智能家居控制系統研究論文

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摘要：本文簡單介紹了智能家庭控制系統的組成、旅行、功能、系統設計以及產品選擇的要點，工程設計事例等。

關鍵詞：家庭控制器自動監控安全防范

l引言

隨著國民經濟和科學技術水平的提高，特別是計算機技術、通信技術、網絡技術、控制技術的迅猛發展與提高，促使了家庭實現了生活現代化，居住環境舒適化、安全化。這些高科技已經影響到人們生活的方方面面，改變了人們生活習慣，提高了人們生活質量，家居智能化也正是在這種形勢下應運而生的。

2智能家居控制系統概述

智能家庭控制系統是以HFC、以太網、現場總線、公共電話網、無線網的傳輸網絡為物理平臺，計算機網絡技術為技術平臺，現場總線為應用操作平臺，構成一個完整的集家庭通信、家庭設備自動控制、家庭安全防范等功能的控制系統。

智能家居控制系統的總體目標是通過采用計算機技術、網絡技術、控制技術和集成技術建立一個由家庭到小區乃至整個城市的綜合信息服務和管理系統，以此來提高住宅高新技術的含量和居民居住環境水平。

系統通常由系統服務器、家庭控制器(各種模塊)、各種路由器、電纜調制解調器頭端設備CMTS、交換機、通訊器、控制器、無線收發器、各種探測器、各種傳感器、各種執行機構、打印機等主要部分組成。

3智能家居控制系統功能

智能家庭控制系統的主要功能包括家庭通信、家庭設備自動控制、家庭安全防范三個方面。

3．1家庭通信

家庭通信可采用電話線路、計算機互聯網、CATV線路、無線局域網等方式。

(1)電話線路

通過電話線路實現雙向傳輸語音信號和數據信號。

(2)計算機互聯網

通過互聯網實現信息交互、綜合信息查詢、網上教育、醫療保健、電子郵件、電子購物等。

(3)CATV線路

通過CATV線路實現VOD點播和多媒體通信。

(4)無線局域網

通過無線收發器、天線、各種無線終端，實現雙向傳輸數據信號。

3．2家庭設備自動監控

家庭設備自動監控包括電器設備的集中、遙控、遠距離異地(通過電話或Internet)的監視、控制及數據采集。

(1)家用電器的監視和控制

按照預先所設定程序的要求對熱水器、微波爐、視像音響等家用電器進行監視和控制。

(2)熱能表、燃氣表、水表、電度表的數據采集、計量和傳送根據小區物業管理的要求所設置數據采集程序，通過傳感器對熱能表、燃氣表、水表、電度表的用量進行自動數據采集、計量，并將采集結果遠程傳送給小區物業管理系統。

(3)空調機的監視、調節和控制

按照預先所設定的程序，根據時間、溫度、濕度等參數對空調機進行監視、調節和控制。

(4)照明設備的監視、調節和控制按照預先設定的時間程序，分別對各個房間照明設備的開、關進行控制，并可自動調節各個房間的照度。

(5)窗簾的控制

按照預先設定的時間程序，對窗簾的開啟／關閉進行控制。

3．3家庭安全防范

家庭安全防范主要包括多火災報警、可燃氣體泄漏報警、防盜報警、緊急求救、多防區的設置、訪客對講等。家庭控制器內按等級預先設置若干個報警電話號碼(如家人單位電話號碼、手機電話號碼、尋呼機電話號碼和小區物業管理安全保衛部門電話號碼等)，在有報警發生時，按等級的次序依次不停地撥通上述電話進行報警(可報出家中是哪個系統報警了)。同時，各種報警信號通過控制網絡傳送至小區物業管理中心，并可與其它功能模塊實現可編程的聯動(如可燃氣體泄漏報警后，聯動關閉燃氣管道上的電磁閥)。

(1)防火災發生

通過設置在廚房的感溫探測器和設置在客廳、臥室等的感煙探測器，監視各個房間內有無火災的發生。如有火災發生家庭控制器發出聲光報警信號，通知家人及小區物業管理部門。家庭控制器還可以根據有人在家或無人在家的情況，自動調節感溫探測器和感煙探測器的靈敏度。

(2)防可燃氣體泄漏

通過設置在廚房的可燃氣體探測器，監視燃氣管道、灶具有無燃氣泄漏。如有燃氣泄漏家庭控制器發出聲光報警信號，并聯動關閉燃氣管道上的電磁閥，同時通知家人及小區物業管理部門。

