本文從技術(shù)與應(yīng)用的廣角全面闡述智能家居系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展前景，深入分析了其核心技術(shù)——通訊網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和控制器，并提出個(gè)人的技術(shù)觀點(diǎn)和建議。由于本文篇幅較長(zhǎng)，將分兩期為讀者呈現(xiàn)。 

    智能家居，又稱智能住宅，在國(guó)外常用Smart Home表示。與智能家居含義近似的有家庭自動(dòng)化（Home Automation）、電子家庭（Electric Home、E-home）、數(shù)字家園（Digital Family）、家庭網(wǎng)絡(luò)（Home Net/Networks for Home）、網(wǎng)絡(luò)家居（Network Home）、智能家庭（Intelligent Home），在我國(guó)港臺(tái)地區(qū)還有數(shù)碼家庭、數(shù)碼家居等稱謂。

    智能住宅或智慧家居，是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、綜合布線技術(shù)，依照人體工學(xué)原理，融合個(gè)性需求，對(duì)家居生活進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化的綜合智能管理，以實(shí)現(xiàn)更舒適、更安全、更便捷的全新家居生活體驗(yàn)。智能住宅對(duì)中國(guó)市民來(lái)說(shuō)并不陌生，早在2001年就有媒體報(bào)道，上海智能化住宅已經(jīng)達(dá)到400幢，但嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，它們只是在原來(lái)可視對(duì)講的基礎(chǔ)上，增設(shè)了幾種簡(jiǎn)單的系統(tǒng)（比如基本的安防控制和三表遠(yuǎn)程抄送等），真正意義上的智能化住宅截止目前并不多見。而智能小區(qū)經(jīng)過(guò)多年的實(shí)際應(yīng)用，已經(jīng)有了長(zhǎng)足的發(fā)展，僅僅提供安全保障的智能小區(qū)系統(tǒng)已經(jīng)很難滿足人們對(duì)于安全、方便、智能化等方面的需要。因此，智能家居必將成為一個(gè)新的市場(chǎng)熱點(diǎn)。

    智能家居系統(tǒng)的內(nèi)涵，主要包括家居綜合布線系統(tǒng)、家居安全防范系統(tǒng)、家居電器自動(dòng)控制系統(tǒng)和家居背景音響系統(tǒng)。其功能結(jié)構(gòu)為家庭信息控制、家庭通信網(wǎng)絡(luò)和控制總線、家庭網(wǎng)關(guān)。國(guó)際廠商如德國(guó)西門子、日本松下等，國(guó)內(nèi)廠商如聯(lián)想、海爾、TCL紛紛推出產(chǎn)品。

    目前，智能家居系統(tǒng)種類繁多，主要有基于樓宇對(duì)講系統(tǒng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng)、基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的家庭自動(dòng)化系統(tǒng)和基于智能手機(jī)的智能家居系統(tǒng)三大類。

    由于樓宇保安對(duì)講系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化成熟，使得單純的樓宇對(duì)講系統(tǒng)向家庭自動(dòng)化系統(tǒng)過(guò)渡，而基于樓宇對(duì)講系統(tǒng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng)產(chǎn)品居多。這類產(chǎn)品基于樓宇對(duì)講系統(tǒng)技術(shù)（系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和傳輸系統(tǒng)），在各戶室內(nèi)分機(jī)增添功能終端設(shè)備（防盜、防火、照明、家用電器等）?；谥悄苁謾C(jī)的智能家居系統(tǒng)屬新興產(chǎn)業(yè)技術(shù)，本文僅做簡(jiǎn)要闡述。而基于現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的智能家居系統(tǒng)技術(shù)含量高、功能強(qiáng)，實(shí)施容易，是本文探討的重點(diǎn)。

    在滿足系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)要求情況下，不同產(chǎn)品可能采用不同的技術(shù)手段，其核心技術(shù)是通訊網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和控制器。目前實(shí)現(xiàn)智能家居系統(tǒng)的通訊網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)總體上可以歸為三大類：總線技術(shù)、無(wú)線技術(shù)、電力載波技術(shù)。控制器方式主要有拼湊型控制系統(tǒng)、主機(jī)式集中控制系統(tǒng)和智能控制中心。

通訊網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
電力線載波技術(shù)
    電力線載波技術(shù)起源于美國(guó)，X-10通信協(xié)議適用于X-10發(fā)送器與接收器之間，以家庭內(nèi)的電力線纜為通信媒體，用于家庭安全監(jiān)控、電器控制等家庭自動(dòng)化系統(tǒng)。其缺點(diǎn)在于許多設(shè)備間進(jìn)行單向通信，沒有反饋機(jī)制，因?yàn)槠淇刂圃厥遣煌晟频模ㄐ琶襟w單一，通信速率較低。

