物联网导论论文
课程名称: 智能家居
题目名称: 智能家居发展应用及设计
学 院:
专业班级:
学生组员:
指导教师:
完成时间: 2013.12
湖北科技学院
******
1 摘要
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-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，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。
智能家居是在互联网的影响之下物联化体现。智能家居通过物联网技术将家中的各种设备（如音视频设备、照明系统、窗帘控制、空调控制、安防系统、数字影院系统、网络家电以及三表抄送等）连接到一起，提供家电控制、照明控制、窗帘控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测、暖通控制、红外转发以及可编程定时控制等多种功能和手段。与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境，提供全方位的信息交互功能。帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，帮助人们有效安排时间，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。
2 关键词
家具，智能化，人性化
3 智能家居起源
智能家居概念的起源甚早，但一直未有具体的建筑案例出现，直到1984年美国联合科技公司（United Techno1ogies Building System）将建筑设备信息化、整合化概念应用于美国康乃迪克州（Conneticut)哈特佛市（Hartford）的CityPlaceBuilding时，才出现了首栋的[智能型建筑]
4国内智能家居发展及相关影视
1. 1999年中国动漫《蓝猫淘气三千问》中的智能住宅是中国首次对智能家居做出的解释，也正因为这部动漫使智能家居第一次进入大众视野
2. 2003年”亚洲小旋风”林志颖的智能住宅建成，成为中国最早享受智能生活的一批人之一，之后他在综艺节目《快乐大本营》上的展示使智能家居给国人留下了深刻印象，无数年轻人也因此对智能家居产生兴趣，进行物联网的学习。
3. 海尔公司在1997年建立的U-home研发团队和世界一流的实验室，在2010年上海世博会上手偶世界瞩目，而海尔公司拍摄的“智能住宅 享受科技”广告片在国内掀起了不小的智能热潮。
4. 国内智能家居在经过1995-1999年萌芽期的产品认知、2000-2005年开创期国内完善、2006-2010年徘徊期外国智能家居活跃（由于开创期中国智能家居的过于夸大和恶性竞争生是国内智能家居声名狼藉）之后，进入融合演变期，接下来的三到五年，智能家居一方面进入一个相对快速的发展阶段，另一方面协议与技术标准开始主动互通和融合，行业并购现象开始出来甚至成为主流。接下来的五到十年，将是智能家居行业发展极为快速，但也是最不可琢磨的时期，由于住宅家庭成为各行业争夺的焦点市场，智能家居作为一个承接平台成为各方力量首先争夺的目标。
5 智能家居的设计理念及原则
理念：
设计理念：科技、舒适、健康、节能、安全、人性
原则：
1. 实用便利：智能家居最基本的目标是为人们提供一个舒适、安全、方便和高效的生
活环境。对智能家居产品来说，最重要的是以实用为核心，摒弃掉那些华而不实，只能充作摆设的功能，产品以实用性、易用性和人性化为主。操作过程和程序设置过于繁琐，容易让用户产生排斥心理。所以在对智能家居的设计时一定要充分考虑到用户体验，注重操作的便 利化和直观 性，最好能采用图形图像化的控制界面，让操作所见即所得。
2. 可靠性： 整个建筑的各个智能化子系统应能二十四小时运转，系统的安全性、可靠性和容错能力必须予以高度重视。对各个子系统，以电源、系统备份等方面采取相应的容错措施，保证系统正常安全使用、质量、性能良好，具备应付各种复杂环境变化的能力。
3. 标准性： 智能家居系统方案的设计应依照国家和地区的有关标准进行，确保系统的扩充性和扩展性，在系统传输上采用标准的TCP/IP协议网络技术，保证不同产商 之间系统可以兼容与互联。系统的前端设备是多功能的、开放的、可以扩展的设备。设计选用的系统和产品能够使本系统与未来不断发展的第三方受控设 备进行互通互连。
4. 方便性： 家庭智能化有一个显着的特点，就是安装、调试与维护的工作量非常大，需要大量的人力物力投入，成为制约行业发展的瓶颈。针对这个问题，系统在设计时， 就应考虑安装与维护的方便性，通过网络，不仅使住户能够实现家庭智能化系统的控制功能，还允许工程人员 在远程检查系统的工作状况，对系统出现的故障进行诊断。这样，系统设置与版本更新可以在异地进行，从而大大方便了系统的应用与维护，提高了响应速度，降低 了维护成本。