(3)防盜報警

防盜報警的防護區域分成兩部分，即住宅周界防護和住宅內區域防護。住宅周界防護是指在住宅的門、窗上安裝門磁開關，在對外的玻璃窗、門附近安裝玻璃破碎探測器；住宅內區域防護是指在主要通道、重要的房間內安裝被動紅外探測器或被動紅外／微波雙技術探測器。當家中有人時，住宅周界防護的防盜報警設備(門磁開關、玻璃破碎探測器)設防，住宅內區域防護的防盜報警設備(紅外探測器或被動紅外／微波雙技術探測器)撤防。當家人出門后，住宅周界防護的防盜報警設備(門磁開關、玻璃破碎探測器)和住宅內區域防護的防盜報警設備(被動紅外探測器或被動紅外／微波雙技術探測器)均設防。當有非法侵入時，家庭控制器發出聲光報警信號，并通知家人及小區物業管理部門。另外，通過程序可設定報警裝置的等級和報警器的靈敏度。

(4)訪客對講

住宅的主人通過訪客對講設備與來訪者進行雙向通話或可視通話，確認是否允許來訪者進人。住宅的主人利用訪客對講設備，可以對大樓入口門或單元門的門鎖進行開啟和關閉控制。

(5)緊急求救

當遇到意外情況(如疾病或有人非法侵入)發生時，按動報警按鈕向小區物業管理部門進行緊急求救報警。緊急求救信號在網絡傳輸中具有最高的優先級別，由于是人在緊急情況下的求救信號，其誤報的可能性很小

4智能家居控制系統類型

4．1系統類型

智能家庭控制系統可分成采用公共電話網的智能家庭控制系統、HFC的智能家庭控制系統、以太網的智能家庭控制系統、LonWorks的智能家庭控制系統、KS485的智能家庭控制系統、無線網的智能家庭控制系統等類型。

4．2基本特點、功能、適用范圍

(1)采用公共電話網的智能家庭控制系統采用公共電話網的智能家庭控制系統圖參見國家建筑標準設計<智能家居控制系統設計施工圖集》03X602第14頁。

·基本特點：家庭智能控制器內配置了與電話線連接的收發器，利用電話網絡作為信息傳輸網。該系統不僅在功能上能完全滿足要求，而且大大地簡化了布線，可以節省布線的投資。

·系統組成：系統由系統服務器、家庭控制器(內置了與電話線連接的收發器)、路由器、收發器、各種探測器、各種傳感器、各種執行機構、打印機等組成。

·系統功能：實現家庭通信、家庭設備自動控制、家庭安全防范。

·適用范圍：該系統適用于新建、擴建的智能化住宅(小區)工程，且特別適用于改造的智能化住宅(小區)工程，利用原有的電話線就可實現數據信號的共網傳輸。

(2)采用HFC的智能家庭控制系統

采用HFC的智能家庭控制系統圖參見國家建筑標準設計<智能家居控制系統設計施工圖集》03X602第15頁。

·基本特點：家庭智能控制器內配置了CableModem，利用有線電視的HFC網絡作為信息傳輸網。該系統不僅在功能上能完全滿足要求，而且大大地簡化了布線，可以節省布線的投資。

HFC網絡采用共享方式，其共享帶寬為36Mbps。當上網人數較多時，上網的速度會變慢。由于CableModem設備費用較高，用戶網絡的開通費用高。

·系統組成：系統由系統服務器、家庭控制器(內置了CableModem)、路由器、電纜調制解調器頭端設備CMTS、有線電視傳輸網絡、各種探測器、各種傳感器、各種執行機構、打印機等組成o

·系統功能：實現家庭通信、家庭設備自動控制、家庭安全防范。

·適用范圍：該系統適用于新建、擴建的智能化住宅(小區)工程，且特別適用于改造的智能化住宅(小區)工程，僅將原有的有線電視HFC網絡進行雙向改造，就可實現數據和圖像信號的共網傳輸。

(3)采用以太網的智能家庭控制系統

采用以太網的智能家庭控制系統圖參見國家建筑標準設計<智能家居控制系統設計施工圖集》03X602第16、17頁。

·基本特點：家庭智能控制器內配置了以太網網卡，利用以太網作為信息傳輸網。以太網同時支持住戶計算機和智能家庭控制系統。該系統不僅在功能上能完全滿足要求，而且大大地簡化了布線，可以節省布線的投資。

以太網傳輸速率較高，傳輸速率有10Mbps、100Mbps等。根據傳輸距離的要求，由小區物業管理中心至各樓交換機采用5類以上4對對絞線、多模光纜或單模光纜，由交換機至家庭控制器采用超5類4對對絞電纜。

