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第12章 智能家居
12.1智能家居概述
12.1.1传统家居与智能家居
物联网智能家居、传统智能家居区别
传统智能家居发展了20多年，至今为止取得了一定的进步，但技术落后、观点陈旧、创新乏力一直是中国传统智能家居企业的整体特征。
今天，随着物联网技术的高速发展，无线物联网技术给传统智能家居带来了全新的产业机会，一些全球优秀企业纷纷涉足物联网智能家居行业。在我国，虽然部分企业在无线物联网核心技术上取得了很大突破，但我们也应该清醒地看到大量技术落后的产品充斥市场仍是当前我国智能家居行业的重要特征。很多传统企业甚至一些知名企业更是借用物联网的春风偷换概念大肆宣扬早已淘汰的产品和技术，大量举办各种所谓智能家居品牌评选评审，成立所谓联盟，编造各种故事，制造各种舆论，整个市场鱼龙混杂，让消费者看得眼花缭乱，无所适从。
从严格意义上讲基于物联网技术的智能家居产品技术在全球也只有少数企业掌握，在国内更是缺指可数，国内很多传统家电企业对物联网的理解甚至还停留在本世纪初的水平。为方便普通消费者甄别真伪，鼓励具备技术实力的创新型企业，推动我国智能家居产业的健康发展，我们根据物联网的基本特征提供以下信息供消费者参考判断：
1、 物联网智能家居与传统智能家居的区别?
物联网一个基本特征就是无处不在、无所不知。物联网的目标是发展绿色全无线技术，包括感知、通讯等等不仅要求极低功耗，而且要求全无线覆盖、高可靠连接、强安全通讯、大组网规模、能自我修复。具体到家庭应用就是要求安装非常简单，使用非常方便，维护不用操心，扩展随心所欲。简单地说，就是一个普通消费者看着简单的说明书就能够自己迅速组装完成整套智能家居系统，而不需要专业人员的参与，这是物联网型智能家居产品的一个重要特点。
传统的智能家居采用有线的方式，不仅需要专业人员施工、专门公司维护，而且施工周期长，施工费用高，系统灵活性差、维护维修难、扩展能力低，很多项目建成后用户根本无法更新升级，让消费者苦不堪言，整个有线智能家居发展史甚至成了烂尾现象延续史。 因此，是否采用综合布线成为区别物联网智能家居与传统智能家居的一个重要标准。
2、物联网智能家居的技术判断?
最新出台的国家《物联网“十二五”发展规划》指出“推进传输技术突破。重点支持适用于物联网的新型近距离无线通信技术和传感器节点的研发，支持自感知、自配置、自修复、自管理的传感网组网和管理技术的研究”，按此标准目前所谓的433M/315M、蓝牙、Wi-Fi等无线技术显然不能适应物联网的发展要求，但另一种无线技术ZigBee的特征则与此标准有很大的融合性，它在自配置、自修复、自管理、低功耗，高安全、抗干扰等方面有着非常独特的优势。 目前我国流行的433M/315M无线产品采用的技术都属于国际上早已淘汰的落后技术，这些技术在安全性、可靠性、抗干扰能力、自修复能力、自组网能力等等方面已经完全不能适应物联网智能家居的发展。至于蓝牙(包括低功耗蓝牙www.spaqiot.com)在安全性方面一直存疑，致使除西方发达国家外的其它国家都不敢大规模采用。Wi-Fi因其便利性广受家庭用户欢迎，作为一种普通的网络接入技术它无可厚非，但作为智能家居无线技术(Wi-Fi包括低功耗Wi-Fi)还存在安全性差、组网规模小、无自修复能力等缺点，尚不能满足智能家居的需求。
物联网智能家居需要解决的问题 ：
当然由于433M/315M射频、蓝牙，Wi-Fi技术简单，产品开发周期短，容易出产品，特别适合山寨化因而受到我国特别是广东、福建等南方一些智能家居企业的追捧，这些伪物联、低质低劣产品经过精心包装设计充斥市场，扰乱了消费者的判断能力，致使整个市场非常混乱，消费者上当受骗的现象普遍，这也成了困扰我国智能家居健康发展的一大难题。
3、物联网智能家居需要解决的问题?
一个真正实用的智能家居需要解决的问题较多，主要涉及安全保护、环境调节、照明管理、健康监测、家电控制、应急服务等。 安全保护主要涉及：与智能手机联动的物联无线智能锁、保护门窗的无线窗磁门磁、保护重要抽屉的无线智能抽屉锁、防非法闯入的无线红外探测器、防燃气泄漏的无线可燃气探测器、防火灾损失的无线烟雾火警探测器、防围墙翻越的太阳能全无线电子栅栏、防漏水的无线漏水探测器等
环境调节主要涉及：空气质量探测器、环境光传感器、温湿度传感器、温度控制器、调光器、新风系统、加湿器、无线插座等 智能照明主要涉及：环境光传感器、无线调光器、无线开关等 健康监测主要涉及：无线智能体重计、无线智能血压监控等 家电控制主要涉及：无线智能插座、无线红外转发器(可控制空调、电视、地暖、热水器)、无线窗帘控制器、无线百叶窗控制器、无线投影升降机、无线卷帘门控制器、无线车库门控制器、无线全自动保险柜。
应急服务主要涉及：无线紧急求助按钮、无线断电报警器、无线断电自照明系统、无线自供电智能电源
4、物联网智能家居与云的关系?
云是一种服务，它无时不在，无处不有，无所不包。云已经成为全球主要国家抢占的技术高地。可以说它是21世纪人类不可或缺的基础工具。
具体到现代家庭，随着生活品质的进一步提高，人们的健康监测、食品安全、安保防护、环境调节、资源调配等等信息将成为家庭中重要并且不可丢失的资源，这些资源甚至比家庭中的各种家具、家电等实物更重要，云正是这些资源最好的仓库和最称职的管家。 随着智能家居的不断普及，“物联云”将成为不可或缺的基础服务，“云家”也将成为每个家庭成员最关心的一片云，它比你所见所听所感的更全面、更真实、更可靠。 可以说，智能家居的未来只能在云端。
手机、平板电脑等移动设备在物联网智能家居中的作用? 标准对于物联网智能家居的意义
现代社会，手机等移动设备已经成为人们日常工作生活中必不可少的随身工具，现在的手机已经不仅是一个简单的通话工具，同时也是支付工具、身份认证工具，它更可以成为智能钥匙。目前，宝马公司和奔驰公司正准备向市场推出真正无钥匙的手机钥匙汽车，它唯一的钥匙就是一部联在云端的智能手机。
当然，在家庭，手机成为家庭钥匙已经成为趋势，通过手机打开物联无线智能锁不仅更方便，而且更安全。你若想随时随地掌控家中的一切，手机更是一个理想的工具，无论你在天涯海角，家中的任何风吹草动你都可以一手掌握。
手机让一个原本孤立、未知的家超越了时间和空间的限制从而围绕在你身边，因此可以说，在物联网时代一个离开了手机的智能家居系统就像一个没有门的家一样不可想象。
6、常见家庭智能产品是否属于物联网智能家居产品范畴? 我们听惯了所谓智能锁、智能电视、智能热水器、智能空调等等冠以“智能”的家庭用品，从物联网“物物相联”的基本特征来看，这些所谓智能的产品显然不符合智能家居的标准。
以锁为例，用物联网的标准看，锁的所有状态包括开锁、上锁、反锁等等都应该对消费者是透明的，锁一旦被打开，无论何时何地消费者都应该能立即感知到，如果家人忘记锁门，你在千里之外也能感觉到并及时提醒，很显然目前的普通智能锁根本不具备这些功能。 另外目前所谓的智能空调、智能电视等等智能电器在你离家后都不会“智能”关闭，所谓的物联网空调甚至都做不到在你回家前提前自动开启。
所以从物联网智能家居的标准来看，传统的家庭智能产品并不能算是真正意义上的物联网家居产品。 7、标准对于物联网智能家居的意义?
物联网一个基本特征就是物物相连，不遵循统一标准显然是不可能达到这一目标的，标准化是物联网智能家居健康发展的必经之路。但就目前国内的情况来看，和发达国家相比我们的物联网包括智能家居产业应用还处于起步阶段，虽然大家的目标明确、方向一致，但就具体执行层面来看，从行业主管部门到企业再到消费者都还没有特别清晰的判断，在这样一个阶段贸然制定统一甚至强制性的国家标准风险很大也很不明智，历史经验告诉我们，一个比较稳妥的做法是鼓励不同形式的智能家居充分发展，将标准的选择权交给市场。 智能家居对于物联网产业的重要意义 8、目前物联网智能家居主要品牌有哪些?
国外比较知名的品牌有Control4、飞利浦、施耐德等，国内比较成功的品牌有物联传感和华为。
9、目前我国物联网智能家居的发展现状及在国际市场中的地位? ZigBee作为一项新兴的近程通信技术，国外公司发展较早，目前已经形成了一些主流品牌。在我国从事Zigbee技术研究的企业并不多，掌握核心技术的企业就更少了，目前能够参与国际竞争的企业除了深圳华为技术有限公司，另一家就是南京物联传感技术有限公司，这两家企业都是全球ZigBee联盟的成员，其中南京物联拥有业界最完整的智能家居产品系列，已经获得众多国内外传统家电巨头的支持，在家庭电器、电工、传感、控制设备的互联互通上具备一定的话语权。 10、物联网智能家居带给传统家电厂商的机遇?
物联网到来的一个基本特征就是对传统家电厂商的重新洗牌，在这个过程中包括电器、电工、照明、传感、控制、安保等厂商都将面临前所未有的历史机遇和挑战，一些敏锐并且行动迅速的企业将在未来获得领导地位，另外一些企业则被淘汰出局。 11、智能家居的市场前景及规模?
