智能家居系统方案

 

 

 

 

说明：

本例对一套三室一厅的住房做了一个智能设计供大家参考

 

一、概述

本例描绘了智能家居给用户带来的全新生活体验，并通过对子系统的详尽介绍，使客户可以更深入了解智能家居的组成和功能。

作为示例的样板是一套三室一厅的住房，如图 1所示。

图 1 示范样板住宅平面图

住宅由以下部分组成：

n 玄关（即房子的入口）；

n 餐厅；

n 厨房；

n 客厅；

n 主人卧室；

n 衣帽间；

n 主人浴室；

n 儿童房；

n 客人卧室；

n 卫生间；

n 过道；

n 阳台；

 

 

 

二、各子系统的组成和功能

根据样板间的情况，我们设计了以下的智能化子系统：

 1.照明控制系统：提供灯光的调光、场景网络化控制；

 2.家居安防系统：通过各种传感器与安防模式，实现防盗、防灾与求助；

 3.电器控制系统：包括红外家电控制、连接网络家电等功能；

 4.室内无线遥控：通过无线射频、红外遥控等手段，对全家设备进行遥控。

 5.环境控制系统：对窗帘、通风设备、采暖设备、空调器等进行统一管理；

 6.日程管理系统：可在不同的时刻，让各子系统发出动作或者执行场景

 7.电话远程控制：通过电话、手机，甚至短信，随时随地控制家中设备；

 8.互联网远程监控：经由网页浏览器，就可以远程控制家庭设备；

 9.网络视频监控：通过浏览器，在办公室就可以看到家中的情景；

这些子系统是从功能的角度进行划分的，实际上它们是一个整体，某些模块可能同时在几个子系统中同时发挥作用；而且各个子系统之间也可以建立非常紧密的相互关联。

 

3.1 照明控制子系统

3.1.1 设计导向

如果说建筑是凝固的音乐，那么完美的灯饰则是这首乐曲上绝妙的音符。在科技发达、物质富庶的今天，灯具已不单纯是实现室内基本照明的工具，而且是建筑装饰的一种实用艺术品，是照明技术与建筑艺术的统一体。完善的灯饰集装饰、照明节能于一身，尽力达到完美与和谐的统一，充分利用明与暗的搭配，光与影的组合以及光的变化与分布来创造各种视觉环境，以加强室内空间效果的气氛。

您也许已经注意到照明艺术对于装修一套新居是多么的重要，因此，精心选择了各种别致的吊灯、落地灯、台灯和壁灯来装点您的生活。它们的确能为您带来令人赏心悦目的格调。不过，您也许也会注意到：当家里有各式各样的灯具之后，如何将它们精心地搭配在一起，并且达到最适合气氛的效果可就成了件麻烦的事情。例如，不同的场合，不同的心情，需要有不同的灯光组合来与之相配合，让这些灯光呈现出可变化的场景。可是，忙碌了一天，舒服地躺在沙发上的您可不想再起身，逐一手动调节每一个调光开关来获得理想的效果吧？再如，在您看电视的时候，很可能因为走过去开关灯，而错过了精彩的射门镜头。或者，冬夜里躺到床上才发现洗手间的灯还没有关上，只好爬起来把它关上——真够麻烦的呀。所有的这些都表明，你需要有一套灯光控制系统来帮助你。

 

3.1.2 系统特性

智能灯光系统提供了以下特性：

 丰富的控制方式：

n          轻触式弱电开关：可以按照平常的习惯直接控制本地的灯光；根据您的需求，开关可以任意设定所需控制对象，比如门厅的按钮可以用来关闭所有的灯光；这样，当您离家时，轻轻一按即可关闭所有灯光，既节能，安全，又非常方便。

n          红外、无线遥控：在任一个房间，用红外手持遥控器控制所有联网灯具（无论灯具是否处在本房间内）的开关状态和调光状态；您不需要进入房间后在开灯，在您进入任一间居室前您就可以用遥控器打开灯光，从此您再也不用在黑暗中寻找灯的开关了；

n          电话远程控制：通过任何一部普通电话或手机，实现对灯光或场景的远程控制。此功能可以用在晚归前模拟主人在家的灯光状况，以迷惑可能的窃贼；

n          计算机/互联网控制：通过本地计算机或者INTERNET 上的一台计算机，可以远程控制灯光状态；

n          时间场景控制：通过日程管理模块，可以对灯光的定时开闭进行定义。例如，在每天早晨7:00，将卧室的灯光缓缓开启到一个合适亮度；在深夜，自动关闭全部的灯光照明。

