家居自动化系统设计与应用

摘要：简单介绍了家居自动化系统的含义，以GSM网络为基础，从家电一体化控制系统、远程控制子系统及安全防范子系统等方面，对家居自动化系统进行了设计，并对家居自动化系统的应用策略展开了探讨。

关键词：家居自动化系统;家电一体化;远程控制;安全防范

0 引言

随着现代社会的发展，人们对家居产品提出了更多的功能性需求，以为人们提供更加舒适、安全、高效、便捷的家居生活服务。家居自动化系统利用现代技术对家居环境进行适当改进，进而满足人们的不同家居生活需求。在移动网络飞速发展的大背景下，尤其是随着5G网络的快速普及与发展成熟，基于GSM网络的家居自动化系统具有良好的市场发展前景。

1 家居自动化系统概述

家居自动化系统利用各种技术，融合用户个性需求，对与家居生活有关的各个子系统实现有机整合及自动化控制。随着人工智能相关研究不断深入，人工智能技术与家居自动化系统深度融合，家居自动化系统已经能够有效实现遥控控制、电话控制、手机控制、定时控制、集中控制、场景控制、网络控制、监控、报警、共享、娱乐、布线、指纹解锁、空气调节、宠物保姆、智能安防等功能，并可根据用户的个性化需求进行适当调整与优化，有着巨大的市场潜力和发展空间。

2 家居自动化系统设计

家居自动化系统可通过多种方式对家居产品进行有效控制，在设计时往往以符合用户需求的控制方式，打造高度一体化的家居自动化系统，以满足用户不同需求，带给用户更加舒适的居家生活体验。以自动化技术和无线通信技术为重点，基于GSM网络构建家居自动化系统，是符合当前移动网络发展前景的重要探索方向。在家居自动化系统设计时，可重点从家电一体化控制、远程控制以及安全防范3个方面进行科学设计。

2.1    家电一体化控制系统

现代家庭往往离不开家用电器，而数量众多的家电可以被分为多个类型，从而实现针对不同类型家电的统一自动化控制。以当前各家庭的实际情况来看，家电通常包括电声、视频、环境、取暖、制冷、厨房、清洁、娱乐等多个类别。其中电声类家电包含收音机、智能音箱等;视频类家电包含电视机、摄像机、投影仪等;环境类家电包含空调、空气净化器、电动窗帘、电风扇等;取暖类家电包含空间加热器、电热毯等;制冷类家电包含冰箱、冷饮机等;厨房类家电包含电饭锅、微波炉、电磁炉等;清洁类家电包含洗衣机、吸尘器等;娱乐类家电包含电子玩具、电子游戏机等。针对不同类型的家电，可以采取不同的自动化控制方案，其中近年来推出的具备网络特性的家电可直接集成到网络控制电路单元中，而一些年份较早或者不具备网络特征的家电则需要适当进行改装，如对具备红外遥控功能的空调通过加装控制模块实现模拟遥控，并通过集成的总控制盒与电器外接模块对其进行自动化控制。简而言之，对各种家电的自动化控制需要根据家电自身实际情况，通过直接集成到网络控制电路单元或者加装控制模块的方式，尽量实现一体化的自动化控制与智能化操作，以便用户通过家中的总控制模块或者远程控制子系统进行自由控制。

2.2    远程控制子系统

远程控制子系统是现代家居自动化系统中不可或缺的重要系统。基于GSM网络的远程控制系统意味着用户可随时随地通过智能手机等终端对家居产品进行远程控制，打破空间束缚，获得更加智能化、人性化的家居生活體验。实际上在很多情况下，人们都是在住宅之外进行工作、购物、娱乐等，而他们在住宅之外也会有一些家居生活需求，这就需要远程控制子系统提供支持与服务。在诸多场景下，用户需要通过远程控制子系统获取功能性服务，如出门后想起未关灯，可远程关闭电灯，工作时下起了雨可远程控制住宅百叶窗关闭，在快到家时控制空调与热水器运行，以便到家就能享受舒适的家居生活等。远程控制子系统的设计往往通过直接在总控制盒上加装GSM网络模块的方式实现，这样用户只需要通过操作智能手机终端便能实现对住宅状态的实时监测与远程控制。