物联网智能家居涉及智能照明、智能开关、智能电器、智能传感、智能安保、智能健康等等，这些设备数量在一个现代家庭中平均数量达到50-100个，现代家庭中人员构成一般为2-3人也即2-3部手机，从这个意义上看，单单一个物联网智能家居的市场规模就是移动互联网的30倍左右。众所周知，移动互联网的市场远大于互联网，因此，产业界初期对物联网市场规模的预测需要改写，物联网在未来其市场规模将不仅是互联网30倍的关系，而是会大很多。可以想象在这样一个市场将会产生多少伟大的公司。 12、智能家居对于物联网产业的重要意义物联网说到底是为人类服务的，而人类的家居生活已经形成了几千年并在可预见的未来人类将继续并长时间生活在居所中，仅从这一点来看，一个离开了智能家居的物联网将成为无源之水，无本之木。智能家居是所有物联网应用中最重要最基础的应用已经成为全球共识。
12.1.2智能家居的定义
智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、智能家居一系统设计方案安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施蒸成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，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。
溉念及简介
1．智能家居的定义
智能家居又称智能住宅，在国外常用Smart Home表示。与智能家居含义近似的有家庭自动化(Home Automation)、电子家庭(Electronic Home、E—home)、数字家园(Digital Family)、家庭网络(Home Net／Networks for Home)、网络家居(Network Home)、智能家庭／建筑(Intelligent Home／Building)，在我国香港和台湾等地区，还有数码家庭、数码家居等称法。
通俗地说，它是融合了自动化控制系统、计算机网络系统和网络通讯技术于一体的网络化智能化的家居控制系统。智能家居将让用户有更方便的手段来管理家庭设备，比如，通过加触摸屏、无线遥控器、电话、互联网或者语音识别控制家用设备，更可以执行场景操作，使多个设备形成联动；另一方面，智能家居内的各种设备相互间可以通讯，不需要用户指挥也能根据不同的状态互动运行，从而给用户带来最大限度的高效、便利、舒适与安全。完整的智能家居系统产品应是包括了硬件产品、软件产品、集成与安装服务、售后在内的一个完整服务过程。
2．智能家居集成
智能家居是一个居住环境，是以住宅为平台安装有智能家居系统的居住环境，实施智能家居系统的过程就称为智能家居集成。智能家居集成是利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设备集成。由于智能家居采用的技术标准与协议的不同，大多数智能家居系统都采用综合布线方式，但少数系统可能并不采用综合布线技术，如电力载波，不论哪一种情况，都一定有对应的网络通信技术来完成所需的信号传输任务，因此网络通信技术是智能家居集成中关键的技术之一。安全防范技术是智能家居系统中必不可少的技术，在小区及户内可视对讲、家庭监控、家庭防盗报警、与家庭有关的小区一卡通等领域都有广泛应用。自动控制技术是智能家居系统中必不可少的技术，广泛应用在智能家居控制中心、家居设备自动控制模块中，对于家庭能源的科学管理、家庭设备的日程管理都有十分重要的作用。音视频技术是实现家庭环境舒适性、艺术性的重要技术，体现在音视频集中分配、背景音乐、家庭影院等方面。
一般意义上的智能家居技术是指以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、智能家居一系统设计方案安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成技术，在国外常用Smart Home表示，特指一个基于家居辅助机器人的服务系统与家庭电器自动化控制系统结合的技术。这种技术专门针对居住在老年公寓的严重功能障碍者(失能老年人和重度残障人)的自我照顾、环境控制和健康监测方面的特殊问题，解决关键技术难点，使他们不仅能独立完成照料自己的日常生活，还能通过控制系统和网络系统，控制家居环境系统与外界环境系统发生交互，帮助他们自尊、自立，更方便地融入社会生活中。
智能家居的起源
1．住宅电子化
20世纪80年代初，随着大量采用电子技术的家用电器面市，住宅电子化(HE，Homen Electronics)出现。80年代中期，将家用电器、通信设备与安保防灾设备各自独立的功能综合为一体后，形成了住宅自动化概念(HA，Home Au．tomation)。80年代末，由于通信与信息技术的发展，出现了对住宅中各种通信、家电、安保设备通过总线技术进行监视、控制与管理的商用系统，这就是SmartHome，也就是现在智能家居的原型。
2．家庭自动化设备
根据美国家庭自动化行业专业顾问公司PARKS的统计资料显示：1995年，美国一个家庭要安装家庭自动化设备的平均费用在7000至9000美元之间。1995年美国家庭已使用先进家庭自动化设备的比率为0．33％，看来市场真正启动尚需对日。预计这五年内，家庭自动化的市场年平均增长率为8％。PARKS公司的资料亦显示：到2004年，家庭网络市场总额可达57亿美元。据国际专家预测，到2000年底国际智能家居的产品销售额可达24亿美元。2004年可达148亿美元。
2010年，美国智能家居控制系统制造商Control4和美国智能住宅软件商iControl Networks都获得了的“千家风投”资金，这都对整个智能家居行业的发展起了极大的促进作用。Control4产品可提供包括集成控制的照明系统，音频，视频，地形和气候甚至小到一个单一的易于使用的系统。来自美国的全球500强企业霍尼韦尔推出的单户型智能家居系统，为200—400平方米的高端公寓及别墅打造，主人在家中可随处通过iPhone，iPad或带有Wi—Fi功能的数码相框、上网本等进行控制，即使在离家时，其远程控制功能可让主人随时随地查阅远程视频信息，获知家中情况。如果发生危情时，通过电话、短信、邮件第一时间获得警报。此套系统还能自动监测并优化居室内的空气环境、监管并启动节能模式
3．智能家电改写市场行业格局
在智能家居的控制系统中，智能家电也是不可或缺的重要组成部分，远程控制家中电器，是智能家居功能的体现。洗衣机：智能检测衣量，精确决定洗涤时司；在洗涤和漂洗时可自动检测泡沫，既不浪费水又能保证漂洗干净；在脱水时能自动感知洗涤物的平衡状态，确保脱水时平稳提速；烘干时，还能做到衣干即睁。冰箱：可搭载一块液晶触摸屏，不仅可以播放音乐、图片、视频短片，而且还可以上网获取互联网和嫁接在物联网上的各类信息，例如天气、超市货物储备等。当三网融合与物联网普及后，电视，空调，洗衣机，冰箱，手机，微波炉，电饭煲等家用电器都可以连在一起，这当中所带来的技术升级将是空前绝后的。
4．智能家电随着如今科技的进步，已经离我们越来越近
从电视、网络中我们看到了越来越多关于智能家电的身影。2010年，谷歌首席副总裁安迪．鲁宾表示，“就像现在很多手机企业普遍使用Android操作系统一样，在不久的将来，闹钟、洗衣机、电冰箱、照明灯等所有的家电器材都将会使用到Android。”谷歌新推出了一款名为“Android@home”的新技术(图 )，可以在家电上运用Android系统，这技术不收取专利费，而且免费对外公开并提供简单的通信技能。据技术人士透露，谷歌的这项技术，意味着今后所有的家电，或智能假手机、电脑只要运用了Android就完全可以实现智能互联。
图 谷歌新推“Android@home”
建设部提出：计划201 1年60％以上的新房都具有一定的“智能型家居”功能。在政策的推动下，在技术的革新中，智能家居蕴含着巨大的市场潜力，并逐渐形成一个规模化产业。借着物联网大潮的东风，智能家居的前景大有可观，作为一个朝阳行业，就目前的发展趋势分析，预计在今后的几年内全世界将有近亿的家庭构建智能、舒适、高效的家居生活。面对无限可能的智能家居市场，企业之间如果能够实现跨产业合作，从真正意义上整合彼此的资源优势扩大产业链，在市场竞争中形成一种新型的商业模式，引导智能家居行业走向快速发展的轨道。
201 1年我国出台物联网发展“十二五”规划，“十二五”期间，物联网发展目标将瞄准“四个一”：攻克一批关键核心技术、构建一个标准体系、打造一个产业链条、抓好一批示范应用。工信部、财政部联合发布《关于做好2011年物联网发展专项资金项目申报工作的通知》，为物联网产业发展提供了坚实的资金保障。智能家居作为物联网技术在现实生活中的应用越来越受到社会的广泛关注，同时，智能家居所打造的时尚新生活方式也越来越受到广大消费者的认可和期待。
(三)物联网技术升级让智j毫家屠梦想成真
智能家居应用物联网技术，采用无线的方式不仅能够节约布线成本，又能随时进行功能扩展，随着物联网发展，智能家居应用功能将不断扩展，更多用户需求将被满足，市场也在不断扩展。例如在日常生活中：消防报警、背景音乐、喷泉、泵站以及照明等集中控制的实现；水表、电表、燃气表，实现远程抄表；主人不在家时，如果发生燃气泄露，系统会自动发送短信告知，及时消除安全隐患。这些都是依赖于物联网技术的运用才得以实现，随着技术的不断升级，物联网创造出的智能化产品逐渐与我们的生活息息相关，食品、交通、医疗、居住等一系列关系民生的问题都能有更好的解决。
目前，很多从事智能家居企业正在把智能家居的梦想变为现实，无论从智能门禁、安防报警，家电远程控制、家庭环境控制、家庭娱乐等都有成熟产品走进百姓生活。早晨起床，房间会告诉主人室内与室外的温差，该穿什么衣服；根据你的身体情况提醒你该吃什么早餐；出门在外也无须担心门是否锁好、是否有人闯入、燃气是否泄漏、是否发生火灾等情况，所有的智能服务通过智能家居控制管理系统、家居照明控制系统、家庭安防系统等技术的接入即可实现。这些只能在电影中才会出现的镜头，如今也逐渐走人寻常百姓家，智能家居已不再是水中花，镜中月。
