1.1 智能家居的发展背景与概念

智能家居，听着就能想象到自己家里的物品像是有了生命、有了智慧一样，它能自主地完成您想完成的事情，如开关灯，开关门，拉窗帘等，给予便捷的生活环境。

1.1.1 智能家居的发展背景

当您下班回到家中，通过智能手机开启家中的门锁，家中的安防系统将自动地解除对室内的监控，大厅的灯缓缓地点亮，空调、新风系统自动地开启，您最喜欢的音乐便会轻轻地响起。在家里，您只需要一个手机就可以控制家中所有的电器，每当夜幕降临，家中所有的窗帘将会定时、自动地关闭；入睡前，在床头边的面板上，您只需要触摸“晚安”模式，就可以控制室内所有需要关闭的灯光及电气设备；同时安防系统将自动开启并处于警戒状态；您还可以设定窗帘定时开启。清晨醒来时，您就可以享受温暖的阳光。

在炎热的夏天，下班前可以通过手机打开家中的空调，回到家便能享受清凉的室温；在寒冷的冬天，可以享受融融的温暖。回家前可以启动电饭煲，一到家就可以吃到香喷喷的米饭。在办公室或者出差时，打开智能手机联网，家中的安全设备和家用电器可以立即呈现在您眼前，您可以了解家中电器的一切状况，而这一切只是智能家居能为您做的一小部分内容。

随着物联网技术的飞速发展，在生活中，您的床可以根据环境温度调节温度，即使不盖被子也不会着凉生病。将食品放在冰箱里预订好程序就可以自定义美食，用完后自动洗刷干净。衣服脏了可以自动帮您洗好、晾好、熨好。外出时，衣橱还会根据天气给出搭配衣服样式。

智能家居（Smart Home，Home Automation）是以住宅为平台，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，如图1-1所示。

智能家居的概念起源很早，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 Technologies Building System）将建筑设备信息化、整合化概念应用于美国康涅狄格州哈特佛市的City Place Building时，才出现了首栋的“智能型建筑”，从此揭开了全世界争相建造智能家居的序幕。

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、影音服务器、网络家电等）连接到一起，提供家电控制、照明控制、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，提供全方位的信息交互功能。手机远程控制家居如图1-2所示。

早期的智能家居被称为家庭自动化、家庭网络、网络家电和信息家电，随着时代的发展，逐渐被人们称为智能家居，智能家居系统是众多智能产品中规模较大、功能齐全的家居服务系统，目前许多别墅和一些高品质楼盘都在不断地升级和改善智能家居的配套产品，提升居住品质。

1. 家庭自动化

家庭自动化是指利用微处理电子技术集成或控制家中的电子电器产品或系统。例如：照明灯、咖啡炉、计算机设备、保安系统、暖气及冷气系统等。家庭自动化系统主要是以一个中央微处理器（Central Processor Unit，CPU）接收来自相关电子电器产品（外界环境因素的变化，如太阳初升或西落等所造成的光线变化等）信息后，再以既定的程序发送适当的信息给其他电子电器产品。中央微处理器通过用户界面控制家中的电器产品，这些界面可以是键盘，也可以是触摸式荧幕、按钮、计算机、遥控器等；消费者可发送信号至中央微处理器或接收来自中央微处理器的信号。

家庭自动化是智能家居的一个重要系统，在智能家居刚出现时，家庭自动化等效于智能家居，今天它仍是智能家居的核心之一，随着物联网技术智能家居的快速应用，网络家电/信息家电的成熟，家庭自动化的许多产品功能将融入这些新产品中，从而使单纯的家庭自动化产品在系统设计中越来越少，其核心地位也将被家庭网络/家庭信息系统所代替，它将作为家庭网络中的控制网络部分在智能家居中发挥作用，最有名的是应用X10协议（电力载波技术）的智能家居产品，目前在美国已有1300多万用户。家庭自动化联网设备如图1-3所示。

2. 家庭网络

首先，应将这个家庭网络（见图1-4）和纯粹的“家庭局域网”分开，“家庭局域网/家庭内部网络”这一名称是指连接家庭里的计算机、各种外设及与因特网互联的网络系统，它只是家庭网络的一个组成部分。家庭网络是在家庭范围内（可扩展至邻居，小区）融合家庭控制网络和多媒体信息网络于一体的家庭信息化平台，是在家庭范围内实现信息设备、通信设备、娱乐设备、家用电器、自动化设备、照明设备、保安（监控）装置及水电气热表设备、家庭求助报警等设备的互联和管理，以及数据和多媒体信息共享的系统，如图1-4所示。当前家庭网络所采用的连接技术可以分为有线和无线两大类。有线方案主要包括：双绞线或同轴电缆连接、电话线连接、电力线连接等；无线方案主要包括：红外线连接、Wi-Fi、ZigBee、无线连接、基于RF技术的连接和基于计算机的无线连接等。

