智能家庭全景掃描

未來的家庭可能會擁有許多通過家庭網(wǎng)絡總線與提供總體控制的中央裝置相連的各類家用設備，構筑這種所謂的“智能家庭”涉及到技術、標準、安裝和維護等諸多方面的工作。本文將簡要介紹有關方面的技術發(fā)展情況。

當人們的家庭實現(xiàn)了自動化之后，各種電子設備就能夠在幾乎無需過問的情況下進行操作。比如，自動化的照明燈和CD播放機能夠在預先設定的時刻（如主人回家的時間）開啟；而自動化的供暖/冷卻系統(tǒng)則能夠在有人進出時對房間的溫度進行調節(jié)。事實上，任何的電氣/電子設備和個人的日常安排都可實現(xiàn)自動化，這樣人們就可以少花一些時間去處理家中的瑣事，而把更多的時間放在重要的事情上，提高生活質量。

家庭自動化系統(tǒng)的核心理所當然的應是在系統(tǒng)上和各種設備進行信息交流的中央處理單元（CPU），它從外部設備或監(jiān)視的各種狀態(tài)接收提示信號，并通過發(fā)送適當?shù)目刂菩盘栕鳛轫憫?。舉個例子，如果一個與CPU相連接的“占有傳感器”（Occupancy Sensor）檢測到門廳里有人活動，CPU就可以發(fā)出指令去打開門廳里的照明燈或給房間加熱。

家庭網(wǎng)絡

不管您想要完成的是什么樣的自動化，都需要一個公共網(wǎng)絡，以把各種各樣的設備連接于系統(tǒng)之中。網(wǎng)絡可采用硬線連接、軟線連接、無線連接或這些連接方式的組合。目前，大多數(shù)的家庭控制網(wǎng)絡采用的都是硬線連接，有專用電纜與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行大量的電纜布線工作，因此硬線連接法往往只是在新建房屋或進行大規(guī)模房屋整修時被選用。

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

能夠通過空氣將來自機頂盒、Hi-Fi音頻設備和寬帶因特網(wǎng)調制解調器的內容從一個房間傳送到另一個房間的無線連接將是今后的一個發(fā)展熱點。據(jù)有關專家預測：到2003年，美國的無線家庭網(wǎng)絡系統(tǒng)市場將增長5倍以上；到2004年，其市場規(guī)模將超過57億美元。

無線連接的優(yōu)勢是多方面的：①無線家庭網(wǎng)絡連接不需要在墻上穿洞，也不需要敷設昂貴的光纜，用戶很快就能夠使用；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)絡中的其他設備進行通信；③大多數(shù)無線網(wǎng)絡都采用了某種形式的加密，為用戶提供了保密性；④在大多數(shù)情況下，無線設備的作用距離可達45m左右。

通信自然是數(shù)字式的，因為這將實現(xiàn)編碼指令的可靠接收。如果您試圖通過電力線以模擬方式來發(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(shù)字通信方式能夠獲得很高的信噪比，疊加在數(shù)字信號上的模擬噪聲可通過電子方式去除。同時，編碼處理負責清除可能出現(xiàn)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的，因此，要想實現(xiàn)網(wǎng)絡中不同設備間的相互通信并非易事。家庭網(wǎng)絡系統(tǒng)設計師或安裝人員往往需要花費數(shù)月時間來編寫程序設計代碼，以實現(xiàn)兩個子系統(tǒng)（比如安全系統(tǒng)和供暖/冷卻系統(tǒng)）之間的內部通信。家庭自動化行業(yè)正在嘗試制定通用標準以簡化各類不同系統(tǒng)和設備之間的通信。不幸的是目前世界上已經有了很多標準，它們采用了不同的協(xié)議和硬件。

電纜

如果沒有合適的布線，那么即使家中堆滿了頂尖品質的電子設備，它們的優(yōu)勢也無法充分表現(xiàn)出來。您也許希望把音樂信號從位于起居室的CD機傳送到安裝于房屋四周的衛(wèi)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PC和控制系統(tǒng)）之間提供視頻鏈接，所有這些都需要進行布線。目前，一些建房者已開始把提供預布線作為一種標準的房屋舒適度指標。

