葉園

摘 要 隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、嵌入式技術(shù)以及Internet技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對生活的安全、舒適、便捷等方面的要求越來越高，人們對智能家居系統(tǒng)的性能需求也在不斷提升。智能家居系統(tǒng)是利用計算機(jī)、嵌入式系統(tǒng)和通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將各種家用設(shè)施通過家庭網(wǎng)絡(luò)連接到一起，從而為人們提供更為便利舒適的生活。本文介紹了智能家居系統(tǒng)的特點、嵌入式系統(tǒng)的特征，并對嵌入式技術(shù)在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞 嵌入式技術(shù) 智能家居系統(tǒng) 應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，人們對家庭住宅需求的概念也發(fā)生了徹底的改變。人們正在從以往追求房屋空間的寬闊和裝飾的豪華，向著追求品味、安全、舒適、便捷和智能方向發(fā)展。智能家居系統(tǒng)是建筑藝術(shù)、生活理念與信息技術(shù)、電子技術(shù)、自動化技術(shù)等現(xiàn)代高科技手段完美結(jié)合的產(chǎn)物，它的出現(xiàn)滿足了人們對住宅高性能、智能化的要求。

一、智能家居系統(tǒng)的特點

智能家居，又稱智能住宅，在國外常用SmartHome來表示，是利用先進(jìn)的計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、綜合布線技術(shù)、依照人體工程學(xué)原理，融合個性需求，將與家居生活有關(guān)的各個子系統(tǒng)如安防、燈光控制、窗簾控制、煤氣閥控制、信息家電、場景聯(lián)動、地板采暖等有機(jī)地結(jié)合在一起，通過網(wǎng)絡(luò)化綜合智能控制和管理，將一個被動靜止的家居環(huán)境提升為一個具有一定智慧協(xié)助能力的人性化的生活幫手，實現(xiàn)“以人為本”的全新家居生活體驗。

智能家居系統(tǒng)屬于個人范圍內(nèi)的通信系統(tǒng)。其主要方式就是在家庭內(nèi)部組成家電的數(shù)據(jù)傳輸和控制網(wǎng)絡(luò)，最后將這個網(wǎng)絡(luò)與Internet相連。與一般通信網(wǎng)絡(luò)相比，智能家居系統(tǒng)具有以下特點：（1）靈活易擴(kuò)展：方便系統(tǒng)內(nèi)部增加或更新設(shè)備，更易于連接現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)。（2）系統(tǒng)具備標(biāo)準(zhǔn)化：系統(tǒng)內(nèi)部的各種設(shè)備規(guī)范化。（3）具有較高的實時性：可以根據(jù)當(dāng)時的家庭環(huán)境進(jìn)行實時的調(diào)整。（4）具有較高的安全性：與外界進(jìn)行信息交換時能保證系統(tǒng)安全，同時，系統(tǒng)也有較強(qiáng)的抗干擾能力和穩(wěn)定性。（5）系統(tǒng)可靠：易維護(hù)及拓展升級。

根據(jù)智能家居系統(tǒng)的概念和特點，在使用的過程中會受到數(shù)據(jù)速率、通信距離和安全性的影響。

二、嵌入式系統(tǒng)的特征

嵌入式系統(tǒng)（EmbeddedSystem），是一種“完全嵌入受控器件內(nèi)部，為特定應(yīng)用而設(shè)計的專用計算機(jī)系統(tǒng)”，是用來控制或者監(jiān)視機(jī)器、裝置、工廠等大規(guī)模設(shè)備的系統(tǒng)。通常情況下，嵌入式系統(tǒng)是一個控制程序存儲在ROM中的嵌入式處理器控制板，事實上，所有帶有數(shù)字接口的設(shè)備，如手表、微波爐、錄像機(jī)、汽車等，都使用嵌入式系統(tǒng)，有些嵌入式系統(tǒng)還包含操作系統(tǒng)，但大多數(shù)嵌入式系統(tǒng)都是是由單個程序?qū)崿F(xiàn)整個控制邏輯。

