二维码扫描下载安装或直接在应用市场搜索下载安装。安装完成后启动客户端软件，接着将ZigBee智能网关上电并接入网络，然后使用厂商提供的初始账号登录系统。

7.2 设备组网测试和安装

为其他各个设备供电，同时开启组网功能，根据说明书的操作方法将所有设备组成一个ZigBee网络，并简单地测试设备的功能是否正常。组网完成后，根据需要将各个设备安装在适合的位置。

7.3 系统参数配置

完成设备的组网和安装后，需要进行进一步的配置，主要包括设备管理（区域信息配置、别名设置等）、情景管理（情景的增删改查、每个情景下的所涉及的设备及其在该情景下的状态配置）、红外学习。

8 总结与展望

在21世纪的今天，人们向往更舒适的、更安全和更便捷的家居生活。“人在外，家就在身边；人在家，世界就在眼前”——海尔智能家居的广告词较好地概括了智能家居为我们生活所带来的改变。

目前，智能家居行业尚未发展成熟，然而已经有企业意识到大而全的系统并不适合所有用户，小而精的产品也会有巨大的市场。随着移动互联网渗透到生活的方方面面，有企业开始以做互联网产品的思维研制智能家居产品，推出一系列“微智能”、“轻智能”智能家居产品。这类产品一般功能较为单一，外观精致，使用简便，或控制照明，或控制家电，零售价一般在300元以内，在各大电商平台都能很方便地购买到，非常适合想体验智慧生活的年轻消费群体。

在看到智能家居行业诱人前景的同时，我们不能忽视智能家居发展所面临的问题和挑战。首先，许多智能家居产品使用和安装调试过于复杂，特别是功能比较齐全的综合型系统。这点制约了智能家居产品从工程产品到消费产品的转变。其次，产品质量参差不齐，后期维护成本高，特别是传统的综合布线型系统。再次，标准化程度不够高，兼容性差。现阶段，许多厂家的系统只能兼容该厂家自己生产的产品，用户的选择相对比较有限。最后，价格偏高，这使得智能家居的推广和普及变得困难。

在不远的未来，或许人们能像逛电脑城一样逛智能家居市场，能像组装电脑一样随意选购智能家居产品。我们期待在智能家居行业蓬勃发展的同时，为消费者带来更多有价值的产品和应用，也期待随着市场的成熟和成本的下降，智能家居能够逐渐走向平民化，使千万家庭能够享受安全、便捷又舒适的智慧生活。

[1] 百度百科：智能家居[EB/OL].[2014-02-02].http：//baike.baidu.com/view/37089.htm.

[2] 百度百科：ZigBee[EB/OL].[2014-02-02].http：//baike.baidu.com/view/117166.htm.