·系統組成：系統由系統服務器、家庭控制器、路由器、交換機、各種探測器、各種傳感器、各種執行機構、打印機等組成。

·系統功能：實現家庭通信、家庭設備自動控制、家庭安全防范。

·適用范圍：該系統適用于新建、擴建和改造的智能化住宅(小區)工程，用以太網實現數據和圖像信號的雙向傳輸。

(4)采用LonWorks的智能家庭控制系統采用LonWorks的智能家庭控制系統圖參見國家建筑標準設計《智能家居控制系統設計施工圖集如3X602第21、22、23頁。

·基本特點：采用一個覆蓋全部ISO／OSI標準七層通信協議、開放性的LonWork總線技術，一臺系統服務器最多可連接127臺LONWorks路由器，一臺LonWorks路由器最多可連接63臺家庭控制器。每臺家庭控制器為LonWork一個通道上的網絡節點，每個網絡節點包括有神經元(NEURON)芯片、振蕩器、電源、一個通過媒介通信的收發器和與監控設備接口的I／O設備(電路)、存儲器等。

LonWorks直接通信距離可達2700m(雙絞線、78Kbps)，其通信傳輸速度最大可達1．25Mbps(此時有效傳輸距離為130m)。LonWorks路由器至小區物業管理中心線路長度超過2700m時，需在總線上加裝中繼器。傳輸線通常采用雙絞線，根據需要也可采用同軸電纜或電力線。

·系統組成：由系統服務器、家庭控制器、路由器、LonWorks路由器、交換機、各種探測器、各種傳感器、各種執行機構、打印機等組成。

·系統功能：實現家庭通信、家庭設備自動控制、家庭安全防范。

·適用范圍：該系統特別適用于新建、擴建的智能化住宅(小區)工程。

(5)采用KS485的智能家庭控制系統

采用KS485的智能家庭控制系統圖參見國家建筑標準設計<智能家居控制系統設計施工圖集>03X602第18、19、20頁。

·基本特點：KS485串行接口總線為主從式網絡，它的通信為半雙工、采用雙向單信道連接方式。RS485串行接口總線的傳輸介質采用雙絞線，它可以高速地進行遠距離傳輸，傳輸速度與傳輸距離的技術指標如下：傳輸速率為10Mbit／s時，最大傳輸距離是12m；傳輸速率為1Mbit／s時，最大傳輸距離是120m；傳輸速率為100kbit／s時，最大傳輸距離是1200m。

·系統組成：由系統服務器、家庭控制器、路由器、通訊器、控制器、各種探測器、各種傳感器、各種執行機構、打印機等組成。

·系統功能：實現家庭通信、家庭設備自動控制、家庭安全防范。

·適用范圍：該系統特別適用于新建、擴建的智能化住宅(小區)工程。

(6)采用無線網的智能家庭控制系統

采用無線網的智能家庭控制系統圖參見國家建筑標準設計<智能家居控制系統設計施工圖集>03X602第24、25頁。

·基本特點：利用無線作為信息傳輸網，該系統不僅在功能上能完全滿足要求，而且從系統服務器至家庭控制器、家庭控制器至各種現場末端裝置均采用無線傳輸方式，小區、樓內、戶內無需布線，施工簡單，可以節省施工的投資。

無線網的工作頻率符合IEEE802．11b標準要求。

·系統組成：由系統服務器、家庭控制器、無線收發器、各種探測器、各種傳感器、各種執行機構、打印機等組成。

·系統功能：實現家庭通信、家庭設備自動控制、家庭安全防范。

·適用范圍：該系統適用于新建、擴建的智能化住宅(小區)工程，且特別適用于改造的智能化住宅(小區)工程，不用敷設線路就可實現數據信號的傳輸。

5系統設計及產品選用要點

5．1智能家庭控制系統類型的選用

新建、擴建的智能化住宅(小區)工程，宜采用LonWorks的智能家庭控制系統、以太網的智能家庭控制系統或采用RS485的智能家庭控制系統。改造的智能化住宅(小區)工程，宜采用公共電話網的智能家庭控制系統、HFC的智能家庭控制系統或無線網的智能家庭控制系統。

