智能家居发展及关键技术综述
作者：卿勇
来源：《软件导刊》2017年第01期
摘要摘要：智能家居使社会生活智能化、自动化、舒适化，成为未来生活发展的方向。简述了物联网和智能家居概念，介绍了国内外发展现状，详述了相关技术，展望了智能家居发展趋势。
关键词关键词：物联网；智能家居；ZigBee技术
DOIDOI：10.11907/rjdk.162351
中图分类号：TP301文献标识码：A文章编号文章编号：16727800（2017）001018002
引言
随着国家经济发展，人民生活水平日益提高，生活智能化、个性化、便捷化越来越受关注，智能城市、智能交通、智能社区逐渐走入人们生活，智能家居崭露头角。智能家居拥有智能、便捷、个性、安全等优势，从时间、空间等方面提高人类生活质量，具有广阔的市场前景。1智能家居
智能家居（Smart Home）是利用综合布线技术、网络通信技术、自动控制技术等，将家居设备相关信息集成于一个以住宅为基础的平台，构建高效的住宅设施与家庭日常事务的管理系统。实现家居设备之间相互共享和交换，提升了家居的安全性、便利性、舒适性、艺术性，以及环保节能的居住环境[13]。2智能家居发展
物联网作为互联网的延伸融入人们生活，极大改变了人们的生活方式和理念。计算机技术、网络技术和控制技术逐渐向传统家居渗透，物联网冰箱、洗衣机、电视等智能家居出现在人们生活中，未来生活的智能化不再是遥不可及的梦想。2.1国外智能家居发展情况
智能家居技术是物联网发展的实践，最初起源于物联网技术迅速发展的美国，发达国家紧随其后并提出符合本国国情的相关智能家居建设方案。在国外，智能家居技术起步早、技术成熟，智能家居系统人机交互性以及UI设计可操作性良好。
1984年，美国诞生了世界上第一幢智能建筑——都市办公大楼 （City Place Building）。此楼最初并非“智能”，原因是联合技术建筑系统公司（United Technologies Building System Co， UTBS）参与此建筑的装修，获得该大楼的空调、电梯及防灾设备等建设工程。UTBS公司作为这幢大厦的住户，不仅将空调系统、电梯以及防火防灾等各子系统计算机相连，而且利用嵌入式通信技术连接计算机与用户通信终端，为大厦其他住户提供相关的计算机服务和通信服务。都市办公智能大厦在经济相对发达的国家引起强烈反响，各国先后提出本国的智能方案。
1997年，比尔·盖茨的智能化豪宅完工，首次引入智能化设备和系统，其中包括智能照明设备和智能温控系统。用户可根据需求通过智能设备设置相关参数，从而使生活环境达到最优。智能化设备和系统从此走进人们家中。
1998年，新加坡举办的电子消费品国际展览会上推出了家庭智能系统，是“未来之家”的缩略模式[4]。该系统包含三表抄送、安防报警、家电控制等功能。
据2000年不完全统计，新加坡约有5 000个家庭采用家庭智能化系统，美国有超过400万个家庭使用该系统。
国外智能家居发展至今，研究水平随着人们日益增长的物质文化需求而提高，智能家居系统普及成必然趋势。
2.2国内智能家居发展情况
中科院最早启动物联网研究和开发。虽然起步较晚，但我国的技术水平处于世界前列，具有研发优势和重大影响力[5]。
1999年，中国科学院研制出45Mbps的电力线高速通信产品，并运用于沈阳一个拥有200户规模的小区，极大方便了人们日常生活，这是中国最早将智能技术应用于国民生活的实例。
2014年，美的与小米达成战略合作协议，除资本层面外，小米与美的将在智能家居及生态链、移动互联网进行多种模式的战略合作，包括双方在智能家居、电商、物流和战略投资等领域的对接。
2015年初，海尔与魅族的跨界合作终于落地。魅族入驻海尔U智能家居平台，海尔将向魅族开放其U平台SDK，使魅族手机可控制所有海尔智能家居产品，同时魅族也将向海尔开放Apps系统级别权限。
智能家居发展迅速，但是各个厂家参照的标准不统一，产品兼容性差，导致智能化系统成本增加，影响消费。2005年，信息产业部正式发布家庭网络推荐标准，鼓励各大厂家对家庭网络进行全面综合研究，实现国家未来智能家居的发展规划。 3智能家居技术
智能家居技术从本质上而言是对网络技术、物联网技术和自动化控制技术的综合运用[6]。3.1网络技术
