智能家庭全景掃描

未來的家庭可能會(huì)擁有許多通過家庭網(wǎng)絡(luò)總線與提供總體控制的中央裝置相連的各類家用設(shè)備，構(gòu)筑這種所謂的“智能家庭”涉及到技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)、安裝和維護(hù)等諸多方面的工作。本文將簡要介紹有關(guān)方面的技術(shù)發(fā)展情況。

當(dāng)人們的家庭實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化之后，各種電子設(shè)備就能夠在幾乎無需過問的情況下進(jìn)行操作。比如，自動(dòng)化的照明燈和CD播放機(jī)能夠在預(yù)先設(shè)定的時(shí)刻（如主人回家的時(shí)間）開啟；而自動(dòng)化的供暖/冷卻系統(tǒng)則能夠在有人進(jìn)出時(shí)對房間的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。事實(shí)上，任何的電氣/電子設(shè)備和個(gè)人的日常安排都可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，這樣人們就可以少花一些時(shí)間去處理家中的瑣事，而把更多的時(shí)間放在重要的事情上，提高生活質(zhì)量。

家庭自動(dòng)化系統(tǒng)的核心理所當(dāng)然的應(yīng)是在系統(tǒng)上和各種設(shè)備進(jìn)行信息交流的中央處理單元（CPU），它從外部設(shè)備或監(jiān)視的各種狀態(tài)接收提示信號(hào)，并通過發(fā)送適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)作為響應(yīng)。舉個(gè)例子，如果一個(gè)與CPU相連接的“占有傳感器”（Occupancy Sensor）檢測到門廳里有人活動(dòng)，CPU就可以發(fā)出指令去打開門廳里的照明燈或給房間加熱。

家庭網(wǎng)絡(luò)

不管您想要完成的是什么樣的自動(dòng)化，都需要一個(gè)公共網(wǎng)絡(luò)，以把各種各樣的設(shè)備連接于系統(tǒng)之中。網(wǎng)絡(luò)可采用硬線連接、軟線連接、無線連接或這些連接方式的組合。目前，大多數(shù)的家庭控制網(wǎng)絡(luò)采用的都是硬線連接，有專用電纜與CPU相連。一般都認(rèn)為這是最為可靠的方法，但它需要在房間里進(jìn)行大量的電纜布線工作，因此硬線連接法往往只是在新建房屋或進(jìn)行大規(guī)模房屋整修時(shí)被選用。

對于那些難以在墻內(nèi)埋設(shè)專用電纜的多數(shù)家庭而言，可采用電氣AC布線來構(gòu)筑家庭網(wǎng)絡(luò)。該技術(shù)通常被稱為PLC（PowerLine Carrier）或X10，近期有報(bào)道稱HPPA（HomePlug Powerline Alliance）正在推廣這一技術(shù)。另外，還有利用家用電話線來提供家庭聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)，如HomePNA（Home Phoneline Networking Alliance）。

能夠通過空氣將來自機(jī)頂盒、Hi-Fi音頻設(shè)備和寬帶因特網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器的內(nèi)容從一個(gè)房間傳送到另一個(gè)房間的無線連接將是今后的一個(gè)發(fā)展熱點(diǎn)。據(jù)有關(guān)專家預(yù)測：到2003年，美國的無線家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)市場將增長5倍以上；到2004年，其市場規(guī)模將超過57億美元。

無線連接的優(yōu)勢是多方面的：①無線家庭網(wǎng)絡(luò)連接不需要在墻上穿洞，也不需要敷設(shè)昂貴的光纜，用戶很快就能夠使用；②使便攜式設(shè)備能夠保持其便攜性，不必固定在墻上，且仍可與網(wǎng)絡(luò)中的其他設(shè)備進(jìn)行通信；③大多數(shù)無線網(wǎng)絡(luò)都采用了某種形式的加密，為用戶提供了保密性；④在大多數(shù)情況下，無線設(shè)備的作用距離可達(dá)45m左右。

通信自然是數(shù)字式的，因?yàn)檫@將實(shí)現(xiàn)編碼指令的可靠接收。如果您試圖通過電力線以模擬方式來發(fā)送信息，那么就不可能保證接收端獲得清晰的信號(hào)。采用數(shù)字通信方式能夠獲得很高的信噪比，疊加在數(shù)字信號(hào)上的模擬噪聲可通過電子方式去除。同時(shí)，編碼處理負(fù)責(zé)清除可能出現(xiàn)的任何誤差。

