智能家居綜述

智能家居綜述智能家居綜述 1 概述概述 工業(yè)化 信息化社會(huì)的發(fā)展 對(duì)家居生活的影響帶來(lái)了日常生活的革命性 變化 從而誕生了智能家居的概念 80 年代末期 由于通信與信息技術(shù)的發(fā)展 出現(xiàn)了對(duì)住宅中各種通信 家電 安保設(shè)備通過(guò)總線技術(shù)進(jìn)行監(jiān)視 控制與管 理的商用系統(tǒng) 這在美國(guó)稱為 Smart Home 也就是現(xiàn)在智能家居的原型 最初 的智能家居主要源自智能建筑行業(yè) 主要包括樓宇自動(dòng)化系統(tǒng) 通信自動(dòng)化系 統(tǒng)和辦公自動(dòng)化系統(tǒng) 通過(guò)結(jié)構(gòu)化綜合布線系統(tǒng)把上述三個(gè)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來(lái) 隨著數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的發(fā)展 智能建筑技術(shù)逐漸向家庭發(fā)展 在家庭中應(yīng) 用最多的 3C 產(chǎn)品之間的界限日益模糊 融合協(xié)同的趨勢(shì)日益明顯 各終端廠 商以此為切入點(diǎn) 紛紛啟動(dòng)了家庭網(wǎng)絡(luò)和終端互聯(lián)技術(shù)研究 并提出多種智能 家居的應(yīng)用方案 2 智能家居的發(fā)展現(xiàn)狀智能家居的發(fā)展現(xiàn)狀 自從 1984 年世界上的第一幢智能建筑在美國(guó)康涅狄格州出現(xiàn)以后 智能 家居在國(guó)外得以快速發(fā)展 美國(guó) 加拿大 歐洲 澳大利亞和東南亞等經(jīng)濟(jì)比 較發(fā)達(dá)的國(guó)家和地區(qū)先后提出了各種智能家居方案 到目前為止 智能家居系 統(tǒng)已經(jīng)開始應(yīng)用在新加坡 韓國(guó)和中國(guó)的多個(gè)社區(qū)家庭 許多國(guó)內(nèi)外的知名企 業(yè)也開始研究與智能家庭相關(guān)的設(shè)備和技術(shù) 智能家居從結(jié)構(gòu)角度的變化經(jīng)歷了三次較大的變革 從最初的雛形式的智 能家居系統(tǒng) 采用了同軸電纜組建網(wǎng)絡(luò) 只是簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)開關(guān)物理量的控制的 功能 后來(lái)變革到相對(duì)成熟 多功能 高效的基于總線模式的視頻音頻通信的 模式 再到以中心處理器為核心 融合所有家居系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)真正的集中智能化 控制 到現(xiàn)如今主流方向的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 模塊化選擇服務(wù)功能的智能家居 系統(tǒng) 一共經(jīng)歷了四代的發(fā)展 其相關(guān)技術(shù)也日趨成熟 而從智能家居系統(tǒng)相關(guān)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)來(lái)分 目前市場(chǎng)上被認(rèn)可的主流系統(tǒng)主 要有以下幾種 X 10 系統(tǒng) 它是美國(guó)的主流應(yīng)用系統(tǒng) 是利用電力線來(lái)作為構(gòu) 建網(wǎng)絡(luò)的平臺(tái) 用來(lái)保證數(shù)據(jù)的相互傳遞 同時(shí) 它采用集中總控制的模式來(lái) 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)各終端的功能 這就使得該系統(tǒng)的操控相對(duì)簡(jiǎn)單 便利 而此系統(tǒng)的 最大優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)需重新布線 它是利用電力載波技術(shù) 使用發(fā)射器將信號(hào)發(fā)出 再通過(guò)接收器接收信號(hào)處理后執(zhí)行相應(yīng)的操作 