智能家庭全景掃描

未來(lái)的家庭可能會(huì )擁有許多通過(guò)家庭網(wǎng)絡(luò )總線(xiàn)與提供總體控制的中央裝置相連的各類(lèi)家用設備，構筑這種所謂的“智能家庭”涉及到技術(shù)、標準、安裝和維護等諸多方面的工作。本文將簡(jiǎn)要介紹有關(guān)方面的技術(shù)發(fā)展情況。

當人們的家庭實(shí)現了自動(dòng)化之后，各種電子設備就能夠在幾乎無(wú)需過(guò)問(wèn)的情況下進(jìn)行操作。比如，自動(dòng)化的照明燈和CD播放機能夠在預先設定的時(shí)刻（如主人回家的時(shí)間）開(kāi)啟；而自動(dòng)化的供暖/冷卻系統則能夠在有人進(jìn)出時(shí)對房間的溫度進(jìn)行調節。事實(shí)上，任何的電氣/電子設備和個(gè)人的日常安排都可實(shí)現自動(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)化系統的核心理所當然的應是在系統上和各種設備進(jìn)行信息交流的中央處理單元（CPU），它從外部設備或監視的各種狀態(tài)接收提示信號，并通過(guò)發(fā)送適當的控制信號作為響應。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(mén)廳里有人活動(dòng)，CPU就可以發(fā)出指令去打開(kāi)門(mén)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 )，以把各種各樣的設備連接于系統之中。網(wǎng)絡(luò )可采用硬線(xiàn)連接、軟線(xiàn)連接、無(wú)線(xiàn)連接或這些連接方式的組合。目前，大多數的家庭控制網(wǎng)絡(luò )采用的都是硬線(xiàn)連接，有專(zhuān)用電纜與CPU相連。一般都認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(xiàn)工作，因此硬線(xiàn)連接法往往只是在新建房屋或進(jìn)行大規模房屋整修時(shí)被選用。

對于那些難以在墻內埋設專(zhuān)用電纜的多數家庭而言，可采用電氣AC布線(xiàn)來(lái)構筑家庭網(wǎng)絡(luò )。該技術(shù)通常被稱(chēng)為PLC（PowerLine Carrier）或X10，近期有報道稱(chēng)HPPA（HomePlug Powerline Alliance）正在推廣這一技術(shù)。另外，還有利用家用電話(huà)線(xiàn)來(lái)提供家庭聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)，如HomePNA（Home Phoneline Networking Alliance）。

能夠通過(guò)空氣將來(lái)自機頂盒、Hi-Fi音頻設備和寬帶因特網(wǎng)調制解調器的內容從一個(gè)房間傳送到另一個(gè)房間的無(wú)線(xiàn)連接將是今后的一個(gè)發(fā)展熱點(diǎn)。據有關(guān)專(zhuān)家預測：到2003年，美國的無(wú)線(xiàn)家庭網(wǎng)絡(luò )系統市場(chǎng)將增長(cháng)5倍以上；到2004年，其市場(chǎng)規模將超過(guò)57億美元。

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

通信自然是數字式的，因為這將實(shí)現編碼指令的可靠接收。如果您試圖通過(guò)電力線(xiàn)以模擬方式來(lái)發(fā)送信息，那么就不可能保證接收端獲得清晰的信號。采用數字通信方式能夠獲得很高的信噪比，疊加在數字信號上的模擬噪聲可通過(guò)電子方式去除。同時(shí)，編碼處理負責清除可能出現的任何誤差。

由于家用電子設備通常是由不同的制造商生產(chǎn)的，因此，要想實(shí)現網(wǎng)絡(luò )中不同設備間的相互通信并非易事。家庭網(wǎng)絡(luò )系統設計師或安裝人員往往需要花費數月時(shí)間來(lái)編寫(xiě)程序設計代碼，以實(shí)現兩個(gè)子系統（比如安全系統和供暖/冷卻系統）之間的內部通信。家庭自動(dòng)化行業(yè)正在嘗試制定通用標準以簡(jiǎn)化各類(lèi)不同系統和設備之間的通信。不幸的是目前世界上已經(jīng)有了很多標準，它們采用了不同的協(xié)議和硬件。

電纜

如果沒(méi)有合適的布線(xiàn)，那么即使家中堆滿(mǎn)了頂尖品質(zhì)的電子設備，它們的優(yōu)勢也無(wú)法充分表現出來(lái)。您也許希望把音樂(lè )信號從位于起居室的CD機傳送到安裝于房屋四周的衛星揚聲器；或是在位于起居室的DVD播放機和位于臥室的電視機（或網(wǎng)絡(luò )PC和控制系統）之間提供視頻鏈接，所有這些都需要進(jìn)行布線(xiàn)。目前，一些建房者已開(kāi)始把提供預布線(xiàn)作為一種標準的房屋舒適度指標。