通信的公用標準是三類線（Category 3），這種扭絞雙線電纜（TP）能夠處理普通的電話呼叫、傳真和電子郵件。但采用這種傳輸線的數(shù)據(jù)傳送速度較慢，約10Mb/s。網(wǎng)絡沖浪愛好者們對三類線的局限性太了解不過了：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濟于事。

為了提高網(wǎng)絡訪問速度，需要高速計算機聯(lián)網(wǎng)，以及先進電信設備所使用的高品質五類線。它的數(shù)據(jù)信號傳輸速率達到了100Mb/s，且傳輸質量很高。Web TV和網(wǎng)絡漫游電話雖均可采用三類線，但采用五類線效率更高。

不管什么設備，無論硬件或軟件，都需要寬帶寬。一條傳輸線可被看作是一系列調諧電路，就是說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。該特性曲線在頻率范圍內的理想狀況應是平坦的（即線性的）。非線性響應意味著選擇性頻率延遲，它會使信號發(fā)生失真，而數(shù)據(jù)就是在這種情況下傳輸?shù)摹?/p>

同軸電纜被用于“娛樂”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(tǒng)來說，RG6也是一個更好的選擇。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(tǒng)（如照明、安全、供暖/冷卻、娛樂等）的動作。撳按“離開”（away）鈕不僅使安全系統(tǒng)處于警戒狀態(tài)，還會將主控熱動開關撥回，并在不同的時刻開啟選定的照明燈；而撳按“在家”（home）鈕則進行相反的操作。

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

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

當前的技術

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

控制網(wǎng)絡包括很多節(jié)點，每個節(jié)點都具有一個或多個傳感器或驅動器，并均采用標準協(xié)議與中央處理器相連。各節(jié)點之間的數(shù)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(jié)點所具有的智能允許對處理負載進行分配。傳感器本身可以是智能型的，能夠進行局部數(shù)據(jù)分析、變換和規(guī)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，則系統(tǒng)性能和可靠性將得到極大的提高。

智能家庭技術

“智能家庭”（Smart Home）一詞指的是那些采用信息技術來控制各種功能，并能夠與外界進行通信聯(lián)系的住宅。自20世紀70年代末以來，設備制造商、系統(tǒng)安裝商和一些私人團體就開始了采用低成本計算的家庭自動化系統(tǒng)的開發(fā)。早期有幾家制造商曾試圖將D2B（Domestic Data Bus）作為家庭總線系統(tǒng)。

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，其中技術開發(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友好方式將各種家庭自動化系統(tǒng)匯集起來，重點是使其成為房屋市場上價格能夠為人接受的商品。已經建立了兩個基于用戶規(guī)格要求的示范性試驗系統(tǒng)，由于采用的設備基于為商用住宅開發(fā)的技術，因此略嫌笨重，設計上也過于復雜。但市場一旦形成，這些都會做相應的調整。

該智能家庭研究項目最初的目標是滿足一些特定準則：安全、易用、協(xié)助家中的獨立活動；經濟、低成本可復制性；可靠、足夠的靈活性（用以滿足今后功能擴展及適應性調整的要求）；易于安裝和維護。后經與BRE（Building Research Establishment）和EIBG（European Intelligent Building Group）等相關組織的研究磋商，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；對新的娛樂方式及居家商業(yè)活動的適應性和調整能力。

后續(xù)的建議還有很多，比如：進門系統(tǒng)；家庭安全；家庭環(huán)境控制；自動門操作；中央閉鎖；烹飪控制（能夠自動檢測鍋中的油是否已經沸騰）；高效的供暖和通風管理；自動煤氣泄漏檢測和關閉；自動著火檢測；等等。

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

每一層都必須滿足一些通用條件，特別是：設備/系統(tǒng)必須具有明確清晰的功能；界面的操作必須簡單；系統(tǒng)的優(yōu)點必須是可以證明的，價格應能為人所接受；制造商必須規(guī)定可靠性；系統(tǒng)必須是可編程的，能夠進行功能擴展并與其他設備相連；基本基礎設施必須能夠實現(xiàn)低成本的升級；必須提供符合接受標準的廣泛互連性以滿足交互式應用的需要；安裝簡單，視覺影響要??；提供維護服務。

智能家庭潛在的好處是巨大的，雖然需要一定的投入，但由其帶來的各種費用節(jié)省足以提供彌補。它的迅速發(fā)展標志著家庭電子技術的一次飛躍！