家居智能化

随着社会信息化的加快，人们的工作、生活和通讯、信息的关系日益紧密。信息化社会在改变人们生活方式与工作习惯的同时，也对传统的住宅提出了挑战，社会、技术以及经济的进步更使人们的观念随之巨变。人们对家居的要求早已不只是物理空间，更为关注的是一个安全、方便、舒适的居家环境。

本文将从六个方面详细的论述家居智能话化系统组成、家居布线系统、家居安防系统、远程计量系统、家电自动化系统以及家居信息服务等。

1 家居智能化系统的组成

所谓的家庭智能化就是通过家居智能管理系统的设施来实现家庭安全、舒适、信息交互与通信的能力。家居智能化系统由如下三个方面组成：

（1）家庭安全防范（HS）；

（2）家庭设备自动化（HA）；

（3）家庭通讯（HC）。

在建设家居智能化系统时，依据我国有关标准，具体提出了如下的基本要求：

（1）应在卧室、客厅等房间设置有线电视插座；

（2）应在卧室、书房、客厅等房间设置信息插座；

（3）应设置访客对讲和大楼出入口门锁控制装置；

（4）应在厨房内设置燃气报警装置；

（5）宜设置紧急呼叫求救按钮；

（6）宜设置水表、电表、燃气表、暖气（有采暖地区）的自动计量远传装置。

2 家居布线系统

对于一个智能住宅需要有一个能支持语音／数据、多媒体、家庭自动化、保安等多种应用的布线系统，这个系统也就是智能化住宅布线系统。

2．1 标准化问题

所谓智能住宅是指将各种信息相关的住宅设备通过家庭内网络连接起来，并保持这些设备与住宅的协调，从而构筑成舒适的信息化居住空间，以适应人们在信息化社会中快节奏和开放性的生活。达到安全、舒适、高效、节能、环保及人性化的要求。而智能住宅布线则是联通这些设备的网络神经系统。由于智能住宅存在客观上的大市场，各厂商也纷纷推出各种适合于家庭应用的布线产品与解决方案，这样就迫切需要有一个家庭布线标准来适应新技术的不断发展，即TIA／EIA－570A－家居电信布线标准（ResidenTial Telecommuuication Cable Standard）该标准兼顾了电信、视频、家用电子等多方面的应用需求，可为新一代的智能住宅布线产品及系统提供依据。

TIA／EIA－570A的内容包括了标准制定的目的、适用范围、家居布线的等级、单个住宅布线规范以及多个住户或小区布线基础等。

2．1．1 标准适用范围

TIA／EIA－570A标准适用于当前的综合大楼布线标准及建筑物内有关管道、空间标准，支持不同种类应用于家居环境中。标准中主要包括了室内家居布线及室内主干布线的要求。

2.1.2 标准的目的

TIA／EIA－570A的主要目的是给出新一代家居布线现在与将来的电信服务要求。标准中主要提出了有关家居布线的新等级以及建立布线介质的基本规范与标准要求，主要应用于支持语音、数据、视频、影像、多媒体、家居自动化系统、环境管理、安全、音频、探头报警及对讲机等服务。

2.1.3 家居布线等级

根据TIA／EIA－570A标准，提出两个等级。即：

（1）等级一；

（2）等级二。

等级一提供可满足电信服务最低要求的通用布线系统。该等级可提供电话、CATA和数据服务。等级一主要使用双绞线构成，其网络的拓扑结构为星形连接。据此，等级一的布线最低要求为一根四对非屏蔽双绞线（UTP），并必须满足或超过TIA／EIA－568A拟订的三类电缆传输特性要求，以及一根75Ω同轴电缆。以便日后能方便地升级到等级二，推荐安装Ca＋5非屏蔽双绞线（UTP）。

等级二可满足多媒体等高级电信服务的通用布线系统，它可支持当前和还在发展的电信服务。等级二最低要求为一根或二根四对非屏蔽双绞线（UTP），并必须满足TIA／EIA—568A规定的5类电缆传输特性要求，以及一根或二根75Ω同轴电缆。此外，也可选用光纤，但其特性必须满足或超过ANSI／ICEAS—87—640的传输特性要求。