    荷蘭PLC-Bus技術(shù)，是一種高穩(wěn)定性及較高價(jià)格性能比的雙向電力線通信總線技術(shù)，而其他的電力線控制技術(shù)在系統(tǒng)功能、可靠和成本上均無(wú)法與之比擬。它主要由發(fā)射器、接收器與系統(tǒng)配套設(shè)備三部分組成，該系統(tǒng)對(duì)弱電布線的唯一要求是每個(gè)開關(guān)盒里必須有零線和火線，而電力線的Home Plug也展露良好發(fā)展前景。

    國(guó)內(nèi)引入PLC-Bus技術(shù)的主要有索博智能家居系統(tǒng)，濟(jì)南中訊高科電子科技公司的同類產(chǎn)品，還有（佛山）自主開發(fā)基于電力線載波技術(shù)的智能墻壁開關(guān)產(chǎn)品。[nextpage]

無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
    無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要有802.11b，Bluetooth（藍(lán)牙）和Home RF三種方案。

    802.11b技術(shù)，是IEEE的無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)。目前802.11g也運(yùn)行在2.4GHz頻段,達(dá)到54M寬帶，更高寬帶（100M以上）的802.11n和UWB也開始嶄露頭角?；跓o(wú)線通信技術(shù)的系統(tǒng)，具有免布線、安裝簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，但目前多數(shù)此類產(chǎn)品都是單向通信方式，各個(gè)開關(guān)之間也無(wú)法建立聯(lián)動(dòng)關(guān)系，對(duì)于某些要求220V交流電的火線和零線均連接到控制節(jié)點(diǎn)上的產(chǎn)品必須重新布線。

    藍(lán)牙技術(shù)是一種廉價(jià)的、低功能的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，用戶可以控制10m之內(nèi)的藍(lán)牙設(shè)備。工作在2.4GHz頻段，數(shù)據(jù)速率為1Mbps。國(guó)內(nèi)推出基于藍(lán)牙技術(shù)的松本智能全無(wú)線家居智能系統(tǒng)；另外澳門科技大學(xué)智能家居系統(tǒng)（MUST Smart Home System）由PRO2主處理器、藍(lán)牙控制系統(tǒng)（Bluetooth Control System，簡(jiǎn)稱BCS）、手機(jī)電腦連接系統(tǒng)（Motile to PC System，簡(jiǎn)稱MPS）組成。

    Home RF技術(shù)主要為家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，工作在2.4GHz頻段，它采用了數(shù)字跳頻擴(kuò)頻技術(shù)，在HomeRF2.x中，跳頻速率增加到75跳/S，其數(shù)據(jù)峰值也高達(dá)10Mbps，并能根據(jù)傳輸速率動(dòng)態(tài)調(diào)整跳頻寬帶。

    遙控器系統(tǒng)采用射頻遙控的方式，主機(jī)通過(guò)射頻的方式遙控現(xiàn)場(chǎng)的控制模塊，安裝、使用簡(jiǎn)單，但遙控器和中央監(jiān)控的設(shè)備，受無(wú)線信號(hào)傳輸距離的限制，控制規(guī)模小。

總線技術(shù)
    現(xiàn)場(chǎng)總線是現(xiàn)代控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物?，F(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)是近十年中蓬勃發(fā)展起來(lái)的新生事物，在實(shí)際工程應(yīng)用中體現(xiàn)出其強(qiáng)大的生命力，控制網(wǎng)必將沿著現(xiàn)場(chǎng)總線方向發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)也必將是控制網(wǎng)技術(shù)的核心，每個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制單元具有數(shù)字處理和雙向高速通訊的能力，分散控制，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大且具有高質(zhì)的穩(wěn)定性。

    目前世界上現(xiàn)場(chǎng)總線的標(biāo)準(zhǔn)有200多個(gè)，有很多應(yīng)用于建筑物的總線技術(shù)，它們中大多數(shù)是某個(gè)具體應(yīng)用的解決方案。當(dāng)前國(guó)際上具有代表性的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與產(chǎn)品有FF總線、PROFI 總線、LON總線、BAC net、CAN 總線、INTER 總線和CC Link總線等。

    以雙絞線為基礎(chǔ)的家居控制總線，以此通信介質(zhì)的主要有CEBUS消費(fèi)電子總線、Lon Works總線、AP Bus總線、RS-485總線、EIB電氣安裝總線。就總線本身而言，這幾種總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基本是相同的。

RS-485總線
    其網(wǎng)絡(luò)特性使用差分電壓傳輸方式；一般采用總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，總線節(jié)點(diǎn)數(shù)有限，使用標(biāo)準(zhǔn)485收發(fā)器時(shí)，單條通道的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)為32個(gè)，傳輸距離較近（約1.2km），傳輸速率低（300~9.6kbps）；傳輸可靠性較差，對(duì)于單個(gè)節(jié)點(diǎn)，電路成本較低，設(shè)計(jì)容易，實(shí)現(xiàn)方便，維護(hù)費(fèi)用較低。