這就使得系統(tǒng)在安裝工程上不 需要為此單獨(dú)鉆孔開槽安裝 大大節(jié)約了相應(yīng)的費(fèi)用和工期 但由于此系統(tǒng)的 價(jià)格偏于昂貴 且相應(yīng)的技術(shù)還有待提高 如抗干擾性差 通信速度低 所以 在國(guó)內(nèi)的推廣并不是很成功 EIB 系統(tǒng) 這是德國(guó)開發(fā)的系統(tǒng) 它的設(shè)計(jì)思路和 美國(guó)的 X 10 系統(tǒng)恰好相反 系統(tǒng)各部分?jǐn)?shù)據(jù)的交換都是采用總線連接的方式 使用前需要安裝好相應(yīng)的總線系統(tǒng) 并且也是采用中央控制的方式 此系統(tǒng)的 最大特點(diǎn)是穩(wěn)定性及安全性比較高 功能也很強(qiáng)大 但它缺點(diǎn)同樣明顯 預(yù)埋 總線的方式不但增加了安裝的復(fù)雜度和工期 同樣此系統(tǒng)的成本也不低 HBS 系統(tǒng) 由日本開發(fā)研制的家庭總線技術(shù) 由日本的電子工業(yè)聯(lián)合會(huì)和無(wú)線工程 電子協(xié)會(huì) HBS 標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)一同制定 采用以雙絞線 同軸電纜為媒質(zhì) 控制通 道最大可達(dá) 64 節(jié)點(diǎn) 由物理層 數(shù)據(jù)鏈路層以及網(wǎng)絡(luò)層構(gòu)成的系統(tǒng) 此系統(tǒng) 的功能同樣非常豐富 可以實(shí)現(xiàn)電話與家居電器以及相應(yīng)的音視頻設(shè)備的互相 連接 達(dá)到家居生活全方位的自動(dòng)化服務(wù) 此系統(tǒng)主要用于家電開關(guān)以及相關(guān) 模擬量的控制 也是采用總線模式 其特點(diǎn)是具有較好的抗干擾 快速的反應(yīng) 速度 良好的系統(tǒng)穩(wěn)定性 成本相對(duì)低廉的特點(diǎn) 8X 系統(tǒng) 新加坡的 8X 系統(tǒng) 結(jié)合了 EIB 系統(tǒng)和 X 10 系統(tǒng)的性能優(yōu)點(diǎn) 在數(shù)據(jù)交換方面 和 EIB 系統(tǒng)相同 使用總線方式 而控制方面 與 X 10 系統(tǒng)相同 采用集中的控制方式 使得該 系統(tǒng)便于擴(kuò)展 也有很好的安全性和穩(wěn)定性 但此系統(tǒng)同樣有著類似的缺點(diǎn) 系統(tǒng)的架構(gòu)復(fù)雜 產(chǎn)品的價(jià)格高昂等方面還有待進(jìn)一步去改進(jìn) 在 2014 年的開始 全球互聯(lián)網(wǎng)巨頭谷歌宣布斥資 32 億美元收購(gòu)了智能家 居公司 Nestlabs 該交易是谷歌史上規(guī)模第二大的一筆收購(gòu) 僅次于 2012 年對(duì) 摩托羅拉的 125 億美元收購(gòu) 分析師認(rèn)為 Nest 專注于恒溫控制器和煙霧檢測(cè) 器 不過(guò)谷歌將該公司的技術(shù)拓展至其它設(shè)備也并非遙不可及 家庭自動(dòng)化是 物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的較為重大的機(jī)會(huì)之一 該收購(gòu)將進(jìn)一步推進(jìn)谷歌的相關(guān)戰(zhàn)略 國(guó)內(nèi)的智能家居概念引入及研究都較晚 現(xiàn)在仍然是作為一個(gè)新興產(chǎn)業(yè) 處于成長(zhǎng)期 人們的消費(fèi)理念也未完全形成 面向?qū)ο笾皇巧贁?shù)高端層次人士 的需求 但隨著市場(chǎng)的普及和一步步推廣 此產(chǎn)業(yè)的前景必然非常光明 據(jù)統(tǒng) 計(jì)國(guó)內(nèi)智能家居系統(tǒng)的普及從 2000 年的不到 2 萬(wàn)戶 到 2007 年發(fā)展到了 40 萬(wàn) 戶左右 到 2010 年已約有 70 萬(wàn)戶 據(jù) 2010 2015 中國(guó)智能家居產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨 