智能家居的框架与技术

在一个智能家庭网络中，具体包括那些设备和技术？智能家庭网络中与IT技术的联系主要在哪里？会对那些行业和企业产生影响？ 
　　网络：智能家居的骨架 
　　前面我们已经介绍过，智能家居是通过统一的网络总线和控制平台将家庭的电器设备、灯光控制系统、安全控制系统、能源管理系统等连成一体的。目前智能家居的发展趋势是由集中控制到分布控制，与集中式控制相比，分布式控制不仅能减少布线，而且能提高系统的可靠性，当某一个节点出现故障时，只需将该节点从网络中拿走，而其它节点不受影响。 
　　分布式智能家庭控制网络的一般结构如图一所示。由该图中我们可看出，智能家庭控制网络主要由下面几个部分组成： 
                   
                     
　　1. 总线耦合器（BCU—Bus Couple Unit） 
　　这是将家用电器/设备连接成一个网络的关键部分，也是网络总线与家用设备之间的纽带。它的主要作用首先是在各个BCU之间实现信息的交换，实现对家用设备的信号的获取（输入）或控制信号的输出。BCU对信息进行处理，并确定信息是否要经总线或其它BCU作传送。此外，由于每个BCU可以连接多个家用设备，因此它还需要确定信息的来源。 
　　2. 家电控制信号的驱动部分 
　　BCU无论在输入驱动的电压还是在输出电流驱动能力上都是很有限的，驱动部分就是要将BCU输出的控制信号“放大”到足以驱动家用电器的能力，同时也应将输入的微弱信号“放大”到BCU能够认可和接收的水平。 
　　3. 家用电器 
　　这是智能家庭中实际使用的设备。它与目前家庭使用的设备不同之处是：它们更具有灵活性，并应配置可以与BCU连接的相应的接口。一般原来只有开/关状态的家用设备（如微波炉、电饭煲等）几乎不用做太大的变动；而原来具有多种功能调节的家用设备（如电视可调音量、频道；空调可调温度、风向及方向；音响系统可调音量、音质及自动换盘等），则应由家用设备厂家做较大的变动，即每个家电应增加一个与BCU连接的接口，以便可以接收来自BCU的控制信号（以替代原遥控器的控制作用）和向BCU送出自己的工作状态信号，以便监测。 
　　4. 通用遥控器 
　　在一个智能家庭控制网络上的任何家用设备只需要通过一个唯一的遥控器，就可以实现对它们的控制和监测。也就是说不仅可以控制家用设备的工作如设备的启/停、工作状态和参数的改变等，还可以通过遥控器进行监控，例如看到室内的温度，查看卫生间的灯是否已经关断，热水器是否还在加热……。也就是说，这里的遥控器与家用电器的信息交换是可以双向进行的，而现在家中的遥控器只是具有单向的控制作用，而没有逆向的监测功能。 
　　5. 电话接口 
　　这里的电话接口与家中的遥控器有异曲同工的作用，只是遥控器是在家中的近距离的控制与监测，而电话模块可以让电话/手机在远距离作控制与监测。 
　　6. 家庭网关 
　　家庭网关是智能家庭网络上的一个重要部分，它是将单个家庭网络与外部世界（如局域网、Internet网或智能小区的子网络）沟通起来的关键部件。家庭网关的设置，就象现在的计算机上了网络一样，可以到各个网站上去浏览各种信息，可以收/发Email等，同时也可以通过远程已经连接到Internet上的计算机来控制和监测家庭中各种设备。 
　　技术：智能家居的神经 
　　在未来的一个完善的数字家庭中，将体现出当前各种高技术的综合集成。因为要构成一个真正意义上的智能化家庭，必定是各个学科的技术的交叉。因此要想构建一个真正的职能家居，需要多个行业、各家IT厂商进行支撑。 
　　智能家居系统主要包括以下技术： 
　　1. 计算机软件技术 
　　在数字家庭网络中涉及的计算机软件，除一般的用户程序外，最突出的有二个方面：首先是网络操作系统，这个操作系统应该具有占存储器小、使用方便、配置灵活、容错性能好等特点；其次是数据结构，这是由于一般的家庭控制网络中，不可能使用各种体积庞大的数据库，而实际使用时又需要处理大量的数据，因此需要设计者设计一个适合于家庭网络使用的数据库。 
　　2. 计算机网络技术 
　　这里比较突出的是家庭网关，例如与Internet或Ethernet的接入、路由的选择、浏览器的设计、网页的制作，此外还有编码压缩技术和网络接口技术等。 
　　3. 计算机密码技术 
　　数字家庭网络与外界联网为用户带来了很大的方便。但有其利也有其弊，“黑客”一类的不速之客也将不请自来。为了保护用户的权益和隐私不受侵犯，则不能允许无关者私自闯入私人的家居网络中来。解决的办法之一是采用各种加密/解密技术。 
　　4.“即插即用”技术 
　　这是家庭网络中特殊要求的技术，即要求网络能自动“感觉”和“识别”新上网的家用电器/设备，并且能对它们执行控制和监测的功能。要完成这个功能，不仅要求家用电器/设备要作一定的改动（增加相应的接口），同时要求网络的操作系统具备这样的能力。为了实现这个功能，首先要规范化/标准化接口协议和设备文件，其次网络操作系统应该具有完备的协议，最后控制器（如遥控器）应能自动重组系统控制逻辑。所以说要实现这个功能不是一件轻而易举的事，目前在国外也还没有标准化的成熟的方案推出。 
　　5. 图像处理技术 
　　图像处理技术是属于信息技术中一个层次比较高的技术，目前它也已经走入了数字家庭之中。其中最典型的例子是智能型防盗门，这种防盗门是不需要用普通钥匙的，它的“钥匙”是该家庭每个人员自己身上的某个器官特征：比如，手指的指纹，或人脸的特写，或眼睛中的虹膜等。这些人体的自身的特征，首先需要通过一些专用的装置将它们采集到，然后对这些采集到的图像信息作必要的处理，并提取相应需要的特征，最后根据这些特征来识别出“是否是本家居中的成员”。在这样的一个系统中，最关键也是最重要的技术是：在尽可能短的时间里，对所采集的信息作快速处理和提取出足以作出正确识别的特征来，而这正是图像处理中最核心的技术之一。 
　　6. 传感器技术 
　　在一个数字家庭中，为保证完善的控制，需要测量的物理量是多种多样的（例如流量、电量、温度、湿度、微量气体含量等），这都需要传感器技术。一般说来，家庭中的物理量的测量精度要求不高，测量设备的体积和重量也没有苛刻的要求，因此还需要研究和开发适应家庭网络控制用的价格低、稳定、可靠和多功能集成的测量技术和传感器技术以及相应的产品。