12.1.3智能家居的特征
(1)先进易用——“总线化”设计
实现智能家居的完整配套，使用方法简单，使您更能享受居家的乐趣，老人与儿童也能轻松掌握。
(2)随心调控——“人性化”设置
轻轻一按，饭厅、客厅、寝室……预设场景，随即呈现。您需要的气氛，即可实现，随心而变。
(3)价格相宜——“最低化”成本
产品价格相宜，在一般家庭也能普及。
(4)尽情享受——“星级化”享受
通过系统操控影音系统，调节灯光，随时营造家庭影院的写意气氛，忙里偷闲，享受人生。
(5)方便舒适——“智能化”通信
家中所有的灯光、电器都可通过系统随时随意地调节控制，生活的每一细节，都尽在掌握之中。
(6)安心放心——“远程化”报警
家庭中具备完善的、综合的安全防范措施和生活服务的智能控制器，家里若不幸发生意外，系统会立即向您及小区中心报告，能够第一时间处理。
(7)物业升值——“科技化”投资
配上如此新颖完善之系统，您的物业也可以拥有不断增值的优秀潜质。
12.2智能家居应用的物联网共性技术
12.2.1智能家居信息感知
智能家居系统需要各种信息感知设备实时采集各种家居设施信息。智能家居应用繁多，每一种应用所需感知的信息也有所不同。在家庭安防应用中，需要摄像头拍摄家庭内的实时影像信息；需要利用磁传感器来监控门窗的闭合；需要红外、压力传感器来实现门厅非法闯人的报警；需要使用温度、烟雾传感器来检测室内的火灾或有毒气体泄漏情况。在智能家电应用中，需要温度传感器监控室内温度来调节空调和采暖设备；需要光线传感器探测室内光线来调节照明的亮度。下面介绍几种在智能家居中常用的传感器设备。
1．门磁传感器
门磁传感器通常安装在门窗上，用于感知门窗的开闭状况，如图9—1所示。门磁传感器一般安装在门内侧的上方或边上，它由永磁体和磁敏干簧管两部分组成。当门窗紧闭时，磁敏干簧管由于受到磁性的作用处于接通状态；当门窗被打开后，磁敏干簧管内的两个触点会断开，导致发射电路导通，并发射包含自身识别码的特定无线电波，远程主机通过接收该无线电信号的识别码判断是哪个门磁传感器报警。门磁传感器工作可靠、体积小巧，可通过无线的方式工作，使得安装和使用非常方便。
2．可燃气体传感器
家居生活中最常见的可燃气体是天然气。随着天然气的不断普及，每年由于自然因素或人为因素造成的燃气泄漏爆炸事故不断，因此，及时可靠地检测到空气中的可燃性气体是智能家居必不可少的功能。
目前的可燃性气体检测传感器，如图9—2所示，主要有催化型和半导体型两种。催化型可燃气体探测器利用难熔金属(如铂丝)加热后的电阻变化来测定可燃气体浓度。当可燃气体进入探测器时，在铂丝表面引起氧化反应(无焰燃烧)，其产生的热量使铂丝的温度升高，并改变铂丝电阻率和输出电压大小，从而测量出可燃气体浓度。半导体型探测器是利用灵敏度较高的气敏半导体器件工作的，当遇到可燃气体时，半导体电阻下降，下降值与可燃气体浓度有对应关系。通过测量下降的电阻值，即可计算出可燃气体浓度。
图 门磁传感器
图 可燃性气体探测传感器
3．水浸传感器
日常生活中，因水管爆裂、忘关水龙头、窗户进雨或屋顶渗漏等原因引起的室内进水事件时有发生，不仅影响家用电器的安全使用，也会给邻居带来不便。检测家庭漏水情况一般使用安装在地板上的水浸传感器。
水浸传感器，如图9—3所示，一般分为接触式和非接触式两种。接触式水浸传感器一般都配有两个探针，当两个探针同时被水浸泡时，电路导通，从而检测到漏水；非接触式水浸传感器根据光在两种不同媒质界面发生全反射和折射的原理来检测漏水。这类传感器将一个LED和一个光电接收器放人塑料的半圆球内，当置于空气中时，光在半圆球内基本上会发生全反射，LED发出的光绝大部分被光电接收器接收。当水覆盖圆球表面时，由于界面折射率发生变化，大部分光会射出外部，光电接收器接收到LED发射的光将会减少，因此，输出电流也将发生改变。
图 水浸传感器
4. 温度传感器
环境温度是影响室内舒适度的重要因素，及时准确地获取当前环境温度并智能调节空调等设备是智能家居的重要功能。温度测量需要使用温度传感器，当前的温度传感器一般分为电偶式温度传感器和电阻式温度传感器两种。电偶式传感器是基于导体两端存在温差时会产生电动势的原理来测量温度的。将这种传感器导体的一端置于室内环境中，另一端放于恒定温度下，通过测量导体由于温差产生的电动势即可计算出当前温度；而电阻式传感器的工作原理则是基于金属导体的电阻值随温度升高而增加的特性来测量温度的。热电阻传感器大多由纯金属材料制成，目前应用最多的是铂和铜。热电阻传感器适用于中低温的温度测量，成本较低，因此在智能家居领域应用比较广泛。
5．烟雾传感器
随着现代家庭用气、用电量的增加，家庭火灾发生的频率越来越高，通常都会导致重大生命财产的损失。智能家居需要能够及时监测到火灾的发生，尤其是在火灾初期、人不易感觉到的时候进行报警。火灾检测主要依靠烟雾传感器和温度传感器。
烟雾传感器，如图9—4所示，可以检测空气中的烟雾浓度，主要包括离子式和光电式两种。离子式烟雾传感器的主体部分是一个串联内外电离室的电路，内外电离室里有放射源，电离空气产生的正、负离子在电场的作用下会各自向正负电极移动。在正常的情况下，内外电离室的电流、电压都是稳定的。内电离室是封闭的，外电离室是开孔的检测室，允许烟雾进入。进入的烟雾会阻挡放射源产生的仪射线，使其电离能力降低，外电离室的电离电流减少，导致两个电离室两端分压比的变化，当变化值达到一定阈值后，就认为检测到烟雾。
图 烟雾传感器
光电式烟雾传感器由光源、光电器件和电子开关组成。利用光散射原理对火灾初期产生的烟雾进行探测。按照其结构特点可 分为遮光型和散射型两种。遮光型传感器由一个光源和一个光电器件对应，装在小暗室内构成。在无烟情况下，光源发出的光通过透镜聚成光束，照射到光电器件上，并将其转换成电信号，整个电路维持正常状态。当有烟雾进入探测器时，光的传播特性会发生改变，光强明显减弱，电路正常状态被破坏，就会发出报警信号；散射光电式感烟探测器的发光二极管和光电器件设置的位置不是对应的。光电器件设置在多孔的小暗室里。无烟雾时，光不能射到光电器件上，电路维持正常状态。而发生火灾时，有烟雾进入探测器，光通过烟雾粒子的反射或散射到达光电器件上，则光信号就会转换成电信号，经放大电路放大后，驱动自动报警装置发出报警信号。
6．红外和压力传感器
在家居安全防范功能中，需时刻留意是否有犯罪分子非法入侵家庭住宅。通过在门窗上安装红外、压力传感器，能够感知到这些不速之客的到来。红外传感器分为主动型和被动型两种，家居环境常用被动型红外传感器。被动型红外探头是靠探测人体发射的红外线而进行工作的。探头通过收集外界的红外辐射聚集到红外感应源上，感应源使用的热释电器件接收
到红外辐射后，温度会发生变化并向外释放电荷，通过识别热释电元器件释放电荷的情况可
以判断是否有人闯人监测区域。被动型红外探头本身不会发出任何类型的辐射，元器件功耗很小，隐蔽性好而且价格低廉。但是它容易受各种热源和光源的干扰，穿透力较差，当环境
温度和人体温度接近时，探测灵敏度就会明显下降。
压力传感器通过检测传感器受到的压力来判断是否有人入侵。压力传感器包括基于压电原理、基于压电电阻效应、静电容式和硅振动式等不同种类。家庭环境中最常用的是基于压
电原理的传感器，它的关键部件是一种压电材料，这种材料在受到外力作用后，内部会产生
极化现象，并产生与压力大小成比例的电荷量，通过测量电荷电量即可计算出外力。
7．光强传感器
舒适的家居环境对照明控制的要求越来越高，如营造舒适的照明环境、节约电能、提高
光源寿命等。照明控制系统往往使用光强传感器监测当前环境的照度，并自动控制照明设备。
光强传感器是指能够将可见光照强度转换成某种电信号的传感器。光强传感器最重要的
感光器件是光敏电阻，光敏电阻具有在特定波长的光照射下电阻值迅速减小的特性。这是由
于光照产生的载流子都参与了导电，在夕t,／Jn电场的作用下作漂移运动，电子奔向电源的正极，空穴奔向电源的负极，从而使光敏电阻器的电阻值迅速下降，光强传感器就是通过电阻值的变化来测量光强的。
8．由嘉侍成器
在智能抄表模块中，仪表的读数传感器有着广泛的应用，如图9-5所示为英国推出的智能电表。家庭计费表的自动读取装置由现场采集仪表和信号采集器两部分组成。当水、电、煤气表的读数变化时，现场采集仪表会实时地产生一个脉冲读数。信号采集器则是一个计数装置，当收到现场采集仪表发送过来的脉冲信号后，会对脉冲信号进行计数以获取各类仪表的读数。
图 英国推出的智能电表
12.2.2智能家居信息传输
智能家居网络是一种能全方位覆盖家庭生活，提供各类智能服务的网络系统，包括家庭
网关、控制中心、家居设施等主要功能模块。家庭网关用于管理各类家居设衙的网络接人与互联，为家庭用户提供远程查看与远程控制功能，并为各类家居设备提供信息共享平台；控
制中心用于解析用户指令，启用与协调不同的家居设备共同工作；家居设施则各尽其责完成控制中心下达的指令。
在家居网络系统中，设备之间需要交互大量信息，既可能包括设备控制信息，还可能包括一些应用相关的数据信息，如环境状态信息，甚至是多媒体音视频信息。前者数据量小，对带宽要求不高，但对传输实时性和可靠性要求较高；后者数据量大，要求有较大的传输带宽，但对传输实时性和可靠性的要求相对低一些。面对两种不同的数据传输需求，智能家居系统通常会配备不同的信息传输通路，它们会采用具有不同数据承载能力与实现成本的网络技术实现，在下文中将这两种网络分别称为家居控制网络和家庭数据网络。
常用的控制网络传输技术包括现场总线技术、电力载波技术等，此外还会使用到一些无线通信手段，诸如无线局域网技术(WLAN)、蓝牙技术、红外技术等；数据网络则主要使用以太网技术，或无线通信手段中的一些具有高带宽的传输技术。
1．家居控制网络技术
家居控制网络可以使用有线或无线多种组网方案来实现。其中有线传输方式由于其可靠性高、协议设计方便、低功耗的特点，是在家居环境下搭建智能家居控制网络的首选方案。目前常见的家居控制网络的有线传输方式有多种，如基于电力载波技术的X10和CEBUS、
