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，并提出個人的技術(shù)觀點和建議。由于本文篇幅較長，將分兩期為讀者呈現(xiàn)。 

    智能家居，又稱智能住宅，在國外常用Smart Home表示。與智能家居含義近似的有家庭自動化（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），在我國港臺地區(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，是利用先進的計算機技術(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，融合個性需求，對家居生活進行網(wǎng)絡(luò)化的綜合智能管理，以實現(xiàn)更舒適、更安全、更便捷的全新家居生活體驗。智能住宅對中國市民來說并不陌生，早在2001年就有媒體報道，上海智能化住宅已經(jīng)達到400幢，但嚴格說來，它們只是在原來可視對講的基礎(chǔ)上，增設(shè)了幾種簡單的系統(tǒng)（比如基本的安防控制和三表遠程抄送等），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)過多年的實際應(yīng)用，已經(jīng)有了長足的發(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新的市場熱點。

    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)。國際廠商如德國西門子、日本松下等，國內(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，主要有基于樓宇對講系統(tǒng)技術(shù)的智能家居系統(tǒng)、基于現(xiàn)場總線技術(shù)的家庭自動化系統(tǒng)和基于智能手機的智能家居系統(tǒng)三大類。

    由于樓宇保安對講系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)化成熟，使得單純的樓宇對講系統(tǒng)向家庭自動化系統(tǒng)過渡，而基于樓宇對講系統(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)分機增添功能終端設(shè)備（防盜、防火、照明、家用電器等）。基于智能手機的智能家居系統(tǒng)屬新興產(chǎn)業(yè)技術(shù)，本文僅做簡要闡述。而基于現(xiàn)場總線技術(shù)的智能家居系統(tǒng)技術(shù)含量高、功能強，實施容易，是本文探討的重點。

    在滿足系統(tǒng)功能設(shè)計要求情況下，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)、無線技術(shù)、電力載波技術(shù)?？刂破鞣绞街饕衅礈愋涂刂葡到y(tǒng)、主機式集中控制系統(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，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化系統(tǒng)。其缺點在于許多設(shè)備間進行單向通信，沒有反饋機制，因為其控制元素是不完善的，通信媒體單一，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)對弱電布線的唯一要求是每個開關(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。

    國內(nèi)引入PLC-Bus技術(shù)的主要有索博智能家居系統(tǒng)，濟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]

無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
    無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要有802.11b，Bluetooth（藍牙）和Home RF三種方案。

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

    藍牙技術(shù)是一種廉價的、低功能的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，用戶可以控制10m之內(nèi)的藍牙設(shè)備。工作在2.4GHz頻段，數(shù)據(jù)速率為1Mbps。國內(nèi)推出基于藍牙技術(shù)的松本智能全無線家居智能系統(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、藍牙控制系統(tǒng)（Bluetooth Control System，簡稱BCS）、手機電腦連接系統(tǒng)（Motile to PC System，簡稱MPS）組成。

    Home RF技術(shù)主要為家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，工作在2.4GHz頻段，它采用了數(shù)字跳頻擴頻技術(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10Mbps，并能根據(jù)傳輸速率動態(tài)調(diào)整跳頻寬帶。

    遙控器系統(tǒng)采用射頻遙控的方式，主機通過射頻的方式遙控現(xiàn)場的控制模塊，安裝、使用簡單，但遙控器和中央監(jiān)控的設(shè)備，受無線信號傳輸距離的限制，控制規(guī)模小。

總線技術(shù)
    現(xiàn)場總線是現(xiàn)代控制技術(shù)、計算機技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物?，F(xiàn)場總線技術(shù)是近十年中蓬勃發(fā)展起來的新生事物，在實際工程應(yīng)用中體現(xiàn)出其強大的生命力，控制網(wǎng)必將沿著現(xiàn)場總線方向發(fā)展，現(xiàn)場總線技術(shù)也必將是控制網(wǎng)技術(shù)的核心，每個現(xiàn)場控制單元具有數(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)場總線的標準有200多個，有很多應(yīng)用于建筑物的總線技術(shù)，它們中大多數(shù)是某個具體應(yīng)用的解決方案。當(dāng)前國際上具有代表性的現(xiàn)場總線技術(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，這幾種總線的拓撲結(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)點數(shù)有限，使用標準485收發(fā)器時，單條通道的最大節(jié)點數(shù)為32個，傳輸距離較近（約1.2km），傳輸速率低（300~9.6kbps）；傳輸可靠性較差，對于單個節(jié)點，電路成本較低，設(shè)計容易，實現(xiàn)方便，維護費用較低。