嵌入式系統(tǒng)有以下幾個重要特征：（1）系統(tǒng)內(nèi)核小。由于嵌入式系統(tǒng)一般是應(yīng)用于小型電子裝置的，系統(tǒng)資源相對有限，所以內(nèi)核較傳統(tǒng)的操作系統(tǒng)要小得多。（2）專用性強(qiáng)。嵌入式系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)和硬件的結(jié)合非常緊密，一般要針對硬件進(jìn)行系統(tǒng)的移植，即使在同一品牌、同一系列的產(chǎn)品中也需要根據(jù)系統(tǒng)硬件的變化和增減不斷進(jìn)行修改。（3）系統(tǒng)精簡。嵌入式系統(tǒng)一般沒有系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的明顯區(qū)分，不要求其功能設(shè)計及實現(xiàn)上過于復(fù)雜，這樣一方面利于控制系統(tǒng)成本，同時也利于實現(xiàn)系統(tǒng)安全。（4）具有較強(qiáng)的實時性。因為嵌入式系統(tǒng)常用于具體的生產(chǎn)和生活，故對其實時性要求很高。嵌入式系統(tǒng)在存儲器的設(shè)計上基本都使用計算速度較快的閃存Flash，在配以軟件的相應(yīng)設(shè)計，使得系統(tǒng)能夠快速而準(zhǔn)確地響應(yīng)各種外部事件。（5）生命周期長。嵌入式系統(tǒng)與具體應(yīng)用有機(jī)結(jié)合在一起，升級換代也是同步進(jìn)行。因此，嵌入式系統(tǒng)產(chǎn)品一旦進(jìn)入市場，具有較長的生命周期。

三、嵌入式技術(shù)在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用

智能家居的目標(biāo)是：通過家庭智能化平臺，人們可以通過電話或者瀏覽器在任何時候、任何地點對家中的電器（比如：空調(diào)、電視、熱水器、電飯煲、電燈、報警器等）進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。譬如，在下班途中，預(yù)先將家中的電燈打開、空調(diào)啟動、讓熱水器提前燒好熱水、電飯煲煮好香噴噴的米飯等;而這一切的實現(xiàn)僅僅是打一個電話或者點下鼠標(biāo)。

隨著嵌入式系統(tǒng)芯片性能的不斷提高，嵌入式技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛：工業(yè)控制、家用電器、醫(yī)學(xué)檢驗、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、智能開關(guān)、汽車制造、航空航天……特別是嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用結(jié)合到人類的生活起居中，逐漸形成了一個以住宅為平臺，兼?zhèn)渚W(wǎng)絡(luò)通信、信息家電和設(shè)備自動化，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境，這對人類的生活效率和生活質(zhì)量產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

嵌入式智能家居控制系統(tǒng)主要可以對以下居家功能進(jìn)行設(shè)置及控制：

（1）可視對講。在門廳、書房等處安裝可視對講系統(tǒng)。來訪客人必須經(jīng)住戶同意，由住戶遙控開啟單元防盜門方可進(jìn)入。單元門口主機(jī)也可以通過網(wǎng)絡(luò)與管理中心主機(jī)相連，將來訪者輸入的信號同時傳到管理主機(jī)上，便于值班人員掌握客人來訪的清況。以上的功能，在新建的住宅小區(qū)，已經(jīng)得到了廣泛使用。

（2）報警。報警可以分為防盜報警、防災(zāi)報警、緊急呼救及報警等。

防盜報警。在室外的公共區(qū)域，例如過道和樓梯的墻面或吊頂處安裝防盜探頭，在室內(nèi)安裝紅外線探頭，如有人非法侵入就會探測到并即時報警。另外，還可選用高速照相機(jī)或攝像機(jī)，一旦發(fā)生報警，將自動對現(xiàn)場照相或錄像。這些功能，也在目前新建的住宅小區(qū)得到了廣泛應(yīng)用。

防災(zāi)報警。在房間內(nèi)安裝煤氣泄漏探頭及感溫、感煙探頭。當(dāng)發(fā)生可燃性氣體泄漏時，就會發(fā)出報警信號。目前大部分小區(qū)的報警信號是直接與管理中心主機(jī)相連的。其實，在嵌入式技術(shù)的指導(dǎo)下，觸發(fā)報警后，除了可以通過網(wǎng)絡(luò)向小區(qū)管理中心報警，還可以通過Internet或撥打住戶設(shè)定的電話進(jìn)行報警。同時，在室內(nèi)當(dāng)所探測范圍內(nèi)溫度升高或煙霧彌漫，火災(zāi)探測器就會探測到并即時報警（聲光報警或通信報警），在開啟屋內(nèi)排氣扇排除有害氣體的同時，如有消防噴淋系統(tǒng)，則會自動進(jìn)行噴淋。