基于电话线传输的HomePNA方案、LonWorks总线、R485总线和CAN总线等。这些实现方案有各自的优缺点，有不同的实现成本和承载数据能力。在众多有线传输方案中，LonWorks总线和X10电力载波技术是目前智能家居中最常见的两类有线传输方式。
(1)LonWorks总线技术
LonWorks是由美国Echelon公司于20世纪90年代初推出的现场总线技术，是一种开放标准，也是目前世界上应用最广、最有发展前途的现场总线技术之一。在LonWorks网络中，一个具有网络逻辑地址的智能设备称为一个节点，每个结点具有多种形式的I／O功能，网络传输媒介可以是电力线、双绞线、无线(RF)、红外(IR)、同轴电缆和光纤中的任何一种，适用面极宽。LonWorks网络结点一般由神经元芯片、收发器和应用电路组成，当神经元芯片不能满足数据处理的要求时，需要采用主处理器加神经元芯片的方式，如图9—6b所示，此时，神经元芯片将作为通信协处理器来使用。
图 LonWorks结点组成
LonWorks网络技术的核心是LonTalk协议，该协议基于ISO／OSI的七层模型设计，提供了一整套通信服务，使设备中的应用程序能够在网络上同其他设备发送和接收报文，无需知道网络的拓扑结构或者网络的名称、地址，或其他设备的功能。此外，LonTalk协议还能够有选择地提供端到端的报文确认、报文证实和优先级发送等服务。
(2)XIO传输技术
XIO协议是以电力线为连接介质对电子设备进行远程控制的通信协议，广泛应用于家庭安全监控、家用电器控制和住宅仪表数字读取等方面。XIO系统由发送控制盒和多个接受控制组件组成，各组件可设定不同编码以示区别。使用时，控制盒和组件可插入室内不同的电源插座，家用电器设备与这些控制组件相连接。用户可通过与控制盒连接的键盘输入控制命
令和组件编码，从而实现家用电器设备的远程控制，如图9—7所示。
图 基于X10协议的家居控制网络
X10协议使用了电力载波技术传送信息。电力载波技术是一种利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术，其最大特点在于不需要重新架设网络，通过输电线路即可进行数据传递。但是在我国，由于受电网特性限制，X10技术面临传输速度慢(60Hz供电系统中，传送一个指令需0．883 s)、抗干扰性能差等不足，这都为其推广应用带来极大的困难。国内已有部分厂家和代理商推出了针对我国住宅情况的改进的X10配套产品，但实际应用仍较为有限。
(3)无线网络技术
利用无线网络技术建立家庭控制网络，相比有线传输机制更易于部署和扩展，有望成为构造未来智能家居网络的首选方案。在智能家居控制网络的无线通信技术中，WLAN是最为常见的一类。WLAN技术使用IEEE 802．11通信协议簇，包括802．11a、802．1lb、802．119、802．11 n等众多协议版本，其中802．11a定义了一个在5 GHz ISM频段上的数据传输速率可达54Mbit／s的物理层；802．11b定义了一个在2．4 GHz的ISM频段上数据传输速率为11 Mbit／s的物理层；802．11 g工作在2．4 GHz频段，数据传输速率可达54 Mbit／s；802．11 n在802．11 g的基础上将数据传输速率再次提高到300 Mbit／s以上。在上述802．11协议簇中，高数据传输率的802．1 1 a／g／n等多用于家庭数据信息的传输。
其他的低能耗家庭无线传输技术还包括ZigBee、蓝牙、Home RF协议和IrDA传输技术
等。ZigBee技术是IEEE 802．15．4协议的代名词，是一种短距离、低功耗的无线通信技术，常用于无线传感器网络通信；蓝牙技术是一种支持设备短距离通信(一般10 m内)的无线通信技术，常用于包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换；Home RF协议主要针对家庭无线局域网设计，支持语音和数据传输，该协议是IEEE 802．1 1与DECT(Digital Enhanced Cordless Telecommunications，数字增强无绳通信)的结合，与ZigBee技术和蓝牙技术一样，使用开放的2．4GHz频段；IrDA是一种利用红外线进行点对点通信的技术，具有体积小、功率低的特点，数据传输率较高，抗干扰性较强，但必须直线视距连接，限制太大，仅常见于遥控设备。
2．家庭数据网络中的信息传输
用于家庭数据信息的网络设备，通常要求具备较高的带宽以满足大数据量传输的需求，但在响应时间和能耗方面的限制不如家居控制网络严格。常用的家庭数据信息传输机制有基于以太网的数据传输和基于WLAN技术的数据传输。
以太网是当今现有局域网采用的最通用的通信协议标准，它符合IEEE802．3标准，可以使用粗同轴电缆、细同轴电缆、非屏蔽双绞线、屏蔽双绞线和光纤等多种传输介质进行连接。以太网有两种典型的拓扑组成，分别是总线型拓扑和星型拓扑，如图9—8所示。
图 以太网典型拓扑
a 总线型拓扑 b 星型拓扑
总线型拓扑将所有的网络结点连接在同一根网络线缆的不同段，所需的电缆较少、价格便宜，但管理成本高，不易隔离故障点。由于总线型拓扑使用共享访问机制，易造成网络拥塞，已经逐渐被以集线器和交换机为核心的星型网络所代替；星形拓扑采用专用的网络设备(如集线器或交换机)作为核心结点，通过双绞线将局域网中的各台主机连接到核心结点上。星型网络拓扑管理方便、容易扩展，但需要专用的网络设备作为网络的核心结点，对核心设备的可靠性要求高，且部署时需要耗费更多的网线，被绝大部分的以太网所采用。
在现有的以太网技术中，双绞线以太网使用最为广泛。组成双绞线以太网的主要硬件设备包括3类或5类非屏蔽双绞线、带有RJ一45插口的以太网卡、集线器、交换机、RJ．45插头等，这类网络最大网段长度为100 m，拓扑结构为星型，数据传输率为10 Mbit／s，具有低成本与高可靠性的特点。在传统标准以太网基础上又出现了快速以太网技术，传输率可达100 Mbit／s或1000 Mbit／s。
前面介绍的WLAN技术，如802．11 g、802．11 n等，由于能保证较高的数据传输速率，足够满足家庭应用中常见的数据传输带宽需求，也正被逐步用于家庭数据网络中。
12.2.3智能家居信息处理
智能家居系统是高度人性化的系统，其设计的根本原则是以人为本。在智能家居系统中，无论是生活环境改造、生活行为辅助，还是家庭安防、识别主人身份、判断主人状态、预测主人行为等都是其必备的功能，也是智能家居“智能”二字的核心所在。
1．主人状态识别与预判
智能家居系统需要根据主人当前所处状态控制家居设备，主动提供服务，达到变更家居环境，或是协助主人行为的效果，甚至能通过预测主人的下一步动作做好服务准备。
(1)主人状态ig另‘l技术
家居主人的行为状态往往极为复杂，同一个动作在不同的时间和地点可能有着完全不同的含义。而智能家居系统需要结合众多传感器的观测数据进行分析，猜测主人当前行为的含义。同时，主人行为识别需要有较高的实时性与准确率，使智能家居系统达到“眼疾手快”的效果。由于不同用户有不同的生活习惯，主人的具体状态难以在设备出厂前给予定义，因此智能家居系统必须具备对主人生活习惯的快速学习能力，而机器学习技术是其中的重要技术。
机器学习技术用于研究计算机如何模拟或实现人类的学习行为，它通过自动发现数据中的规律，运用计算和统计的方式自动从数据中提取信息。按照学习中使用推理的多少，机器学习所采用的策略大体上可分为6种——机械学习、示教学习、演绎学习、类比学习、基于解释的学习和归纳学习。学习中所用的推理越多，系统的能力就越强。
机器学习系统由环境部分、学习部分、执行部分和知识库组成。环境向系统的学习部分
提供某些信息，学习部分利用这些信息修改知识库，以增进系统执行部分完成任务的效能。
执行部分根据知识库完成任务，同时把获得的信息反馈给学习部分。在具体的应用中，环境、知识库和执行部分决定了具体的工作内容，而学习部分所需要解决的问题完全由这3个
部分确定。
(2)主人行为预测技术
在智能家居系统中，由于主人的行为是一种抽象的描述，所以难以用具体的参数或模型表示，也不易直接建模进行预测。但是，当用户在家庭环境中生活时，将与家庭环境相互作
用，而且这种作用能改变家庭环境状态，这些状态的改变能够被直接观察到。此时，结合隐
马尔可夫模型，能够通过一系列的环境观测变量预测主人的下一步动作。
马尔可夫模型本质上是一种随机过程，这一随机过程具有无后效性的特征，即当前时刻
状态完全取决于其前一时刻状态。隐马尔可夫模型(Hidden Markov Model，HMM)是一个二重马尔可夫随机过程，它包括具有状态转移概率的马尔可夫链和输出观测值的随机过程。HMM的状态是不确定或无法被直接观测到的，只有通过观测序列的随机过程才能表现出来。
如图9-9所示，O，，O：，o，，…为观察链，而q。，q：，q，，…为一条观察不到的状态链。
HMM通常被用来解决3类问题．即评估问题、解码问题和学习问题。下面将对这3类问题进行具体描述。
图 隐马尔可夫模型
1)评估问题
给定观测序列O=O1O2O3…Oi和模型参数λ=(A，B，π)后，怎样有效计算某一观测序列的概率，进而对该HMM做出相关评估。例如，已有一些模型参数各异的HMM，给定观测序列O=O1O2O3…Oi，求解哪个HMM模型最可能生成该观测序列。对于评估问题，通常的解法是利用forward算法，分别计算每个HMM产生给定观测序列O的概率，然后从中选出最优的HMM模型。
2)解码问题
给定观测序列O=0，0：O。…O。和模型参数A=(A，B，仃)，怎样寻找某种意义上最优的隐状态序列。在这类问题中，需要求解的是马尔科夫模型中的隐含状态，这些状态不能直接观测但却往往更具有价值，通常利用Viterbi算法来寻找。
3)学习问题
HMM的模型参数A=(A，B，仃)未知，如何调整这些参数以使观测序列O=O1O2O3…Oi。的概率尽可能大。对于学习问题，通常使用Baum—Welch算法以及Reversed Viterbi算法解决。
从上述描述中不难看出，主人行为状态预测属于经常应用HMM求解的第二类问题，即
