关键词：智能家居、扫地机器人、智能窗帘、安防监控、主机系统
1．引言
最近几年，智能家居在生活中得到广泛应用，它是一种将网络通信技术、自动控制技术、安全防范技术集成的综合技术，融合了个性需求，通过网络化的管理和控制，给人全新的体验，具有艺术、安全、舒适、便利、等特点。智能家居是升级版的普通家居，实现更加智能化的一类家居设施。智能家居与普通家居的不同之处在于智能家居可以通过远程控制、灯光控制等方式来实现对家居的控制，就目前来看，普通家居已经很难满足现代人们，智能家居更能符合现代甚至未来人们的需求。
2.智能家居的发展情况
2.1 智能家居的发展现状与发展趋势
智能家居、智能建筑早已不是新鲜事物，早在20世纪经济发达国家就已经开展了智能家居的先行试验，并且在功能上日趋完善，逐步成熟[1]。智能家居这个概念，在1984年就已出现，世界上第一幢智能建筑在美国出现，它便带动了智能家居的发展。经过开发应用，智能家居在后续几年被推广。近几年来随着智能化的发展，新一轮的家居生活行业改革也随之兴起。具有可以播放节目和上网、玩游戏等功能的智能电视已经出现，并逐渐普及。
伴随着嵌入式技术的兴起和物联网时代的来临，智能家居的发展迎来了全新的机遇[2]。智能家居的发展迅速，可以推测，在未来智能家居将拥有主观能动性、情感能力等人类所特有的能力。
2.2 国内外关于智能家居发展状况
2014年以来，中国的智能家居行业快速发展，市场规模巨大，未来几年将逐渐增长。当今，我国政府对智能家居实施了一系列政策，智能家居的发展前景非常可观。我国智能家居将逐步走向创新的道路。2018年左右，我国政府将基本建立各种支持体系，鼓励智能家居的发展。由此，我国的智能家居发展将紧随世界的脚步。
至2016年，美国的智能家居市场已容量非常大，智能家居在发达地区被广泛使用。一家智能家居公司曾调查表示智能家居将在未来20年内的消费比重上升到全新的高度。世界上第一个智能家居系统于1998年新加坡的展览会上推出，实现了安防监控、家电控制等功能，至此在新加坡得到了认可，未来在国内外都将普遍被接受。
3.智能家居的具体应用与实现
3.1 主机功能的实现
智能家居是一个小型化的局域网络，局域网内的设备都需要整合连接起来的[3]。如图1所示，智能家居从主体上可分为三个部分：智能家居客户端、智能家居主机、家庭内部网络，这三个结构紧密相连。这一结构使得智能家居可以通过互联网轻松地控制家里的各种家具设施。如果插入了网卡，或连接了Wi-Fi热点，就可以通过网络，用手机和个人计算机来调控智能家居，这就是智能家居客户端。
智能家居主机由多个部分组成，包括SDRAM/NANDFLASH、JTAG调试接口、USB接口、触摸屏显示模块、电源模块、串口通信模块、ZigBee主模块、Wi-Fi模块和S3C2440构成。SDRAM/NANDFLASH是一种储存器，为智能家居的实现储存了信息。JTAG调试接口是一种芯片，作为输出和输入，拥有一种嵌入式调试技术，用来处理信息。S3C2440是微控制器，可通过Web服务来调控信息。如该图所示，S3C2440可以控制其他智能家居主机的运行。主机的另外四个模块中，ZigBee主模块和串口通信模块较为重要。ZigBee主模块具有远程监控功能，有低速率、低功耗、安全、可靠的特点，是一种无线技术。串口通信模块是通过串口来进行信息传递的模块。主机上三个部分相互合作，完成完整的信息传递和处理。 最后是家庭内部网络， ZigBee从模块分别对应家电和传感器。
实现对智能家居调控的步骤是家庭内部网络中的家电或传感器调控ZigBee从模块，传输信息到智能家居主机上，SRRAM/NANDFLASH储存信息，JTAG调试接口和USB接口输入输出信息，触摸屏显示出要表达的信息，电源模块、串口通信模块、ZigBee主模块、Wi-Fi模块同时运作，S3C2440作为调控中枢来调节主机的工作，传递信息到智能家居客户端，就可以在手机或个人计算机上接收到智能家居的信息，反之，也可用手机或个人计算机来调控智能家居，整个过程有序、迅速。
3.2 扫地机器人的实现
传感器是一种可以检测外部信息，用函数关系将外部信息变为电信号的装置，是一种数字化时代的普遍装置。
