摘 要從我國城鎮現在的基本情況出發，結合智能家居產品的特點進行分析，提出了現階段智能家居市場的發展方向是智能安全系統。并對家居智能安全系統的設計中常用的技術進行介紹、分析，最后還給出了一種智能家居安全系統的設計思路。
關鍵詞智能家居；智能安全；無線控制
中圖分類號TP文獻標識碼A文章編號1673-9671-(2011)081-0192-01
1家居智能化的發展現狀
家居的智能化在發達國家，特別是美國、日本、歐洲那些電子產業先進的國家應用都比較普遍，并且非常受歡迎。我國雖在這方面起步比較晚，但是從事此類產品開發的企業還是很多的，直到目前為止，家居智能產品在我國市場上的普及率還是比較很低的。究其原因，有以下幾個方面：
1）雖然出現在市場上的智能產品很多，但還只是智能產品沒有成為智能系統，當然這從智能產品也不能使人們充分的感受到智能產品的優越，家居智能化的好處。
2）當然市場上也出現了一些智能系統，它們似乎成了奢侈品的代名詞，少則幾萬元一套，多則幾十萬元一套。對于這樣昂貴的價格不是一般老百姓所能承受的。這可能是普及不開的重要原因之一。
3）現在的智能產品大多缺乏人性化，不實用，對普通消費者來說花了大價錢購買的產品并不能讓消費者覺得物有所值，這可能就是普及不開的另一重要原因吧。
目前，家居的智能化主要由兩大部分組成，一部分是家居生活智能化：主要以減輕家居勞動、改善家居環境、增強家居舒適度為目的，屬于追求精神享受。這部分應用的前提條件是家庭經濟條件較好，對于整天為生活而忙碌的人們，這個部分可能是不必要的。另一部分是家居安全智能化：主要是以保障家居中的生命及財產安全為目標，這種產品雖不是什么必須品，卻可以有效的保護家的安全，對于整天為生活而忙碌的人們，只要條件允許他們會考慮的。因此，后者是家居智能化在當前的一段時間甚至以后的好長一段時間直至普通百姓的生活水平大幅提高之前的發展重點，本文研究的就是這種系統。
2家居智能安全系統的設計
對于家居智能安全系統的設計一般由四個部分組成：檢測部分，家居網絡通信部分，遠程通信控制部分以及執行部分。
2.1檢測部分
檢測部分負責檢測家中出現的各種危險信號，屬于系統的關鍵部分，但是這部分實現起來不難，它的檢測主要靠各種傳感器來完成。一般從以下幾方面考慮。
煙火有害氣體的檢測：這部分主要是為發現、防止火災的發生和室內有毒有害氣體超標的檢測。這部分所用的傳感器按原理分有溫度型、煙霧型和光電型。就目前資料來看，大多數報警器的設計是采用溫度傳感器或者煙霧傳感器完成的。
非法入侵的檢測主要防止入室盜竊、入室搶劫這類惡性事件的發生。這類檢測方式按原理來分也有三類：
第一類通過紅外線對管檢測，當有人非法入侵，擋住光線，產生信號實現報警。但是這種檢測方式有一定的缺陷，首先對安裝精度要求較高。其次是不管發射部分還是接收部分均需要電源，必須有線連接，這樣不利于推廣。再者是對于熟悉情況的人員或發現檢測器的人員，完全可以避開被檢測到，使安全系統形同虛設。
第二類是熱釋電紅外探測技術。此技術是通過檢測人在常溫下向外的紅外輻射進行報警。但在實際的應用過程中，由于人體所輻射出的紅外能量太過微弱，這就導致了傳感器的靈敏度很低。如果在設計中采用這種方法，最好在設計時就選用菲涅爾透鏡把微弱的紅外線能量進行“聚焦”，這樣就可以把傳感器的探測距離大大增加。這種檢測方式的缺陷是不容易區分人與動物，如果家中養有寵物容易產生誤動作。
第三類是門磁窗磁檢測。按通常的邏輯有人要想進入房間，不管是非法還是合法都只有門窗可以通過。門磁窗磁傳感器就是通過檢測門窗是否有位移發生來判斷是否有人非法入侵。
