项目实施

任务一　学习常见智能家居系统的结构

（一）设计原则

1.实用性

智能家居最基本的目标就是为人们提供一个舒适、安全、方便和高效的生活环境。对智能家居产品来说，最重要的是以实用为核心，摒弃那些华而不实、只能充当摆设的功能，应以实用性、易用性和人性化为主。

在设计智能家居系统时，应根据用户对智能家居功能的需求，整合以下最实用、最基本的家居控制功能：智能家电控制、智能灯光控制、电动窗帘控制、防盗报警、门禁对讲、煤气泄漏等，同时还可以拓展诸如三表抄送、视频点播等服务增值功能。对很多个性化智能家居的控制方式很丰富多样，如本地控制、远程控制、集中控制、手机远程控制、感应控制、网络控制、定时控制等，其本意是让人们摆脱烦琐的事务，提高效率，如果操作过程和程序设置过于烦琐，容易让客户产生排斥心理。所以对智能家居设计时一定要充分考虑到用户体验，注重操作的便利化和直观性，最好采用图形图像化的控制界面，让操作所见即所得，如图1-34所示。

2.可靠性

整个建筑的各个智能化子系统应能24h运转，系统的安全性、可靠性和容错能力必须给予高度重视。对各个子系统，以电源、系统备份等方面采取相应的容错措施，保证系统正常、安全地使用，保证质量、性能良好，具备应对各种复杂环境变化的能力。

3.标准性

智能家居系统方案的设计应依照国家和地区的有关标准进行，保证系统的扩充性和扩展性，在系统传输上采用标准的TCP/IP网络技术，保证不同厂商之间系统可以兼容和互联。

系统的前端设备是多功能、开放的、可以扩展的设备。如系统主机、终端与模块采用标准化接口设计，为家居智能系统外部厂商提供集成的平台，而且其功能可以扩展，当需要增加功能时，不必再开挖管网，简单可靠、方便节约。设计选用的系统和产品能够使本系统与未来不断发展的第三方受控设备进行互通、互联。

4.方便性

布线安装是否简单直接关系到成本、可扩展性、可维护性等问题，一定要选择布线简单的系统，施工时可与小区宽带一起布线。设备方面容易掌握、操作，维护简便。家庭智能化有一个显著的特点，就是安装、调试与维护的工作量非常大，要投入大量的人力物力，因此成为制约行业发展的瓶颈。

针对这个问题，系统在设计时，就应考虑安装与维护的方便性，如系统可以通过Internet远程调试与维护。通过网络，不仅使住户能够实现家庭智能化系统的控制功能，还允许工程人员可远程检查系统的工作状况，对系统出现的状况进行诊断。这样系统设置与版本更新可以在异地进行，从而大大方便了系统的应用与维护，提高了响应速度，降低了维护成本，如图1-35所示。

（二）客户需求分析

目前的消费观念正在转变，应用需求已提出，产品市场正在走向成熟，智能家居个性化定制已经成为一种潮流。

智能家居系统根据不同的用户有不同的需求，盲目地安装智能家居产品不仅会令以后的智能家居生活体验大打折扣，还会让支出大大增加。家庭安防、报警系统、智能照明系统是绝大多数家庭必需的部分，我们还可以按照自己的特殊需求来安装，如电影音乐发烧友可以安装家庭娱乐系统、背景音乐等，除此之外还有宠物照看、家庭自动灌溉、家庭看护、家电集中控制、远程监控等。智能家居产品具有个性化的特点，可以随意组合，从而满足不同人群对智能的要求，这可以让用户最大限度地利用手中的钱来做更多的事。

在需求中最重要的不是智能化如何先进、高档，而是智能家居系统如何与家居环境有机地融为一体，脱离了家居环境的智能家居就是一堆线缆、配件的“垃圾”。智能家居必须有个性，也要体现每一个智能家居主人的风格。

智能化不是孤立的一部分，它需要和家居装修的其他部分紧密结合，这样才能统一协调、有效运作。

（三）常见结构

智能家居系统主要由控制主机（又称智能网关）、传感器、传感器、遥控器、智能开关、智能插座以及家庭网络组成。

想一想：

如果由你来设计一个智能家居系统，会设计成什么样子？

任务二　掌握智能家居体验间系统架构

智能家居总体设计架构图如图1-36所示。

智能家居的“神经系统”如下：

①大脑——云服务器。

②神经元——网关。

③神经末梢——传感器。

大家都知道，每个人都有一套高效完善的神经系统，用来把大脑中的信息传递到身体的每个部分每个器官，并且把外界感官和内部器官的状态反馈给大脑去处理。同样地，也可以把智能家居系统比作是人们身体的神经系统，如图1-37所示。