目前，扫地机器人在许多家庭中已经出现，它主要由四个部分构成：处理器、执行机构、传感器、除灰部件。扫地机器人可通过内部的传感器，判断自身的位置并检测周围障碍物与自己的距离，将信息传递到处理器中，处理器通过这些信息来进行路径规划，依据障碍物的距离来确定行径路线、速度和角度。处理器将路径规划完成后，由执行机构完成动作。执行机构，实质上是一种步进电机，处理器传给步进电机轨迹信息，步进电机通过电源得到电流，进行大小幅度不同的转动。扫地机器人位移过程中，依靠除灰部件不停地清洁。扫地机器人解决了清扫家庭垃圾的问题，让许多家庭拥有更多时间来支配，因此受到诸多家庭的青睐。
3.3智能窗帘的实现
除扫地机器人外，智能窗帘也是家庭住户的常用家居。其主要由处理器、滑轮、电动机、各种传感器构成。处理器收到信息后，可以调节滑轮的滑动幅度、频率等，来控制窗帘的闭合程度。组成智能窗帘的传感器有很多，主要由光传感器，湿度传感器、温度传感器、PM2.5测量器，各种传感器互相配合，实现多信息融合，完成智能窗帘的开闭。例如,智能窗帘可以结合外界的温度、湿度、光照等条件，对收集到的多种信息进行融合，判定智能窗帘的开闭。
3.4安防监控的实现
智能家居的优点不仅体现在便利上、还有安全上。安防监控是人们提高安全性的方法，但安防监控如果只停留在手动输入密码的阶段，那被盗取的可能性将会慢慢上升，人脸识别技术，在安防监控上作了突出贡献。人脸识别技术，是摄像机提取人的面部特征，储存在数据库里。把人的脸部放在摄像机前，会自动检测并与数据库中的人脸对比。人脸识别，多采用特征提取的方法，提高了人脸识别准确性，从而提高安全性。
目前，人脸识别多使用在发达地区的住户中，将摄像头放置在家门口，住户需进入时，只需在门口站不到1秒的时间，这段时间内摄像头提取人的面部特征，与数据库进行对比，若有符合数据库的脸部特征，则大门自动打开。若客人或陌生人来，摄像头数据库内无此面部特征，则大门不会打开，有的安防监控甚至会直接报警。
4.智能家居存在的一些问题以及解决方案
4.1智能家居的不足之处
尽管智能家居有诸多优点，但也有不足之处。智能家居的制作成本比较高，而且在使用后期会损耗，修复起来也是一笔大费用。因此，智能家居目前也只是在高档酒店、娱乐场所或少数普通家庭里存在，多数普通家庭还未拥有。
智能家居面临的挑战，还有各种家居厂商生产标准不一致导致的使用不协调，缺乏统一的监管机制。有的智能家居质量低劣，消费者容易受骗上当，这非常阻碍智能家居的发展。还有各厂家生产的智能家居使用的额定参数不同，各种智能家居在用户家庭同时使用的时候无法兼容。
4.2可能的解决方案
为解决成本过高的问题，可以使用技术升级的手段，生产智能家居的厂家应发明使用新型材料，减少制作的成本，加强产品的稳定性、耐久度。同时，可以将智能家居普及化，降低售价，让更多普通家庭拥有智能家居。
面对产品标准不一致的问题，政府要打击仿冒伪劣产品的行为，让智能家居货真价实进入家庭。委员会应制定统一标准，国家牵头制定统一规则，各企业相互协商如何制定标准，让不同的智能家居能同时工作。在这个信息化的时代，智能家居正在给我们的生活增添色彩，智能家居最终目标是让家居环境更舒适、更安全、更环保、更便捷[4]。智能家居将会在未来有广阔的发展天地。
5.总结
随着科技水平的不断发展以及人们对生活品质要求的不断提升，相信智能家居将会逐步的走入千家网户，对人们的生活产生质和量的改变。智能家居相对于普通家居有着极大的优越性，例如在安全性，节能性以及便利性方面都有着很好的表现。通过智能家居全数字化、信息化的安全防护措施，就可以基本不使用数字密码，取而代之的是指纹或人脸安防。智能家居也可以在远距离的条件下，通过网络连接的方式对家居进行直接控制，更加节能环保。更加重要的是：人类只需参与一些简易的设定，智能家居就可以替代人类从事繁琐的工作。
5.参考文献
[1]张保会，付科源，郑涛，等.用电设备智（自）联网的概念与实现技术（一）＿定义、架构与功能[J].电力系统保护与控制，2013，41（6）：1-6.
[2]郑魏，李智敏，骆德汉，智能家居无线网络设计与实现[J].电视技术，2013（21）：37.
[3]刘岩，赵旭敏，蒋佳伟.智能家居的发展现状与发展趋势[J].日用电器，2016（07）：17-19.
[4]朱敏玲，李宁.智能家居发展现状及未来浅析[J].电视技术，2015，39（4）：82-85.
论文作者:韦忠志
论文发表刊物:《科技中国》2018年5期
论文发表时间:2018/8/10
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