 

n          您可以通过计算机或者遥控器来设计一种灯光场景，随后，就可以通过遥控器上的场景按键，方便地在各种场景间切换。

n          最多可以定义32 种不同的场景，每种场景您可以根据需要控制任意的灯光开闭、亮度，甚至其他电器设备的工作状态（例如，打开电视机并切换频道）；

 

 良好的调光效果：

n          采用了微处理器，通过程序实现精确控制光照的变化；

n          可以设定亮度渐变的速率，在1 秒钟直至3 分钟可以任意调节，提供更丰富的现场光照变换效果；

n          采用先进的过零触发调压技术，极大降低调光电路对电网的干扰； 与其他系统的紧密结合：

n          可以方便的把您的灯光系统与其他设备相关联，响应其他节点发出的信号；例如当您在客厅打开电视时，客厅灯光自动变暗，其余灯光全部关闭等等；

n          灯光可以设置为由某一个光照传感器来辅助完成光照度自动调整；灯光系统可以根据亮度自己调整状态——当天空变暗时，居室内的灯光自动打开等等；可以与人体探测传感器相连，当您经过时灯光自动打开；

 

 

3.2 家居安防系统

3.2.1 设计导向

现代的住宅已经越来越注重安全因素。一套完整的安防系统应包括以下方面：

 外来侵入的警戒

n          主人外出模式

n          主人在家模式（活动情况/睡眠情况）

 内部隐患的警戒

n          灾情检测

n          紧急呼救

安防系统的设计是相当复杂的，也包括以下子系统：

 室内安防系统

 周边防盗系统

 对讲系统

 闭路监控系统

 巡更系统

 

3.2.2 系统特性

在住宅内适当的位置配置一些传感器：包括双鉴移动探测器、玻璃破碎探测器、声音探测器、门磁开关等，可以设定当这些传感器处在某种状态时，执行一系列的动作，例如，当家中有非法闯入时，通过智能电话控制器进行远程报警、通过灯光控制单元将灯光打开⋯ .

和传统安防产品相比，具有下面的特点：

1. 安防系统和整个家庭网络紧密整合，可以通过安防系统中的报警触发家庭网络中的任何一个设备的动作或状态；

2. 报警信息可以根据需要，拨打用户手机，进行语音提示；

3. 可以通过智能家居系统的一些面板、遥控器进行布防、撤防，例如，在门口旁边的按键面板定义了“离家”场景，此场景包含一条“布防”的动作，这样，用户在出门时，只需要按一下离家按钮，就在关掉照明系统的同时也启动了安防系统。

安防适配器的工作原理如下：

图 2 安防适配器的工作原理

假设安防主机在产生报警时，会产生1～2 个开关量类型的报警信息（可以分别代表某个区域发生警情），将这几个开关量信息接入到我们设计的安防适配器中，就可以把报警传递到总线上从而实现联动。

通过总线上的其他设备，也可以把布撤防指令发送给安防主机，实现网络化的布撤防操作。

 

3.3 电器/环境控制子系统

3.3.1 设计导向

现代的家庭中往往拥有众多的家用电器，大致地可以分类如下：

1. 电声：收音机、录音机、电唱机、扩音机、组合音响、CD 机等；

2. 视频：电视机、录像机、摄像机、VCD、DVD、卫星接收机、投影仪等；

3. 环境：空调机、电风扇、加湿器、除湿机、加温机、空气净化器、负离子发生器、电动窗帘等；

4. 取暖：空间加热器、板式加热器、远红外电取暖器等；

5. 制冷：电冰箱、冷冻箱、冷饮机、制冰机等；

6. 厨房：电饭锅、电烤箱、微波炉、电磁灶、饮水机、咖啡壶等；

7. 清洁：洗衣机、吸尘器、淋浴器等；

8. 娱乐：电子玩具、电子游戏机、电子乐器等；

显然，以上各类电器的控制方式至少可以是电源通断的控制，例如，打开或关闭一套音响、一台空调；但是，怎样能让音响播放音乐，或者让空调调节温度呢? 假如对传统电器设备的电路进行改造，增加处理网络控制的电路单元，显然可以解决这样的问题。但用户往往已经购买了像电视机、空调这样一些传统家用电器。为了具备网络化的特性，用户将不得不重新投资购买新型网络家电，或者改造每件电器的电路结构——这对实现全面的家庭智能化形成很大的障碍。

