智能家居典型技术研究

黄帅

摘要：随着互联网技术的发展，人工智能开始进入人们的视线，智能家居作为一种典型应用也受到人们的重视。智能家居主要用到的技术有传感器技术、网络结构及无线通讯技术、人机交互技术、远程监控技术等，它是基于物联网技术的实际应用，对我们的生活状态将会有很大益处。本文研究分析了智能家居典型技术。

关键词：智能家居；传感器技术；无线通讯技术

中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）11-0083-02

1 引言

智能家居是指一种自动化的家庭生活方式，它将家居生活中的人和物通过网络连接起来，建立一种智能化的信息交换平台，从而使人生活地更为舒适化和智能化。智能化的关键是信息交换，为了实现更为人性化的信息交换，我们需要相关家居产品如家具家电可以感受信息并作出反应，这是基于人工智能技术的现实应用。智能家居技术起源于上世纪八十年代，大量电子设备的出现刺激了家庭自动化的发展，使得智能家居概念出现在人们心中，近年来随着计算机技术和互联网的发展，人们越来越希求智能家居能尽早实现应用。目前已经出现了一些简单的智能家居产品，如智能化窗帘，手机操控灯饰及家电等。

智能家居涵盖的技术非常广泛，主要有感知层技术、网络层技术以及人机交互技术。依托于人工智能技术，智能家居的目的是实现人与家居产品及环境的完美和谐。首先它需要传感元件来获取信息，其次它需要一定的网络平台进行数据交换，在这个过程中，需要计算机系统为之提供结构辅助，除此之外还需要建立和谐的人机交互，人机交互包括对相关家居产品的监控、控制和维护。总体上来说，智能家居技术是一套较为复杂的系统。

2 智能家居典型技术

2.1 多传感融合技术

传感技术是用来模拟人的感官的，是任何智能技术中都必不可少的，对于智能家居也是如此。在日常生活中，我们需要把握温度、湿度、亮度、气体浓度等一系列物理指标，有的是人们可以直接感受的，但有的必须用仪器来确定。而智能家居是建立在物联网技术上的应用，它不仅需要人作为感受主体，还需要家居产品具备感知能力，因此我们必须用到多传感融合技术来获取相关信息[1]。

传感器一般是利用某些物理原理来检测相关信息的，例如以前的体温计是根据水银对温度的物理反应而制成的。对于智能家居技术而言，需要利用计算机技术对按时序获得的传感器的观测信息在一定的准则下加以自动分析，优化综合，以完成所需的决策和估计任务而进行的信息处理过程。信息融合的硬件基础是多传感器，加工对象是多源信息，信息融合的核心是协调优化和综合处理。但现今的融合技术还只是简单的拼凑，它并没有实现协调优化和综合处理。在智能家居的发展中，我们需要将多传感器融合技术集成化，使其在足够精简的结构中实现复杂的感知功能，例如利用一件感知设备对不同的家居产品进行感知，获取不同部位的相关信息。在这个过程中，我们要考虑的有两点，一是建筑及环境层面的信息获取，例如空间的一些信息（温度、湿度、气体浓度等），还有诸位位置之类的信息；另一方面是家居产品自身的信息获取，常见的家电产品如电脑、空调等可以较为方便的连接到互联网上，但是诸如沙发、桌子之类的传统家居的相关信息及网络连接就需要更复杂的感知设备来进行信息获取，比如要移动它们时，我们应该考虑到空间是否允许，地面压力是否在允许范围之内，在这个过程中，我们需要高效可靠的多传感融合技术来完成其智能化的操作[2]。

2.2 网络及通信技术

智能家居是基于物联网技术的，因此网络和通信是关键技术，我们要实现智能化的家居生活，就必须要建立完善的、智能化的信息交换方式，而信息交换通常是利用网络平台来实现的。可以说网络是智能家居的核心[3]。

智能家居的网络是基于物联网的，它涵盖了安防、家电等家居产品，为它们和人之間的信息交换提供了平台，它的基本结构如图1所示。

从上图1我们可以看出，网络是连接用户和家居产品的媒介。现代网络控制系统一般有以下几种实现方式[4]：

（1）基于PC机的架构系统，也就是以家用电脑为主控制器，通过传统的总线方式连接各个设备，接入以太网，这时电脑充当了一个处理器的角色，这种方式的优势在于控制方便，可以利用软件来实现相关控制，但是依赖于PC机使得它不够便捷，影响了用户的体验。（2）基于单片机架构的系统，这种架构采用单片机作为核心处理器，辅助以相应的硬件扩展和软件，它的实用性和替换性都比较高，而且相对来说价格便宜，并且它的功能较为单一，如果网络控制较为复杂的话，就需要多片单片机联合控制，这样会造成电路设计复杂，影响体验。（3）基于嵌入式的控制系统，它是专门针对智能家居平台开发的嵌入式处理器，这种处理器可以实现家居内部、外部的网络连接，以及家居产品和用户之间的连接，对于复杂功能的实现也较为方便。另外嵌入式有其独特优势，那就是扩展能力强，功耗低，结构较为稳定，但是相对来说它的开发周期较长，而且市场价格较高，但是随着它的不断成熟，基于嵌入式的智能家居网络控制前景是很可观的。