3. 网络家电

网络家电是将普通家用电器利用数字技术、网络技术及智能控制技术设计改进的新型家电产品。网络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。可见，网络家电技术包括两个层面：首先就是家电之间的互联问题，也就是使不同家电之间能够互相识别，协同工作。第二个层面是解决家电网络与外部网络的通信，使家庭中的家电网络真正成为外部网络的延伸。

要实现家电间的互联和信息交换，就需要解决：1）描述家电的工作特性的产品模型，使得数据的交换具有特定含义；2）信息传输的网络媒介。在解决网络媒介这一难点中，可选择的方案有电力线、无线射频、双绞线、同轴电缆、红外线、光纤。认为比较可行的网络家电，包括网络冰箱、网络空调、网络洗衣机、网络热水器、网络微波炉和网络炊具等。网络家电未来的方向也是充分融合到家庭网络中，如图1-5所示。

4. 信息家电

信息家电是一种价格低廉、操作简便、实用性强、带有计算机主要功能的家电产品，如图1-6所示。利用计算机、电信和电子技术与传统家电相结合的创新产品，是为数字化与网络技术更广泛地深入家庭生活而设计的新型家用电器，信息家电包括计算机、机顶盒、HPC、超级VCD、无线数据通信设备、视频游戏设备、WebTV、Internet电话等，所有能够通过网络系统交互信息的家电产品，都可以称之为信息家电。音频、视频和通信设备是信息家电的主要组成部分。另一方面，在传统家电的基础上，将信息技术融入传统的家电当中，使其功能更加强大，使用更加简单、方便和实用，为家庭生活创造更高品质的生活环境。比如模拟电视发展成数字电视，电冰箱、洗衣机、微波炉变成数字化、网络化、智能化的信息家电。

从广义的分类来看，信息家电产品实际包含了网络家电产品，但如果从狭义的定义来界定，可以这样做一简单分类：信息家电更多地是指带有嵌入式处理器的小型家用（个人用）信息设备，它的基本特征是与网络相连而有一些具体功能，可以是成套产品，也可以是一个辅助配件。而网络家电则是指一个具有网络操作功能的家电类产品，这种家电可以理解为我们原来普通家电产品的升级。

信息家电由嵌入式处理器、相关支撑硬件（如显示卡、存储介质、IC卡或信用卡等读取设备）、嵌入式操作系统以及应用层的软件包组成。信息家电将PC的某些功能分解出来，设计成应用性更强、更家电化的产品，使普通居民步入信息时代的步伐更为快速，是具备高性能、低价格、易操作特点的Internet工具。信息家电的出现将推动家庭网络市场的兴起，同时家庭网络市场的发展又反过来推动信息家电的普及和深入应用。

1.1.2 智能家居的基本概念

智能家居是人们一种比较理想的居住环境，它集视频监控、智能防盗报警、智能照明、智能电器控制、智能门窗控制、智能影音控制于一体，与配套的软件相合，人们通过智能手机和便携式计算机，不仅可以远程观看家里监控画面，还可以实时控制家里的灯光、窗帘、电器等，如果1-7所示。

智能家居通常是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、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。智能家居，拆分出来就是智能和家居。家居就是人们家庭中的各类设备；智能是智能家居所应该突出的重点，应该做到自动化控制管理，不需要人为地去操作控制，并能学习当前用户的使用习惯，做到满足人们的需求。

通常来说，一个完整的智能家居系统都应该具备以下功能：智能灯光控制、智能电器控制、安防监控系统、智能背景音乐等。根据不同的使用者，会选择不同的功能。

1. 智能灯光控制

实现对全住宅灯光的智能管理，可以用遥控等多种智能控制方式实现对全住宅灯光的遥控开关，调光，全开全关及“会客、影院”等多种一键式灯光场景效果的实现；并可用定时控制、手机远程控制、计算机本地及互联网远程控制等多种控制方式实现该功能，从而达到智能照明的节能、环保、舒适和方便的功能，如图1-8所示。

优点：

1）控制：就地控制、多点控制、遥控控制、区域控制等。

2）安全：通过弱电控制强电的方式，控制回路与负载回路分离。

3）简单：智能灯光控制系统采用模块化结构设计，简单灵活、安装方便。

4）灵活：根据环境及用户需求的变化，只需做软件修改设置就可以实现灯光布局的改变和功能扩充。

2. 智能电器控制

电器控制采用弱电控制强电的方式，既安全又智能，可以用遥控、定时等多种智能控制方式实现对家里的饮水机、插座、空调、地暖、投影仪、新风系统等进行智能控制，在外出时断开插排通电，避免电器发热引发安全隐患；以及对空调、地暖进行定时或者远程控制，让您到家后享受舒适的温度和新鲜的空气，如图1-9所示。