2．2 布线介质

根据目前的应用类型区分一个智能家居主要的电信服务应用包括三种类型的布线：

（1）信息类布线；

（2）控制类布线；

（3）家庭电子及家庭娱乐布线。

由此，智能住宅的布线可以有以下三种介质：

（1）双绞线；

（2）光纤；

（3）同轴电缆

在具体实施过程中，用户布线介质和信息插座建议采用5类产品。插座面板可以实现多媒体模块的组合。数据，语音采用RJ45，根据用户的不同需要可选用单口、双口或四口插座。对于CATA可以采用一根75Ω同轴电缆线。

2．3 住宅布线系统

住宅布线系统通常包括以下三个部分：

（1）工作区；

（2）水平区；

（3）管理区。

此外，对于多层住宅或大厦而言，系统还包括楼内布线与小区干线布线部分。

2.3.1 工作区

住宅工作区主要由面板和插座模块组成。在家庭各房间内安装的插座可选用不同类型的模块，如5类模块、电视模块、光纤模块、视音频模块等。另外，根据要求可选配不同式样的面板，如英式、美式、86式、单口、双口、三口、四口面板等。

2.3.2 水平区

住宅水平区主要由各种线缆构成。根据570A标准，不同的应用采用不同的布线介质。用于语音系统的线缆选用符合ANSI TIA／EIA标准的3类或5类非屏蔽双绞线（UTP），但建议使用5类线缆。

用于传输数据，则使用符合ANSI TIA／EIA－586A标准的5类UTP。

对于通信带宽或抗干扰要求较高的情况，可采用光缆作为传输介质。

视频信号的传输采用符合SCTE EPS－SP－001的75Ω同轴缆线，采用同轴电缆因无需价格昂贵的适配器，就能满足用户对宽带的要求，也可节省用户的投资。

2.3.3 管理区

管理区是由不同系列的安装模块组成，它是系统的配线中心，它配备了高速及优质的配线模块和电缆跳线，可为不同的家庭提供语音、数据、安全防范、图像及视频的应用。所有的服务均通过连接到每一个房间的通信插座／面板来实现，而配线中心则汇集室内／室外语音、数据、图像信号，并可以简单的自行连通有关设备，如电话、计算机、传真机、电视机等。

家庭配线中心（配线箱）一般安装于每一个家庭中，安装的位置可以根据整个住宅小区的规划及外部线路的出入路径来改变。

配线中心可选配的主要部件有：

（1）模块板：电话模块板、5类模块板、110配线架、视频分配器、监控报警模块等

（2）跳线：5类跳线、视频同轴跳线；

（3）设备：以太集线器、视频放大器。

用户可以根据住户的类型和需求，选用不同规格的配线箱并配备不同的功能模块。

2．3．4 楼内布线

对于多层住宅或大厦，除了上述住宅单元布线系统的工作区、水平区、管理区之外，还需把各家居单元的布线连接到大厦管理中心的干线区和整幢大厦布线系统的主管理区。

楼内布线采用星型拓扑结构，所使用的介质包括UTP及75Ω同轴电缆。其布线的等级根据具体情况而定，不管要用那一个等级的方案，都需要在一个住宅住户中设置一个多媒体布线系统接线箱，它可把家庭内部的配线箱与大楼的中间配线箱和小区的主配线架连接在一起。根据不同的小区规划，可选择1－2根5类非屏蔽双绞线和1－2根75Ω同轴电缆线入户。可选择的主干线布线方案为每一个楼梯单元或一幢楼设置一个中间配线箱。

每栋大楼应设有配线间，配线间设置相应数量的光纤配线架和大对数双绞线配线架及CATV放大分配器等来连接主干和用户工作区，所有设备都放在一个墙装或立式机柜中。通常，机柜的大小为19英寸。

2．3．5 小区干线布线

在智能住宅布线系统中，干线系统包括两部分：

（1）住宅楼之间干线布线；

（2）住宅楼干线布线。

通常，采用星型拓扑结构的连接方式，所采用的传输介质包括光缆、UTP、同轴电缆。均需采用管道或胶管保护，选用RJ45插座和高频接线模块，并提供光纤接口及其它功能模块的布线设备。

