智能家电控制系统发展趋势

2016-05-18 14:04:54

随着物联网技术的成熟、智能手机的普及,以及人们生活水平的提高,智能家电行业迎来了发展的春天。智能家电控制系统是多种学科的融合,包括电子技术、通信技术、计算机技术等。本文开展了基于 Android 的智能家电控制系统的研发。设计了智能家电控制系统的总体框架,并对其中的家庭网关、节点功能模块、网络间通信进行了深入研究。

家庭网关是智能家电控制系统的数据转换中心,主要负责管理家庭无线网络与互联网之间的通信。家庭网关将无线网络采集的信息数据通过WIFI传送到网络服务器上供房主查看,但是紧急事件信息的通知则是通过 GPRS 完成。本文设计的家庭网关的控制部分采用是ARM+Android 方案,外围主要集成 WIFI 模块和 GPRS 模块。本文制作了家庭网关的硬件实物,移植了操作系统,并开发了外围模块的驱动程序及应用程序。节点模块是控制和信息采集的终端,分布在家庭中的各个角落。本文主要进行了电量检测模块、视频监控模块、温度传感器模块及家庭网络节点的软硬件设计。本文对各模块进行了 PCB 的制作及处理器的控制程序设计。最后,对本文所设计的家庭网关、节点模块的功能进行了测试,并进行智能家电控制系统的联调。结果表明,系统工作正常、稳定,达到设计目标。



世界在进步,社会在发展,网络和信息化也在慢慢进入人们生活中的各个角落,人们已经进入了高度跨平台信息交互的时代,同时也开始追求绿色节能、安全便捷和信息通畅的智能家居系统环境。早在 1984 年,史上具有智能化的办公大楼在康涅狄格州建成,从此智能化建筑开始慢慢出现在人们的视野中。智能家居在国外已经发展很多年了,被称为Smart Home。智能家居有许多称谓,不同的地方称谓不尽相同,不过所表达的意思基本一样,如香港和澳门地区,常常被人们称为数码家居。智能家居系统已经发展成了一门科学,在一些著名大学已经开始讲授智能家居相关课程,并逐渐发展成一门学科。智能家电控制系统是智能家居系统中的一部分,它是许多学科的交叉融合,这些学科主要有机械电子自动化、计算机网络和人体学及艺术等。在我们国家,智能家电控制系统也很早就已经出现了,2001 年的上海就有 400 多幢智能化住宅安装了智能控制系统。智能家电控制系统从结构上来分,主要有家庭端的主控部分、家庭内部智能电器设备的通信网络和网关。许多知名厂商(如西门子、松下、TCL、海尔、联想等)已经推出自己的智能家电产品。智能家电控制种类众多,采用的通信方式也各不相同,有的是采用比较安全可靠的现场总线技术方案;有的是适应现代社会发展,采用便捷舒适和更加方便的方案(如使用无线网络和智能终端的方式);还有的是使用比较传统的机顶盒方案控制家庭中智能设备。现在的智能家电控制系统虽说发展还不是很成熟,但是它已经容纳很多功能,特别是网络(包括有线和无线)的融入,更加快了智能家电的发展。目前智能家电控制系统已经有防火防盗防煤气的安全方面的功能,远程监控抄表等辅助功能,家电控制,多媒体功能等。随着科技的快速发展,也会涌现出越来越多的人才积极地投入到智能家电控制系统的研究和开发中来,智能家电的智能化也越来越凸显出来,更多的功能将会出现在人们的视野中。


智能家电控制系统发展趋势


智能家电控制系统已经有 20 多年的历史,虽然已经有很多成熟的解决方案,可是还不足以推出市场,主要是因为传统的智能家电系统存在一些不足:市场上智能家电系统都是采用有线介质的方式通信,如 X-10、CEBus、Lonworks、EIB、EHS、HBS 等,采用这些方式设计的智能家电系统的兼容性比较差,而且大多数系统的网关还是采用比较传统的 PC,不方便移动和携带,功耗也很大。许多厂家设计的智能家电系统还是沿用以前的一些功能,像用于探测的红外装置,用于安全的监控摄像头,用于预防和检测的感知烟雾探头,具有在发生紧急事件的求助按钮等,这些设计已经能满足用户的基本需求,但普遍存在报警不及时、重复投资率大等缺点。随着科学技术的发展,智能家电系统也采用了先进的的通信技术、增强了系统的扩展功能、减少系统的成本和削减或去除人工操作等。


目前,智能家电系统需要克服几个困难:由网络和监控等给业主带来的隐私保密问题、控制设备的灵活控制问题、互联和扩展性问题、技术和设备的复杂性带来的易用性问题、安防系统中的安全可靠和可维护性问题、设备的配置和其配件带来的成本问题等。要想解决这些问题,必须引入新的科技,遵循绿色、生态、环保的核心理念,结合生物电子、软件工程、高新材料、环保生态等学科,带领智能家电控制系统进入一个新的辉煌时代。在未来的几年甚至是十几年中,随着物联网和各学科的发展,智能家电也将迎来一个快速发展的时期。新的科学技术和高芯产品将会源源不断的出现,智能家电的未来将会朝着下面这些方向发展:


(1)随着 IPv6 技术的不断推广,未来智能家电中的每个物品都可以被分配一个 IP 地址连接到网络上。网络将是智能家电系统中的脉搏,疏通和管理着每个成员,并提供信息传递的通道。家庭中的每个联网家电都可以通过网络设备将自身的信息发布到网上供住户查看和控制。


(2)未来的互联网将会覆盖到世界的每个角落。未来的世界将会遍地是网络,遍地有信息传输,遍地有网络控制。未来的路灯、路边上的每个摄像头、灌溉花草的工具等都会联网,使用网络可以很方便的操作这些设备,不需要大量的人力,同时还可以改善执行效率,节约系统整体成本等,这将会很大程度上改变社会,改变生活。


(3)随着人工智能和虚拟化技术的不断发展,机器人也会慢慢加入智能家庭中。住户不在家中,机器人可以帮助房主看家护院,而且还可以帮助住户完成家中的一些家务和管理等,特别是一些危险的工作可以让机器人来代替住户完成。虚拟化技术的发展将会使未来的智能家居系统充斥着虚拟聊天、虚拟游戏、3D 影视、虚拟互动等。


(4)随着神经元网络的研究越来越成熟,神经元控制也会慢慢走进智能家庭系统中。未来的智能家电系统将会依托于神经元控制技术能够感知外面世界的变化,并将这些信息反馈给家庭中的网关,网关根据这些信息对家庭中的设备做出相应的调整或控制,这种感知功能和人体的机能有些相似。


(5)模式识别技术的成熟和复杂算法的实现使智能家电系统能有一个智能环境。把虹膜、语音、指纹、人脸识别和计算机视觉等功能加入到智能家庭系统中,在未来的生活中,户主只需张一下眼睛、摆个姿势、发出声音、伸一下自己的脸或按一下指纹等便能开启相应的锁或其他带有识别技术的家具,这种控制方式加入一些防伪技术具有安全和可靠性能。


(6)未来的智能家电系统将会更加注重绿色、环保和节能。生态住宅是利用绿色能源来改善人们的日常生活,如太阳能、家庭排放的热能等。绿化智能家居系统主要是种植生态植物、提供舒适的光环境和声环境以及大气环境、水环境等,另外废弃物也要进行合理的管理和使用。