实际上，有很多电器设备都具备全功能红外遥控的功能。因此，在不对家电做任何改动的前提下，通过红外遥控（ Infrared Remote Control）信息将其重现，从而达到控制各种具备遥控功能电器的目的。通过红外控制技术和电源控制相结合，就可以较为完整地控制更多的电器设备。家中的电动窗帘也可以通过红外收发模块实现网络化控制。

 

3.3.2 系统特性

家电控制系统提供了以下功能：

1. 家用电器红外遥控：

这个系统可以学习几乎所有类型的家用电器的红外遥控器的控制键，并能模拟红外遥控器的按键对设备进行控制，使用户可将多个家用电器的红外遥控器的功能集中到本系统中来，通过一个遥控器进行控制，把您从不断的更换遥控器的烦恼中解脱出来，方便了您的生活。即使不在同一个房间，您仍然可以遥控某一电器的工作状态。举个例子，为了避免您的孩子过多沉溺于电视，您可以随时控制电视的开关。

2. 家用电器启停控制：

家中有很多电器设备需要根据时间、环境而变化。例如，主人在家时，背景音乐系统应该启动，而在娱乐时间或者深夜却应关闭；中央空调只应在主人在家或被远程控制时启动；窗户打开时，不建议启动空调⋯⋯这些细节原来基本需要主人亲自管理，而在自动化系统中，将由一整套逻辑体系来适时调整。这不仅带来

更多的便利，也会给主人节省能源方面的消耗。举个例子，很多家庭都配备了使用纯净水的饮水机，具有自动加热功能。而在离家后，饮水机就无需频繁加热了。以一个普通的500W 饮水机为例，每天可能有8 小时的外出时间无需加热，其中假设有2 个小时由于水温自然降低而自动进入加热状态，那么每天将至少浪费1 度电。除去能源的消耗不说，对饮用水的频繁冷却和加热将降低水的质量。可见，对于类似饮水机的家用设备，增加自动的电源控制就很有必要了。

3. 各种设备之间的协同工作：

通过系统控制家电，可以提供更丰富的关联功能。例如，当您准备看电视时，客厅灯光自动调到您喜欢的亮度（通过调光控制模块实现）、窗帘自动拉上（通过窗帘控制模块实现）、电视机打开并调整到最喜欢的频道。再如，当有电话打入时，通过该系统将电视机的声音自动调小。当你家中有客人时，灯光自动调亮，增添喜悦的气氛，音响自动播出欢快的乐曲等等。

 

 

3.4 远程控制子系统

3.4.1 设计导向

不妨先来看看这样的场景：您有急事突然要出门，但是却忘了把电熨斗的电源切断。等到回想起的时候，为了不耽误手头的工作，您用手机拨打了家中的电话，发出指令将电熨斗电源关闭，避免了潜在的危险。

或者，外出时下起了雨，为了防止雨点飘入房间，您通过电话将家中百叶窗关闭；

再比如：炎热的夏天，为了能一回家就享受到清爽宜人的环境，您在办公室中通过INTERNET 登录到家中的家庭网关上，通过浏览器启动了空调和通风设备，并拉开窗帘。

还可以看到一些更有意思的例子：晚上因故无法及时回家，担心家中无人而遭到“梁上君子”的光顾，您通过手机，启动了“娱乐”场景，虚拟出家中有人的情况：灯光打开，电视正在播放电视节目⋯⋯这样，小偷就要“三思而后行”了。

 