解码问题，其中观测序列O=O1O2O3…Oi。由家庭中部署的传感器网络测得。
2．主人身份识别
主人身份识别多用于小区或家庭安防系统，用于判断入侵者身份，从而选择开启门禁或是报警操作。除此之外，还可以用于智能小区中与业主身份相关的系列服务，如在杭州某智能小区内，住宅电梯可以根据业主身份自动停靠在需要的楼层。
主人身份识别包括主动识别与被动识别方式。在主动识别方式中，通常需要住户配合携带RFID标签或其他身份识别标签，这难免会影响用户体验。因此在实际应用中，被动身份识别方式使用更为广泛。被动识别技术通常通过生物特征进行识别，目前常用的生物识别技
术主要包括人脸识别和指纹识别技术。
(1)人脸识别技术
人脸识别特指利用分析比较人脸视觉特征信息进行身份鉴别的计算机技术。人脸识别是一项热门的计算机技术研究领域，它属于生物特征识别技术，通过生物体(一般特指人)本身的生物特征来区分生物体个体。
一般来说，人脸识别系统包括图像摄取、人脸定位、图像预处理以及人脸识别(身份确认或者身份查找)。系统的输入，一般是一张或者一系列含有未确定身份的人脸图像，以及人脸数据库中的若干已知身份的人脸图像或者相应的编码，其输出则是一系列相似度得分，表明待识别人脸的身份。
根据人脸识别根本原理的不同，可将现有的人脸识别算法归为几类，即基于几何特征的人脸识别、基于特征脸的人脸识别、基于神经网络的人脸识别、基于弹性图匹配的人脸识别、基于线段Hausdorff距离(LHD)的人脸识别、基于支持向量机(SVM)的人脸识别。
基于几何特征的人脸识别，是根据眼、鼻、嘴等面部器官的形状和它们之间的几何关系(如相互之间的距离)等进行识别的。这些算法识别速度快，需要的内存小，但识别率较低，如图9—10所示。
图 基于几何特征的人脸识别
基于特征脸的人脸识别是基于KL变换实现识别的。KL变换是图像压缩的一种最优正交变换，高维的图像空间经过KL变换后得到一组新的正交基，保留其中重要的正交基，形成低维线性空间。如果假设人脸在这些低维线性空间的投影具有可分性，就可以将这些投影用作识别的特征矢量，这就是特征脸方法的基本思想。此方法需要较多的训练样本，而且完全是基于图像灰度的统计特性的。目前有一些改进型的特征脸方法。
在基于神经网络的人脸识别中，神经网络的输入可以是降低分辨率的人脸图像、局部区域的自相关函数、局部纹理的二阶矩等。这类方法同样需要较多的样本进行训练，而在许多应用中，样本数量是很有限的。
基于弹性图匹配的人脸识别方法在二维空间中定义了一种对于通常的人脸变形具有定的不变性的距离，并采用属性拓扑图来代表人脸，拓扑图的任一顶点均包含一特征向量，用
来记录人脸在该顶点位置附近的信息。该方法结合了灰度特性和几何因素，在比对时可以允
许图像存在弹性形变，在克服表情变化对识别的影响方面收到了较好的效果，同时对于单个人也不再需要多个样本进行训练。
基于线段Hausdorff距离(LHD)的人脸识别法则是通过识别人脸轮廓图实现识别的。心理学研究表明，人类在识别轮廓图(如漫画)的速度和准确度上丝毫不比识别灰度图差。LHD从人脸灰度图像中提取出线段图，它定义了两个线段集之间的距离。但是，LHD并没有建立不同线段集之间线段的一一对应关系，因此它更能适应线段图之间的微小变化。实验结果表明，LHD在不同光照条件下和不同姿态情况下都有非常出色的表现，但是它在大表情的情况下识别效果不好。
(2)指纹识别技术
指纹识别技术是目前较为成熟的身份识别技术，它通过比较不同指纹的细节特征点来进行识别。指纹识别的难点在于，按印方位的不同、着力点的不同都会带来指纹图案不同程度的变形，此外大量模糊指纹也会对正确的特征提取和匹配造成影响。
指纹识别系统大体包括指纹采集与指纹识别两个主要部分，通常的指纹识别系统组成如图9—11所示。指纹采集模块获取指纹图像，并进行图像压缩与处理，随后送至指纹匹配模块根据指纹库识别指纹。
图 指纹识别系统
根据指纹获取技术的不同，一般认为指纹识别系统经历了3代变更，目前最新的指纹识别系统属于第3代指纹识别系统。第l代指纹识别系统通过光学识别系统获取指纹，第2代指纹识别系统通过电容式传感器获取指纹图像，而最新的第3代指纹识别系统通过生物射频信号获取指纹图像，具有最高的精确度。
在指纹库的组织中，指纹被分成五大类型：拱类、左环类、右环类、尖拱类、漩涡类。通过进行指纹分类，可以方便大容量指纹库的管理，并减小搜索空间，加速指纹匹配过程。指纹分类基于指纹脊或谷的整体流向以及指纹的核心点。目前很多研究者试图解决指纹分类问题，但至今分类算法的误识率仍较高。如何提高指纹分类的准确率在自动指纹识别研究中是一个较关键的问题。
指纹匹配模块需要提取指纹细节特征，主要包括纹线的起点、终点、结合点和分叉点等，进而利用指纹形态和细节特征进行精确匹配，给出两枚指纹的相似性得分。根据应用的不同，对指纹的相似性得分进行排序或给出是否为同一指纹的判决结果。
12.3智能家居的物联网通信网络技术
12.3.1家居骨干通信网
实现智能家居必须满足三个条件：具有家庭网络总线系统，能够通过这种网络(总线)系统提供各种服务功能，能与住宅外部相连接。
整个网络系统由两网连接三层，其中的三层指家庭设备层、家庭服务平台层和业务应用层，两网是指智能家庭网络和外部网络，其中最重要的组成是：家庭网关和家庭网络。
1．家庭网关
由于研究家庭网关的公司众多，家庭网关的定义还不统一。家庭网关组织(ResidentialGateway Group，RG)是一个在1995年建立的正式的工业论坛组织，它率先采用家庭网关来代表一个集中式智能接口，将家庭外部的接入网络和家庭内网络联系起来。
RG将家庭网关定义为：一种简单的、智能的、标准化的、灵活的整个家庭网络接口单元，它可以从不同的外部网络接收通信信号，通过家庭网络传递信号给某个消费设备。借助
引入家庭网关的概念，希望能够为集成不同的外部网络和丰富新的应用提供一个有效的途径。
Cisco System公司对家庭网关定义是：一个在家庭内的网络化信息设备与智能宽带接入网之间的智能化网关。
2Wire公司的家庭网关定义是：一种将家庭网络无缝连接到宽带网络，使所有家庭内联网设备同时享有高速连接的设备。
以上几种定义都认为家庭网关是一种将外部宽带网络与家庭内部网络连接的设备。而Parks Associates认为家庭网关应是：连接一个外部网络或多个接入网络，通过某种类型的家
庭网络分配服务给一个或多个设备的设备。即一个集中式整个家庭的网关才能视为一个真正
的网关。
利用信息技术，家庭网关可以实现以下功能。
①信息网络化。通过家庭网关，主人可以方便地接收电子邮件、浏览各种网上信息和
订阅的各种电子期刊或杂志等。
②管理智能化。对家庭内各种通信设备的运行进行管理，包括网络通信协议的执行和
网络资源的分配，以保证家庭网络系统的运行正常。
③节能环保化。通过网络管理系统，监控家庭内各种设备的运行，如灯光控制、家电设备的远程控制、室内环境的优化调节等。同时还能够提供一些经济方面的优化决策控制，如能够根据不同用电时段和峰谷电费差价，合理控制家电的运行，以达到节能环保的目的。
④居住安全化。通过安装各种检测报警装置实现家庭的保安、消防及其他需求。如通过烟气传感器、温度传感器、特殊气体传感器，预防房间失火和有害气体过量；通过加装红外传感器、门磁、振动感应器、无线微波等报警装置，可防止窃贼入侵，等等。
⑤运行自动化。家庭内各种设备都连接到网络上，通过网络上的管理软件，实现对设备的监测和故障诊断功能。一旦出现故障，家庭管理系统会给出提示，并自动通过家庭内的网问接口设备向设定的相应维修单位保修，无须主人亲自动手。
⑥操作简单化。因为该网络系统是在千家万户中使用的，考虑到使用者的年龄、职业、经历及受教育程度等的差异，所以该系统操作简单、方便、可靠，适应不同使用人群的需要。
⑦个性化、模块化。随着信息时代的到来，个性化的要求在不断提高。未来智能家居应能够根据不同使用者的家庭环境、设备数量和类型以及生活方式等可做相应的配置和调整，如可根据消费者的需求和可接受费用，定制相应的系统解决方案等。
2．家庭网络
家庭网络不同于纯粹的“家庭局域网”或“家庭内部网络”分开来。常提到的“家庭局域网”或“家庭内部网络”是指连接家庭里的个人计算机、各种外设及与]ntemet互联的网络系统，只是家庭网络的一个组成部分。
中国通信标准化协会“家庭网络总体研究课题组”研究报告认为，家庭网络概念是一个变化的概念，随着用户的需求、政策、技术、标准的发展而发展。目前不同行业(包括IT／家电业、通信业、小区物业)对家庭网络的不同理解都是根据不同的用户需求而来的。
家庭网络包含四个要素：用户需求、设备、网络、业务与应用，每个要素对不同用户、不同时期是不同的。家庭网络从广义上理解是指在家庭内部通过一定的传输介质(如电力线、双绞线、同轴电缆、无线电、红外等)将各种电气设备和电气子系统连接起来，采用统一的通信协议，对内实现资源共享，对外能通过网关与外部网，如Ethemet，ISDN，ATM等，互连进行信息交换。智能家庭网络作为家庭信息基础设施，将构筑以下三种网络，如图10-15所示。
其中：娱乐性家庭网络用于连接各种娱乐性家用电器，如高清晰度电视机、DVD、家庭影院等；数据通信家庭网络用于传递数据信息，如电话、计算机等，包括电子函件的收发、Web浏览器、网上购物等；家庭控制网络用于实现家用电器的远程监视和远程控制，及家庭安防控制。
家庭网络不仅仅是一个为了完成家庭内部各种设备资源共享、协同工作的网络，还能通过与外部网络的连接，实现家庭内部设备与外部网络信息交流的目的，通过丰富多彩的业务和应用使用户享受到舒适、便利、安全的新的生活体验。
家庭网络应该具备以下一些功能。
①信息共享功能。共享Intemet访问，共享微机外设，共享文件和应用。
②家庭娱乐功能。对内实现多媒体设备之间的视频、音频信号传输，对外实现可视电话、视频会议和视频点播等视频、音频信息交流。
图 家庭网络系统
③信息采集功能。收集住户家庭运行的各种参数，包括水表、电表、煤气表的计量数据及居室温度湿度等，实现自动抄表，提高住宅档次和物业管理水平。
