隨著20 世紀電氣技術(shù)、自動化技術(shù)的廣泛應(yīng)用,人們設(shè)想把這些技術(shù)用于改善居住環(huán)境,便誕生了智能家居的概念。1984年美國聯(lián)合科技公司將這一概念應(yīng)用于美國康乃迪克州哈特佛市的一座建筑,揭開了全世界爭相建造智能家居的序幕。此后,計算機技術(shù)、信息技術(shù)等新技術(shù)不斷融入智能家居,使其內(nèi)容發(fā)展的更為豐富。雖然智能家居經(jīng)過了多年的發(fā)展,但是發(fā)展至今仍沒有普及。究其原因,除了產(chǎn)品價格等方面因素外,關(guān)鍵原因是目前智能家居提供的服務(wù),還不是人們生活所必須的,是低于大眾購買期望的閾值。技術(shù)不完善是限制智能家居提供更多服務(wù)的重要因素,主要有:
(2)當(dāng)前智能家居的各子系統(tǒng),從自動化的角度來說更多的是執(zhí)行器。執(zhí)行器的智能化執(zhí)行,必須依靠對家庭的全面感知。感知設(shè)備的缺乏,嚴重影響了智能家居的智能化程度的提升,從而也就不能提供更多的服務(wù)。
(3)目前的智能家居系統(tǒng),自動執(zhí)行的大多是簡單的感知動作,缺乏對感知數(shù)據(jù)的進一步分析,缺乏人工智能的推理分析計算平臺是造成這一結(jié)果的重要原因。
近年來物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不斷進步、云計算技術(shù)逐步成熟,這些都為智能家居的發(fā)展提供新的契機。
智能家居系統(tǒng):
現(xiàn)階段,智能家居是指以住宅為平臺,利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動控制技術(shù)、音視頻技術(shù),將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成,構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日常事務(wù)的管理系統(tǒng),提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性,并實現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境。智能家居系統(tǒng)是實現(xiàn)智
能家居功能的設(shè)施,主要包含8 大子系統(tǒng):家居照明控制子系統(tǒng)、家庭安防子系統(tǒng)、家庭環(huán)境控制子系統(tǒng)、背景音樂子系統(tǒng)、家庭娛樂子系統(tǒng)、家庭能量管理(三表抄送)子系統(tǒng)、家庭自動化子系統(tǒng)和家庭信息處理子系統(tǒng)。
智能家居系統(tǒng)通常能提供以下服務(wù):
始終在線的網(wǎng)絡(luò)服務(wù),與互聯(lián)網(wǎng)隨時相連,為在家辦公提供了方便條件;
安全防范:智能安防可以實時監(jiān)控非法闖入、火災(zāi)、煤氣泄露、緊急呼救的發(fā)生。
一旦出現(xiàn)警情,系統(tǒng)會自動向中心發(fā)出報警信息,同時啟動相關(guān)電器進入應(yīng)急聯(lián)動狀態(tài),從而實現(xiàn)主動防范;
家電的智能控制和遠程控制,如對燈光照明進行場景設(shè)置和遠程控制、電器的自動控制和遠程控制等;
交互式智能控制:可以通過語音識別技術(shù)實現(xiàn)智能家電的聲控功能;通過各種主動式傳感器(如溫度、聲音、動作等)實現(xiàn)智能家居的主動性動作響應(yīng);
環(huán)境自動控制:如家庭中央空調(diào)系統(tǒng);
提供全方位家庭娛樂:如家庭影院系統(tǒng)和家庭中央背景音樂系統(tǒng);
現(xiàn)代化的廚衛(wèi)環(huán)境:主要指整體廚房和整體衛(wèi)。
家庭信息服務(wù):管理家庭信息及與小區(qū)物業(yè)管理公司聯(lián)系;
家庭理財服務(wù):通過網(wǎng)絡(luò)完成理財和消費服務(wù);
自動維護功能:智能信息家電可以通過服務(wù)器直接從制造商的服務(wù)網(wǎng)站上自動下載、更新驅(qū)動程序和診斷程序,實現(xiàn)智能化的故障自診斷、新功能自動擴展。
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)
物聯(lián)網(wǎng)是國際電信聯(lián)盟在2005 年信息社會峰會上提出的。國際電信聯(lián)盟認為:在物聯(lián)網(wǎng)時代,通過在各種各樣的日常用品上嵌入一種短距離的移動收發(fā)器,世界上所有的物體從輪胎到牙刷、從房屋到紙巾都可以通過因特網(wǎng)主動進行交換。