由于家用電子設(shè)備通常是由不同的制造商生產(chǎn)的，因此，要想實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中不同設(shè)備間的相互通信并非易事。家庭網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)師或安裝人員往往需要花費(fèi)數(shù)月時(shí)間來編寫程序設(shè)計(jì)代碼，以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)子系統(tǒng)（比如安全系統(tǒng)和供暖/冷卻系統(tǒng)）之間的內(nèi)部通信。家庭自動(dòng)化行業(yè)正在嘗試制定通用標(biāo)準(zhǔn)以簡化各類不同系統(tǒng)和設(shè)備之間的通信。不幸的是目前世界上已經(jīng)有了很多標(biāo)準(zhǔn)，它們采用了不同的協(xié)議和硬件。

電纜

如果沒有合適的布線，那么即使家中堆滿了頂尖品質(zhì)的電子設(shè)備，它們的優(yōu)勢也無法充分表現(xiàn)出來。您也許希望把音樂信號(hào)從位于起居室的CD機(jī)傳送到安裝于房屋四周的衛(wèi)星揚(yáng)聲器；或是在位于起居室的DVD播放機(jī)和位于臥室的電視機(jī)（或網(wǎng)絡(luò)PC和控制系統(tǒng)）之間提供視頻鏈接，所有這些都需要進(jìn)行布線。目前，一些建房者已開始把提供預(yù)布線作為一種標(biāo)準(zhǔn)的房屋舒適度指標(biāo)。

通信的公用標(biāo)準(zhǔn)是三類線（Category 3），這種扭絞雙線電纜（TP）能夠處理普通的電話呼叫、傳真和電子郵件。但采用這種傳輸線的數(shù)據(jù)傳送速度較慢，約10Mb/s。網(wǎng)絡(luò)沖浪愛好者們對三類線的局限性太了解不過了：從Web上下載信息的速度非常慢，即使采用高速調(diào)制解調(diào)器也無濟(jì)于事。

為了提高網(wǎng)絡(luò)訪問速度，需要高速計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，以及先進(jìn)電信設(shè)備所使用的高品質(zhì)五類線。它的數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸速率達(dá)到了100Mb/s，且傳輸質(zhì)量很高。Web TV和網(wǎng)絡(luò)漫游電話雖均可采用三類線，但采用五類線效率更高。

不管什么設(shè)備，無論硬件或軟件，都需要寬帶寬。一條傳輸線可被看作是一系列調(diào)諧電路，就是說包括電感性和電容性元件。因此，存在頻率/帶寬限制。帶寬是調(diào)諧電路所能處理的最高頻率與最低頻率之差。帶寬越寬，調(diào)諧電路在不影響頻響特性情況下的寬頻率范圍處理能力就越強(qiáng)。該特性曲線在頻率范圍內(nèi)的理想狀況應(yīng)是平坦的（即線性的）。非線性響應(yīng)意味著選擇性頻率延遲，它會(huì)使信號(hào)發(fā)生失真，而數(shù)據(jù)就是在這種情況下傳輸?shù)摹?/p>

同軸電纜被用于“娛樂”目的，即用于在家中傳輸視頻信號(hào)。如果只是把信號(hào)輸入一臺(tái)電視機(jī)，那么標(biāo)準(zhǔn)的RG59同軸電纜就可以了；但若是想把信號(hào)分配到多臺(tái)電視機(jī)，且不得有視頻信號(hào)劣化，則選用RG6同軸電纜更好一些。而且，對于家用DBS、HDTV以及交互式系統(tǒng)來說，RG6也是一個(gè)更好的選擇。它能夠傳輸更多的信號(hào)，帶寬約1.5GHz，而RG59僅為600～900MHz。

CPU

CPU負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)連接子系統(tǒng)（如照明、安全、供暖/冷卻、娛樂等）的動(dòng)作。撳按“離開”（away）鈕不僅使安全系統(tǒng)處于警戒狀態(tài)，還會(huì)將主控?zé)釀?dòng)開關(guān)撥回，并在不同的時(shí)刻開啟選定的照明燈；而撳按“在家”（home）鈕則進(jìn)行相反的操作。

在設(shè)計(jì)精良的智能化家庭中控制系統(tǒng)是很不起眼的，只有諸如輔助鍵盤、觸摸屏等用戶界面才會(huì)使人想起它的存在。

各種家庭自動(dòng)化系統(tǒng)之間的差異是很大的，包括智能化程度、程序設(shè)計(jì)的簡易性、靈活性、通信媒體的集成化、客戶化的范圍以及成本等。

當(dāng)前的技術(shù)

用于家庭電子系統(tǒng)和建筑物自動(dòng)化的許多技術(shù)都是非常陳舊的，主要的進(jìn)步在于系統(tǒng)的集成能力，以及用于控制的計(jì)算機(jī)化技術(shù)。