对于小区的主干线可在每个建筑物内设置一个中间配线间的基础上再通过建筑物之间主干连接小区（园区）的主配线管理中心。

小区的主干一般建议采用光缆传输数据，语音的传输采用大对数UTP，视频传输采用75Ω同轴电缆。

主配线间一般设在小区的物业管理中心，根据应用的不同，可选用铜缆配线架，同轴电缆混合配线器和光缆配线架。

2．4 家居布线系统部件

家居布线系统中除了传输介质之外，还需要其它布线部件的组合才能解决所有住宅环境的应用。

2．4．1 信息插座模块系列

（1）RJ45插座模块

RJ45模块必须符合ISO／IEC11SCI、TIA／EIA—568国际标准，一端用于端接8芯UTP双绞线，另一端为RJ45接口，用于连接数据通信设备

（2）有线电视插座模块

有线电视插座模块是有线电视等同轴电缆传输的接口，可应用于卫星电视和安防系统，其安装方法等同于RJ45插座模块。其性能须符合《30－1000MHz声音和电视信号的电缆分配系统》的性能指标

（3）电话插座模块

电话插座模块用作语音通信的二芯接线模块，一端为旋接式端子排，用于端接各种规格的线缆，另一端为RJ12接口，用于连接电话／传真设备，均须符合电信接入要求。其安装方式等同RJ45插座模块

（4）ST光纤模块

用于光纤到桌面的高速通信应用，采用与ST头相匹配的耦合器。其安装方式等同于RJ45

（5）SC光纤模块

与ST光纤模块相类似，采用与SC相匹配的耦合器

（6）音频、视频模块

音频与视频模块主要用于家庭音乐系统的应用，采用标准RCA或S视频插座，安装方式类同于RJ45

（7）音响接线模块

音响接线模块作为音响接口模块，可使用在家庭音乐系统中，其最大的优点是使音响位置的配置具有更大的灵活性。

2．4．2 信息插座面板

信息插座面板与不同的模块组合可为住宅用户提供最灵活的应用，平滑和简洁的设计适合于所有家庭的装潢。

信息插座面板从外表上看可分为单口、双口及四口面板等。

2．4．3 家庭配线箱

家庭配线箱又称家庭多媒体配线箱，它是家庭智能布线系统的核心，也是家庭与外部网络连接的分界点。它集中了住宅中各种弱电系统的配线管理设备，通过在箱内安装配置各种不同的模块，为家庭提供语音、数据、安全防范、图像的应用服务。

家庭配线箱包括配线箱箱体、功能模块两部分。

（1）家庭配线箱箱体

家庭配线箱箱体内通常安装有符合电气规范的接地装置，并配有电缆管理绑扎和穿线管理线孔。

目前，市场上提供的配线箱箱体根据家居规模的不同可分为：迷你型、标准型、增强型等。也可以根据用户所选功能模块的数量和实际需求进行特殊设计。

（2）功能模块

①家用集成器（HUB）模块

家用集成器模块提供了10MbPS以太网端口，电源插座以及状态指示灯。模块符合IEEE802．3集线器部分技术规范，具有自动端口极性监测及自动校正功能，为工作组或家庭提供非管理型网络末级解决方案；

②语音／数据模块

该模块提供8口RJ45模块，能提供数据传输的转接和语音信号传输的转接。其传输特性符合TIA／EIA－568标准；

③50对110配线架

提供了二条25对110型卡接式配线架。

④保安监控接线模块

通常提供接线端子之外，还提供同轴接头，作为家庭门禁、防盗等保安监控设备和系统的中间接点。当需要出线时，做好接头并拧到同轴接头的上头即可，然后，引到家中所须的位置。当需要用线交接时，在接线端子下端把线接好，用户只需在上端接线连接设备即可；