④信息服务。住户可以了解自己家庭运作的各种参数，如房间温、湿度，各种计量表读数，被控家电状态等，同时可以通过网络进行各种交通的简单查询。
⑤安全防范。通过住宅室内安装的各种报警探测器和禁忌按钮进行防盗、防火和防灾监控，能够及时处理各种警情。
⑥智能化控制。根据周围环境的变化进行对家用电器进行智能化控制，从而建立舒适健康的生活环境。
⑦其他增值功能。如家庭电子商务、申请社区服务等功能。
目前智能家庭网络向三大技术趋势发展：网络化发展，领先的无线移动，脱离个人计算机。而推进这个发展趋势的正是网络技术、无线通信技术及嵌入式系统的广泛应用。网络化的嵌入式无线智能家居控制系统是未来智能家居的发展方向，它能够提供标准化接口和无线网络互连功能，而且可以通过嵌入式通信协议使得系统能够脱离传统个人计算机，从而智能
家居行业也将跨入后“个人计算机”时代。
正如计算机摆脱大型机进入个人计算机才开始大发展，脱离了个人计算机独立状态的能
家居才能有更大发展。未来家庭的数字设备将会通过无线技术连接起来，从而实现了家庭内每一个家用电器和设备都能上网和互操作。通过无线技术构建独立的家庭局域网，让“无线”自在的舒适生活成为现实，并通过Internet或GPRS连接到外网，进而实现通过计算机、手机或PDA来远程监测和控制家庭中的各种设备，真正实现家庭设备的信息化、网络化和智能化。
12.3.2中低端通信网
12.4物联网在智能家居中的典型应用
12.4.1智能家电
智能家电基本概念
传统家用电器有空调、电冰箱、吸尘器、电饭煲、洗衣机，以及电磁炉、消毒碗柜等。’虽然家用电器制造技术在不断地进步，但是它们仍然处于机械式或单机电子控制的水平。随着人们生活水平的提高，以及电子、控制、计算机与互联网技术的发展，人们需要将先进的自动控制技术引入到传统家用电器中，使家用电器变成一种具有智能的设备。智能家电是通过引入嵌入式技术，从而具备自动监测故障、自动测量、自动控制、自动调节，以及与控制中心、家庭成员实现远程通信、控制能力的新一代家电设备。未来，智能家电将向智能化、自适应和网络化方向发展，成为物联网智慧家居应用中的重要组成单元。
智能家电的分类
目前的智能家电产品根据所采用的技术的不同，以及智能控制水平与功能的不同，可以分为三类。
第一类是将电子、机械领域先进的技术应用到家电设备单项或多项控制之中，使之具备初步的智能控制能力。例如，洗衣机的定时控制、电饭煲的定时与恒温控制。
第二类是模拟家庭中熟练操作者的经验，应用模糊推理、模糊控制与计算技术，提高家电的综合智能控制能力。例如，一台洗衣机可以根据春、夏、秋、冬四个季节水温及环境温度的不同，自动调节洗涤程序；根据衣服的衣料与数量的不同，选定最优的洗涤程序；在洗衣机工作过程中，可以自动诊断零部件的工作状态；在出现故障之前，采取自修复或报警。
第三类是可以接入互联网或移动通信网的智能家电，也有人将它称之为“网络家电”。智能家电可以实现互联组成一个家庭内部网络，同时这个家庭网络又可以与外部互联网相连接。目前智能家电研究的对象主要是电视、冰箱、空调、洗衣机、热水器、微波炉、照明设备等，实现家庭内部网络家电连接的技术主要是蓝牙、红外、电力线、双绞线等。1999年，意大利梅洛尼公司推出了世界上第一台通过互联网和无线通信网GSM控制的网络洗衣机。机主可以通过手机遥控洗衣机，洗衣机在需要维修时可以通过互联网通知维修人员。
智能家电发展的趋势
智能家电将成为未来家电发展的主流趋势。据爱立信公司预测，在未来12年内，美国、日本以及西欧国家将有1．05亿个家庭使用智能家电。智能家电的成本预计只增加10％，不会在价格上给消费者带来太多的压力。
要制造出商业化的网络家电，需要解决的技术问题涉及硬件和软件两个方面。硬件方面主要解决采用嵌入式系统的智能家电设备如何和互联网连接；软件方面要解决的是软件结构、编程语言与API标准。因此，建立统一的智能家电标准平台是摆在家用电器行业面前的重大课题。目前国际上有两家非营利性组织在进行这方面的研究，一家是1999年3月成立的开放服务连接组织(Open Service Gateway Initiative，OSGI)，目前有Cisco、IBM、SUN、摩托罗拉、诺基亚等；o多家公司参加，主要研究和制定家庭网络的服务标准；另一家是由欧洲三大家用和建筑电子协会组成，主要研究智能家电的全球通信标准。
我国很多传统家电制造商目前正处在从传统家电制造业向智能家电与网络家电转型的阶段，并且已经推出了多种网络洗衣机、网络电冰箱、网络微波炉、交互式智IIIL童玩具等新一代的智能家电产品。例如，我国海尔集团制造的“物联网冰箱”是智能家电发展中最有代表性的产品之一。物联网冰箱使用和RFID与传感器技术，可以实现冰箱控制系统对存储在冰箱内的食品数量、存储时间、存储环境信息的自动感知；通过嵌在冰箱面板上的摄像头实现对家庭安全状况的监控；通过互联网、移动通信网可以与冰箱的主人、超市实现“对话”，执行主人的指令。同对，它还带有网络可视电话、信息浏览、视频播放等娱乐功能，使得原本属于生活电器的冰箱成为一个家庭娱乐、信息设备与安防设备。
12.4.2家庭节能
近年来，人们对家居便利性和舒适度的要求越来越高，家庭能耗显著增加。目前我国建筑能源消耗已占到全社会终端能耗的27.5%，而在建筑能耗中住宅能耗约占60%，在我国开展建筑节能尤其是住宅节能，对我国实现节能减排的具体目标具有重要的意义。
针对小区建筑的节能减排工作，住房和城乡建设部出台了《建筑节能监测体系实施方案》等相关配套文件，规定居住建筑的建筑用电、供水、供热和暖通空调设计必须采取节
能措施，在保证室内生活环境的前提下，将能耗和资源消耗控制在规定的范围内。居住建筑
的节能设计应符合国家现行有关标准的规定。
建筑所必需的电梯动力、照明、空调、消防、通风、高低压配电等用能信息的传递是建筑节能和工业节能的基础，高效实现建筑节能信息化的关键问题之一是解决这些信息的传输问题。在建筑大楼中，特别是既有建筑，遇到的最大问题是需要综合布线，它不仅工程量大、成本高昂，而且还对对大楼环境具有破坏性。因此对建筑大楼最佳的信息传递是通过无线方式，传统的GSM、WLAN等无线系统存在功耗高、设备和运行成本高、组网不灵活等局限，而无线传感网技术正是解决这一难题的最佳解决方案。
在基于无线传感网技术开发的建筑能耗监测系统中，一般利用无线传感网技术来进行信息的采集和传输。这是因为，一方面无线传感网节点自身可以采集环境参数；另一方面它们与各种用能设备连接，通过无线自组网方式自动采集分散在各地的电、水、冷、暖等实时数据，使用户能随时监测现场耗能设备的运行数据，并且通过数据存储和处理实施能耗诊断、能耗评估和能耗改造。系统适用于各种既有建筑和新建建筑，组网方便，不占空间，无需综合布线施工，项目实施快速简捷。
1．智能抄表
实行能源阶梯式收费是国家促进住宅节能减排的重要手段，随着我国家用能源阶梯式收费政策实施的临近，用户迫切希望了解家庭实时能源消耗情况。但是，传统的家庭能耗计量方式以人工计量为主，不仅误差大、时效性差、统计计算工作量大，且带有人为随意性，用户无法实时获取家庭能源消耗情况。智能抄表系统是一种自动远程抄表系统，可以解决上述传统抄表方式中时效性及精确性不足的弊端。
智能抄表系统，如图9—15所示，在数字表(水、点、煤气表)中嵌入具有无线通信能
图 智能抄表系统网络架构
力的抄表器，如图9—16所示，将数字表的读数变化情况发送给控制中心服务器。控制中心存储和分析数字表数据，供用户查询。用户可以通过控$Hleo心网站及时了解家中能源消耗具体情况并进行对比分析。
图 具有短距离无线通信能力的智能电表
在北美地区，谷歌的Power Meter软件能够让用户了解家庭的用电情况。其工作需要特殊的电表配合完成，如TEDS000。图9—17显示了安装有TEDS000的家庭通过互联网查看自己家中设备耗电情况的流程。整个系统由能量消耗监测模块、能耗查询终端、用户智能终端(手机，PC)、家庭网络、Google Power Meter服务器组成，其中能耗监测模块是系统中最重要的部分，负责监测与其串联的电器设备的实时能耗情况。能耗监测模块通过家庭网络与无线路由器相连，每隔10min将家电的实时能耗情况传送到Google PowerMeter服务器，界面如图9—18所示。用户可以随时通过手机客户端软件或者Pc客户端软件访问Google提供的
图 Power Meter 系统组成示意图 图 Google Power Meter 用户界面
服务器，查看家庭的能耗情况。用户还可以配备一个无线终端，通过ZigBee协议与能耗监测模块通信，了解到更加及时的家庭能耗情况。
基于Power Meter软件，用户不仅可以查看家庭实时和历史的耗电情况，还能够查看到自己家庭与其他家庭的电量消耗对比。用户可以得到一个对自家在过去一段时间内用电变化情况的统计分析结果，为节能方案设计决定提供有效依据。通过在家中部署了多个能耗监测
模块，用户还可以对家中电能消耗的情况做出更加细致的判断，了解到家中各类电器的电能
消耗特点，避免不恰当使用电器造成的电能浪费。如长期开启的热水器或饮水机可能会消耗
大量电能，当部署Power Meter后，人们会更加清楚地认识到电能浪费程度，从而采取补救
措施，改变开关习惯，达到节省电能的目的。
此外，许多其他公司也开始瞄准家庭节能服务领域。微软公司开发了一个类似的家庭能
源管理服务Microsoft Hohm，用户只需登录Microsoft Hohm网站完成注册并填写家庭能源信息，Hohm的内置模型就可根据家庭能源结构出具针对性的节能及省钱建议。Intel开发了
“智能住宅能源管理系统”，利用密集部署的电能传感器获取数据，并基于“测量一推理一控制一驱动”的系统框架，对建筑物内的载荷与配电实施闭环控制，进行均衡的发电与用电，以节约用电，并抚平用电需求可能出现的剧烈波动。
与美国的独户式居住格局不同，我国的城市居住格局通常是“单元楼+小区”的模式，
因此在智能抄表系统的设计上，更多的是采用小区总线与通信网络相结合的模式，这样可以
降低系统布设成本，节省无线通信带宽资源，也更加便于管理。图9—19是国内某公司设计