    從嚴(yán)格意義上講，其并不是一個(gè)完整的總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，僅僅定義為物理層和鏈路層的通信標(biāo)準(zhǔn)，許多廠商采用其技術(shù)全新定義了自己的總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，比較有代表性的美國(guó)Honeywell的C-Bus總線技術(shù)。另外在RS-485技術(shù)基礎(chǔ)上應(yīng)用較多的是MOD Bus標(biāo)準(zhǔn)。

CE Bus總線
    CE Bus(Consumer Electronics Bus)是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）為消費(fèi)電子產(chǎn)品制定的一種通信和產(chǎn)品和操作性的標(biāo)準(zhǔn)，是家用電器之間通信所使用的五種類型的介質(zhì)（電力線、無(wú)線頻率、紅外、雙絞線和同軸電纜）中信號(hào)的傳輸標(biāo)準(zhǔn)。信號(hào)傳輸速率和系統(tǒng)容量分別是10kbps和4G。

AP Bus總線
AP Bus總線是目前唯一擁有中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的總線技術(shù)，它是一種針對(duì)家庭、全分布式的智能控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，這一點(diǎn)與Lon Works技術(shù)相似。其具有雙向通信能力以及互操作性和互換性，其控制部件都可以編程，信號(hào)傳輸速率和系統(tǒng)容量則與CE Bus一樣，分別是10kbps和4G。[nextpage]

CAN總線
    CAN總線（Controller Area Network）是一種支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制的對(duì)等式現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)。其網(wǎng)絡(luò)特性使用差分電壓傳輸方式；總線節(jié)點(diǎn)數(shù)有限，使用標(biāo)準(zhǔn)CAN收發(fā)器時(shí)，單條通道的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)為110個(gè)，它的傳輸速率范圍是5kbps至1Mbps，傳輸介質(zhì)可以是雙絞線和光纖等，任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的傳輸距離可達(dá)10km。

    對(duì)于單個(gè)節(jié)點(diǎn)，電路成本高于RS-485，設(shè)計(jì)時(shí)需要一定的技術(shù)基礎(chǔ)；傳輸可靠性較高，界定故障節(jié)點(diǎn)十分方便，維護(hù)費(fèi)用較低。在目前已有的幾種現(xiàn)場(chǎng)總線方式中，具有較高的性能價(jià)格比。

LonWorks總線
    根據(jù)ISO/OSI 7層模型標(biāo)準(zhǔn)，采用三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：域、子網(wǎng)和節(jié)點(diǎn)；使用48位ID神經(jīng)元芯片，節(jié)點(diǎn)數(shù)量沒有限制，傳輸距離較遠(yuǎn)（約2.7km），傳輸速率快（300-1.25Mbps）。

傳輸可靠性較高，對(duì)于單個(gè)節(jié)點(diǎn)，電路成本很高，設(shè)計(jì)難度較大，維護(hù)費(fèi)用較高。

    我國(guó)智能建筑界對(duì)其中的LONWORKS技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用起步于二十世紀(jì)九十年代中期，與國(guó)外大公司對(duì)該技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用基本上是同步的，現(xiàn)已初步形成適合我國(guó)國(guó)情的產(chǎn)品系列。如中國(guó)臺(tái)灣尼科（NICO）的LonWorks系統(tǒng),采用觸摸玻璃面板，美觀大方。

以太網(wǎng)
    基于IEEE802.3規(guī)范，采用CSMA/CD技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。節(jié)點(diǎn)數(shù)量沒有限制，傳輸可靠性較高，對(duì)于單個(gè)節(jié)點(diǎn)，成本很高，軟硬件設(shè)計(jì)、維護(hù)費(fèi)用均較高。信息網(wǎng)絡(luò)目前使用最廣泛的是100M以太網(wǎng)。

LCN總線
    局部控制網(wǎng)絡(luò)LCN（Local Control Network）現(xiàn)場(chǎng)總線，作為自動(dòng)化控制通用技術(shù)，本身已具有更強(qiáng)的包容性和擴(kuò)展性、高智能和高靈活性，為智能家居用戶提供豐富的個(gè)性化解決方案。

    LCN模塊標(biāo)準(zhǔn)配置2個(gè)執(zhí)行器，其他擴(kuò)展執(zhí)行器和感應(yīng)器均通過(guò)3個(gè)多用途接口T，I，P擴(kuò)展連接而成。為了節(jié)省安裝空間，所有系統(tǒng)的功能被集成在幾個(gè)總線模塊之中，安裝者可按實(shí)際需要，使用其部分功能。