⑤有线电视分配器

该分配器具有5MHz～1000MHz声音和电视信号分配系统标准。

2.4.4 多媒体中间配线箱

根据ISO11801标准设计的中间转接配线箱，容量分125四线和250四线等，并可提供明、暗安装方式。

2.4.5 多媒体室内配线箱

内部可安装以太网交换机、电源模块光电转换等。

2．5 典型家居布线系统

3 家居安全防范系统

家居安全防范系统包括如下几个方面的内容：

门磁开关、紧急求助、烟雾检测报警、燃气泄露报警、碎玻探测报警、红外微波探测报警等。

3．1 监控点的设置

家居安全防范系统设计时，首先要确定的是：安防探测器放在何处较恰当，其次需要确定采用什么样的探测器较为恰当。

（1）入口防范：在住宅入口大门处安装门磁，对企图从大门非法入侵住宅的事件发出报警；

（2）外部防范：阳台采用幕帘式红外／微波双鉴探测器，窗口采用玻璃破碎探测器，对企图从阳台及窗户非法入侵住宅的事件发出报警；

（3）内部防范：客厅采用球状红外／微波双鉴探测器，提供对住宅内部平面及空间的探测，对进入防护区的非法事件发出报警；

（4）紧急报警：卧室安装紧急按钮，当发生抢劫等紧急事件时可按下求救信号；

（5）通过安装燃气探测器对家中的异常气味发出报警。

3．2 系统要求

作为一个智能家居安全防范系统，通常有如下要求：

（1）计算机管理；

（2）系统需联网；

通过在家内安装探测器及报警通信主机，对住宅进行安全防范。警情发生时，探测器将探测到的报警号传递给报警通信主机，主机通过判断并确认后，通过总线传输到中心接警计算机，中心管理人员通过接警计算机对警情作出反应，达到对住户家中非法入侵行为进行防范的目的。

住宅报警联网的连接方式：

（1）室内连接方式：各探测器与报警器通信主机之间的连接，为避免在传输过程中受到干扰而出现漏报和误报，要求采用单线连接；

（2）室外连接方式：如果设有访客对讲系统，为避免室外部分的重复布管、布线，可以与访客对讲系统共用总线。

3．3 系统结构

（1）公众网可以是：PSTN公共电话网、宽带接入网、小区物业网；

（2）总线接汇终端：又称总线终端，通常它具有以下功能特点：通过双绞线或RS－485与小区管理中心联接；可向管理中心自动发出报警、助救信息以及收发物业管理信息；能切断自动报警；能挂接各种功能模块，实现功能扩展；

（3）报警集线器又称报警集线终端，通常它应具有如下的功能特点：具有独立的外接报警探测器接入端口，可设置独立的防区；可驱动外接警笛，内置有预报警蜂鸣器；多个端口可设置不同的报警种类；任意选择高电平／低电平触发（或开路／短路报警）。

4 三表远程计量系统

三表（或称四表、五表）远程计量系统在住宅小区智能系统中是与住户密切相关的一个智能化系统。三表远程计量系统一般可以分四个部分：前端数据采集装置、数据采集处理装置、传输线路、中心控制平台。

4．1 前端数据采集装置

前端数据采集装置指的是具有脉冲或电信号输出的水表、电表、气表等计量装置。从传感器上分类可分为：干簧管型和霍尔元件型。

4．1．1 干簧管型

干簧管型传感器是在普通转盘计数的水表或天然气表中加装干簧管和磁铁，干簧管固定在计数转盘附近，永久性磁铁安装在计数盘（例如0．01m3）位上当转盘每转一圈永久性磁铁经过干簧管一次即在信号端产生一个计量脉冲对应0．01m3。

4．1．2 霍尔元件型

霍尔元件型的基本原理是在普通转盘计数的水表或燃气表中加装霍尔元件和磁铁，这样便构成基于磁电转换技术的传感器。霍尔元件固定安装在计数转盘附近永久性磁铁安装在计数盘（例如0．01m3）位上当转盘每转一圈永久性磁铁经过霍尔元件一次，即在信号端产生一个计量脉冲对应0．01m3。

上述二种前端数据采集器均以永久性磁铁经过传感器时，由于磁场的作用产生吸力使干簧管或霍尔元件闭合发生脉冲或发生磁电转换发出脉冲。因此，远程计量系统的准确性完全取决于脉冲数量的准确性。在实际的工程中远程电表，远程气表的脉冲准确度较高。水表的情况就不那么尽人意其原因主要有如下二个方面：

（1）干簧管质量不高；

（2）水管所发生的水锤现象新引发的大量脉冲（增脉冲）。

4．2 数据采集处理装置

在三表远程计量系统中，数据采集器处理装置通常有二种

（1）单片机；

（2）LonWorks技术。

4．3 传输线路

三表远程计量智能系统的传输线路可分为

（1）总线传输，如采用RS—485总线，需独立布线；

（2）电力载波传输，由于我国电网在传输数据过程中，受到无线电信号、电磁信号、脉冲信号的干扰，导致传输数据错码、丢码的情况时有发生，以电力载波作为三表远程计量系统的传输线路还不是很适合。