2.3    安全防范子系统

家是一个可以为我们遮风避雨的港湾，家居自动化系统更要带给用户强烈的安全感，保障住宅和用户安全。当下家居自动化系统的安全防范子系统的功能主要体现在两个方面：（1）实时保护住宅内部安全;（2）实时保护自动化系统安全。外人闯入是威胁住宅安全的主要因素，尤其是小偷等不怀好意地闯入，会对家庭财产乃至人员安全造成巨大威胁。安全防范子系统主要是通过各种传感器和安全设备，对住宅状态进行实时监测，一旦传感器发现异常便会通过短信通知的方式告知用户，并通过警铃报警等方式进行报警，同时接驳的安全设备会实施相应的安全措施，如安全门窗会自动锁死，从而保障住宅安全。需要注意的是，基于GSM网络的家居自动化系统还面临着数据信息层面的安全威胁，可能遭受黑客攻击而出现隐私数据泄露、家电被入侵者控制等问题。为此，安全防范子系统整合防火墙技术等信息安全技术，能够有效保障家居自动化系统的数据信息安全，让用户能够更加放心、安全地享受该系统所带来的服务。

3 家居自动化系统的应用策略

在应用家居自动化系统时，需要切实保障其可操作性。住宅中的家用电器缺乏统一的外接标准，因此可采取以外置电源作为被控对象的方式建设家居自动化系统，从而适应不同电器的实际情况，确保系统得以有效构建。在智能手机高度普及的大背景下，可以基于GSM网络编写手机终端程序，同时建立可视化的人机通信界面，降低系统上手门槛，让广大用户都能以简单、便捷的方式享受家居自动化系统所带来的优质服务。

该系统由手机终端与中央总控制器进行连接和通信，并通过后者与各分块控制器的交互保障自动化、智能化控制的有效实现。手机终端程序作为用户直接接触的部分，需要达到简洁、可视化、易上手、人性化的目标，以便不同层次、年龄段的用户都能快速上手。在人机交互方面，系统除了常规的手动点触操作之外，还可以提供更为人性化的人机对话功能，让用户可以直接通过语音实现对大量家电的自动化控制。家庭总控制器作为家居自动化控制的核心部分，需要根据系统需求选用合适的处理器作为核心单元，同时将CLPD作为时序控制单元，尽量在系统硬件层面兼顾功能和成本需求。家庭总控制器需要长期保持正常运行状态，因此在构建系统时，必须确保其具备性能强、功耗低等特点，同时还要考虑停电等特殊情况，以免因停电等原因导致用户遭受损失或影响正常家居生活。各分块控制器作为家庭总控制器的指令接收、执行和状态反馈部分，通常由蓝牙通信模块、数字电路、电力电子器件等组成，需要尽量保证分块控制器结构简单，同时在保障自动化控制功能的基础上，强化部分控制器的模拟遥控功能，提高智能化控制水平。对于通信模块，可以采取蓝牙通信模块与GSM网络模块的双模块模式，做到双向通信，满足用户的不同控制需求。

4 结语

家居自动化系统已然成为现代都市家居生活中备受青睐的重要系统，为用户创造了更加舒适的家居生活体验。以用户为主体，高度重视用户个性化需求，充分利用自动化技术、无线通信技术等，合理设计并应用家居自动化系统，能够让用户更好地享受现代技术所带来的高品质生活。

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[4] 张秀瑞，李树新，葛文珍，等.基于自动化的智能家居系统探究[J].电子测试，2020（3）：158.

收稿日期：2020-07-01

作者简介：乔伊娜（1989—），女，黑龙江人，助教，研究方向：思想政治教育。