智能家庭设计方案

摘要：隨着时代的发展，智能家居已从概念起步发展为实物，并逐步走进人们的视野。智能家居的产品极具多元化，大到智能冰箱，小到智能开关。对此，合理运用手中的资金，从几个普及程度较广的智能产品入手，探索其背后的技术原理；思考如何最大限度利用不同智能家居的搭配来提升现有家居实用性，为不同年龄段和生活状况的用户，提供最大程度的方便；引入预算和资金因素，在体现智能家居优越性的同时，从不同经济状况的用户角度出发。

关键词：智能家居 家庭自动化 设计方案 01背包算法

中图分类号：TP273+14 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）10-0182-02

智能家具的概念最早诞生于美国，最早被运用于实践的是一幢1984年美国联合科技公司的旧式大楼。它是以住宅为平台，兼具建筑设备、通信网络、信息家电和设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、安全、便利、环保的居住环境。随后，人们对智能家居的定义进行了一定的归纳和总结——利用电脑、网络和综合布线技术，通过家庭信息管理平台将与家居生活相关的各种子系统有机地结合为一个共同的系统。

1 智能家居技术初探

1.1 ZigBee技术

ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术，对于在一定空间范围中的智能家居有突出的优点与贡献。ZigBee模块是一种物联网无线数据终端，利用ZigBee网络为用户提供无线数据传输功能。该产品采用高性能的工业级ZigBee方案，提供多种实用接口，实现数据透明传输功能；ZigBee的使用功耗十分低，最低功耗小于1mA；可实现数字量输入输出、脉冲输出。ZigBee技术在智能家居的掌控性与使用性方面起到了莫大的作用。

1.2 电力载波技术

电力载波通讯即PLC，是英文Power line Communication的简称。电力载波通讯是指利用现有电力线，通过载波方式将模拟或数字信号进行高速传输的技术。其最大特点为：不需要重新架设网络，只要有电线，就能进行数据传递。这无疑使电力载波技术成为了解决智能家居数据传输的最佳方案之一。同时因为数据仅在家庭这个范围中传输，远程对家电的控制我们也能通过传统网络先连接到PC然后再控制家电方式实现。电力载波相对于ZigBee来说传输速率还要快，但它的缺点是现有配电变压器对其信号有阻隔作用，这局限了它的传送范围；其次三相电力线间有很大的信号损失，导致设备运行的不稳定性，这也是为什么电力载波技术有诸多优点，在智能家居的应用方面却不能取代ZigBee的原因。

1.3 智能家居在中国

20世纪90年代末，智能家居才逐步走进国人的视线。我国智能家居的建设最初始于广州、上海、深圳等沿海一线城市，之后渐渐向内陆地区发展。人们起初对智能小区这一新兴事物的热情空前高涨，但由于（1）智能化小区缺乏统一的技术标准；（2）智能化相关产品不成熟；（3）房地产开发商盲目追求；（4）智能化专业知识欠缺导致的鉴别能力不足等原因，造成部分建成的小区智能化系统运行不正常、使用频率不高、系统维护无法跟进，没有达到预期的效果。

为此，建设部住宅产业化促进中心颁布了《全国住宅小区智能化系统示范工程建设要点与技术导则》等系列文件对智能小区的建设加以指导。智能家居发展水平较高的上海市也成立了智能建筑试点工作领导小组，并适时颁发了《上海市智能住宅小区功能配置大纲》。近年来，随着科技的发展和普及，人们对智能家居有了理性的认识，智能家居也在不断地在中国得到完善与进步。

2 我们身边的智能家居

2.1 智能家居的基础设施

2.1.1 路由器

路由器是连接因特网中各局域网、广域网的设备，被称为互联网络的枢纽。不少家庭现在已经使用路由器实现了无线网络覆盖，在家中使用手机、平板电脑等智能设备方便地连接到网络。现今，路由器正朝着更加智能的方向发展。

2.1.2 智能开关

智能开关是指利用控制板和电子元器件的组合及编程，以实现电路智能开关控制的单元。它和机械式墙壁开关相比，功能特色多、使用安全，而且式样美观。打破了传统墙壁开关的开与关的单一作用，除了在功能上的创新还赋予了开关装饰点缀的效果。

智能开关被广泛应用于家居智能化改造、办公室智能化改造、工业智能化改造、农林渔牧智能化改造等多个领域，极大节约了能源，提高了生成效率和降低了运营成本，真正的做到了智能行天下。