對智能系統來說，還有一些專門針對弱勢人群的安全保護設計，這也是其它普通安全產品所不具備的。比如長時間未動作檢測，可以用來檢測老人不慎摔倒不能動，還可以檢測老人不舒服躺在床上不想動等等，這可以讓在外工作的子女隨時了解家中的異常情況。這部分也可以通過熱釋電技術來實現。還有應急事件檢測，當老人在家意外摔倒、扭傷，或者有外人入室作案時實現輕松報警。并且這部分所實現的報警信號一般都會與視頻監控連接以便能在第一時間保存圖像信息。
2.2家居內部網絡通信部分
目前對于家庭內部的聯網方式按采用的傳輸介質分為有線和無線兩種方式。有線聯網技術在應用時有很大的局限性，正在慢慢地被淘汰。無線聯網技術可以提供更大的靈活性、流動性，省去了花在綜合布線上的費用和精力，應用于家庭網絡已成為必然趨勢。目前在家居領域中常用的無線聯網技術主要包括藍牙、ZigBee、紅外線、UWB和射頻等技術。下面來介紹這幾種常用的無線技術。
藍牙技術是通過把一塊無線電收發芯片嵌入到傳統的電子設備中而實現通信功能。藍牙通信使用射頻信號，它使用的無線電頻段在2.4－2.48GHz之間，其射頻信號可以穿透大多數固體物質。藍牙無線收發器采用頻技術。跳頻是在一次傳輸過程中，信號從可用頻段的一個頻率跳到另一個頻率，這樣藍牙傳輸不會長時間保持在一個頻率上，也就不會受到該頻率信號的干擾，這一點特點非常適用于家居智能系統。其優點是體積小、功耗低，通信的干擾小，可靠性高，其缺點是成本太高。
ZigBee技術是現在新興的無線組網技術。主要應用在短距離范圍內以及數據傳輸速率不高的各種電子設備之間，所以非常適用于家電和小型電子設備的無線控制指令傳輸。其設計的目標功能就是自動化控制。其主要特點包括省電、可靠、時延短、網絡容量大、安全、高保密性。
紅外通信的技術非常成熟，在家居的控制中扮演著重要的角色：從家電遙控器，到電梯、門禁系統，乃至便攜式電腦，都可以見到紅外通信的身影。由于其價格低廉，使用方便，解決了有線連接的諸多不便，在家居無線通信中占有很大的市場。但是由于紅外線有方向性，不能繞過物體傳播等特點，使紅外控制在某些方面力不從心，大有被其它無線技術替代的跡象。
超寬帶UWB技術是一種時域通信技術，與以上的無線通信技術截然不同，它不使用載波，將信號以0或1的方式直接通過納秒級脈沖發送出去，其特點是在很寬的帶寬上發送低功率信號。它最引人注目的特點是具有很高的數據傳輸速率，每秒傳送數據可達100Mb。并且UWB技術的實現遠比其它無線技術簡單，功耗極低，具有很高的安全性。另外，UWD信號抗干擾和抗多徑衰落能力強，具有多個可利用的信道，尤其適用于室內等密集多徑場所的高速無線接入。隨著家居智能化的進一步發展，人們要追求更高家居娛樂目標，對信號的傳輸速率提出了更高的要求。則低成本、低功耗、高傳輸速率的UWB技術也越來越多受到關注。
這部分的設計是智能產品的重中之重。整個系統的工作是否可靠、性能是否穩定，全由這部分決定。在進行這部分設計時，不管實現什么功能，原則上不能改變家居內部原有產品，這就要求在設計時可能會采用多種通信方式共存的方式，以適應不同家居的不同環境。
2.3遠程通信部分
家居內部的網絡通信只能解決內部各傳感器與主機之間的通信，保證準確的檢測出危險信號，并采取相應的安全措施。但對智能安全系統來說還要與相關關系人進行通信，讓相關關系人能夠了解、控制現場情況。這部分是市場上普通的安全產品做不到的，常用的遠程通信方式有基于網絡通信和基于電話通信兩種方式。
通過網絡通信是通過一個網關將相關關系人與家聯系到一起。它的特點是只要能上網，無論何時何地，都可以對家進行了解、控制。其優點是工作性能穩定、可靠，缺點是危險的發生不一定發生在能上網時候，并且家居安全系統需要一天24小時連接到網絡上，這樣的話網絡安全就成了不容忽視的問題，處理不好反被利用可能會造成更加嚴重的后果。
