智能家庭全景扫描

未来的家庭可能会拥有许多通过家庭网络总线与提供总体控制的中央装置相连的各类家用设备，构筑这种所谓的“智能家庭”涉及到技术、标准、安装和维护等诸多方面的工作。本文将简要介绍有关方面的技术发展情况。
 

当人们的家庭实现了自动化之后，各种电子设备就能够在几乎无需过问的情况下进行操作。比如，自动化的照明灯和CD播放机能够在预先设定的时刻（如主人回家的时间）开启；而自动化的供暖/冷却系统则能够在有人进出时对房间的温度进行调节。事实上，任何的电气/电子设备和个人的日常安排都可实现自动化，这样人们就可以少花一些时间去处理家中的琐事，而把更多的时间放在重要的事情上，提高生活质量。
 

家庭自动化系统的核心理所当然的应是在系统上和各种设备进行信息交流的中央处理单元（CPU），它从外部设备或监视的各种状态接收提示信号，并通过发送适当的控制信号作为响应。举个例子，如果一个与CPU相连接的“占有传感器”（Occupancy Sensor）检测到门厅里有人活动，CPU就可以发出指令去打开门厅里的照明灯或给房间加热。

家庭网络

不管您想要完成的是什么样的自动化，都需要一个公共网络，以把各种各样的设备连接于系统之中。网络可采用硬线连接、软线连接、无线连接或这些连接方式的组合。目前，大多数的家庭控制网络采用的都是硬线连接，有专用电缆与CPU相连。一般都认为这是最为可靠的方法，但它需要在房间里进行大量的电缆布线工作，因此硬线连接法往往只是在新建房屋或进行大规模房屋整修时被选用。
 

对于那些难以在墙内埋设专用电缆的多数家庭而言，可采用电气AC布线来构筑家庭网络。该技术通常被称为PLC（PowerLine Carrier）或X10，近期有报道称HPPA（HomePlug Powerline Alliance）正在推广这一技术。另外，还有利用家用电话线来提供家庭联网的技术，如HomePNA（Home Phoneline Networking Alliance）。
 

能够通过空气将来自机顶盒、Hi-Fi音频设备和宽带因特网调制解调器的内容从一个房间传送到另一个房间的无线连接将是今后的一个发展热点。据有关专家预测：到2003年，美国的无线家庭网络系统市场将增长5倍以上；到2004年，其市场规模将超过57亿美元。
 

无线连接的优势是多方面的：①无线家庭网络连接不需要在墙上穿洞，也不需要敷设昂贵的光缆，用户很快就能够使用；②使便携式设备能够保持其便携性，不必固定在墙上，且仍可与网络中的其他设备进行通信；③大多数无线网络都采用了某种形式的加密，为用户提供了保密性；④在大多数情况下，无线设备的作用距离可达45m左右。
 

通信自然是数字式的，因为这将实现编码指令的可靠接收。如果您试图通过电力线以模拟方式来发送信息，那么就不可能保证接收端获得清晰的信号。采用数字通信方式能够获得很高的信噪比，叠加在数字信号上的模拟噪声可通过电子方式去除。同时，编码处理负责清除可能出现的任何误差。
 

由于家用电子设备通常是由不同的制造商生产的，因此，要想实现网络中不同设备间的相互通信并非易事。家庭网络系统设计师或安装人员往往需要花费数月时间来编写程序设计代码，以实现两个子系统（比如安全系统和供暖/冷却系统）之间的内部通信。家庭自动化行业正在尝试制定通用标准以简化各类不同系统和设备之间的通信。不幸的是目前世界上已经有了很多标准，它们采用了不同的协议和硬件。

电缆
 

如果没有合适的布线，那么即使家中堆满了顶尖品质的电子设备，它们的优势也无法充分表现出来。您也许希望把音乐信号从位于起居室的CD机传送到安装于房屋四周的卫星扬声器；或是在位于起居室的DVD播放机和位于卧室的电视机（或网络PC和控制系统）之间提供视频链接，所有这些都需要进行布线。目前，一些建房者已开始把提供预布线作为一种标准的房屋舒适度指标。
 

通信的公用标准是三类线（Category 3），这种扭绞双线电缆（TP）能够处理普通的电话呼叫、传真和电子邮件。但采用这种传输线的数据传送速度较慢，约10Mb/s。网络冲浪爱好者们对三类线的局限性太了解不过了：从Web上下载信息的速度非常慢，即使采用高速调制解调器也无济于事。
 

为了提高网络访问速度，需要高速计算机联网，以及先进电信设备所使用的高品质五类线。它的数据信号传输速率达到了100Mb/s，且传输质量很高。Web TV和网络漫游电话虽均可采用三类线，但采用五类线效率更高。
 

