一、家居控制系統(tǒng)內(nèi)涵及功能概述
2014年以來，智能家居呈現(xiàn)出暴發(fā)式增長態(tài)勢。伴隨著智能時(shí)代概念深入人們的生活，人們迫切希望了解智能家居究竟能給人們的生活帶來多大的變化。這就得了解什么是家居控制系統(tǒng)。家居控制系統(tǒng)是以住宅為平臺(tái)，兼?zhèn)浣ㄖ?、網(wǎng)絡(luò)通信 信息家電、設(shè)備自動(dòng)化，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。
家居控制系統(tǒng)從功能上來說，主要分為家庭安防、家庭數(shù)據(jù)采集、家電及家庭電子設(shè)備控制、家庭信息管理平臺(tái)和家庭能源控制等五大功能。
二、家居控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)
智能家居覆蓋了人們生活的方方面面，家居控制系統(tǒng)服務(wù)的開展需要多種技術(shù)的支撐，家居控制系統(tǒng)中涉及的若干關(guān)鍵技術(shù)如下。
1、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
家居控制系統(tǒng)有以智能家居網(wǎng)關(guān)為中心的集中式組網(wǎng)和無中心的分布式組網(wǎng)2種組網(wǎng)結(jié)構(gòu)。在集中式組網(wǎng)中，以RS485、ZigBee技術(shù)為代表，家庭內(nèi)部的各設(shè)備通過有線或無線的方式與智能家居網(wǎng)關(guān)相連，家居控制系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)可通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)地址或標(biāo)識(shí)找到每個(gè)設(shè)備， 這樣只需要智能家居網(wǎng)關(guān)對(duì)外有一個(gè)地址標(biāo)識(shí)，即可找到家庭內(nèi)的所有設(shè)備。在分布式組網(wǎng)中，以LonWorks、KNX技術(shù)為代表每個(gè)設(shè)備可獨(dú)立被尋址，用戶在遠(yuǎn)程可直接連接到特定設(shè)備進(jìn)行控制，這就要求每個(gè)設(shè)備有獨(dú)立的地址標(biāo)識(shí)。集中式組網(wǎng)與分布式組網(wǎng)相比，節(jié)約公網(wǎng)地址，并可在網(wǎng)關(guān)上做統(tǒng)一門戶，從而可以直觀、方便地實(shí)現(xiàn)智能家居設(shè)備的控制，但每個(gè)設(shè)備都要與智能家居網(wǎng)關(guān)相連，需要有設(shè)備間的互相發(fā)現(xiàn)和關(guān)聯(lián)技術(shù)，同時(shí)網(wǎng)關(guān)的復(fù)雜度較高，需要具備足夠強(qiáng)的能力以支持各類設(shè)備和應(yīng)用。分布式組網(wǎng)組織靈活，不要求某個(gè)核心設(shè)備具備所有功能，擴(kuò)展性較好，但需要更多的地址，且無法提供統(tǒng)一的入口。
2、家居控制系統(tǒng)組網(wǎng)與控制技術(shù)
家居控制系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備的互聯(lián)需要通過各種有線、無線的通信技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制也需要各種通信技術(shù)的支撐。
有線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通常采用預(yù)布的五類線、總線或電力線傳輸控制信號(hào)。遙控的功能通過無線或紅外接入點(diǎn)，把遙控指令轉(zhuǎn)化為有線控制指令傳輸給受控家居的智能模塊。其中，總線方式采用強(qiáng)弱電分離的機(jī)制，系統(tǒng)比較穩(wěn)定，對(duì)負(fù)載的適應(yīng)性很強(qiáng)，不同的現(xiàn)場總線如LonWorks、KNX、RS485等布線施工有非常大的差別。其中，LonWorks網(wǎng)絡(luò)可采用總線型、星形、環(huán)形及自由拓?fù)涞炔季€方式，且雙絞線無極性要求，這給設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)等帶來了極大的便利。同時(shí)，LonWorks系統(tǒng)互操作性、可靠性也最好、通信速率高達(dá)78kbps。KNX采用總線型布線，互操作性好、穩(wěn)定性也較好。RS485總線技術(shù)存在難安裝、難調(diào)試、難維護(hù)，系統(tǒng)出現(xiàn)故障后往往會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，但設(shè)備成本低，廠商選擇余地大。電力載波方式利用一個(gè)或多個(gè)直接接入強(qiáng)電的無線接入點(diǎn)，通過交流強(qiáng)電作為載波傳輸控制信號(hào)，缺點(diǎn)是控制信號(hào)直接在強(qiáng)電網(wǎng)上傳輸，信號(hào) 穩(wěn)定極易受外界干擾，在應(yīng)用中表現(xiàn)出很大的地區(qū)差異性。