基于電話控制是現在比較常用的方式，其主要是GPRS/GSM技術的應用。目前，移動電話的業務在不斷的增加，GPRS/GSM技術已經比較成熟，它具有覆蓋范圍廣、傳輸速度快、通訊質量高和永久在線等優點，在德國、日本、新加坡等地的家居智能化系統中都得到了廣泛的應用，我國一些地方的110聯動報警也采用這種方式。目前同時伴隨著3G網絡的大力推廣，移動通信對圖像以及視頻的傳輸能力大大增強，這也會極大的促進移動電話在家居智能化中應用。
2.4執行部分
執行部分主要是負責處理各種危險信號，比如各種燃氣閥門機械手，當出現火情警報信號時可以關閉燃氣。現在市場上的各種類似的器件很多，只要我們做一個小電路，給它個信號就能實現既定的功能。
3總結與展望
家居智能系統是人類科技發展智慧結晶，能給人們提供安全的保障，更重要的能讓人們的生活智能化，提高人們的生活質量。隨著時間的推移，經濟的發展，智能家居必將更多的走進普通百姓的家中。這將會成為以后很長一段時間新的研究熱點。
參考文獻
[1]丁兆威,智能家居離我們還有多遠.人民公安報,2010,8:9-007.
[2]歐陽書,賈玉英.獨生子女"代"所帶來的家庭結構變化[J].四川文化產業職業學院學報.2009,1:61-63.
[3]鄧和蓮.熱釋電紅外防盜系統的設計[J].機械工程與自動化.2008,137(2):143-145.
[4]張延鴻.基于WCDMA的智能家居系統設計與實現[D].北京郵電大學,2009.
[5]雷梁.基于ZigBee無線傳感網絡的嵌入式智能家居監控系統研究[D].西華大學,2009.
[6]莫曉明,陳靜.智能家居的無線組網技術[J].微處理機,2007,1:62-66.
作者簡介
田豐慶，男，河南科技學院，研究方向為嵌入式系統，智能家居。
關鍵詞智能家居；智能安全；無線控制
中圖分類號TP文獻標識碼A文章編號1673-9671-(2011)081-0192-01
1家居智能化的發展現狀
家居的智能化在發達國家，特別是美國、日本、歐洲那些電子產業先進的國家應用都比較普遍，并且非常受歡迎。我國雖在這方面起步比較晚，但是從事此類產品開發的企業還是很多的，直到目前為止，家居智能產品在我國市場上的普及率還是比較很低的。究其原因，有以下幾個方面：
1）雖然出現在市場上的智能產品很多，但還只是智能產品沒有成為智能系統，當然這從智能產品也不能使人們充分的感受到智能產品的優越，家居智能化的好處。
2）當然市場上也出現了一些智能系統，它們似乎成了奢侈品的代名詞，少則幾萬元一套，多則幾十萬元一套。對于這樣昂貴的價格不是一般老百姓所能承受的。這可能是普及不開的重要原因之一。
3）現在的智能產品大多缺乏人性化，不實用，對普通消費者來說花了大價錢購買的產品并不能讓消費者覺得物有所值，這可能就是普及不開的另一重要原因吧。
目前，家居的智能化主要由兩大部分組成，一部分是家居生活智能化：主要以減輕家居勞動、改善家居環境、增強家居舒適度為目的，屬于追求精神享受。這部分應用的前提條件是家庭經濟條件較好，對于整天為生活而忙碌的人們，這個部分可能是不必要的。另一部分是家居安全智能化：主要是以保障家居中的生命及財產安全為目標，這種產品雖不是什么必須品，卻可以有效的保護家的安全，對于整天為生活而忙碌的人們，只要條件允許他們會考慮的。因此，后者是家居智能化在當前的一段時間甚至以后的好長一段時間直至普通百姓的生活水平大幅提高之前的發展重點，本文研究的就是這種系統。
2家居智能安全系統的設計