的智能抄表系统框架。
图 基于集中式GPRS的智能抄表系统
在该系统中，居民小区的所有电表需要通过电表集中器统一访问网络。居民用户的用电数据由复费率电表通过RS485总线传到单元楼中的电表集中器，电表集中器通过短距离无线访问协议连接到小区的GPRS传输终端上，电表数据经过协议封装后将被发送到通信运营商的GPRS数据网络，并通过GPRS数据网络将数据传送至配电数据中心，实现电表数据和数据中心系统的实时在线连接。居民用户也可以通过配电数据中心的网站平台实时查看自己家中的能耗情况。
2．智能供暖
在家庭能量消耗中，除去各类家用电器的电能消耗，用于家庭供暖的热能消耗也是家庭能耗的重要组成部分。近年来，我国城市的集中供热发展迅速，全国近300个城市已有集中供热设施，北方地区集中供热普及率为29．08％。但是我国当前的集中供暖系统还存在着许多弊端：首先，供暖管道的开关不受用户控制，在住户外出时供暖照常进行，造成大量热能的浪费；其次，供暖温度不受用户控制，如果供暖温度过高，住户只好开窗调节室温；第三，取暖费收取不合理，各住户所消耗的热量不等，但收取供暖费标准一般按住房面积收取。
智能供暖系统能够根据当前家居环境自动调节供暖系统的供热强度。图9—20是一个典型的智能供暖系统结构图，系统由温度监测系统、供暖调节装置和流量监测装置组成。在温度监测系统中，温度传感器一般散布在房间内部，获取房间的平均温度。供暖调节装置会根
据房间内的实际温度和设定温度自动调节供暖阀门的大小，控制热水流量。流量监测装置能
够采集供暖热水的流量，作为家庭供暖收费的依据。此外，智能供暖系统还可以引入一些智
能化模块实现更多的功能，如引入住户状态识别模块，当住户在家与不在家时选择开关供暖
阀门。
图 智能供暖系统结构图
12.4.3智能照明
智能照明设计目标
采用智能照明控制系统后，可使照明系统全自动运行，系统将按照预先设置切换到若干不同的基本工作状态，如“白天”、“晚上”、“周末”、“清洁”等，根据预设的时间自动地在各种工作状态之间进行转换。此外，对于高档办公楼的大厅、会议室等场所，则可以根据一天的不同时间、不同用途精心地进行灯光的场景预设置，使用时只需调用预先设置好的最佳灯光场景，就可使人们产生很好的视觉效果。
在大楼办公室，配备可调光电子镇流器的13光灯在智能照明控制系统下与传统的日光
灯照明系统相比具有显著的优势：因为配有传统镇流器的日光灯会以100Hz频率闪动，这
种频闪使工作人员头晕，眼睛疲劳，降低了工作效率。而可调光电子镇流器在工作时需要很高频率(40～70kHz)，不仅克服了频闪，而且消除了由于使用启辉器而造成启动灯时亮度的不稳定，改善了办公环境，提高了工作效率，这一点也给管理者带来了巨大的经济回报。
一般照明设计在对新的办公用房进行照明设计时，由于考虑到照度衰减，设计的照度
通常比要求的要高。而这样设计的结果就是新房间照度偏高，使办公用房使用期照度不一致，而且照度偏高也会造成不必要的能源浪费。在智能照明控制系统下，由于可以进行智能调光，尽管照度还是偏高设计，但系统将会按照预先设置的标准亮度使办公室在使用期内保持恒定照度，而不受灯具效率降低和墙面反射系数衰减的影响。
现代办公建筑的节能和降低运行费用是受人们关注的重要课题。按照国际标准，办公室的最佳光照度应为4001x，智能照明控制系统能利用智能优感器感应室外光线，自动调节光照度，以达到节能效果，同时也可采用时钟管理器对照明进行定时控制。
灯具遭受损坏的致命原因是电网过电压，灯具的工作电压越高，其寿命就越低，所以
适当降低灯具工作电压是延长灯具寿命的有效途径。
智能照明控制系统能成功地抑制电网的冲击电压和浪涌电压，使灯具不会因为上述原因而过早损坏。同时，还可以通过系统人为地确定电压限制，提高灯具寿命，这样不仅节省了大量灯具，而且大大减少了更换灯具的工作时间，有效地降低了照明系统的运行费用。
智能照明控制系统组成
智能照明控制系统具有和传统跷板开关一样的控制功能、调光功能，而且有自动探测
设备能感测如人体运动和周围环境照度等，自动控制灯的开关及调光，还可以与其他的自
控系统集成，实现相互控制。智能照明控制系统分为硬件和软件两大部分，其中硬件主要
由输入单元、输出单元、系统单元三部分组成，软件则由编程软件、监控软件、时控软件
组成，硬件通过总线系统连接成网络，由软件实现远程自动控制。
输入单元将外界控制信号转变为系统信号在总线上传播，一般输人单元包括线式开关、场景控制器、遥控设备、红外及亮度优感器等。
输出单元接收总线上信号，控制相应回路输出，实现对负载进行控制。一般由继电
器、调光器、模拟单元等组成。
系统单元由电源供应单元、Pc接口等组成。系统单元通过对各个输入、输出单元及计算机调制解调器的连接实现网络化连接，为集中及远程控制创造了条件。
编程软件通过与网络中PC接口相连的计算机随时修改系统的控制要求，是智能照明
控制系统的大脑。
监控软件通过可视化界面，预先制定控制方案或临时对大楼内灯具进行开关、调光等
控制，是控制系统的执行者。
时空软件可实现灯光按规律点亮或熄灭。
我们在进行设计之初应该将建筑按功能的不同进行分区，不同的区域对照明及控制的要求是不一样的。一般的办公建筑基本可以分为办公区、功能区、辅助区及室外照明等功能区域。
现代办公楼内普通办公区均以敞开式大空间为主，办公面积大，可以将整个办公区分成若干个独立的照明区域，采用网络开关根据需要开启相应区域的照明，由于出入口多，可实现办公区内多点控制，方便了使用人员操作。在每个出入口都可以开启和关闭整个办公区的所有灯，这样可根据需要方便就近地控制办公区的灯，同时可以根据时间进行控制，如平时晚8点自动关灯，如果有人加班，则可以切换为手动开关灯。
高级办公区一般都会进行个性化装修，而且灯具多，组合形式多样，可以通过多种控制方式对照明进行控制，这其中包括场景控制、遥控、调光控制等。可以在不同的环境，要求开启不同的灯具组合并进行调光等操作，如办公、会客、休闲，而这些都可以通过编程进行预设置，使用时只通过单键操作即可。
作为功能区的会议室、多功能厅等场所是办公楼的一个重要组成部分，通过场景设置可以将其设定为会议报告状态、多媒体会议状态、娱乐休息状态、清扫状态等，真正使多功能场所在照明上实现多功能化。
作为辅助区的大厅、走廊、楼梯间、洗手间等场所，因为使用比较频繁、时间性强，一般以时间控制为主并结合安装红外感应器等方式以达到节约能源的目的。
大厅是进入办公楼的必经之路，使用时间段相对集中，如上下班时间，可以开启全部回路的灯光，方便人员进出，营造明亮洁净的气氛；人员进出较少时段可只打开部分回路灯光。此区域控制集中在管理室，可由就地控制、计算机控制、时间定时控制进行操作。
走廊作为各办公室空间的联络通道，照明也至关重要，我们主要采用自动控制方法。正常工作时间全开，非工作时间改为减光照明，如可只用1／3，节假13无人时可以只亮少许灯，同时在各出入口装设手动控制开关，可根据需要手动控制。
楼梯间在现代办公建筑中，尤其是高层建筑中已不作为主要通道而只作为辅助通道及应急疏散通道使用，所以控制方式以红外感应延时开关为主。人来开灯，人离开后延时关闭，这样可以大大地节约能源，而在火灾报警确认后，应急点亮楼梯间照明作为疏散照明，有利于人员疏散。
现代建筑中洗手问已显得越来越重要，是体现办公环境的重要环节。但这种地方也存在管理的盲区，普通管理方式下这里的灯经常成为长明灯，比较浪费。而智能化设计中采用红外感应进行控制，人来开灯，人走延时关闭或采用传统方式与时间控制相结合的方式，在平时由传统方式控制，晚间无人后通过定时将回路断开以节约能源。
由于现代大多数办公建筑均将停车场设在地下层内，地下室无自然采光，这就要求车场内有一部分照明需要常明，而办公建筑停车场忙闲时间又非常的明显和集中，这样我们就可以采用时间定时控制方式，可分为忙时照明、闲时照明、维持照明，忙闲分明，大大节约了能源。
泛光照明是建筑的一个闪光点，是凸显建筑特点的重要手段，但同时也是耗电的大户，如何扮靓建筑又减少不必要的浪费就显得尤为重要。我们在智能化系统中可主要通过日期设置及时间设置完成这个任务。在主控计算机上，对开启／关闭时间进行设定，如晚上6点开启整个泛光照明灯，10点关闭部分灯，12点以后只保留很少的灯或全部关闭，当然，还要根据一年四季昼夜长短的变化和节假日进行相应的调整。
智能照明控制系统可以很容易地通过开放通信协议利用网络连接到楼宇管理系统中而成为其子系统，尤其要强调的是智能照明控制系统管理着所有照明，其中也包括火灾应急照明。智能照明控制系统硬件设备上均设计有消防联动接口，火灾时可强行点亮应急照明以达到消防要求。
今后，智能照明控制系统必将朝着智能化、小型化、标准化的方向发展。网络系统更加优化，功能更加完善，扩展更加便捷，保护更加可靠，节能更加可观，其大面积的应用也将成为必然。
智能照明系统的实现
ZigBee是一种在无线个人网络领域中新兴的无线网络技术。电子与电气工程师协会IEEE于2000年年底成立了802．15．4工作组，规定了ZigBee的物理层和媒体接人控制层。
2001年8月成立了ZigBee联盟，负责ZigBee规范的制定和应用推广工作，2004年12月推出ZigBee规范的正式版本ZigBee SpecificationVl．0。目前，ZigBee标准在ZigBee联盟的推
动下正日趋增强和完善，其实际工程应用正日益普及。世界各大半导体巨头TI、FreeScale和Ember等各自推出了符合ZigBee标准的芯片及协议栈。其中rI‘I公司的CC2430加z—Stack协议栈是业内公认的最佳解决方案。
无线智能照明系统的网络节点分为协调器、路由器和终端节点三种。
协调器节点带有键盘，用来设置整个系统的参数和发送控制命令，128×64汉字图形点阵液晶模块用于显示网络状态信息。微控制器输出开关量直接完成对照明灯的开关控制，微控制器输出数字量经过8位数／模转换器后，可以实现对照明灯的256级调光控制。