优点：

1）方便：就地控制、场景控制、遥控控制、计算机远程控制、手机控制等。

2）控制：通过红外或者协议信号控制方式，安全方便且不干扰。

3）健康：通过智能检测器，可以对家里的温度、湿度、亮度进行检测，并驱动电器设备自动工作。

4）安全：系统可以根据生活节奏自动地开启或关闭电路，避免不必要的浪费和电气老化引起的火灾。

3. 安防监控系统

随着人们居住环境的升级，人们越来越重视自己的个人安全和财产安全，对人、家庭以及住宅小区的安全方面提出了更高的要求；同时，经济的飞速发展伴随着城市流动人口的急剧增加，给城市的社会治安增加了新的难题，要保障小区的安全，防止偷抢事件的发生，就必须有自己的安全防范系统（见图1-10），人防的保安方式难以适应人们的要求，智能安防已成为当前的发展趋势。

安防监控系统已经广泛地用于银行、商场、车站和交通路口等公共场所，但实际的监控任务仍需要较多的人工完成，而且现有的安防监控系统通常只是录制视频图像，提供的信息是没有经过处理的视频图像，只能用作事后取证，没有充分发挥监控的实时性和主动性。为了能实时地分析、跟踪、判别监控对象，并在异常事件发生时提示、上报，为政府部门、安全领域及时决策、正确行动提供支持，视频监控的“智能化”就显得尤为重要。

优点：

1）安全：安防监控系统可以对陌生人入侵、煤气泄漏、火灾等情况及时发现并通知主人；

2）简单：操作非常简单，可以通过遥控器或者门口控制器进行布防或者撤防。

3）实用：安防监控系统可以依靠安装在室外的摄像机有效地阻止小偷进一步行动，并且也可以在事后取证给警方提供有利的证据。

4. 智能背景音乐

家庭背景音乐是在公共背景音乐的基本原理的基础上结合家庭生活的特点发展而来的新型背景音乐系统。简单地说，就是在家庭中任何一间房子里，比如客厅、卧室、餐厅、厨房或卫生间，可以将MP3、FM、计算机等多种音源进行系统组合，让每个房间都能听到美妙的背景音乐，音乐系统既可以美化空间，又可以很好地起到装饰作用。

优点：

1）独特：与传统音乐不同的是对家庭进行专业设计。

2）效果：采用高保真双声道立体声扬声器，音质效果非常好。

3）简单：控制器人性化的设计，操作简单，无论老人小孩都能操作。

4）方便：人性化、主机隐蔽安装，只需通过每个房间的控制器或者遥控器就可以控制。

5. 其他功能

（1）遥控控制

您可以使用遥控器控制家中的灯光、热水器、电动窗帘、饮水机和空调等设备的开启和关闭；使用遥控器显示屏可以在一楼（或客厅）查询并显示二楼（或卧室）灯光电器的开启和关闭状态；同时遥控器还可以控制家中的电视、空调、音响等红外电器设备，堪称万能遥控器，如图1-11所示。

（2）手机远程控制

高加密（手机识别）多功能语音电话远程控制功能，当您出差或在外边办事，您可以通过手机控制家中的空调、窗帘、灯光等电器，使之提前为用户进行制冷或制热以及开启和关闭；通过手机了解家中电路是否正常，各种家用电器（例如冰箱里的食物等）的状态，还可以得知室内的空气质量（屋内外可以安装类似烟雾报警器的电器）从而控制窗户和紫外线杀菌装置进行换气或杀菌，以及根据外部天气的优劣，适当地调节屋内空气的湿度和利用空调等设施对屋内进行升、降温度。当主人不在家时，可以通过手机或固定电话自动地给花草浇水、宠物喂食等。

（3）定时控制

您可以提前设定某些产品的自动开启、关闭时间，如：电热水器每天20:00自动地开启加热，23:30自动地断电关闭，保证您在洗热水浴的同时，既舒适又节电还享受时尚。

（4）集中控制

当您进门在玄关处时就可以打开客厅、餐厅和厨房的电灯以及厨宝等电器。特别是在夜晚时，您可以在卧室控制客厅和卫生间的灯光电器，既方便又安全，如图1-12所示。

（5）场景控制

当您轻轻地触动一个个按键时，数种灯光、电器在您的“意念”中自动执行，使您感受和领略了科技时尚生活的完美、简捷和高效。

（6）网络远程控制

不论在办公室、还是在外地出差，只要有网络的地方，您都可以通过Internet看到您的家里。在网络世界中，通过一个固定的智能家居控制界面来控制您家中的电器，提供一个免费动态域名。主要用于远程网络控制和电器工作状态的信息查询，例如您出差在外地，通过外地网络的计算机，登录相关的IP地址，您就可以控制远在千里之外自家的灯光、电器；在返回住地上飞机之前，可以将您家中的空调或是热水器打开……

（7）全宅手机控制

全宅的灯光、电器都能通过手机对其进行远程控制。只要手机能够连接网络，就能使用随身的手机通过网络进行远程控制家里的灯光、电器以及其他用电设备，如图1-13所示。