4．4 中心控制平台

住宅小区三表远程计量系统的中心控制平台就是通常所指的物业管理中心计算机。物业中心计算机接受各家庭智能终端采集的计量数据，由能耗管理软件作处理，输出计量结果，实现读表、计费、指引交费的一条龙服务。作为物业中心计算机，通常采用Windows的操作界面，其示意如图4所示。

5 家用电器自动化系统

所谓家用电器自动化就是指家庭中电器设备，如音响、电视机、热水器、空调机、微波炉以及照明设备等，通过集中化、遥控化和异体化远程控制调节实现对这些家用电器设备的状态进行监视、控制和调节。

随着科学技术的发展，实现家庭电器设备自动化的方式方法以及解决方案也越来越多。本节所介绍的是基于家庭电力总线网络设计的家庭智能化系统的家用电器自动化系统，其最大的特点在于充分利用了现有家庭网络资源，不需要再穿墙打洞单独布线，工程安装简单，只需将系统的功能终端替换普通的开关、插座，接上电力线即可使用，并且系统可通过不同的接口（网关）终端与各种外部网络，如公用电话、小区局域网以及Internet网等互联。

5．1 系统结构

家用电器自动化系统主要由以下部分组成：

（1）系统操作平台；

（2）传输网络；

（3）电器控制子系统；

（4）现场被控电器设备。

5.1.1 系统操作平台

家用电器设备控制的操作平台应具有多样性，而且要求操作简单方便，满足不同家庭的要求。目前，通常的操作平台有：

（1）移动电话（手机）；

（2）固定电话；

（3）个人电脑；

（4）住宅小区管理中心。

5.1.2 传输网络

系统传输网络有如下几种：

（1）公用电话网络；

（2）宽带接入网；

（3）小区物业网。

5.1.3 电器控制子系统

电器控制子系统包括：网络接口终端、电脑接口终端、电话接口终端、总线接口终端、遥控器或开关控制终端、插座控制终端、红外线控制终端等。

5．2 电器控制子系统应用功能

家用电器控制子系统是家用电器自动化系统的核心，根据所控制的对象和功能的不同可分为：

（1）电器开关控制。具体包括：电灯、电风扇、电暖气、电热水气等；

（2）红外遥感。红外遥感控制对象有：电视机、空调机、摄像机、遥控窗帘等；

（3）家电程序控制，可分为定时控制、程序互控以及模拟控制等。

5．2．1 总线接口终端

总线接口终端通过RS－485或双绞线与小区管理中心联网，它的主要功能包括：

（1）向管理中心自动发出报警、求助信息以及收发物业管理信息；

（2）断线自动报警；

（3）挂接各种功能模块实现系统的功能扩展。

5.2.2 电话接口终端

电话接口终端应具有与远程计算机系统（管理中心）联网的功能，必须具有标准的电话网络（PSTN）接口和双音多频（DTMF）自动收发信号的功能，利用室内并机电话进行各种系统设置和电控等操作，可通过外线电话进行电控操作。此外，电话接口终端应具有自动传呼、发出DTMF短信以及语音报警、断线报警等功能。

5.2.3 红外遥控终端

红外遥控终端应具有如下功能：

（1）具有家电红外遥感器的学习功能，可学习若干遥感遥控指令；

（2）可通过多种方式控制终端发出任意一条红外指令，对家用电器进行红外遥感控制；

（3）可挂接各种功能模块实现系统功能的扩展。

5.2.4 遥控接收模块和遥控器

如果采用遥控对家电进行布／撤防操作的话，必须在系统中增加遥控接收模块。遥控接收模块应具有如下功能

（1）可接收无线电遥控器及无线探测器的指令；

（2）对系统须作出响应；

（3）须具有状态指示；

（4）可存储系统操作密码；

（5）作为紧急报警时应有防误触发功能。

遥控器可对系统进行布／撤防操作，具有紧急呼救功能，与遥控接收模块配合使用，有效距离为100m。

6 家居信息服务

网络信息服务系统就是向小区的居民提供优质的10M以上带宽的网络接入服务，并开展诸如WWW浏览、VOD、电子邮件、电子商务网上聊天、网上游戏、远程教学、远程医疗、文化娱乐等各具特色的信息服务。