另外协调器节点还带有震动感测器和亮度感测器，用于感测现场的震动信息和亮度信息。当震动感测器测得震动较弱，即认为现场人员已经离开，此时可以自动关掉照明灯或者调暗亮度。当亮度感测器测得光线太亮，如晴朗的白天，即可自动调低亮度，当亮度感测器测得光线太暗，如夜晚或者阴雨的白天，即可调高亮度。系统只需在一个节点上集成震动感测器和亮度感测器，即可通过ZigBee网络向各个灯节点传输控制信息，实现对整个照明系统的智能控制，成本低廉。当然也可以将震动感测器和亮度感测器做成一个单独的ZigBee网络节点，用于感测现场不同位置的震动信息和亮度信息。
软件设计基于，rI公司推出的与CC2430芯片配套的Z—Stack协议栈和IAR集成开发环境。针对ZigBee在家庭网络方面的应用，ZigBee Alliance制定专门的应用框架，即ZigBee
Home Automation Public Application Profile。所谓Profile是对逻辑设备及其接口的描集合，是针对某个特定应用的公约和准则，其目的是使不同厂家按照同一个Profile设计的产品之间可以相互操作、相互替换。ZigBee Home Automation Public Application Profile规定了智能家居中的照明设备、采暖通风空调设备、自动窗帘和报警装置的设计规范。本节的无线智能照明系统就是在这个Profile的基础上实现的。Z—Stack提供了丰富的函数调用接口。
在每盏灯中都集成有ZigBee模块，其中协调器节点是必需的。在其他地方，根据是否需要路由功能，可以配置为路由器或者终端节点。因为协调器节点和路由器节点具有路由功能，协议栈容量较大，所需的FLASH空间较大，芯片的成本也较高，因此只把需要给其他节点路由转发数据包的节点配置为路由器节点，其他节点则都配置为终端节点，以降低成本。室内所有的照明灯组成一个ZigBee网络，由协调器完成对所有照明灯的控制。可以对网络中的照明灯单个分别进行控制，也可以把所有的照明灯作为一个整体，进行同时控制；实现了对照明灯的简单开关控制和256级的调光控制；既可以设置成手动控制模式，也可以设置成自动控制模式，由协调器根据亮度感测器和震动感测器返回的亮度信息和震动信息，自动发送控制命令，完成对所有照明灯的控制。系统设计成本低廉，可靠性高、响应速度快、智能化程度高，是不断发展的电子信息技术在照明领域中的应用，必将带来照明技术的革新。
12.4..4家庭安防
对老百姓而言，家庭成员人身安全和家庭财产安全是至关重要的。对于家叶，厨房、卫生间的可燃气体生泄漏，家中有陌牛人二作法进入盗走财产，都是令人十分不快的事情。电子安防发备凭其敏锐的“警觉”，在第。时间产生反应，或发出高分贝的警笛声音，来恐吓非法闯入者或同时拨打你的手机告知你家中有情况，让你能及时地去加以处理，从这个角度看问题，安防设备应该列入家庭装修计划。
1．燃气报警器
燃气就是可燃气体，常见的燃气包括液化石油气、人工煤气和天然气。任何家庭都有燃气泄漏的可能，其中冒锅、风吹灭、总阀未关严为泄漏的主因。燃气由于各种原因泄漏且当燃气浓度超过一定程度时，遇火种(打火机、电器开关或静电等)就可能发生爆炸。
燃气报警器的核心是气敏传感器，俗称“电子鼻”。当它“闻”到燃气时，传感器就会发出声光报警信号，提醒人们注意安全。老话讲“安全第一”、“不怕一万，就怕万一”，特别对于有老人的家庭，厨房配置燃气报警器是必要的。由于燃气有不同的种类，所以报警器也有不同的种类，购买时应仔细阅读产品说明书，并要按说明书的要求装在恰当的位置。
燃气报警器的实物如图2—7—1所示。
图 报警器
一般家用燃气报警器技术参数如F。
①电压选择：AC 220V。
②报警浓度：可燃气体，液化气0．1％～O．5％、天然7t 0．1％～1％、城市煤气(H2)0．1％～0．5％： 一氧化碳，1％。～0．4％o。
③工作环境：湿度≤97％RH，湿度：一1 5℃～+50。C。
2．红外人体感应声光报警器
红外人体感J晒言光报警器，俗称电子狗，je实物如图2．7所示。
图 红外人体感应声光报警器
将红外线人体感应声光报警器(电予狗)隐蔽地安装在家庭的要道上，人在离开时用无线遥控器按下设防开关，电子狗开始上班警戒。若家中处于无人状态，电了狗默默无闻。如果有盗贼进入该环境被电子狗监视发现，电子狗立即发出报警信号并亮灯，倘若盗贼受吓逃离该环境电子狗会自动停止报警熄灯。待主人回家后，可按下遥控器切断开关撤防，使用起来十分方便。
还有一种电子狗，他能随机播放恶犬的喘息声，如图 所示。
图 随机狗叫电子狗
当它的探测器发现有人靠近以后，会开始发卅声音，几秒钟以后，它会开灯，同时会模仿住户训斥狗的声音，造成屋内有人的假象。
3．门磁
在家庭安防设备中，门磁是用来探测门、窗、抽屉灯是否被非法打丌或移动的，其实物如图2．7．4所示。
图 无线门磁
无线门磁由无线发射模块和磁块两部分组成。在无线发射模块内有两处装有一个“干簧管”的元器件，当磁铁与干簧管的距离保持在1．5cm内时，干簧管内部触点处于接通状态，一旦磁体与干簧管分离的距离超过1．5cm时，干簧管内部触点就会断开，干簧管及其工作原理示意如图2—7．5所示。门磁可以装在门、抽屉、保险柜和窗户灯防范位置，如图2—7—6所示。
一般小偷入户盗窃的主要途径是门和窗。不论歹徒是用何种方法进入，他都必须推开门窗。例如，盗贼推开门，门与门框必将产生移位，门磁与磁体也同时产生位移，此时干簧管内部
触点闭合，主机鸣响报警同时令主机拨打预设的几组电话报警。
4．门铃
门铃的功能类似敲门，是为了便于客人对房主的访问而设计的。现在门铃已在千家万户中广泛应用。
(1)有线线门铃
有线门铃实物如图2—7．7所示。有线门铃分为两个部分，B部分为～个按钮开关，装在门外；A部分为一发声设备，安装在室内。A和B之问由导线连接。买回门铃后，将门铃后阿的电池盖打丌，装入2节7号电池，安装到适当位置。挂壁或用双面胶粘贴，电池通
常使用1年。按下按键时，门铃发出叮咚声或音乐声。
图 干簧管及其工作原理
图 门磁安装图
图 有线门铃
(2)无线门铃
无线门铃的作用与有线门铃一样，但门外与门内的设备是通过无线电连接的，发射部分安装在房门外，’一般的安装高度为1．2～1．7m。可以直接装在住户的门l：或旁边的墙上。接收部分要插在屋内的任意电源插座上，最好是在墙上的插座。无线门铃的实物如图2—7—8所示。
图 无线门铃
(3)无线可视对讲门铃
无线可视对讲门铃是一种安防类高科技产品，无需布线，室内机和窀外机可相互对讲通话，室内机可随时监控室外，室内机可开门锁。其抗干扰能力强，画面音质清晰，集无线门铃、可视对讲、遥控开门于一体，克服了传统无线门铃不能通话的缺陷，也避免了有线门铃需要施工布线的麻烦，是传统门铃的升级换代产品。无线可视对讲门铃的实物如图2—7—9所示。
图 无线可视对讲门铃
(4)楼宇对讲系统
楼宇对讲系统是保障居住安全的重要措施，足老百姓居家生活的“守护一神”。楼宇对讲
系统是由家属楼各单元口安装防盗门、楼宇出入口的对讲主机、电控锁及用户家中的可视对讲分机几部分所组成，可实现访客与住户对讲，住户可遥控开启防盗门，各单元访客再通
过按房间号呼叫住户，经同意后方可进入楼内。同时，若住户在家有意外发生，可通过该系统的报警按钮通知社区以得到及时地帮助。用户对讲机如图 所示。
图 用户对讲分机
选购楼宇对讲系统应该根据不同的住宅结构、小区分布和功能要求来选择，一般都是集体行为，但需提醒的是，楼宇对讲系统统为布线系统，室内需工程布线，这一点应引起注意。
5．烟雾报警器 ．
烟雾报警器，又称烟雾传感器，其实物如图2．7—1 1所示。烟雾传感器由感应传感器和扬声器两部分组成，当传感器检测到空气中的烟雾达到。定的浓度时，会立即发出刺耳的报
警信号，及时提醒人们注意安全。
图 烟雾报警器
6．换气扇
换气扇又称排气扇，由电动机带动风叶旋转，使室内外空气进行交换。换气扇广泛用于家庭厨房，换气扇-一般有单向和双向两种。单向的可有效排出室内各种有害气体；双向的不仅能排除气体，还能抽进新鲜空气，其实物如图2—7一12、图2．7—13所示。
图 单向排气扇 图 双向排气扇
换气扇只能把室外空气引入室内，夏天和冬天使用换气扇，就会给空调降温或室内采暖带来一定的影响，鉴于一般换气扇的不足，人们研发了新风换气机。
新风换气机采用双向换气，把室外新鲜空气送入室内的同时，也把室内污浊的空气排向室外。送入室内的新风经过空气过滤器过滤，净化了引入的空气。为了不因双向换气而造成室内温度有较大的波动，新风交换机内没置了空气热交换器，令出气和进气交换温度，以达到既通风换气又维持室内温度基本稳定的效果。
新风换气机是根据在密闭的室内一侧送风，另一侧引风，则在室内会形成“新风流动场”的原理进行设计的。新风换气机是一种高品质的、有利于健康的家庭电器。新风换气机实物如图2—7—14所示。
图 新风换气机
7．玻璃破碎探测器
玻璃破碎探测器安装在家庭窗户和玻璃门附近的墙上或火花板上。当窗户或阳台门的玻璃被打破时，玻璃破碎探测器探测至0玻璃破碎的声音后即将探测到的信号传递给报警控制器进行报警。
探测器产品能确认玻璃破碎时所产生的独特声音，同时附带灵敏度调节功能以避免干扰误报，具体的调整方法见产品说明书。几种玻璃破碎探测器实物如图2—7一15所示。
图 玻璃破碎探测器
8．电动窗帘
使用电动窗帘是现代家庭的一种象征。是否使用电动窗帘主要取决于家庭窗户的大小及其个人的需求。例如，你家窗户高度3m，宽5m以上，此时使用传统窗帘，手动拉帘显然费力。若使用电动窗帘，只要遥控器轻轻一按，窗帘就会按照你的意愿徐徐开闭，非常符合现代家庭的时尚。
选购电动窗帘学问很多，外行很难把握，但应对窗帘的控制方式有一基本的了解，同时应特别关注产品的售后服务。电动窗帘的控制方式主要有两种。
(1)定时控制
定时控制即在主控制器上设置好开关时间，窗帘定时开闭，若需随时拉开或关闭，只需使用遥控器，轻轻按一下“打开”或者“关闭”按键即可。
(2)半自动手控
住你需要打开或关闭窗帘的时候，只需按一下遥控器“正转”或“反转”按键即可，窗
帘到位自动停止。
另外，电动窗帘还具有“天黑关闭，天亮打开”智能管理的控制模式，对于一般老百姓
意义不大。几种电动窗帘实物如图2—7一16所示。
图 电动窗帘
第12章 智能家居