关于智能家居的研究综述[文献综述]

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通信工程

关于智能家居的研究综述

摘要：本文主要对智能家居的相关技术及发展进行了综述。首先介绍了智能家居的概念，然后对其市场环境及应用功能进行了阐述，再比较了分别基于PC机、单片机、嵌入式架构系统的智能家居网络控制器，并对远程控制技术中的有线技术与无线技术进行了对比，论述了其中GSM技术和Zigbee技术。文中最后也对未来智能家居发展进行了预测。

关键词：智能家居；架构系统；网络控制器；Zigbee技术

一、智能家居概述

20世纪80年代末，智能家居原型在美国产生，被称为Smart Home。因其布线简单、功能灵活、扩展容易而被人们广泛接受和应用。经过这几十年的发展，智能家居已经形成一套成熟的理论体系，基于各种技术的智能家居系统更是层出不穷，使人们享受到了舒适、便利和安全的家居生活。

那么什么是智能家居呢？智能家居是以家为平台，兼备自动化、智能化于一体的高效、舒适、安全、便利的住宅环境。智能家居网络控制系统是一个完整的集家庭通信、家庭设备互联和控制、家庭安全防范等功能于一体的网络系统[1]。当然其功能也随着科技的进步正变得越来越新颖与强大。

二、智能家居的现状及应用

随着人们对高质量生活水平的要求和消费电子技术的发展,传统的家居控制方式已经成为家庭信息智能化进程的绊脚石。所以,开发更加先进、智能的家居控制系统在满足家居生活更加舒适、安全、有效的同时也迎合了人们追求个性化、自动化、智能化、高档化的心理需求。据有关机构统计表明,在2006 年,国际智能家居产品销售额达到184 亿美元,2008 年高达648 亿美元。目前,全球家庭智能化市场正在以8% 的速度增长[2]。中国人首次接触“智能家居”一词是在20 世纪90 年代中期,经过几年的发展,我国在智能家居技术领域与欧美国家的差距逐渐减小, 目前, 仅滞后2 - 3 年的时间, 已有包括海尔、TCL、清华同方等大型企业在内的数千家中国企业正日益成为此行业中的生力军[3]。

智能家居在我国的发展在现阶段遇到了三个大问题：系统复杂、价格昂贵、不切实际，这

是目前我们必须解决的三道坎。

进入数字时代，“智能家居”的概念炒得炙手可热，但是，它离普通百姓家庭却很遥远，因为智能家居必须迈过“系统复杂、价格昂贵、不切实际”这三道门槛，才能迎来其大发展的黄金时期。

业内人士介绍，目前我国智能家居产业存在3个方面的问题：一是由于智能家居产业国家

没有统一的行业标准，很多中小企业各自为政，相互间的产品不具兼容性；第二，由于技术人

没有做深入的市场调查，开发出的产品虽然技术上具有先进性，但实用性差，操作复杂，与市

需求脱节；第三，由于技术上需要投入大量研发资金，一些中小企业没有能力持续创新，更难

成规模生产，造成产品价格居高不下。业内人士表示，智能化家居的确蕴涵了无限商机，但是

真正挖掘如此大的市场，厂商们需要研究消费者的深层需求，并针对目前产业发展的现状，我

们的产品做好新的定位。

目前智能家居应用与家庭生活中的服务主要有家庭安全防范、家庭设备自动化、家庭通信这三方面内容。○1家庭安全防范，顾名思义便是应用于家庭的安全上，智能家居中的智能安防可以实时监控非法闯入、火灾、煤气泄露等意外的发生。一旦出现险情，系统会自动向用户发出报警信号，同时启动相关电器进入应急状态，从而实现主动防范。○2家庭设备自动化，包括家电的远程控制、交互式智能控制和环境自动控制。家电远程控制指对灯光照和电器的自动控制及远程控制。通过语音识别技术实现智能家居的声控功能；通过各种主动式传感器（如温度、声音、动作等）实现智能家居的主动性动作响应[4]。○3家庭通信，通信所指范围较广，在家庭通信中我们主要指网络和电话。通过始终在线的网络，我们可以接受与处理各类信息，如通过网上银行完成理财与消费服务。随着智能家居的深入发展，其他各类元素也逐渐被加入进来，如家庭影院系统和家庭中央背景音乐系统。

三、智能家居控制系统中的关键技术

目前智能家居网络控制系统实现的关键技术为兼容性强的家庭主控制器和满足信息传输需要的家庭网络，有PC架构、单片机架构、嵌入式架构三大解决方案，有有线技术、无线技术、电力载波技术等三大类别的主要实现方式[5][6]。智能家居主控制器作为家居网络的核心，实现一个家居的管理和控制功能，完成显示、控制、报警等任务，并通过家居网络与上层智能家居管理系统和底层实现数据交换[7]。智能家居网络控制系统有三种解决方案：基于PC机、单片机和嵌入式系统，分别代表课中国智能家居行业技术特点。智能家居网络控制系统如图1所示。

图1 智能家居网络控制系统组成框图

3.1 架构系统比较

（1）基于PC机架构系统

PC机架构系统是以家用电脑作为主控制器，通过总线同各个设备、以太网相连，电脑充当了一个网关和处理器的角色，同时在电脑上安装专门开发的软件管理系统，对家居各个设备进行管理。这种方案借助了现代计算机的强大功能和普及优势，开发周期短，开发难度下降，但需要电脑24 h开机[8]，造成电能的较大消耗和智能家居控制系统的成本提高，适用性下降。PC机架构系统出现在中国智能家居的萌芽阶段，基本停留在向使用者展示智能家居的概念，实用性不强，且由于系统容易受到病毒的攻击，稳定性也很差。