不管什么设备，无论硬件或软件，都需要宽带宽。一条传输线可被看作是一系列调谐电路，就是说包括电感性和电容性元件。因此，存在频率/带宽限制。带宽是调谐电路所能处理的最高频率与最低频率之差。带宽越宽，调谐电路在不影响频响特性情况下的宽频率范围处理能力就越强。该特性曲线在频率范围内的理想状况应是平坦的（即线性的）。非线性响应意味着选择性频率延迟，它会使信号发生失真，而数据就是在这种情况下传输的。
 

同轴电缆被用于“娱乐”目的，即用于在家中传输视频信号。如果只是把信号输入一台电视机，那么标准的RG59同轴电缆就可以了；但若是想把信号分配到多台电视机，且不得有视频信号劣化，则选用RG6同轴电缆更好一些。而且，对于家用DBS、HDTV以及交互式系统来说，RG6也是一个更好的选择。它能够传输更多的信号，带宽约1.5GHz，而RG59仅为600～900MHz。

CPU
 

CPU负责协调连接子系统（如照明、安全、供暖/冷却、娱乐等）的动作。揿按“离开”（away）钮不仅使安全系统处于警戒状态，还会将主控热动开关拨回，并在不同的时刻开启选定的照明灯；而揿按“在家”（home）钮则进行相反的操作。
 

在设计精良的智能化家庭中控制系统是很不起眼的，只有诸如辅助键盘、触摸屏等用户界面才会使人想起它的存在。
 

各种家庭自动化系统之间的差异是很大的，包括智能化程度、程序设计的简易性、灵活性、通信媒体的集成化、客户化的范围以及成本等。

当前的技术
 

用于家庭电子系统和建筑物自动化的许多技术都是非常陈旧的，主要的进步在于系统的集成能力，以及用于控制的计算机化技术。
 

控制网络包括很多节点，每个节点都具有一个或多个传感器或驱动器，并均采用标准协议与中央处理器相连。各节点之间的数字通信可以是对等型（分布式控制）或主从型（集中式控制）的。不管是哪种方式，节点所具有的智能允许对处理负载进行分配。传感器本身可以是智能型的，能够进行局部数据分析、变换和规范化，并有望仅报告其环境中的重大变化。如果控制功能也是分布式的话，则系统性能和可靠性将得到极大的提高。

智能家庭技术
 

“智能家庭”（Smart Home）一词指的是那些采用信息技术来控制各种功能，并能够与外界进行通信联系的住宅。自20世纪70年代末以来，设备制造商、系统安装商和一些私人团体就开始了采用低成本计算的家庭自动化系统的开发。早期有几家制造商曾试图将D2B（Domestic Data Bus）作为家庭总线系统。
 

英国的JRF（Joseph Rowntree Foundation）和SH（Scottish House）共同资助了一项智能家庭研究项目，其中技术开发和安装工作由JRHT（Joseph Rowntree Housing Trust）和EHA（Edinvar Housing Association）承担。该项目的目的是以一种用户友好方式将各种家庭自动化系统汇集起来，重点是使其成为房屋市场上价格能够为人接受的商品。已经建立了两个基于用户规格要求的示范性试验系统，由于采用的设备基于为商用住宅开发的技术，因此略嫌笨重，设计上也过于复杂。但市场一旦形成，这些都会做相应的调整。
 

该智能家庭研究项目最初的目标是满足一些特定准则：安全、易用、协助家中的独立活动；经济、低成本可复制性；可靠、足够的灵活性（用以满足今后功能扩展及适应性调整的要求）；易于安装和维护。后经与BRE（Building Research Establishment）和EIBG（European Intelligent Building Group）等相关组织的研究磋商，又增加了下面这样一些准则：安全、保密和家用电器控制的便捷性；能源和环境管理；老年人和残疾人的需求；对新的娱乐方式及居家商业活动的适应性和调整能力。
 

后续的建议还有很多，比如：进门系统；家庭安全；家庭环境控制；自动门操作；中央闭锁；烹饪控制（能够自动检测锅中的油是否已经沸腾）；高效的供暖和通风管理；自动煤气泄漏检测和关闭；自动着火检测；等等。
 

所有这些导致了智能家庭规范草案的出台，它分为三个层次：基本基础设施；一般功能；附加功能。基本基础设施可适用于任何类型的住宅，它为增加更多的专用技术奠定了基础。第二层针对的是某些特殊类型住宅的基本功能，而第三层则可提供附加功能以满足特殊居住者的要求。
 

每一层都必须满足一些通用条件，特别是：设备/系统必须具有明确清晰的功能；界面的操作必须简单；系统的优点必须是可以证明的，价格应能为人所接受；制造商必须规定可靠性；系统必须是可编程的，能够进行功能扩展并与其他设备相连；基本基础设施必须能够实现低成本的升级；必须提供符合接受标准的广泛互连性以满足交互式应用的需要；安装简单，视觉影响要小；提供维护服务。
 

智能家庭潜在的好处是巨大的，虽然需要一定的投入，但由其带来的各种费用节省足以提供弥补。它的迅速发展标志着家庭电子技术的一次飞跃！