勢(shì)與投資機(jī)會(huì)研究報(bào)告 預(yù)測(cè) 2015 年智能家居市場(chǎng)的規(guī)模將達(dá) 1240 億元 而在 2014 年這一數(shù)據(jù)僅約為 300 億元 另?yè)?jù)英國(guó)一份 2014 年的研究報(bào)告預(yù) 測(cè) 2018 年中國(guó)智能家居市場(chǎng)規(guī)模或?qū)⑦_(dá)到 1396 億元 約占 2018 年全球智 能家居市場(chǎng)規(guī)模 710 億美元的 32 現(xiàn)如今隨著電子技術(shù)的不斷更新 網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的飛速發(fā)展 智能家居系 統(tǒng)的成本大幅下降 對(duì)其的普及有了極大的改善 人們不斷追求高品質(zhì)的生活 但價(jià)格仍是主導(dǎo)消費(fèi)的主要因素 我國(guó)的一些企業(yè)開發(fā)的智能家居系統(tǒng)已經(jīng)開 始占據(jù)著一些市場(chǎng)份額 有兩個(gè)比較成熟的廠家 已經(jīng)在推廣自己的智能家居系統(tǒng) 首先是海爾的 U home 系列 它主要以海爾電腦為中心控制處理器 各種網(wǎng)絡(luò)電器作為其 終端設(shè)備 移動(dòng)電話則用來(lái)進(jìn)行日常家居系統(tǒng)的移動(dòng)控制器 打造 智慧家庭 新概念 此系統(tǒng)技術(shù)與微軟進(jìn)行合作 采用 Windows Me 技術(shù)與海爾網(wǎng)絡(luò)家電 結(jié)合 并已經(jīng)成功推出了相關(guān)產(chǎn)品 如網(wǎng)絡(luò)冰箱 網(wǎng)絡(luò)洗衣機(jī) 網(wǎng)絡(luò)空調(diào) 網(wǎng) 絡(luò)微波爐等一系列網(wǎng)絡(luò)家電 也解決了安防 音視頻等各個(gè)子系統(tǒng)間的相互連 接 其次 清華同方開發(fā)的 e home 數(shù)字家園 它主要針對(duì)國(guó)內(nèi)的家庭需求 來(lái)設(shè)計(jì) 按照國(guó)際技術(shù)的高標(biāo)準(zhǔn) 用嵌入式軟 硬件的技術(shù) 提供網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和 終端設(shè)備 以定制化開發(fā)功能模塊方式 根據(jù)使用的環(huán)境不同應(yīng)用不同的系統(tǒng) 模式 主要三大類產(chǎn)品模式 適用中高端住宅的以德國(guó) Effi 為協(xié)議的系統(tǒng) 遵 循美國(guó) X 10 協(xié)議的中檔住宅小區(qū) 以及普及性的以配電箱的集中安裝類型的 家居控制產(chǎn)品 此外 百度在智能電視 智能路由器 可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域四處出擊 小米 強(qiáng)勢(shì)殺入機(jī)頂盒 智能路由器行業(yè) 蘇寧重心轉(zhuǎn)移到 O2O 模式的 蘇寧云電 和智能家居 并提出 蘇寧私享家 的智能家居解決方案 安居寶 索博 朗 訊科技等智能家居廠商 如雨后春筍般的大量出現(xiàn) 現(xiàn)如今國(guó)內(nèi)的各大軟硬件 公司都在積極研究更能符合中國(guó)市場(chǎng)的智能化家居設(shè)備 以解決當(dāng)前產(chǎn)品安裝 使用 維護(hù)復(fù)雜 價(jià)格昂貴等缺點(diǎn) 同時(shí)技術(shù)上也力求突破創(chuàng)新 向國(guó)際先進(jìn) 水平靠攏 3 智能家居的技術(shù)手段智能家居的技術(shù)手段 3 1 有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 作為傳統(tǒng)主流的有線智能家居系統(tǒng) 它具有自身的特點(diǎn) 穩(wěn)定性相對(duì)較高 數(shù)據(jù)傳輸快 各個(gè)功能結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 但它的缺點(diǎn)同樣也是致命的 