（2）基于单片机架构系统

以单片机作为核心处理单元，加上定制的硬件和软件，共同组成控制系统。其实用性、易用性和专业性都有了很大程度的提高[9]。但随着新功能的不断增加和性能的不断提升，必须采用多片单片机联合控制，造成电路设计较复杂，系统稳定性不高，扩展能力不强。

（3）基于嵌入式架构系统

嵌入式架构系统是以嵌入式系统为核心，以专门设计的嵌入式主控制器作为智能家居网络控制平台，实现家居内部、外部网络的联接以及内部网络中信息家电和设备的连接与控制。嵌入式系统适合比较复杂的应用，扩展能力强，功耗低，采用数字电路设计，结构简单，稳定性强，嵌入式控制器成为家居控制器的首选[10]。缺点就是开发周期长，标准不统一，市场价格比较高，应用面比较狭窄。随着嵌入式技术更加广泛的应用及成本的降低，基于嵌入式系统的智能家居网络控制系统将会有更广阔的发展空间。

3.2远程控制技术

远程控制系统按物理线路来分可以分为有线技术、无线技术、电力载波技术。有线传输方式的家居网络采用的传输线缆主要有电力线、电话线、以太网双绞线、现场总线以及专用总线等。目前，应用于智能家居的无线通信技术主要包括Irda红外线技术、蓝牙技术、Zigbee技术，近几年来，GSM、3G等无线通信技术也被广泛应用与智能家居系统中。有线技术技术比较成熟，稳定性较好，但其系统的可扩展性差，安装和维护成本高，移动性能较差。无线技术正是弥补了有线技术的缺点，但其通信质量远低于有线通信，且传输信道易受到干扰，可靠性没有有线通信好。

（1）GSM技术

GSM是基于GSM数字蜂窝移动通信网络的无线高速传输通信系统，适应目前我国移动通信中应用最广的两种制式GSM900/GSM1800M。其传输稳定、可靠、安全，与超短波、微波等无线通信方式想比易于使用，具有移动通信、车载通信和手机数据采集等多种功能，符合新世纪全球化、数字化、网络化、移动化的发展潮流。GSM是一种多业务系统，可以依照用户的需要为用户提供各种形式的通信。

（2）Zigbee技术

Zigbee是IEEE802.15.4通信协议的代名词，是一种适用于自动化系统与远程控制的无线通信技术，具有复杂度低、成本低、功耗小、双向传输的特性，是一个比较完善的近距离低速率无线通信协议。在家居的应用领域主要包括：家庭安防系统、自动空调系统的自动温控、照明和窗帘之类的远程控制等。到目前为止，Zigbee也还存在着一些问题阻碍着它的推广。首先是Zigbee芯片的价格还比较高，其次是在功耗方面，市场上的Zigbee模块使用电池供电远未达到协议中设计的理想年限。但是，Zigbee技术有效地解决了蓝牙技术的高成本的高能耗缺点，这使得它在智能家居系统中的前景无疑将非常广泛。

四、智能家居的发展趋势

据现有智能家居市场分析，随着人们生活水平的不断提高，对于智能化的需求也将水涨船高，这将给智能家居发展带来先天条件，预计到2012年全球市场规模将达到10520亿美元。届时，我国的智能控制产业将会获得较好的发展机会，预计明年我国智能控制产品整体规模将达到6250亿元，增长率将达到22.5%。据预测，到2020年，中国智能家居产值将会达到1万亿~2万亿元。与此同时，随着网络技术的发展和成熟，为智能家居设备的应用提供了环境基础，智能家居需求呈上升势头。

而在技术方面，智能家居的技术发展也将有一个新的跨越。组网技术由有线向无线发展; 硬件平台性能日益提高[11]; 设计上实现功能模块化及系统平台综合化; 远程控制实现多样化; 家庭网关重视度提高[12]以往实现远程控制的方式较单一，一般采用电话控制，现随着无线移动网络以

及互联网的迅猛发展，实现远程控制的方式得到不断的丰富，短信控制、个人电脑远程控制、手

机控制等方式日益成熟[13]。

五、总结

随着人们的生活水平不断提高，对于家居智能化，个性化的需求越来越大。因此智能家居的

国内市场潜力巨大，而怎么获得这块市场还必须依赖于智能家居技术的改进，而其中架构系统，

与远程控制技术的重要性毋庸置疑。近些年随着国内数字化硬件的改善和技术的提高，智能家居

开始起头，特别是成熟的三网融合即将到来，给这个行业带来信心，智能家居进入千家万户，指

日可待。

参考文献:

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[2]Jin Cheng and Thomas Kunz, "A survey on Smart Home Networking". Carleton University,

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[3]戚振兴.浅议我国智能家居发展[J].广西轻工业，2009.9,(10):63-64.

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[5]胡坚波,.3G环境下的移动互联网发展[J]. 数字通信世界，2010，(5):15-20.

[6] E.D.Williams, H.S.Matthews, "Scoping the potential of monitoring and control

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[10]范学英,张明新.嵌入式系统概述[J].自动化技术与应用,2008,27(2):113-115.

[11]D.Surie, https://www.360docs.net/doc/4a6140264.html,guionie, T.Pederson, "Wireless sensor networking of everyday objects in

a smart home environment". International Conference on Intelligent Sensors, Sensor

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[12]林旭东.智能家居系统相关技术及发展趋势[J].科技创新导报,2008, (7):6.

[13]陈任，余征，梁金瑶.物联网时代的智能家居发展机遇和挑战[J].智能建筑与城市信息，2010，

(5):21-23