3.4.2 系统特性

家电网络化很重要的一步是提供家电的远程访问能力。通过易居特有的远程控制设备和软件，可提供如下的家电远程管理方式：

n          INTERNET：通过世界上任何一台上网设备的WWW 浏览器远程访问；

n          电话：利用任何一部普通电话或手机进行远程访问与控制；通过INTERNET 进行控制时，只需在住宅中的PC 机上安装一套ECHome软件，在任何能上网的地方，都可以通过IE 等WWW 浏览器，登录到家中的计算机上完成住宅设备的远程监控，界面非常直观，易于操作。并且，无需在上网处安装任何客户端程序。您可以在计算机的IE 浏览器上远程查看家中发生的情况，更可以通过PDA、手机来实现远程视频监控。

通过电话进行远程控制时，只需将一个控制模块串接到电话线和原有电话机之间，就可以在外通过普通电话或手机，拨通家中电话。在5 次振铃（可调整）后，该模块自动应答。如果用户输入了正确的密码，就可以进入远程监控模式。远程监控时，可以控制所有连接到家庭网络上的设备，例如，灯光系统每一盏灯光的亮度和开关、空调的启停和温度、通风设备的启动和关闭，甚至电视机的频道、音量等等；在通过电话控制时，可以选择32 种预设的场景，轻松完成对多个设备的远程操作。

在Web 方式的控制页面上，可以查询到家中的灯光的当前亮度值。对于控制电源的设备，可以了解到它们当前是接通还是断开。对于预设的一些传感器，如光照、温度、安防等等，可以远程查询以深入了解家中的实际状况。如可以查看家里热水器加热温度，运行时间、安全系统工作正常与否等。在不远的将来，远程控制功能将允许用户个人或用户授权厂家维修或售后服务部门对家中的电器进行远程控制，功能包括：设置开关机参数、运行参数等。

1 目前，运行微软Pocket PC 2002、WinCE 2.11、Smart Phone 或Windows Mobile 等操作系统的手机、PDA，

均可以通过内嵌的网页浏览器实现远程控制和网络视频监控。普通手机、或仅具有WAP 浏览器的手机可能

无法进行遥控和监控。

电话远程控制模块同样提供了远程报警的功能，紧急情况发生时，将自动拨打主人电话，进行语音提示。智能电话模块的安装需要一根电话线，线路连接方法和普通的MODEM 相同。智能电话模块不具备通话功能，因此，如果需要接打电话，用户仍需自配一部普通电话机。

 

3.5 日程管理子系统

我们来设想这样一组场景：早上7:00，卧室的灯光自动亮起，窗帘自动拉开，柔和的音乐自动响起⋯⋯深夜，所有不必要工作的设备将会自动关闭⋯⋯这样的场景和时间有着很大关系，易居开发的时间场景控制器正是为了这一类需求设计。

通过一个模块，用户可以在计算机上规划一系列的日程。

每一项日程安排包括：开始时刻（年、月、日、时、分、秒）、重复次数（1～250 次或永远）、重复执行的时间间隔（年、月、日、时、分、秒）；满足条件时所需执行的场景或动作。例如：设计一项日程：从2002 年1 月1 日07 时00 分00 秒开始，以“天“为时间间隔，永远重复地执行一个场景，该场景包含三个动作：开卧室灯光，拉开窗帘，利用红外遥控控制CD 机的播放；这样，每天清晨就可以看到前面所描绘的场景效果了。

每个时间场景控制器可支持32 项日程安排。时间场景控制器也提供了一个标准的网络时钟，网络上的每个模块都可以通过它获得当前的精确时间。它也将在每分钟进行广播，将当前的时间发布到网络上，每个模块可以接收这一广播，得到当前时间。

模块 位置 数量 备注

3.6 室内无线遥控

通过无线和红外两种遥控器，使用户在家庭中的任何一个位置都可以控制全家的设备。通过软件的配置，可以将遥控器上的按键功能自由定义，可以充分满足用户的复杂控制要求。

图 3 无线接入点和红外收发模块的安装位置

图 8 给出了无线接入点和红外收发模块的安装位置。

注意，考虑到无线距离的限制，无线接入点通常安装在整个房间的中间位置比较合适。但如果房间较大，可以安装两个以上的无线接入点。

红外收发模块除了接收遥控器信号之外，还可以对红外家电进行控制。

 