以至于一直不 能被廣泛推廣 網(wǎng)絡(luò)布局復(fù)雜 靈活性差 產(chǎn)品升級(jí)擴(kuò)容不便 傳輸距離短 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一 不兼容 布線量大 成本高昂 功能相對(duì)單一等諸多不便 所以有線組網(wǎng)技術(shù)在智能家居系統(tǒng)的內(nèi)部組網(wǎng)上的應(yīng)用有很大的局限性 X 10 系統(tǒng) EIB 系統(tǒng) HBS 系統(tǒng)和 8X 系統(tǒng)都屬于有線智能家居系統(tǒng) 其中 X 10 系 統(tǒng)較為特殊 使用電力載波 無(wú)需額外布線 但也限制其應(yīng)用范圍只能為電力 系統(tǒng) 有線網(wǎng)絡(luò)布線方式主要分為總線方式和星型方式 前者應(yīng)用于分布的控制 場(chǎng)合 后者應(yīng)用于集中控制的場(chǎng)合 常用的有線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)有 RS485 CAN LonWorks 和以太網(wǎng) 其中 前 3 中都是總線型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 以 太網(wǎng)即可以是總線型也可以是星型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) RS485 是一種定義于物理層面 上的通訊技術(shù) 不具有任何通訊協(xié)議 所以可以提供低成本的局域網(wǎng)絡(luò)的多點(diǎn) 通訊 CAN 是一種現(xiàn)場(chǎng)總線 廣泛應(yīng)用于汽車電子領(lǐng)域 LonWorks 是應(yīng)用于控 制的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái) 它基于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議 LonWoeks 已廣泛應(yīng)用于建筑和控制行業(yè) 事 實(shí)上 LonWorks 通信技術(shù)已成為了建筑行業(yè)和控制行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn) 以太網(wǎng)則是一 種計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 它使用交換機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連接和數(shù)據(jù)傳輸 3 2 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展 加之人們對(duì)便利性需求的進(jìn)一步提高 無(wú) 線智能家居 概念成為了當(dāng)前智能家居行業(yè)重點(diǎn)發(fā)展的方向 也是現(xiàn)如今眾多 智能家居系統(tǒng)廠家重點(diǎn)開發(fā)的技術(shù) 與傳統(tǒng)有線的方式相比 它更加靈活 擴(kuò) 展性更強(qiáng) 更便于維護(hù)和使用便捷 也更加有利于智能家居系統(tǒng)的不斷更新發(fā) 展 當(dāng)今常用的無(wú)線技術(shù)有幾下幾種 藍(lán)牙技術(shù) Bluetooth 紅外技術(shù) IR 射頻識(shí)別技術(shù) RFID Wi Fi 技術(shù) Zigbee 技術(shù)等 這些豐富多樣的無(wú)線技術(shù) 為我們提供了更多更加靈活的內(nèi)部組網(wǎng)選擇 通過(guò)各技術(shù)自身的性能 其應(yīng)用 的場(chǎng)合和領(lǐng)域也有所區(qū)別 藍(lán)牙技術(shù)是由五家公司 東芝 IBM Intel 諾基亞和愛(ài)立信 共同提出一 種近距離無(wú)線數(shù)據(jù)通訊傳輸技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 在 10 30 米的半徑范圍內(nèi)它可以實(shí)現(xiàn)單 