5. 普及化： 家庭自动化系统应该面向低成本、高性能的目标设计，住户对价格较为敏感，所以智能住宅采用的技术要较为经济。同时，家庭自动化系统应该能最大程度兼容用户原有电器设备，保护用户投资。
6 智能家居的设计
1. 完整的智能家居系统至少5个部分：主控模块、电器控制子系统、照明控制子系统、安全控制子系统和网络控制子系统，5个部分功能上各司其职，逻辑上构成一个完整的控制实体。整个系统为人们提供智能、舒适、安全的家庭环境，同时提供远程信息监控能力。
2. 智能家居系统细分大致有二十类：
控制主机（集中控制器）：Smarthome Control Center。
智能照明系统。Intelligent Lighting System（ILS）。
电器控制系统。Electrical Apparatus Control System（EACS）。
家庭背景音乐。Whole Home Audio（WHA）。
家庭影院系统。Speakers, A/V & Home Theater。
对讲系统。Video Door Phone（VDP）。
视频监控。Cameras and Surveillance。
防盗报警。Home Alarm System。
电锁门禁。Door Locks & Access Control。
智能遮阳（电动窗帘）。Intelligent Sunshading System/Electric Curtain。
暖通空调系统。Thermostats & HVAC Controls。
太阳能与节能设备。Solar & Energy Savers。
自动抄表。Automatic Meter Reading System（AMR）。
智能家居软件。Smarthome Software。
家居布线系统。Cable & Structured Wiring。
家庭网络。Home Networking。
厨卫电视系统。Kitchen TV & Bathroom Built-In TV System。
运动与健康监测。Exercise and Health Monitoring。
花草自动浇灌。Automatic Watering Circuit。
宠物照看与动物管制。Pet Care & Pest Control。
3. 技术协议：①. 有线方式：
a. RS485
b. IEEE802.3 (Ethernet)
c. EIB/KNX
d. LonWorks
e. X-10，PLC-BUS
f .PLC-BUS概述
g. CresNet，AXLink等等Net或Link
②． 无线方式:
a. RF射频技术
b. 蓝牙(Bluetooth)
c. WiFi
d. Zigbee
e. Z-Wave
f. Enocean
4. 主流技术:
第一类——总线技术类:
总线技术的主要特点是所有设备通信与控制都集中在一条总线上，是一种全分布式智能控制网络技术，其产品模块具有双向通信能力，以及互操作性和互换性，其控制部件都可以编程。
总线技术类产品比较适合于楼宇智能化以及小区智能化等大区域范围的控制，但一般设置安装比较复杂，造价较高，工期较长，只适用新装修用户。
第二类——无线通信技术类
无线通信技术众多，已经成功应用在智能家居领域的无线通信技术方案主要包括：射频（RF）技术（频带大多为315 和433.92MHz）、IrDA红外线技术、HomeRF 协议、Zigbee 标准、Z-Wave 标准、Z-world 标准、X2D 技术等。
无线技术方案的主要优势在于无需重新布线，安装方便灵活，而且根据需求可以随时扩展或改装，可以适用于新装修用户和已装用户。
第三类——电力线载波通信技术
电力线载波通信技术充分利用现有的电网，两端加以调制解调器，直接以50Hz 交流电为载波，再以数百KHz 的脉冲为调制信号，进行信号的传输与控制。
5. ZigBee技术
自从物联网、云计算、IPV6等技术崛起以来，智能家居迎来了发展春天，尤其是无线技术得到快速发展，ZigBee技术进入中国更是为行业发展注入推力。Zigbee是一种新兴的近程（10米~100米）、低速率（250Kbps标称速率）、低功耗的无线网络技术，主要用于近距离无线连接。具有低复杂度、低功耗、低速率、低成本、自组网、高可靠、超视距的特点。主要适合应用于自动控制和远程控制等领域，可以嵌入各种设备。简而言之，ZigBee就是一种便宜的、低功耗、自组网的近程无线通讯技术。，其最大的特点是能够自动组网，一个网络端口最多可以接6.5万多个端口设备，适合家庭、工业、农业等领域使用，可以任意添加设备。