對于家居智能安全系統的設計一般由四個部分組成：檢測部分，家居網絡通信部分，遠程通信控制部分以及執行部分。
2.1檢測部分
檢測部分負責檢測家中出現的各種危險信號，屬于系統的關鍵部分，但是這部分實現起來不難，它的檢測主要靠各種傳感器來完成。一般從以下幾方面考慮。
煙火有害氣體的檢測：這部分主要是為發現、防止火災的發生和室內有毒有害氣體超標的檢測。這部分所用的傳感器按原理分有溫度型、煙霧型和光電型。就目前資料來看，大多數報警器的設計是采用溫度傳感器或者煙霧傳感器完成的。
非法入侵的檢測主要防止入室盜竊、入室搶劫這類惡性事件的發生。這類檢測方式按原理來分也有三類：
第一類通過紅外線對管檢測，當有人非法入侵，擋住光線，產生信號實現報警。但是這種檢測方式有一定的缺陷，首先對安裝精度要求較高。其次是不管發射部分還是接收部分均需要電源，必須有線連接，這樣不利于推廣。再者是對于熟悉情況的人員或發現檢測器的人員，完全可以避開被檢測到，使安全系統形同虛設。
第二類是熱釋電紅外探測技術。此技術是通過檢測人在常溫下向外的紅外輻射進行報警。但在實際的應用過程中，由于人體所輻射出的紅外能量太過微弱，這就導致了傳感器的靈敏度很低。如果在設計中采用這種方法，最好在設計時就選用菲涅爾透鏡把微弱的紅外線能量進行“聚焦”，這樣就可以把傳感器的探測距離大大增加。這種檢測方式的缺陷是不容易區分人與動物，如果家中養有寵物容易產生誤動作。
第三類是門磁窗磁檢測。按通常的邏輯有人要想進入房間，不管是非法還是合法都只有門窗可以通過。門磁窗磁傳感器就是通過檢測門窗是否有位移發生來判斷是否有人非法入侵。
對智能系統來說，還有一些專門針對弱勢人群的安全保護設計，這也是其它普通安全產品所不具備的。比如長時間未動作檢測，可以用來檢測老人不慎摔倒不能動，還可以檢測老人不舒服躺在床上不想動等等，這可以讓在外工作的子女隨時了解家中的異常情況。這部分也可以通過熱釋電技術來實現。還有應急事件檢測，當老人在家意外摔倒、扭傷，或者有外人入室作案時實現輕松報警。并且這部分所實現的報警信號一般都會與視頻監控連接以便能在第一時間保存圖像信息。
2.2家居內部網絡通信部分
目前對于家庭內部的聯網方式按采用的傳輸介質分為有線和無線兩種方式。有線聯網技術在應用時有很大的局限性，正在慢慢地被淘汰。無線聯網技術可以提供更大的靈活性、流動性，省去了花在綜合布線上的費用和精力，應用于家庭網絡已成為必然趨勢。目前在家居領域中常用的無線聯網技術主要包括藍牙、ZigBee、紅外線、UWB和射頻等技術。下面來介紹這幾種常用的無線技術。
藍牙技術是通過把一塊無線電收發芯片嵌入到傳統的電子設備中而實現通信功能。藍牙通信使用射頻信號，它使用的無線電頻段在2.4－2.48GHz之間，其射頻信號可以穿透大多數固體物質。藍牙無線收發器采用頻技術。跳頻是在一次傳輸過程中，信號從可用頻段的一個頻率跳到另一個頻率，這樣藍牙傳輸不會長時間保持在一個頻率上，也就不會受到該頻率信號的干擾，這一點特點非常適用于家居智能系統。其優點是體積小、功耗低，通信的干擾小，可靠性高，其缺點是成本太高。
ZigBee技術是現在新興的無線組網技術。主要應用在短距離范圍內以及數據傳輸速率不高的各種電子設備之間，所以非常適用于家電和小型電子設備的無線控制指令傳輸。其設計的目標功能就是自動化控制。其主要特點包括省電、可靠、時延短、網絡容量大、安全、高保密性。
紅外通信的技術非常成熟，在家居的控制中扮演著重要的角色：從家電遙控器，到電梯、門禁系統，乃至便攜式電腦，都可以見到紅外通信的身影。由于其價格低廉，使用方便，解決了有線連接的諸多不便，在家居無線通信中占有很大的市場。但是由于紅外線有方向性，不能繞過物體傳播等特點，使紅外控制在某些方面力不從心，大有被其它無線技術替代的跡象。