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸和聲音傳輸 其速度最高可達(dá)到 1Mbps 它的主要技術(shù) 特點(diǎn)是 工作在全球開放的 2 4GHZ 頻段 能保證它的連接在世界各地暢通無(wú)阻 它使用的是跳頻頻譜擴(kuò)展的技術(shù) 在一次連接過(guò)程中 無(wú)線電收發(fā)設(shè)備按一定 碼序從一個(gè)信道跳到另一個(gè)信道 它還可以同時(shí)連接七臺(tái)藍(lán)牙設(shè)備建立 1Mbps 傳輸速度的數(shù)據(jù)傳輸 并能在一定范圍內(nèi)的穿越障礙進(jìn)行連接的能力 組網(wǎng)也 簡(jiǎn)單方便 具有安全性高 功耗低等眾多優(yōu)點(diǎn) 主要的用途在于數(shù)據(jù) 語(yǔ)音的 傳輸 外圍設(shè)備的連接以及個(gè)人局域網(wǎng) 所以藍(lán)牙技術(shù)的發(fā)展前景非常開闊 具有巨大的開發(fā)能力和商業(yè)價(jià)值 但藍(lán)牙技術(shù)也有著自身的限制 其組網(wǎng)節(jié)點(diǎn) 個(gè)數(shù)少 效果較差 因此 藍(lán)牙設(shè)備更適合低功耗單點(diǎn)控制 尤其是對(duì)于低功 耗藍(lán)牙 BLE 來(lái)說(shuō) 紅外線傳輸技術(shù) 1974 年發(fā)明 1993 年由上百家電腦周邊廠商組成了一個(gè) 相關(guān)組織 將此技術(shù)廣泛應(yīng)用 如遙控 鼠標(biāo) 鍵盤 打印機(jī)等 它是一種點(diǎn) 對(duì)點(diǎn)式的無(wú)線傳輸方式 傳輸速度快 能達(dá)到 4Mbps 但它的傳輸距離非常有 限 只有 1 到 2 米的距離 而且必須對(duì)準(zhǔn)對(duì)象 不可以繞彎 信號(hào)不能加強(qiáng)且 會(huì)被障礙影響 信息的傳輸也無(wú)法控制 紅外線傳輸技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)都非常明顯 它適用在低成本 安全性要求高 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)高速傳輸 跨平臺(tái)的領(lǐng)域 如信息網(wǎng) 關(guān) 設(shè)備的互聯(lián) 但它的致命缺點(diǎn)就是必須在可視范圍之內(nèi)進(jìn)行使用 射頻識(shí)別 RFID 它是通過(guò)無(wú)線電信號(hào)識(shí)別特定的目標(biāo)讀寫相關(guān)的數(shù)據(jù) 即 利用射頻閱讀標(biāo)記上信息的技術(shù) 而且無(wú)需識(shí)別系統(tǒng)和特定目標(biāo)進(jìn)行機(jī)械或光 學(xué)的接觸 射頻識(shí)別技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)是非接觸式識(shí)別 能穿透冰雪 灰塵 涂 污等惡劣的環(huán)境進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取 并且讀取速度快 不到 100ms 且成本低廉 廣泛應(yīng)用于流程 跟蹤 醫(yī)療等交互性業(yè)務(wù)領(lǐng)域 如物流管理 Wi Fi 是以無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的方式將電腦 手機(jī)等終端設(shè)備相互連接的一種技術(shù) 它是由 Wi Fi 聯(lián)盟所制定的一種商業(yè)認(rèn)證的短距離無(wú)線通信技術(shù) 也是目前最 廣泛應(yīng)用的一種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù) 它通過(guò)無(wú)線路由器這個(gè)轉(zhuǎn)化設(shè)備把所有有 線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)保真的轉(zhuǎn)化為無(wú)線信號(hào) 雖然其傳輸過(guò)程中的安全性和傳輸質(zhì)量略 差 但傳輸速度快是它的最大優(yōu)勢(shì)之一 能達(dá)到 5