無線組網(wǎng)方式的特點(diǎn)是靈活， 能更好地適應(yīng)各種應(yīng)用環(huán)境的需要，每個(gè)家居的智能感應(yīng)模塊都是一個(gè)無線接入點(diǎn)，彼此互不干擾。無線組網(wǎng)方式所需要解決的難題也很多，如頻譜資源分配、功率大小、傳輸?shù)目煽啃缘?。目前?yīng)用的各種無線技術(shù)包括Wi—Fi、ZigBee、藍(lán)牙、GSM、3G等，這些技術(shù)相對(duì)成熟，前3種技術(shù)適用于房間內(nèi)設(shè)備組網(wǎng)，而后2種技術(shù)則可用于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程接入。
3、家居控制系統(tǒng)傳感器終端
傳感器在系統(tǒng)中處于最前端， 負(fù)責(zé)對(duì)特定信號(hào)和數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，包括對(duì)家庭有毒氣體濃度的監(jiān)測、對(duì)溫度濕度的監(jiān)控、對(duì)入侵人員的監(jiān)測等。家庭內(nèi)部的應(yīng)用不同，使用的傳感器也不同。在視頻監(jiān)控應(yīng)用中， 需要攝像頭來進(jìn)行視頻的錄制；在家庭安防應(yīng)用中， 需要利用磁感傳感器來監(jiān)控門窗的閉合，需要紅外、壓感傳感器來實(shí)現(xiàn)門廳非法闖入的報(bào)警，需要熱感、煙感傳感器來檢測室內(nèi)的火災(zāi)或有毒氣體泄露情況；在智能家庭保健廊用中，需要血壓、心跳等醫(yī)學(xué)傳感器來感知人的生理指標(biāo)；在智能家庭應(yīng)用中，需要熱感傳感器監(jiān)控室內(nèi)溫度來調(diào)節(jié)中央空調(diào)的冷熱，需要光感傳感器探測室內(nèi)光線來調(diào)節(jié)照明亮度的強(qiáng)弱，智能冰箱還需要通過RFID來識(shí)別放入物品的種類和保質(zhì)期限等信息?？梢哉f，智能家居的每個(gè)應(yīng)用都離不開傳感器設(shè)備的工作。
目前我國的傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在一定的瓶頸，傳感器產(chǎn)業(yè)化水平較低，量產(chǎn)產(chǎn)品種類不全，高端產(chǎn)品為圍外廠商壟斷，RFID等高端芯片無法產(chǎn)業(yè)化， 因此，適用于智能家居系統(tǒng)的各類傳感器，包括傳感器芯片的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，還需要各方協(xié)同加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
4、家居控制系統(tǒng)中間件平臺(tái)
在現(xiàn)有的智能家居系統(tǒng)中，應(yīng)用程序和下層操作系統(tǒng)、硬件平臺(tái)的聯(lián)系非常緊密，甚至集成為一個(gè)過程，但是隨著技術(shù)和業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)關(guān)設(shè)備的功能還需要進(jìn)一步擴(kuò)展，以適應(yīng)不斷涌現(xiàn)的各種新應(yīng)用。
中間件是設(shè)備操作系統(tǒng)和底層硬件之間的一個(gè)墊層，定義了標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)上和對(duì)下接口，將各種應(yīng)用的共性部分抽象出來， 給用戶提供統(tǒng)一的操作界面，屏蔽應(yīng)用程序和硬件平臺(tái)的高度異構(gòu)性。中間件技術(shù)使服務(wù)提供商可以基于現(xiàn)有設(shè)備的硬件平臺(tái)靈活、高效地開發(fā)新的應(yīng)用，具有很強(qiáng)的可擴(kuò)展性。
目前，國內(nèi)對(duì)智能家居中間件平臺(tái)的研究還比較有限，只有部分電信運(yùn)營商在開展家庭網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)時(shí)制定了家庭網(wǎng)關(guān)中間件規(guī)范，這對(duì)于開展智能家居業(yè)務(wù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，因此，后續(xù)還需要對(duì)智能家居中間件平臺(tái)進(jìn)行進(jìn)一步的研究，制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，以促進(jìn)智能家居各種新應(yīng)用的開發(fā)。
5、智能家居業(yè)務(wù)平臺(tái)
智能家居的最終目的是為用戶提供更為貼心、便捷的業(yè)務(wù)，提高用戶的生活品質(zhì)，因此業(yè)務(wù)平臺(tái)的建設(shè)對(duì)智能家居業(yè)務(wù)的開展非常重要。由于智能家居業(yè)務(wù)涉及生活的方方面面，是否能將各種業(yè)務(wù)集成到統(tǒng)一的平臺(tái)上，還需要多方的協(xié)調(diào)和探索。如果是分立的業(yè)務(wù)平臺(tái)，最終業(yè)務(wù)也要匯聚到智能家居設(shè)備上，尤其是在集中式組網(wǎng)結(jié)構(gòu)中，智能家居網(wǎng)關(guān)與多個(gè)業(yè)務(wù)平臺(tái)問應(yīng)具備接口，如果各種接口能夠盡量統(tǒng)一，將大大降低智能家居網(wǎng)關(guān)的復(fù)雜度，從而降低成本，促進(jìn)智能家居產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