通信的公用標準是三類(lèi)線(xiàn)（Category 3），這種扭絞雙線(xiàn)電纜（TP）能夠處理普通的電話(huà)呼叫、傳真和電子郵件。但采用這種傳輸線(xiàn)的數據傳送速度較慢，約10Mb/s。網(wǎng)絡(luò )沖浪愛(ài)好者們對三類(lèi)線(xiàn)的局限性太了解不過(guò)了：從Web上下載信息的速度非常慢，即使采用高速調制解調器也無(wú)濟于事。

為了提高網(wǎng)絡(luò )訪(fǎng)問(wèn)速度，需要高速計算機聯(lián)網(wǎng)，以及先進(jìn)電信設備所使用的高品質(zhì)五類(lèi)線(xiàn)。它的數據信號傳輸速率達到了100Mb/s，且傳輸質(zhì)量很高。Web TV和網(wǎng)絡(luò )漫游電話(huà)雖均可采用三類(lèi)線(xiàn)，但采用五類(lèi)線(xiàn)效率更高。

不管什么設備，無(wú)論硬件或軟件，都需要寬帶寬。一條傳輸線(xiàn)可被看作是一系列調諧電路，就是說(shuō)包括電感性和電容性元件。因此，存在頻率/帶寬限制。帶寬是調諧電路所能處理的最高頻率與最低頻率之差。帶寬越寬，調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。該特性曲線(xiàn)在頻率范圍內的理想狀況應是平坦的（即線(xiàn)性的）。非線(xiàn)性響應意味著(zhù)選擇性頻率延遲，它會(huì )使信號發(fā)生失真，而數據就是在這種情況下傳輸的。

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

CPU

CPU負責協(xié)調連接子系統（如照明、安全、供暖/冷卻、娛樂(lè )等）的動(dòng)作。撳按“離開(kāi)”（away）鈕不僅使安全系統處于警戒狀態(tài)，還會(huì )將主控熱動(dòng)開(kāi)關(guān)撥回，并在不同的時(shí)刻開(kāi)啟選定的照明燈；而撳按“在家”（home）鈕則進(jìn)行相反的操作。

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

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

當前的技術(shù)

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

控制網(wǎng)絡(luò )包括很多節點(diǎn)，每個(gè)節點(diǎn)都具有一個(gè)或多個(gè)傳感器或驅動(dòng)器，并均采用標準協(xié)議與中央處理器相連。各節點(diǎn)之間的數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，節點(diǎn)所具有的智能允許對處理負載進(jìn)行分配。傳感器本身可以是智能型的，能夠進(jìn)行局部數據分析、變換和規范化，并有望僅報告其環(huán)境中的重大變化。如果控制功能也是分布式的話(huà)，則系統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(lái)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70年代末以來(lái)，設備制造商、系統安裝商和一些私人團體就開(kāi)始了采用低成本計算的家庭自動(dòng)化系統的開(kāi)發(fā)。早期有幾家制造商曾試圖將D2B（Domestic Data Bus）作為家庭總線(xiàn)系統。

英國的JRF（Joseph Rowntree Foundation）和SH（Scottish House）共同資助了一項智能家庭研究項目，其中技術(shù)開(kāi)發(fā)和安裝工作由JRHT（Joseph Rowntree Housing Trust）和EHA（Edinvar Housing Association）承擔。該項目的目的是以一種用戶(hù)友好方式將各種家庭自動(dòng)化系統匯集起來(lái)，重點(diǎn)是使其成為房屋市場(chǎng)上價(jià)格能夠為人接受的商品。已經(jīng)建立了兩個(gè)基于用戶(hù)規格要求的示范性試驗系統，由于采用的設備基于為商用住宅開(kāi)發(fā)的技術(shù)，因此略嫌笨重，設計上也過(guò)于復雜。但市場(chǎng)一旦形成，這些都會(huì )做相應的調整。

該智能家庭研究項目最初的目標是滿(mǎn)足一些特定準則：安全、易用、協(xié)助家中的獨立活動(dòng)；經(jīng)濟、低成本可復制性；可靠、足夠的靈活性（用以滿(mǎn)足今后功能擴展及適應性調整的要求）；易于安裝和維護。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(lè )方式及居家商業(yè)活動(dòng)的適應性和調整能力。

后續的建議還有很多，比如：進(jìn)門(mén)系統；家庭安全；家庭環(huán)境控制；自動(dòng)門(mén)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(zhù)火檢測；等等。

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

每一層都必須滿(mǎn)足一些通用條件，特別是：設備/系統必須具有明確清晰的功能；界面的操作必須簡(jiǎn)單；系統的優(yōu)點(diǎn)必須是可以證明的，價(jià)格應能為人所接受；制造商必須規定可靠性；系統必須是可編程的，能夠進(jìn)行功能擴展并與其他設備相連；基本基礎設施必須能夠實(shí)現低成本的升級；必須提供符合接受標準的廣泛互連性以滿(mǎn)足交互式應用的需要；安裝簡(jiǎn)單，視覺(jué)影響要??；提供維護服務(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(lái)的各種費用節省足以提供彌補。它的迅速發(fā)展標志著(zhù)家庭電子技術(shù)的一次飛躍！