    LCN具備布線簡(jiǎn)便和參數(shù)設(shè)置簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，它提供了種類不多，但功能全面的總線模塊和多級(jí)的報(bào)文反饋系統(tǒng)，所以它被歐洲很多人認(rèn)為是目前最先進(jìn)的總線技術(shù)。

CC-Link總線
    《控制與通信總線CC－Link規(guī)范》（Control & Communication Link ）于2005年9月取得中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)。這是由日本三菱電機(jī)推出的，使得中國(guó)市場(chǎng)又多了一種總線技術(shù)的選擇，值得關(guān)注這一總線技術(shù)已成功地應(yīng)用于在中國(guó)智能建筑工程項(xiàng)目。

其他總線
    雙絞線系統(tǒng)中常見有ABB、Siemens等歐洲廠商的EIB系統(tǒng)，美國(guó)立維騰（LEVITON）智能照明系統(tǒng)和奇勝C-Bus系統(tǒng)，還有TP-Bus總線和Q-BUS總線等。

1、TP-Bus總線
    TP-Bus是一種電源/信號(hào)混合傳輸技術(shù)，同時(shí)也是一種家庭自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)總線技術(shù)，該總線技術(shù)主要用于網(wǎng)絡(luò)化控制，如智能家居網(wǎng)絡(luò)等。該總線技術(shù)采用24V直流電源，信號(hào)傳輸速率為10kbps，以雙絞線作為傳輸媒體，容易實(shí)現(xiàn)?？偩€的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)使網(wǎng)絡(luò)既可作數(shù)據(jù)傳輸，也可以作為電能的供應(yīng)。TP-Bus是一種多能控制總線，該系統(tǒng)采用總線式結(jié)構(gòu)，主要由電源供應(yīng)器、雙絞線和功能模塊三個(gè)基本部分組成。在歐洲標(biāo)準(zhǔn)EIB總線及Lon Works總線技術(shù)上作了改進(jìn)，其防通信沖撞協(xié)議的設(shè)計(jì)很好的解決了總線上各節(jié)點(diǎn)收發(fā)指令的沖撞問(wèn)題，大大提高了系統(tǒng)的通信效率和穩(wěn)定性。在安全方面，它采用的是24V直流供電。系統(tǒng)可以通過(guò)修改軟件改變，而不需要像傳統(tǒng)方式那樣重新連接。深圳市普力特科技公司基于TP-Bus總線技術(shù)自主開發(fā)了Maxicom智能家居系統(tǒng)。[nextpage]

2、Q-BUS總線
    以解決低速控制信號(hào)為主要目的、并與高帶寬功能實(shí)現(xiàn)無(wú)縫連接的應(yīng)用控制平臺(tái)總線系統(tǒng)——Q-BUS智能小區(qū)和智能家居低速控制總線系統(tǒng)。

    Q-BUS總線基于差分電壓傳輸方式利用CSMA/CD技術(shù)原理實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)可靠、高效的中長(zhǎng)距離傳輸。

    在家居內(nèi)，往往只需要極少的數(shù)據(jù)就能滿足控制要求，直接用高帶寬實(shí)現(xiàn)的話，會(huì)造成資源的及大浪費(fèi)，而對(duì)于語(yǔ)音和視頻數(shù)據(jù)配合專用網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣無(wú)論經(jīng)濟(jì)性，還是可靠性都是最合理的選擇。

    家庭內(nèi)部Q-BUS總線連接了家庭內(nèi)部的智能、安防設(shè)備，完成家庭內(nèi)部獨(dú)立自主的智能生活，不受外界干擾；通過(guò)以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器，只要將家用服務(wù)器連接入Internet，就可以遠(yuǎn)程控制家居設(shè)備。外界數(shù)據(jù)通過(guò)家用服務(wù)器后，高流量數(shù)據(jù)通過(guò)家庭內(nèi)部的高速網(wǎng)傳輸，而低流量則通過(guò)Q-BUS總線的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)傳輸，實(shí)現(xiàn)的兩者的完美統(tǒng)一。

    智能家居中心主機(jī)通過(guò)樓道內(nèi)Q-BUS總線連接至小區(qū)的智能化平臺(tái)，構(gòu)成了家庭內(nèi)部與小區(qū)平臺(tái)數(shù)據(jù)交換的橋梁，不但可以實(shí)現(xiàn)最直接的數(shù)據(jù)溝通，而且實(shí)時(shí)性得到了保證。

    整個(gè)系統(tǒng)中有兩條分離的Q-BUS總線，一條是家庭內(nèi)部總線；另一條則由家庭內(nèi)部連到戶外，它與很多戶家庭相連，同時(shí)連接整個(gè)小區(qū)的智能系統(tǒng)。（未完待續(xù)）