控制網(wǎng)絡(luò)包括很多節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有一個(gè)或多個(gè)傳感器或驅(qū)動(dòng)器，并均采用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議與中央處理器相連。各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)字通信可以是對等型（分布式控制）或主從型（集中式控制）的。不管是哪種方式，節(jié)點(diǎn)所具有的智能允許對處理負(fù)載進(jìn)行分配。傳感器本身可以是智能型的，能夠進(jìn)行局部數(shù)據(jù)分析、變換和規(guī)范化，并有望僅報(bào)告其環(huán)境中的重大變化。如果控制功能也是分布式的話，則系統(tǒng)性能和可靠性將得到極大的提高。

智能家庭技術(shù)

“智能家庭”（Smart Home）一詞指的是那些采用信息技術(shù)來控制各種功能，并能夠與外界進(jìn)行通信聯(lián)系的住宅。自20世紀(jì)70年代末以來，設(shè)備制造商、系統(tǒng)安裝商和一些私人團(tuán)體就開始了采用低成本計(jì)算的家庭自動(dòng)化系統(tǒng)的開發(fā)。早期有幾家制造商曾試圖將D2B（Domestic Data Bus）作為家庭總線系統(tǒng)。

英國的JRF（Joseph Rowntree Foundation）和SH（Scottish House）共同資助了一項(xiàng)智能家庭研究項(xiàng)目，其中技術(shù)開發(fā)和安裝工作由JRHT（Joseph Rowntree Housing Trust）和EHA（Edinvar Housing Association）承擔(dān)。該項(xiàng)目的目的是以一種用戶友好方式將各種家庭自動(dòng)化系統(tǒng)匯集起來，重點(diǎn)是使其成為房屋市場上價(jià)格能夠?yàn)槿私邮艿纳唐?。已?jīng)建立了兩個(gè)基于用戶規(guī)格要求的示范性試驗(yàn)系統(tǒng)，由于采用的設(shè)備基于為商用住宅開發(fā)的技術(shù)，因此略嫌笨重，設(shè)計(jì)上也過于復(fù)雜。但市場一旦形成，這些都會(huì)做相應(yīng)的調(diào)整。

該智能家庭研究項(xiàng)目最初的目標(biāo)是滿足一些特定準(zhǔn)則：安全、易用、協(xié)助家中的獨(dú)立活動(dòng)；經(jīng)濟(jì)、低成本可復(fù)制性；可靠、足夠的靈活性（用以滿足今后功能擴(kuò)展及適應(yīng)性調(diào)整的要求）；易于安裝和維護(hù)。后經(jīng)與BRE（Building Research Establishment）和EIBG（European Intelligent Building Group）等相關(guān)組織的研究磋商，又增加了下面這樣一些準(zhǔn)則：安全、保密和家用電器控制的便捷性；能源和環(huán)境管理；老年人和殘疾人的需求；對新的娛樂方式及居家商業(yè)活動(dòng)的適應(yīng)性和調(diào)整能力。

后續(xù)的建議還有很多，比如：進(jìn)門系統(tǒng)；家庭安全；家庭環(huán)境控制；自動(dòng)門操作；中央閉鎖；烹飪控制（能夠自動(dòng)檢測鍋中的油是否已經(jīng)沸騰）；高效的供暖和通風(fēng)管理；自動(dòng)煤氣泄漏檢測和關(guān)閉；自動(dòng)著火檢測；等等。

所有這些導(dǎo)致了智能家庭規(guī)范草案的出臺(tái)，它分為三個(gè)層次：基本基礎(chǔ)設(shè)施；一般功能；附加功能?；净A(chǔ)設(shè)施可適用于任何類型的住宅，它為增加更多的專用技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。第二層針對的是某些特殊類型住宅的基本功能，而第三層則可提供附加功能以滿足特殊居住者的要求。

每一層都必須滿足一些通用條件，特別是：設(shè)備/系統(tǒng)必須具有明確清晰的功能；界面的操作必須簡單；系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)必須是可以證明的，價(jià)格應(yīng)能為人所接受；制造商必須規(guī)定可靠性；系統(tǒng)必須是可編程的，能夠進(jìn)行功能擴(kuò)展并與其他設(shè)備相連；基本基礎(chǔ)設(shè)施必須能夠?qū)崿F(xiàn)低成本的升級(jí)；必須提供符合接受標(biāo)準(zhǔn)的廣泛互連性以滿足交互式應(yīng)用的需要；安裝簡單，視覺影響要小；提供維護(hù)服務(wù)。

智能家庭潛在的好處是巨大的，雖然需要一定的投入，但由其帶來的各種費(fèi)用節(jié)省足以提供彌補(bǔ)。它的迅速發(fā)展標(biāo)志著家庭電子技術(shù)的一次飛躍！