这里举一个小例子以快速理解整个系统的运行过程：假如小王正在上晚自习课，突然教室停电了，他的眼睛什么也看不到了。在黑暗的环境中适应了一段时间后小王又能模糊地看到教室内的一些东西了，这就是神经系统的调节作用。当小王在光线强的环境下时，眼睛瞳孔是缩小状态，减少光线进入眼内。教室内突然停电，小王周围的光线突然减弱，眼睛感受到后通过神经传导把信号给到大脑，大脑处理过信息后通过神经传导告诉瞳孔，让瞳孔增大，增加光线进入眼内，然后小王又能看到黑暗中的一些东西了。

人类的神经系统大体上可分为三个部分，分别是大脑、神经元和神经末梢。

其中，大脑的作用非常重要，它作为人体中一切信息的中枢和处理中心，承载着身体用到的一切信息，这一点和智能家居系统中的云服务器有着异曲同工之妙，所有环境数据、家电的状态、个性化情景模式的配置等一切的信息，都会存放在云服务器的数据库中（见图1-38），然后在人们需要时，云服务器就会把这些信息处理成人们能看明白的形式，展现在手机、计算机和网页上，最后直观地反应到人们的眼睛里；同样的，当人们想要控制各个家电、选择情景模式、打开监控视频时，从各种客户端发来的控制命令都会汇总到服务器中，服务器收到命令后先对它们进行处理，然后按照一定的次序，把这些命令分发出去，去控制家中的各种设备。

神经元则是构成神经系统结构和功能的基本单位，它起到承上启下的作用，既承载着大脑发来的各种信息，又不断接受着身体各个器官发来的信息。智能家居中的智能网关也是类似的概念（见图1-39）。一方面，服务器不断发来控制命令等信息，网关收到后通过对比命令的正确与否，决定是否控制各个设备；另一方面，各个传感器结点都会不断上报环境参数等数据给网关，网关经过初步的数据处理后，将这些数据再打包发给服务器。

神经元还有另一个特点，简单来说，一个大脑，可以支配无数个神经元。在智能家居系统中也是一样，一个服务器下面可以有很多个智能网关。比如一户三室一厅的住宅，多间房间和厅里可以各安装一个智能网关，这四个智能网关可以分别管理这四个空间里的所有家电和传感器，然后汇总到统一的云服务器中，这样所有的信息都能由这个云服务器来集中管理。

而第三部分呢，则是神经系统中散布得最广的一部分，就是人们的神经末梢。人体的神经末梢遍布全身，通过发达的神经末梢人们可以快速感受环境、适应环境或者控制肌肉做出任何能够做出的动作。同样地，智能家居系统也可以快速感应环境或者控制家电设备实现各种个性化定制的情景模式。这依靠的是什么？依靠的就是强大的传感器结点系统。负责环境监测的有温湿度、光照度、PM2.5、二氧化碳、气压、烟雾、燃气等各式各样的传感器（见图1-40），负责控制家电的有各种类型的继电器和红外转发器等，比起人类的五感功能更加丰富，而且准确性也比人类的五感要强大。这些各式各样的传感器，就如同人们身体内无数的神经末梢一般，帮助人们的智能家居系统操控家中的家电和感知外面的世界。

传感器是整个智能家居系统中的末端，通过传感器我们可以采集到房间内环境的温度、湿度、光照、空气成分等信息，感知居室不同部分的微观状况，从而对空调、门窗以及其他家电进行自动控制，传感器功能如图1-41所示。

通过上面的小例子可以清晰地理解智能家居的运行过程，人体的感知能力非常强大，温度是寒冷还是燥热，湿度是干燥还是潮湿，空气是浑浊还是清新，味道的酸甜苦辣咸等，对应到智能家居系统里面，传感器的种类也是丰富多样的，下面我们就和人体的感知对照着介绍一下常见的传感器。

想一想：

现实生活中，家庭中有哪些物理量可以测量？

（1）光照度传感器

如主人在家时，时间是晚上，亮度已经下降到特定的范畴以下，系统会自动打开主人周边的照明设备，方便主人的生活。使用光照度传感器，主要用于测量室内可见光的亮度，以便调整室内亮度。光照度传感器就像人体的眼睛一样，能够感受到环境光照的强弱，图1-42所示为企想光照度传感器。