緊急呼救及報警系統(tǒng)。在戶內(nèi)多處設(shè)緊急呼救報警按鈕，如臥室床頭、書房或衛(wèi)生間內(nèi)。當(dāng)發(fā)生被盜、病人突發(fā)疾病等緊急情況時，可直接向小區(qū)保安中心報警，也可以通過Internet或撥打住戶設(shè)定的電話進(jìn)行報警，使住戶得到及時的救助。

（3）遠(yuǎn)程操作智能家電。

智能家電將微處理器和嵌入式技術(shù)引入家電設(shè)備中，具有遠(yuǎn)程控制、中心通信等功能，并可自動監(jiān)測自身故障，進(jìn)行自動調(diào)節(jié)、控制和測量。它是可以進(jìn)行信息存儲并且可進(jìn)行遠(yuǎn)程操作的個人使用設(shè)備，也稱為網(wǎng)絡(luò)家電、信息家電。信息家電支持統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，相互間可以訪問識別，具有一定的智能。

智能家電都會有數(shù)據(jù)接口，可以通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控。即：可以通過電話、手機(jī)短信、Internet等遠(yuǎn)程控制家用電器（如微波爐、電飯煲、熱水器、空調(diào)器、洗衣機(jī)、冰箱等），同時利用傳感器和語音識別技術(shù)可以實現(xiàn)家電的主動響應(yīng)和聲控功能?？傊?，未來的智能家電將朝著網(wǎng)絡(luò)化、云端化、自適應(yīng)進(jìn)化、多種智能化、綠色化這五個方面發(fā)展。

（4）信息終端。可以接收小區(qū)管理中心發(fā)出的小區(qū)公告、住戶通知等，瀏覽網(wǎng)頁，接收郵件、手機(jī)短信，以及查詢報警信息等。

（5）自動抄表。將帶電子采集器的天然氣表、電表、水表、暖氣表等從戶內(nèi)布線通過家庭信息接入箱引到戶外的系統(tǒng)采集總成，與小區(qū)的物業(yè)管理中心連接，在管理中心主機(jī)上可隨時用人工或自動的方式抄錄三表的讀數(shù)。輸入當(dāng)?shù)厮?、電、氣的價格就可自動計算費用，并打印出讀數(shù)、計費的情況。

（6）遠(yuǎn)程監(jiān)控。當(dāng)家中有老人、小孩等需要照顧時，可以在上述這些人所在的環(huán)境安裝攝像頭，可通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程觀察到需照顧人的狀況。此外，當(dāng)防盜報警被觸發(fā)后，也可以通過Internet遠(yuǎn)程監(jiān)控家中事態(tài)的進(jìn)展情況。

（7）音樂、視頻及燈光控制音頻、視頻信號通過分配后連接到各個需要的房間，實現(xiàn)一臺VCD（DVD）播放，多個房間可通過電視機(jī)觀看的目的。在家中安裝背景音響系統(tǒng)及燈光集中控制系統(tǒng)，可以通過網(wǎng)關(guān)上的手觸屏，以及電話、手機(jī)短信、Internet等遠(yuǎn)程控制家中的插座，進(jìn)而實現(xiàn)對家中的音響、視頻及燈光的集中控制。

科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展是社會信息化不斷發(fā)展的動力，信息家電、智能家居等概念的不斷涌出也讓每個家庭作為社會信息終端的作用日益顯著，與智能家居產(chǎn)品相關(guān)的智能家居控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)也在不斷的發(fā)展。

在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、嵌入式技術(shù)以及Internet技術(shù)的不斷發(fā)展下以及主流消費者對智能家居接受程度的提高，除了以上一些已經(jīng)實現(xiàn)的智能家居控制，智能家居控制系統(tǒng)將會擴(kuò)大到人們?nèi)粘Ｉ睢W(xué)習(xí)的方方面面，給人們的生活帶來意想不到的驚喜，而嵌入式技術(shù)的引入也必將加速智能家居的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]張海峰.智能家居系統(tǒng)解決方案[J].智能建筑與城市信息，2010.

[2]陳良銀.智能家居系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].新疆大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2011.

[3]向軍，謝贊福.基于嵌入式Internet/Intranet的智能家居系統(tǒng)模型及實現(xiàn)[J].計算機(jī)工程與設(shè)計，2010.

（作者單位：武漢商學(xué)院機(jī)電工程與汽車服務(wù)學(xué)院）