5．2家庭控制器的選用

家庭控制器的選用主要包括功能、總線技術及模塊化設計、擴展功能、可按用戶的基本要求進行配置等方面的選用要求。

(1)家庭控制器功能的選用

家庭控制器通常具有以下功能：

·家庭防盜報警；

·家庭火災報警；

·家庭燃氣泄露報警；

·家庭緊急求助；

·遠程設防與撤防；

·遠程報警；

·訪客對講；

·家用電器監控；

·家用表具數據采集及處理；

·空調機監控；

·接入網接口；

·小區電子公告；

·信息查詢；

·家用設備報修等。

(2)家庭控制器功能的選擇

在工程設計中，家庭控制器功能的選擇可參見下表所示。

5．3總線技術及模塊化設計

·家庭控制器要求采用總線技術，如LonWorks、R5485、BACnet、C^NBlls、CEBus、X一10；

·家庭控制器要求采用模塊化設計，以便用戶可以根據需求選擇不同的模塊完成不同的功能。

5．4擴展功能

家庭控制器要有一定的擴展功能，考慮能適應今后發展的需要。

5．5可按用戶的基本要求進行配置應能根據用戶提出有哪些被控設備及監視控制要求(功能要求)等因素，來對家庭控制器組成進行配置，包含模塊種類的選擇和各種模塊數量的選擇。6設備的安裝

6．1交換機、路由器、控制器、放大箱、分配箱、電話分線箱

這些設備均應安裝在電氣豎井內或公共走道的墻上(內)。

6．2家庭控制器

暗裝(或明裝)在墻內(上)，其底邊距地面1．4m左右。家庭控制器應設置在住戶大門附近(宜距戶門0．5m以內)，且容易操作(包括設防與撤防)的地方。

6．3可燃氣體探測器

安裝在廚房內的燃氣管道、灶具附近，當住戶使用的是天然氣，燃氣探測器吸頂棚安裝在距頂棚300ram以內的地方；當住戶使用的是液化石油氣，燃氣探測器安裝在距地面300mm以內地方。

6．4感溫探測器設置在廚房內，它吸頂棚安裝。

6．5感煙探測器設置在起居室、臥室等房間內，它吸頂棚安裝。

6．6緊急按鈕開關

設置在起居室沙發和主臥室床頭附近的墻上，及衛生間的墻上。緊急按鈕開關暗裝在墻內，其底邊距地面0．5m~1．2m。

6，門(窗)磁開關

安裝在門扇和門框內或窗扇和窗框內。

6．8玻璃破碎探測器

安裝在窗戶和玻璃門(陽臺)附近的墻上或吸頂棚安裝。

6．9被動紅外侵入探測器和被動紅外／微波雙技術探測器

安裝在住戶的主要通道、重要的房間內，它吸頂棚安裝或安裝在頂棚的墻角處。

6．10紅外遙控器

安裝在被控電器設備正面附近的墻上，距離不能超過紅外線工作范圍，且與電器設備之間沒有遮擋。

7工程設計實例

以二室戶型為例介紹戶內的智能家庭控制系統設計，設計標準采用康居住宅先進級(3A)。采用以太網的家居控制系統，家庭控制器與戶內各模塊之間采用R．$485總線，家庭控制器可通過電話線或計算機網絡接收控制指令、發出信息，所選用的家庭控制器具有可視訪客對講功能。家居控制系統圖參見國家建筑標準設計<智能家居控制系統設計施工圖集>03X602第17頁，二室戶型家居控制平面圖參見圖1、2所示，家庭控制器與室內設備的連接參見圖3所示。

在起居廳、臥室設置了感煙探測器，廚房設置了感溫探測器、可燃氣體探測器，各房間的窗戶、陽臺推拉門上及附近設置了門(窗)磁開關和玻璃破碎探測器，起居廳設置了被動紅外侵入探測器，起居廳、臥室、衛生間設置了緊急按鈕開關。對電、水、燃氣進行計量；可對餐廳、起居廳、臥室的燈進行控制；當可燃氣體探測器探測到有燃氣泄漏后，聯動控制關閉燃氣管道上電磁閥、開啟排煙風機；當有各種探測器報警后，聯動警報發聲器發出報警聲音。

家庭控制器共提供13路輸入：電度表(電度表安裝在照明配電箱內)、燃氣表、熱能表、可燃氣體探測器、感溫探測器、感煙探測器、緊急按鈕開關、被動紅外侵入探測器、玻璃破碎探測器各1路，水表、門(窗)磁開關各2路。

家庭控制器共提供7路輸出：警報發聲器控制1路、燃氣管道上電磁閥控制1路、排煙風機控制1路、照明控制4路。

三室戶型、復式結構、別墅的智能家庭控制平面圖及家庭控制器與室內設備的連接參見國家建筑標準設計<智能家居控制系統設計施工圖集》03X602。

8設計中應注意的事項

當防火規范規定必須設置火災報警系統時，感煙探測器、感溫探測器及可燃氣體探測器的設置及系統的構成須遵循《火災自動報警系統設計規范》GB50116-98的規定。