3.7 背景音乐子系统

目前在宾馆、写字楼、酒店、商场广泛使用的音响系统均为背景音乐系统，也就是我们常说的广播系统，音乐通过背景音乐扩音器（也称定压功放）对各音乐点放大输出。

随着人们对生活质量要求的日益提高，很多家庭也开始考虑安装背景音乐系统，将计算机、电视、CD、DVD、FM 等音源在每个房间的高保真播放，让家居生活更加惬意舒适。

背景音乐控制面板可以对音源进行选择，也可以控制本房间的背景音乐的音量。也可连入智能化网络，因此可以实现网络化控制、自动定时控制、手动遥控等等丰富的联动效果。它把背景音乐系统提升到了全新的层次，将给用户带来更愉快的体验。

 

3.8 视频监控与门禁控制子系统

在远程控制子系统一章中提到的网络化视频监控，可以让用户在Web 浏览器上就可以通过网页看到家中的情形。其原理是通过家中的计算机作为服务器，运行网络视频服务软件，实现视频信号的网络化远程传输：

用户还可以安装更复杂的视频系统，如图 10所示。

图 4 连接多个摄像头的情形

上图的视频系统可以让用户看到儿童房、客厅以及门外的视频图像。使用联网的网络浏览器，就可以选择上述区域的图像来查看。将门外的小型摄像头的信号接入到AV 端子，更可以在访客按下门铃的时候，系统自动切换到AV 模式，把用户的电视机切换到门外的画面，就可以决定是否为其开门了。尤其对于比较大的房子，如多层别墅、复式、跃层结构的房子，更不必起身就可以看到来访的客人。用户还可以在家中选装电控门锁，与传统的普通门锁相结合。在回家之后，可以不必锁上普通门锁，而仅仅让电控门锁起锁门作用。这样，您可以在家中任何一个地方通过遥控器来把门打开。例如，在客厅的沙发上，看到电视机上访客的画面后，不必起身就可以遥控开门。

常见的电控门锁的原理是：一个电磁锁，通电时将门锁紧；断电时将门断开。

因此，最简单地，您可以使用易居提供的电器开关执行器来实现对电磁门锁的通断控制，从而实现网络开关门。

为了实现更实用的功能，安装电控门锁、门禁读卡器、门禁控制器1，更可以实现用户刷卡或密码开门，如果使用易居提供的电器开关执行器与门禁控制器的开门触点相连接，就可以实现网络远程开门、遥控开门了。

图 5 门禁系统

 

3.9 无线局域网子系统

目前家庭内部使用计算机已经成为必需，很多家庭已经拥有两台以上的电脑。家庭内电脑的应用，已经从学习计算机知识和文字处理过渡到了信息获取。出于娱乐的需求，用户也希望将家里的计算机联成网，一家人可以共享互联网冲浪的快乐，或者一起玩玩网络对战的游戏。同时国内宽带服务越来越多，包括中国电信、蓝波万维、长城宽带等运营商已经在很多小区中部署实施了宽带网。很多家庭已经选择了使用宽带服务，但是也带来一些问题，在家中布线是最头疼的问题之一。家庭内只有一个 LAN 口，却有两台以上电脑需要上网，在已经装修好的房间内布线劳民伤财，而且笔记本电脑上网还需要连接一根网线，非常不方便。另外，一般宽带服务只给家庭提供一个IP 地址，多个电脑需要进行连接还得共享这一个IP。

在这种环境下，最理想的解决方法是选择一台无线局域网网关设备，覆盖家庭的全部面积。无线局域网家庭网关不但提供无线的连接，同时也承担了共享IP 的路由功能。

家中的计算机，只要安装无线局域网网卡，就可以通过AR 连接上Internet。这样家中的网络相当简洁方便，台式机安装 USB 接口的网卡，可以任意选择摆放的房间和位置，笔记本则可以在任何地方使用，比如在沙发上或者阳台上。

同样，用户的PDA 设备插上一块CF 接口的无线网卡，更摇身一变成为智能家居系统的遥控器，在PDA 上就可以轻松实现对全家设备的遥控和视频监控。

安装方法也很简单：根据房间的布局，在物理位置上居中的地方安装一台无线局域网的路由器，其他计算机上安装无线网卡，即可实现家庭的无线联网。

 

图 6 家庭无线局域网的解决方案