2.2 智能安防

智能化安防技术的主要内涵是其相关内容和服务的信息化、图像的传输和存储、数据的存储和处理等等。一个完整的智能化安防系统主要包括门禁、报警和监控三大部分。一些新建的小区多半会采用门禁的方式来保证业主的安全，一般采用智能家居的用户则会采用装有自动报警的防盗门，少部分设有摄像装备，以防自己不在家也能通过手机等设备，观察家里的动向。

一个比较常见的智能安防实例便是智能指纹锁。指纹锁依赖的重要载体便是指纹，指纹是手指末端正面皮肤上凹凸不平的纹路。尽管这只是人类皮肤的一小部分，但它所蕴含的信息量却十分巨大——这是因为这些纹路在图案、断点和交点上各不相同，在信息处理中这些被称作特征。智能指纹锁正是运用了指纹的独特性而创造出的智能安防产品。

2.3 智能电器

智能电器，在现代家居中应用广泛，如智能灯具、电冰箱、空调等。

3 智能家居设计方案

针对目前智能家居发展迅猛的趋势，笔者在此尝试为家庭实例设计智能家居方案。本设计方案从现有的一些设计思路出发，分析了现在市场上较为热门的一些智能家居产品，并采用了算法设计中经典的01背包算法计算解决出一定预算下的最优方案。

3.1 智能家居设计的普遍思路

圖1为一般家庭的智能家居设备连接图。若对于自己家的户型不想大的改动或修正，即可采用上述图的简便方式来达到使家居智能的目的，通过家居的更换与开关的代替。若是像新房子或偏大的户型，则可采用铺设网线，使整个家居一体化的方式，来完全达到智能家居的目的。

3.2 算法应用与采购方案

在01背包算法中，采用一维数组c来存放物品体积，一维数组w来存放物品价值。除此之外，采用二维数组f存储计算结果——其中f[i][v]来表示前i件物品，（选择其中一部分）放入一个容量为v的背包后可以获得的最大价值。程序使用递推公式f[i][j]=max（f[i-1][j]，f[i-1][j-c[i]]+w[i]）来完成计算。

针对本课题的现实意义，笔者对01背包算法进行了修改。采用一维数组c来存放商品价格，一维数组w来存放物品所带来的幸福感，二维数组中的f[i][v]则表示前i件物品，（选择其中一部分）购买，所花价格上限为v后所能获得的最大幸福感。递推公式与经典01背包相同。

4 结语

4.1 结论与收获

通过本课题的研究，我有如下体会和收获。

一是通过对智能家居幸福感算法的设计，对01背包算法有了更多的了解和认识，并学习了C++语言的基础知识。

二是对智能家居市场的调查，给我自身的数据提取能力和分析能力有了一定的提升，对目前的智能家居有了一个大致的了解。除此之外，本课题的设计到研究，使我了解并掌握了论文提纲设计等相关知识和文献阅读等研究方法。

三是明白了科学来源于生活，而应用于生活，通过一系列的调查与分析、计算与总结，灵活运用01背包算法，将其运用于实践上，虽然有不足，但可以解决一些资金不足问题，在一定范围内，使你的资金发挥最大价值，让你物有所值，只有在生活中合理恰当的运用一些我们学到的科学知识，才会提高我们生活水平与效率。

4.2 不足与展望

虽然本文所提出的方法具有较为广泛的应用价值，但该方法进行了一系列简化。在实际情况中，购置智能产品并设计智能家居还可能出现更为复杂的情况。

一些产品之间可能存在依赖性。例如智能插座依赖于Wi-Fi网络连接，那么必须在购买智能插座的同时购置路由器。仅购买智能插座，则它无法发挥任何效用。本文所提出的方法未将这种情况纳入考虑。一些产品的功能可能互斥。例如购置了智能路由器之后，便不再需要普通路由器，它们的功能有所重复，但本文所提出的方法并没有排除两者同时购置的方案。一些产品组合购置，可能会产生更大的幸福感……

这些在实际情况中可能出现的复杂情况，还有待通过算法的修改和优化来解决。背包算法是算法设计中的一个经典模型，目前对于背包算法已有不少研究。这些研究成果，对于本文尚未解决的种种情况有很大借鉴价值。

参考文献

[1]高小平.中国智能家居的现状及发展趋势[J].低压电器，2005（4）：18-21.

[2]张桂青，鹿曼，汪明，等.智能家居的“春天”来了[J].计算机科学，2013，40（06A）：398-402.

收稿日期：2016-09-01

作者简介：胡祎东，男，汉族，湖北武汉人，研究方向：教育与基础科学。