從智能家居的角度,比較貼近的物聯(lián)網(wǎng)定義是:將無處不在的末端設(shè)備和設(shè)施,包括具備“內(nèi)在智能”的傳感器、移動終端、工業(yè)系統(tǒng)、樓控系統(tǒng)、家庭智能設(shè)施、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等,和“外在使能”的如貼上電子標簽的各種資產(chǎn)、攜帶無線終端的個人與車輛等“智能化物件或動物”或“智能塵埃”,通過各種無線/ 有線的長距離/短距離通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互聯(lián)互通,應(yīng)用大集成以及基于云計算的SaaS(Software-asa-service)營運等模式,提供安全可控乃至個性化的實時在線監(jiān)測、定位追溯、報警聯(lián)動、指揮調(diào)度、預(yù)案管理、遠程控制、安全防范、遠程維保、在線升級、統(tǒng)計報表、決策支持、領(lǐng)導(dǎo)桌面等管理和服務(wù)功能,實現(xiàn)對“萬物”的“高效、節(jié)能、安全、環(huán)保”的“管、控、營”一體化TaaS(Testing as a service)服務(wù)。無論怎么定義,物聯(lián)網(wǎng)首先是一個完備的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用體系。與計算機控制技術(shù)、現(xiàn)場總線技術(shù)、家庭自動化技術(shù)等相比較,物聯(lián)網(wǎng)更加強調(diào)的是與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、感知技術(shù)的有機融合,重點突出從物品信息交互,到云處理、到具體應(yīng)用的系統(tǒng)框架。
當(dāng)然,物聯(lián)網(wǎng)包括一些關(guān)鍵技術(shù)。
(1)RFID
這是對要監(jiān)控與管理的包羅萬象的“物”嵌入RFID 智能標簽,結(jié)合已有的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、中間件技術(shù)等,構(gòu)筑由大量聯(lián)網(wǎng)的讀寫器和無數(shù)移動的電子標簽組成的物聯(lián)網(wǎng)。這個體系除了RFID 技術(shù)外還包括條碼和二維碼等,主要用來標識物體。
(2)傳感器網(wǎng)
這是通過在需要進行監(jiān)控和管理的萬事萬物所在區(qū)域附近部署大量的“傳感節(jié)點”或“Mote”(智能塵埃),采集外界物理世界“物”的信息,相互協(xié)作完成大規(guī)模復(fù)雜的監(jiān)測任務(wù),并通過匯聚節(jié)點/ 網(wǎng)關(guān)與互聯(lián)網(wǎng)相連,將采集的物體(目標)信息傳送到“應(yīng)用處理中心”,對“物”進行監(jiān)控與管理的物聯(lián)網(wǎng)。
(3)M2M
M2M 是機器與機器之間的通信,是強調(diào)廣域網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)募夹g(shù),關(guān)注末端設(shè)備的互聯(lián)和集控管理、兩化融合系統(tǒng)等。電信運營商由于不甘只為提供通信信道而向外擴展的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù),稱之為M2M 業(yè)務(wù),目前通信運營商和專家正積極推動并得到了工業(yè)界的重點關(guān)注,是現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)較普遍的應(yīng)用形式。
(4)泛在網(wǎng)絡(luò)(Ubiquitous Networks)
簡單地說,泛在網(wǎng)絡(luò)指無所不在的網(wǎng)絡(luò),可實現(xiàn)隨時隨地與任何人或物之間的通信,涵蓋了各種應(yīng)用;是一個容納了智能感知/控制、廣泛的網(wǎng)絡(luò)連接及深度的信息通信技術(shù)應(yīng)用等,超越了原有電信范疇的更大的網(wǎng)絡(luò)體系。泛在網(wǎng)絡(luò)可以支持人到人、人到對象和對象到對象的通信。
這些技術(shù)都是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),它們相互融合構(gòu)成了物聯(lián)網(wǎng),但是絕不能說單獨的一項就是物聯(lián)網(wǎng),只能說應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)中的技術(shù)。這是人們常犯的錯誤。
家居物聯(lián)網(wǎng)
傳統(tǒng)的智能家居雖然也具備一定的系統(tǒng)性,提供了諸多應(yīng)用,但是沒有突出與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、感知技術(shù)的有機融合。把物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于家庭環(huán)境,則實現(xiàn)對智能家居系統(tǒng)的全面提升,家居物聯(lián)網(wǎng)的框架如圖所示。
依據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu),家居物聯(lián)網(wǎng)分為:感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。