（2）温度传感器

一年四季，一天24小时存在或大或小的温差，根据不同的温度，系统将启动室内的降温或取暖设备，使人们的生活更舒适。使用温度传感器主要用于测量室内的温度，方便调节室内温度。

（3）湿度传感器

一年中有的季节潮湿，有的季节干燥，系统可根据需要调节室内的空气湿度，保持在最适宜人们居住的状态。使用湿度传感器，主要用于测试室内的湿度，方便调节。温湿度传感器就像我们人的皮肤一样，能够感觉到环境的温湿度，图1-43所示为企想湿度传感器。

（4）PM2.5传感器

PM2.5是指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5μm的颗粒物，它能较长时间悬浮于空气中，其在空气中含量浓度越高，就代表空气污染越严重。PM2.5传感器用于获得空气中单位体积内PM2.5的浓度数据。

（5）烟雾传感器

烟雾原意是空气中的烟煤与自然雾相结合的混合体。目前此词含义已超出原意范围，用来泛指由于工业排放的固体粉尘为凝结核所生成的雾状物（如伦敦烟雾），或由碳氢化合物和氮氧化物经光化学反应生成的二次污染物（如洛杉矶光化学烟雾）是多种污染物的混合体形成的烟雾。

（6）燃气传感器

燃气是气体燃料的总称，它能燃烧而放出热量，供城市居民和工业企业使用。燃气的种类很多，主要有天然气、人工燃气、液化石油气和沼气、煤制气。

PM2.5、二氧化碳、烟雾和燃气这四种物质是我们现实生活中息息相关的，其中任意一个含量超标都会引起人们的身体不适，严重的会危及生命。PM2.5传感器、二氧化碳传感器、烟雾传感器、燃气传感器就像是人们的鼻子和肺，只是传感器能实时准确监测环境中的物质含量，如图1-44所示。

（7）气压传感器

气压是作用在单位面积上的大气压力，即在数值上等于单位面积上向上延伸到大气上界的垂直空气柱所受到的重力。下雨时或者高原地区气压很低，人们会有胸闷的感觉，所以气压传感器就像人们的肺部一样，能实时监测大气压强，图1-45所示为企想气压传感器。

（8）继电器传感器

继电器（Relay）是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起自动调节、安全保护、转换电路等作用。继电器传感器类似于人体的手臂，当大脑发出命令时由手臂来完成相应的操作。图1-46所示为企想继电器传感器。

（9）人体红外传感器

人体红外传感器是一种可探测静止人体的红外热释感应器（见图1-47），由透镜、感光元件、感光电路、机械部分和机械控制部分组成。人体红外感应器好像蛇的感知系统，在夜间监视周围的活动情况，只要人在距离感应器小于或等于8m的位置时，视野角度为120°，就能开启监视器，并启动防盗报警。

（10）RFID门禁传感器

RFID技术是一种通信技术，可通过无线电信号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。门禁系统在现在的小区安保中应用的比较广泛，智能家居中的门禁系统在传统的门禁系统中加上了远程控制，做到了远程控制和布防。RFID门禁传感器是继电器传感器的基础上的延伸，如图1-48所示。

从上面的传感器的介绍中可以看到传感器的种类非常多，在实际的应用中人们会根据具体的需求来确定用什么样的传感器。传感器在整个系统中既要收集环境的实时信息，又要执行网关发送过来的执行命令，所以传感器在系统中是不可或缺的。智能家居只是物联网在家庭方面的应用，如果掌握了传感器的使用和整个系统的运作，就可以按照自己的想法来做智能应用。

想一想：

还有哪些传感器是生活中常见的？

任务三　学习典型智能家居APP案例的使用方法

上海企想信息技术有限公司已经把智能家居产品化，整个办公楼都采用了智能家居系统，通过智能手机就能控制公司所有的灯光设备、空调、窗帘、门禁，还能实时监测办公环境的状态。相信在技术和市场的推动下智能家居市场会越来越火爆，到那时智能生活就会真正走进千家万户，为社会的发展做出巨大的贡献。

客户端软件需要和主机配合使用，所有操作都需要登录到服务器才能实现，APP可以在软件资料里面获取。通过手机打开“智能家居APP”，客户端软件登录界面如图1-49（a）所示。

在手机中找到企想智能家居软件，打开后会有一个提示启动界面，如图1-49（b）所示。

启动完成后需要用账户密码登录到服务器，并输入相应的服务器的IP地址，如图1-50所示。

登录成功后会看到房间的选择，进入到相应的房间后会看到相应的采集信息，点击相应的控制区域可以控制电器，如图1-51所示。