ZigBee智能家居系统，它以免布线、移动性强、更新升级容易著称。安装这样一套智能家居无需专业人员，用户自己在家对着说明书就能自行安装个ZigBee单火智能开关，然后在适合的地方安装电灯、电器、窗帘以及各种设备。半天之内就能完成安装，既省掉布线麻烦，又节约了费用。
Zigbee技术在智能家居中的应用，具有以下优点。
1. 抗干扰力强： Zigbee收发模块使用的是2.4G直序扩频技术，比起一般FSK，ASK和跳频的数传电台来，具有更好的抗干扰能力。
2. 保密性好： ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用通用的AES-128，长达128位的密码给ZIGBEE信号传 输的保密性提供了保障。
3. 传输速度快： ZIGBEE传输数据多采用短帧传送，因此，传输速度快，实时性强。
4. 可扩展性强： ZIGBEE组网容易，自恢复能力强，因此，便于在智能家居中进行扩展，增加新设备。
Zigbee技术在智能家居中的应用，具有以下缺点。
1. 成本高： 相对于有线智能家居来说，Zigbee技术无疑是低成本，然而考虑到其他外围器件和相关2.4G射频器件，难以低于10美金的成本价依旧让智能家居的难以普及。
2. 通信不尽人意： 目前国内Zigbee技术主要采用ISM频段中的2.5G频率，其衍射能力弱，穿墙能力弱。家居环境中，即使是一扇门，一扇窗，一堵非承重墙，也会让信号大打折扣。当然，有些厂家会使用射频功放，对2.5G信号进行放大，但是这样会造成额外的辐射污染，同时也和ZIGBEE低功耗，节能的初衷背道而驰。
3. 组网未尽其用： Zigbee技术的主要特点是支持自组网能力强，自恢复能力强，因此，对于井下定位，停车场车位定位，室外温湿度采集，污染采集等应用非常具有吸引力。然而，对于智能家居的应用场景中，开关，插座，窗帘的位置一旦固定，一直不变，自组网的优点也就不复存在，但是自组网所耗费的时间和资源缺却依旧高企。
4. 网络容量浪费：ZIGBEE虽然支持多达65000个节点，但是一个别墅，所有的开关插座窗帘控制加起来，也不会超过100个，如果数量更多，也将超出用户能够使用的极限。因此，庞大的网络容量未必对智能家居应用带来价值
ZIGBEE技术虽然星币有线智能家居降低成本，但其技术能为使无线智能家居面向大众，优点显而易见，缺点也制约着ZIGBEE技术在智能家居产品中的应用和推广。灵活运
用ZIGBEE技术的优点，并且克服其缺点，才能够更好的提供高性价比，高可靠性的智能家居产品。
。
。
7 智能家居的现状
存在问题：
目前我国智能家居中小产业存在3个方面的问题：
①． 由于智能家居国还没有统一的行业标准，很多中小企业各自为政，相互间的产品不具兼容性；
②． 由于技术人员没有做深入的市场调查，开发出的产品虽然技术上具有先进性，但实用性差，与市场需求脱节；
③． 由于技术上需要投入大量研发资金，一些中小企业没有能力持续创新，更难形成规模生产造成产品价格居高不下
目前我国智能家居较大产业存在的问题：
①． 安装成本太高。以一套面积为100平方的3室2厅房子举例，安装全套国际品牌智能家居系统约人民币20至30万元左右;而选择国内知名品牌也需要约人民币10至20
万元左右，还没有包括其它传统家居产品，如桌椅等，整个算下来，安装成本已不是一般家庭所能承受的。由此看来，智能家居要想得以大规模推广，降低成本将是主要措施。
②． 维护跟不上。智能家居系统绝不是单纯的一次性投入问题，后续维护和维护费用支撑很重要。智能化设备的使用和维护相当复杂，需要有专业化的管理和维护队伍，也需要强大的技术支撑。很多引进智能化设备的小区都是由物业名下的IT部门或者维修班进行维护和管理，面对复杂的系统，有时很难胜任，因而导致智能系统的许多设备成为中看不中用的摆设。
应对措施：
①．加强技术革新，降低成本。
②．业内形成统一标准，增加各企业产品间的兼容性。
③．国家对中小企业进行技术与资金扶持。
④．完善后期维护机制。
8 近来国家对物联网的政策
近年来，国家也出炉一系列的政策法规为智能家居推广普及提供了良好的市场环境。例如国务院2月发布关于推进物联网有序健康发展的指导意见，实现物联网在经济社会各领域的广泛应用，形成具有国际竞争力的物联网产业体系;发改委、住建部联合出台《绿色建筑行动方案》，提出城镇新建建筑严格落实强制性节能标准;工信部规定，新建小区必须光纤入户，从4月1日起强制执行。
9 总结
智能家居作为物联网六大应用之一，虽然现在还存在大大小小的问题，但是其自身特性决定了家居智能化、人性化将成为未来的主流，智能家居的普及化将成为国内外各企业的工作重点。随着谷歌测试智能恒温器，涉足智能家居，可以想象未来几年智能家居领域的竞争会更加激烈。而这对于物联网专业的学生来说意味着更多的机遇和更美好的未来。
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容