国务院于2010年公布了第一批“三网融合”试点城市，标志着三网融合拉开序幕。三网融合并不仅仅是传统的电信网、计算机网和有线电视网三大网络的物理结合，更是其通信业务的融合。它要求以光纤到户/光纤到小区（FTTH/FTTZ）为主要接入方式。光纤信息传输速度快，深入千家万户，运行成本低。三网融合使智能家居拥有更便利的传输方式、更高效的传输速率、更安全的传输环境，从实质上促进了智能家居产业的升级。
智能终端和无线网络的发展也推动了智能家居的发展[7]。智能终端拥有良好的人机操作界面，使用户达到更好的智能家居操作体验，完美地诠释“科技以人为本”的追求，成为最佳的人机交互窗口。以WiFi为主的无线网络技术的普及，不仅实现了移动网络的分流，而且承担移动网络的压力，成为有线网络的有益补充。这种技术支持在数百英尺范围接入互联网的无线电信号，减少布线麻烦，实现对家电的智能控制，具有良好的扩展性和移动性，让智能家居控制变得便捷、人性化。
3.2物联网技术
物联网起源于1990年，最早实践于施乐公司的网络可乐贩售机。2010年，国家发展与改革委员会、工信部等部委发文，推动新一代信息技术物联网的研究。
物联网（The Internet of Things），字面含义为物物相连的互联网，是互联网的拓展和延伸。由此可知，物联网的客户端不再仅限于传统终端，而是将其拓展和延伸到任何物体与物体之间，在物体与物体之间实现信息交换和共享。
物联网是指通过各种信息传感设备，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程等信息，实现物与物、物与人，所有物品与网络的连接，方便识别、管理和控制，并与互联网结合形成一个巨大网络，是新一代信息技术的集成。
在物联网还没有提出来时，智能家居处于数字化时代，单纯被动地接收数据。而物联网的兴起，给智能家居带来了第二次生命，重新定义了智能家居概念，主动控制和交互，使智能家居变“数字”为“智慧”。
在智能家居系统中，物联网将所有家电设备连接到一个网络，让设备状态、设备参数等信息共享和交换[8]。
物联网技术架构大致分为3层，从下至上分别是感知层、网络层、应用层。下层为上层提供数据，上层为下层提供数据处理等服务，各层相互独立却又相互联系。
感知层运用各种传感器、传感网感知并收集外界信息。ZigBee智能家居系统要求用户只需将普通开关、插座更换为ZigBee智能开关、智能插座，然后安装ZigBee无线接收器等智能设备即可实现家居智能化控制。
网络层能高效无障碍地将感知信息传输给应用层。
应用层处理和管理数据，并将处理后的数据进行应用。智能家居系统应用层监控和管理家电设备工作情况，云计算可以跨网络平台工作，这就使得通过智能终端可以随时随地监控家居设备系统。
3.3自动化控制技术
自动化控制技术以控制理论为基础，通过具有一定控制功能的系统完成对所有设备的控制任务，保证家电设备运行过程按照预想进行，实现自动控制目标。在日常生活中，自动洗衣机是最早进入家庭的自动化设备。
在智能家居系统中，智能家居由6个子智能系统组成：①智能灯光控制系统（光暗传感器，通过进入房间光线强弱可判断每个房间明暗程度，通过无线设备将获得的参数传输到设备控制器，自动调节灯光）；②智能安防控制系统（光电传感器、烟雾传感器、燃气体探测器）；③智能背景音乐控制系统；④智能煤水电控制系统；⑤智能家电控制系统；⑥智能车库控制系统（车库拥有独立的温度湿度传感器与调节装置，功能是调节车库温度、湿度，但灯光仍由灯光控制系统独立控制），这6部分相互独立又相互联系。当用户发送请求时，子系统可以自动接收请求并作出相应处理，给予相应操作，从而调节用户家居环境，使之成为最适合用户居住或处于用户最为满意的工作状态。智能系统运用ZigBee技术连接定位，当用户进入某一房间，首先定位位置，然后使用手机或其它电子设备通过有线网络、无线WIFI或者移动网络获取房间定位，打开灯光或者调节灯光等；智能家电温控系统获取室内温度，通过温度传感器判断调控温度。同时，智能背景音乐系统根据用户喜好播放音乐。自动化控制技术让智能家居成为人们生活中减轻负担的自动化管理者，提高了人们物质、文化生活水平。
4结语
智能家居逐渐为人们带来了全新的生活方式。从电缆到光纤，从有线到无线，从网络家电到物联网家电，都促使智能家居从“数据家居”到“智慧家居”飞跃发展；