超寬帶UWB技術是一種時域通信技術，與以上的無線通信技術截然不同，它不使用載波，將信號以0或1的方式直接通過納秒級脈沖發送出去，其特點是在很寬的帶寬上發送低功率信號。它最引人注目的特點是具有很高的數據傳輸速率，每秒傳送數據可達100Mb。并且UWB技術的實現遠比其它無線技術簡單，功耗極低，具有很高的安全性。另外，UWD信號抗干擾和抗多徑衰落能力強，具有多個可利用的信道，尤其適用于室內等密集多徑場所的高速無線接入。隨著家居智能化的進一步發展，人們要追求更高家居娛樂目標，對信號的傳輸速率提出了更高的要求。則低成本、低功耗、高傳輸速率的UWB技術也越來越多受到關注。
這部分的設計是智能產品的重中之重。整個系統的工作是否可靠、性能是否穩定，全由這部分決定。在進行這部分設計時，不管實現什么功能，原則上不能改變家居內部原有產品，這就要求在設計時可能會采用多種通信方式共存的方式，以適應不同家居的不同環境。
2.3遠程通信部分
家居內部的網絡通信只能解決內部各傳感器與主機之間的通信，保證準確的檢測出危險信號，并采取相應的安全措施。但對智能安全系統來說還要與相關關系人進行通信，讓相關關系人能夠了解、控制現場情況。這部分是市場上普通的安全產品做不到的，常用的遠程通信方式有基于網絡通信和基于電話通信兩種方式。
通過網絡通信是通過一個網關將相關關系人與家聯系到一起。它的特點是只要能上網，無論何時何地，都可以對家進行了解、控制。其優點是工作性能穩定、可靠，缺點是危險的發生不一定發生在能上網時候，并且家居安全系統需要一天24小時連接到網絡上，這樣的話網絡安全就成了不容忽視的問題，處理不好反被利用可能會造成更加嚴重的后果。
基于電話控制是現在比較常用的方式，其主要是GPRS/GSM技術的應用。目前，移動電話的業務在不斷的增加，GPRS/GSM技術已經比較成熟，它具有覆蓋范圍廣、傳輸速度快、通訊質量高和永久在線等優點，在德國、日本、新加坡等地的家居智能化系統中都得到了廣泛的應用，我國一些地方的110聯動報警也采用這種方式。目前同時伴隨著3G網絡的大力推廣，移動通信對圖像以及視頻的傳輸能力大大增強，這也會極大的促進移動電話在家居智能化中應用。
2.4執行部分
執行部分主要是負責處理各種危險信號，比如各種燃氣閥門機械手，當出現火情警報信號時可以關閉燃氣。現在市場上的各種類似的器件很多，只要我們做一個小電路，給它個信號就能實現既定的功能。
3總結與展望
家居智能系統是人類科技發展智慧結晶，能給人們提供安全的保障，更重要的能讓人們的生活智能化，提高人們的生活質量。隨著時間的推移，經濟的發展，智能家居必將更多的走進普通百姓的家中。這將會成為以后很長一段時間新的研究熱點。
參考文獻
[1]丁兆威,智能家居離我們還有多遠.人民公安報,2010,8:9-007.
[2]歐陽書,賈玉英.獨生子女"代"所帶來的家庭結構變化[J].四川文化產業職業學院學報.2009,1:61-63.
[3]鄧和蓮.熱釋電紅外防盜系統的設計[J].機械工程與自動化.2008,137(2):143-145.
[4]張延鴻.基于WCDMA的智能家居系統設計與實現[D].北京郵電大學,2009.
[5]雷梁.基于ZigBee無線傳感網絡的嵌入式智能家居監控系統研究[D].西華大學,2009.
[6]莫曉明,陳靜.智能家居的無線組網技術[J].微處理機,2007,1:62-66.
作者簡介
田豐慶，男，河南科技學院，研究方向為嵌入式系統，智能家居。