信息服务系统由Intranet社区网和专线接入Internet二部分组成，它是以计算机网络为核心，以智能综合布线为基础的，主干采用光纤，各楼内采用5类双绞线，各家庭采用家庭总线系统方式进行布线，使小区内的主干网速度可达1000Mbps，每个信息点达到100Mbps。即所谓的千兆到楼，百兆到户，实现电话、电视、电脑的综合通信和信息交互。当每个信息点达到百兆速度时，可以实现目前所有的网络应用，实现整个小区的信息共享。

下面仅对上网服务和VOD点播放服务作介绍。

6．1 上网服务

常见的上网服务有下列几种：拨号上网、ISDN（一线通）上网、ADSL上网。

6.1.1 拨号上网

拨号上网是普通用户最广泛的上网方式，拨号上网除了需要一台配有Win98的个人电脑外，还需要为这台电脑配上调制解调器（Modem）。Modem的作用是为输入输出电脑的信号进行模拟／数字的转换。

Modem可分为内置式Modem和外置式Modem。内置式Modem是一块电路板，被安装在电脑的空闲的插槽中。而外置式Modem有外壳和指示灯，还需要外接电源。它被设置在机箱外，通过电缆线和主机相连。所以，安装外置式Modem时要把Modem的数据端口和主机的空闲串行通信口用专用的电缆连接起来。无论是内置式还是外置式Modem，都有二个电话线插口，一个标记为“Line”，另一个标记为“Phone”，在与电话连接时，电信局的电话线端接“Line”口，自家电话端接“Phone”口。

装好Modem的驱动程序，然后对网络所用的通信协议（TCP／IP）进行设置，安装好“拨号网络”并配置“拨号程序”后，就可以拨号上网了。它可以实现包括信息浏览（WWW）、远程登录（Telnet）、文件传送（FTP）、电子信箱（E－Mail）、新闻组（newsgroup）、电子公告板（BBS）、GOPher等功能。

拨号上网的速率与所选的Modem的传输速率有关。

6.1.2 ISDN上网

ISDNIntegrated Service Digital Network俗“一线通”。

拨号上网时模拟信号在传输过程中容易受到静电和噪音干扰，造成误码率高。而综合业务数字网ISDN是一个企业的数字网络，数字信号传输质量较好，线路可靠性高。ISDN线路一般为2B＋D模式。“2B＋D”指的时2个基本数字B信道（每B信道速率64Kbps）和一个控制数字D信道（16Kbps）。正是这2B数字信道的特性，得以以128Kbps的最高速率上网，也可以64Kbps速率边上网边打电话。

ISDN的硬件安装与Modem的安装基本一样，它的TA（终端适配器／适配卡）的作用与Modem相当，也分内置式和外置式二种。但ISDN的用户端多了一个NT（网络终端），它是连接在局端电话线和TA之间的。一般的ISNN连接结构如下：

局端电话线—NT—TA—PC。

近年来由于技术的发展，有的NT已经集成TA的功能。

6.1.3 ADSL上网

ADSL（Asymmetrical Digtal Subscriber LOOP－非对称数字用户线环路），是XDSL家族中的一员，被誉为“现代信息高速公路上的快车），已成为继Modem、ISDN以后的又一种全新更快捷、更高效的接入方式。

ADSL速率最小是512Kbps。

ADSL上网设备要求：一台586以上的PC，建议配置的内存64M以上，显卡所带的显存在2M以上网卡、ADLS终端设备、WIN98和TCP／IP协议等。

6．2 VOD（Video－on－Demand）

VOD，即视频点播，这是ADSL技术快捷上网的最直接的证明。

在使用VOD时首先用VOD帐号拨号连接，然后打开IE，在地址栏输入有关宽带网址（如广州宽带网址：www．gz．supergnet．com）进入宽带网首页。

在使用VOD观看电影时要用到专用的视频播放程序，可直接从网页上下载。根据网页上的提示进入到播放器下载页面后，根据自己的操作系统选择下载