(1)感知層:感知的對象分為人們所生活的家庭環(huán)境和人本身。通過各種傳感器,實現(xiàn)對家庭內(nèi)部的全面感知。傳統(tǒng)的智能家居8 大子系統(tǒng)作為感知層的執(zhí)行設(shè)備。
(2)網(wǎng)絡(luò)層:網(wǎng)絡(luò)層包括智能家居原有的家庭網(wǎng)絡(luò)和物聯(lián)網(wǎng)的物理通信方式。
(3)應(yīng)用層:利用云計算技術(shù),降低智能家居的硬件投資成本,把大量的處理放在了家庭外部。同時這也為家庭內(nèi)部的復(fù)雜計算提供了可能,借助人因工程、心理學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)、營養(yǎng)學(xué)、模式識別、機器視覺、語言識別等技術(shù),建立智能家居云感知模型,實現(xiàn)家庭內(nèi)部的語言感知、物品感知、用戶習(xí)慣感知、用戶行為感知、家庭事件感知、情緒感知、健康感知。并為家庭服務(wù)商提供第三方接口,提供便于人們生活的各種服務(wù)。
應(yīng)用:
嚴格的說,目前大部分智能家居系統(tǒng)還不是一個物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),只能說應(yīng)用了物聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中的某項技術(shù),比如感知技術(shù)。比較典型的有:
(1)無線溫濕度傳感器:主要用于探測室內(nèi)、室外溫濕度。雖然絕大多數(shù)空調(diào)都有溫度探測功能,但由于空調(diào)的體積限制,它只能探測到出風(fēng)口空調(diào)附近的溫度,這也正是很多消費者感覺其溫度不準的重要原因。有了無線溫濕度探測器,你就可以確切地知道室內(nèi)準確的溫濕度。其現(xiàn)實意義在于當(dāng)室內(nèi)溫度過高或過低時,能夠提前啟動空調(diào)調(diào)節(jié)溫度。無線溫濕度傳感器對于你早晨出門也有著特別意義,當(dāng)你呆在空調(diào)房間時,你對戶外的溫度是沒有感覺的,這時候裝在墻壁外的溫濕度傳感器就可以發(fā)揮作用,它可以告訴你現(xiàn)在戶外的實時溫度,根據(jù)這個準確溫度你就可以決定自己的穿著,而不會出現(xiàn)出門后才知道穿多或者穿少的尷尬。
(2)無線紅外防闖入探測器:這個功能主要是用于防非法入侵,比如當(dāng)你按下床頭的無線睡眠按鈕后,關(guān)閉的不僅是燈光,同時它也會啟動無線紅外防闖入探測器自動設(shè)防,此時一旦有人入侵就會發(fā)出報警信號并可按設(shè)定的自動開啟入侵區(qū)域的燈光嚇退入侵者。或者當(dāng)你離家后它會自動設(shè)防,一旦有人闖入,會通過無線網(wǎng)關(guān)自動提醒你的手機并接受你手機發(fā)出的警情處理指令。
(3)無線空氣質(zhì)量傳感器:這主要是探測臥室內(nèi)的空氣是否混濁,這對于要回家休息的你很有意義,特別是對有嬰幼兒的家庭尤其重要。它通過探測空氣質(zhì)量告訴你目前室內(nèi)空氣是否影響健康,并可通過無線網(wǎng)關(guān)啟動相關(guān)設(shè)備優(yōu)化調(diào)節(jié)空氣質(zhì)量。
(4)無線門鈴:這種門鈴對于大戶型或別墅很有價值。出于安全考慮,大多數(shù)人睡覺時會關(guān)閉房門,此時有人來訪按下門鈴,在房間內(nèi)很難聽到鈴聲。這種無線門鈴能夠?qū)粹徯盘杺鬟f給床頭開光提示你有人造訪。另外在家中無人時,按門鈴的動作會通過網(wǎng)關(guān)傳遞給你的手機,而這對你了解家庭的安全現(xiàn)狀和來訪信息非常重要。
(5)無線門磁、窗磁:主要用于防入侵。
當(dāng)你在家時,門、窗磁會自動處于撤防狀態(tài),不會觸發(fā)報警,當(dāng)你離家后,門、窗磁會自動進入布防狀態(tài),一旦有人開門或開窗就會通知你的手機并發(fā)出報警信息。與傳統(tǒng)的門、窗磁相比,無線門、窗磁無需布線,裝上電池即可工作,安裝非常方便,安裝過程一般不超過2 分鐘。另外對于有保險柜的家庭來說,這種傳感器還能夠偵測并記錄下保險柜每次被打開或者關(guān)閉的時間并及時通知授權(quán)手機。
(6)無線燃氣泄漏傳感器:該傳感器主要是探測家中的燃氣泄漏情況,它無需布線,一旦有燃氣泄漏會通過網(wǎng)關(guān)發(fā)出報警并通知授權(quán)手機。
(7)無線輻射傳感器、無線空氣污染傳感器:對于一些對太陽輻射敏感的人來說,這種傳感器具有特別的意義,通過它你可以準確知道出門前是否需要采取防太陽輻射或者防污染防塵措施。
物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn),給智能家居走進千家萬戶帶來了希望。國內(nèi)已有一些小區(qū)建立了“云社區(qū)”,對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智能家居進行了初步嘗試。然而這只是初步的應(yīng)用,未來物聯(lián)網(wǎng)會在智能家居中發(fā)揮越來越重要的作用,其強大的感知技術(shù),使智能家居更加“智能”,甚至具備人的某些思維功能,會給人們提供實用、具有粘性的服務(wù),從而使智能家居行業(yè)更快的發(fā)展。