    從嚴格意義上講，其并不是一個完整的總線技術(shù)標準，僅僅定義為物理層和鏈路層的通信標準，許多廠商采用其技術(shù)全新定義了自己的總線技術(shù)標準，比較有代表性的美國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標準。

CE Bus總線
    CE Bus(Consumer Electronics Bus)是美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA）為消費電子產(chǎn)品制定的一種通信和產(chǎn)品和操作性的標準，是家用電器之間通信所使用的五種類型的介質(zhì)（電力線、無線頻率、紅外、雙絞線和同軸電纜）中信號的傳輸標準。信號傳輸速率和系統(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自主知識產(chǎn)權(quán)的總線技術(shù)，它是一種針對家庭、全分布式的智能控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，這一點與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時控制的對等式現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。其網(wǎng)絡(luò)特性使用差分電壓傳輸方式；總線節(jié)點數(shù)有限，使用標準CAN收發(fā)器時，單條通道的最大節(jié)點數(shù)為110個，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，任意兩個節(jié)點之間的傳輸距離可達10km。

    對于單個節(jié)點，電路成本高于RS-485，設(shè)計時需要一定的技術(shù)基礎(chǔ)；傳輸可靠性較高，界定故障節(jié)點十分方便，維護費用較低。在目前已有的幾種現(xiàn)場總線方式中，具有較高的性能價格比。

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

傳輸可靠性較高，對于單個節(jié)點，電路成本很高，設(shè)計難度較大，維護費用較高。

    我國智能建筑界對其中的LONWORKS技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用起步于二十世紀九十年代中期，與國外大公司對該技術(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國情的產(chǎn)品系列。如中國臺灣尼科（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)點數(shù)量沒有限制，傳輸可靠性較高，對于單個節(jié)點，成本很高，軟硬件設(shè)計、維護費用均較高。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)場總線，作為自動化控制通用技術(shù)，本身已具有更強的包容性和擴展性、高智能和高靈活性，為智能家居用戶提供豐富的個性化解決方案。

    LCN模塊標準配置2個執(zhí)行器，其他擴展執(zhí)行器和感應(yīng)器均通過3個多用途接口T，I，P擴展連接而成。為了節(jié)省安裝空間，所有系統(tǒng)的功能被集成在幾個總線模塊之中，安裝者可按實際需要，使用其部分功能。

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

CC-Link總線
    《控制與通信總線CC－Link規(guī)范》（Control & Communication Link ）于2005年9月取得中國國家標準，進入中國市場。這是由日本三菱電機推出的，使得中國市場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)用于在中國智能建筑工程項目。

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/信號混合傳輸技術(shù)，同時也是一種家庭自動化網(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，信號傳輸速率為10kbps，以雙絞線作為傳輸媒體，容易實現(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基本部分組成。在歐洲標準EIB總線及Lon Works總線技術(shù)上作了改進，其防通信沖撞協(xié)議的設(shè)計很好的解決了總線上各節(jié)點收發(fā)指令的沖撞問題，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為主要目的、并與高帶寬功能實現(xiàn)無縫連接的應(yīng)用控制平臺總線系統(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)原理實現(xiàn)現(xiàn)場總線技術(shù)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)可靠、高效的中長距離傳輸。

    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，直接用高帶寬實現(xiàn)的話，會造成資源的及大浪費，而對于語音和視頻數(shù)據(jù)配合專用網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)，這樣無論經(jīng)濟性，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)部獨立自主的智能生活，不受外界干擾；通過以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器，只要將家用服務(wù)器連接入Internet，就可以遠程控制家居設(shè)備。外界數(shù)據(jù)通過家用服務(wù)器后，高流量數(shù)據(jù)通過家庭內(nèi)部的高速網(wǎng)傳輸，而低流量則通過Q-BUS總線的網(wǎng)絡(luò)平臺傳輸，實現(xiàn)的兩者的完美統(tǒng)一。

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

    整個系統(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，同時連接整個小區(qū)的智能系統(tǒng)。（未完待續(xù)）