2.3 语音控制及人机交互

语音控制是基于人工智能技术中的语音识别、自然语言处理和专家系统的一项控制手段，它的基本原理是让声音作为一种信息传递以实现对客体的控制，首先我们需要发出语音指令，比如说命令它开或关，其次我们要确保相关产品可以通过某种方式接受到我们的语音，例如电脑麦克风可以接受我们的声音，其次我们要确保产品可以识别语音中所表达的信息，这就需要用到语音识别技术和自然语言处理技术，现阶段我们和计算机的交流是基于C语言之类的机器语言，这种交流方式需要相关代码作为中间转换，但是在语音控制的要求下，我们需要进一步使用自然语言与之交流，比如汉语、英语等。自然语言处理是人工智能技术的一个难题，现在还没有取得实质上的进展，目前我们已经有较为智能化的智能客服，未来也将会在智能家居中使用。endprint

人机交互技术是智能家居中很重要的一点，它是直接体现智能化的环节。人机交互一般是基于计算机的多学科交互技术，如我们常见的键盘鼠标就是人与电脑的直接交互。对于智能家居而言，人机交互的目的是确保交互系统的安全性、有用、有效、高效、可及性和可用性。智能化人机交互主要体现在人对家居产品的控制上以及智能环境中的沟通和社交上，这将会极大地改变我们传统的家居交互方式，使我们的生活更为智能化。在相关的研究中，缺少用户使用的单一焦点、交互设备的变动配置、环境中遍布传感器的特性、同时间多用户的潜在性及多交互通道的可能性，已经被认为是影响交互构架的因素。因此，现代的智能家居交互系统非常注重用户的实际参与度，比如我们刚才提到的语音控制，其次比如相应的图像控制以及手势控制等。此外，我们也在发展智能化记忆模式，使家居产品迎合主人的生活习惯，从而提高人机交互的和谐程度[5]。新型人机交互的信息处理模型图2所示。

由上图2我们可以看出，智能设备是如何感知并输出信息被人接受和处理，然后转化成反应行为，知道设备进行下一步操作的。在这个过程中，我们需要感知层获取信息并将其传递至网络平台上，并且将其与虚拟的世界信息连接起来，随着人工智能技术的发展，未来的人机交互技术将会更为智慧化，到时智能设备就可以自主地感知信息、自主地进行事件的反应和处理，将人机交互推向高度智能化的境界。

2.4 远程监控系统

远程监控是指人采用一定的网络手段对家庭现场进行监视和控制，它一般需要先进的网络通信技术、图像处理技术以及自动控制技术融为一体进行相关操作。常用的监控平台是因特网，客户端通过因特网对相关家居产品下达指令，指令通过某种网络协议传输至产品本身，从而使其产生一定的反应，实现我们对它的控制。这种模式是典型的浏览器/服务器模式，这种模式使用起来较为便捷，只需要用户以及家具产品可以和网络平台进行有效连接，就可以远程对相关产品进行监控。这种系统的总体设计主要由三部分构成：通过无线ZigBee模块组网的家用电器、嵌入式Web服务器和客户端电脑。

此外，智能家居监控系统一般采用高性能的处理器，鉴于体积要求，一般选用嵌入式处理器，同时为了实现远程监控，必须将硬件处理器高效地接入家居内部网络平台以及互联网中，家庭内部网络可以采用ZigBee技术， 利用无线收发模块实现无线通信。另外对于监控硬件而言，它需要一系列的接口以满足外部通信，比如常见的以太网接口及存储设备接口，现在常用的存储接口是Flash接口，通过它可以实现程序自动读写，实现对逻辑电路等控制。另外对于用户和网络平台之间的连接，一般采用无线连接，比如常见的移动数据通信或WIFE连接。

3 智能家居技术前景展望

现代社会是向着人工智能发展的，智能家居作为与人生活最贴近的智能应用将会成为主流。从技术上说，从感知层到人机交互都会更为智能化，它们会帮助人与家居产品、环境建立更为和谐的关系，其次，人机交互将作为指标体现出这种智能化的和谐。远程监控将会更为成熟，借助于移动端的便捷，在更为高效的网络之中实现智能控制。另外智能家居将会和智能穿戴、智能交通等联系在一起，共同促进人生活的舒适度。

参考文献

[1]闵丽娟，卢捍华.智能家居的系统结构及相关无线通信技术研究[J].计算机技术与发展，2011，（8）：169-172.

[2]李鸿.几种智能家居网络控制系统方案的分析与比较[J].2010，（3）：143-146.

[3]董立岩，隋鹏，辛晓华，田耕.基于Android 的智能家居終端控制系统[J].吉林大学学报：信息科学版，2014，（3）：303-307.

[4]陈卯纯，孙薇.物联网智能家居中的人机交互[J].包装工程，2014，（2）：64-67.

[5]邓昀，李朝庆.基于物联网的智能家居远程无线监控系统设计[J].计算机应用，2017，（1）：159-165.

Abstract：With the development of Internet technology， artificial intelligence began to enter people's eyes， smart home as a typical application has also been paid attention to. Smart home is mainly used in sensor technology， network structure and wireless communication technology， human-computer interaction technology， remote monitoring technology， etc.， it is based on the actual application of Internet of things technology， will be of great benefit to our living conditions. This paper analyzes and analyzes the typical technology of smart home.

Key Words：smart home； sensor technology； wireless communication technologyendprint