论智能家居在智慧住宅里的发展与应用

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2024年4月24日发(作者：)

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论智能家居在智慧住宅里的发展与应用

冯昊

中交一航局城市投资发展有限公司 天津 300042

摘 要 随着时代的进步，智能化和科技化成为当下社会发展的主要趋势，智慧住宅逐步进入人们的视野。本文从

智能家居国内外的发展、智能家居系统构建、智能家居系统中常用的关键技术、智能家居在智慧住宅的运用及智慧

住宅设计的发展等5个方面进行了阐述。

关键词 智能家居；智慧住宅；绿色建筑

Discussion of Development and Application of Smart Home in Home Automation

Feng Hao

CCCC First Harbor Engineering Company Ltd Urban Investment Development Co., Ltd., Tianjin 300042, China

Abstract With the progress of the times, intelligence and technology process have become the main trends of social development,

and home automation has gradually appeared in people’s living. This paper elaborates from five aspects: the development of smart

home at home and abroad, the construction of smart home system, the key technologies commonly used in smart home system, the

application of smart home in home automation and the development of home automation design.

Key words smart home; home automation; green buildings

引言

社会发展和城市更新的迅速迭代，让人们更注重家庭生活

的便利性、舒适性和安全性，智能住宅（home automation）得

以推广。它是将通信设备、家电设备和家庭安保设备，通过总

线技术连接到智慧住宅控制器上，采用总体布局、网络通信、

安全防范、自动控制、音视频等技术

[1]

，用以实现照明控制、

家电控制、防盗报警、环境监测、室内外遥控、网络家电、暖

通控制等功能，也可以保证环保节能的生活环境。未来世界，

将是多维互动的全连接空间，设计也一直致力于研究如何将智

慧智能更好地导入业主的居家服务中。

加坡、加拿大等国家纷纷推出了智能化家庭制度，实现了家庭

智能化的控制。

1.2 智慧住宅在国内的发展

智慧住宅在我国发展较晚，主要分为4个时期，即1994-

1999年萌芽期（智能建筑在中国刚开始发展）、2000-2005年

开创期（人们开始了解并应用智能家居）、2006-2010年徘徊

期（恶意竞争给智能家居带来负面影响）和2011至今的融合演

变期（如云社区及智能一体化等新技术出现，业内也出现了不

少实际运行效果良好的智能系统项目）

[3]

。智慧住宅是“软硬结

合、云端一体”的产业业态，虽然在硬件上形态愈加多样，但

软件多考虑人工智能物联网、云计算、大数据等新技术的应用

1  智慧住宅的国内外发展

1.1 智慧住宅在国外的发展

1978年Pico Electronics Lcd电子公司利用X-10技术，成功对

灯饰和电子电器进行控制。1984年美国设计师改造了第一栋智

能化建筑，因当时技术的局限性，设计师对旧建筑进行了局部

改造，通过设备实现了监控大厦的制冷、电梯运行、照明控制

等功能，并给大厦提供了简单的通信服务。按照智能化住宅的

概念，比尔·盖茨在1997年建筑了私人豪宅，连接了高速上网

的专线，利用电脑来控制所有的门窗、灯具、电器设备。它被

称为 Smart Home，是现代智能家居的原型

[2]

。自2003年起，新

[4]

。2011年11月工业和信息化部印发《物联网“十二五”发展规

划》，按照要求我国要在核心技术研发与产业化、关键标准研

究与制定、产业链条建立完善、重大应用示范与推广等方面取

得显著成效，初步形成创新驱动、应用牵引、协同发展、安全

可控的物联网发展格局

[5]

。物联网技术也促进了在家庭网络、

家庭安防、家电智能化控制、能源智能计量、家庭节能低碳等

方面的发展，目前，随着物联网芯片技术越来越成熟，越来越

多的集合多种功能控制的智能终端越发成熟，可根据用户需求

进行个性化订制，未来将整合更多功能。

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2  智能家居系统构建

智能单品和全屋智能统称为智能家居，但智能单品为单独

个体，无法相互之间建立联系，只需要有网络即可实现智能运

作。全屋智能是一个联动系统，系统里的智能单品能够相互连

通，通过逻辑联动，实现全屋家居的智能驱动

[6]

。

2.1 智能家居系统构架

智能家居系统构架基本相似，详见图1。主要由智能网

关、智能设备、网络、控制中心4个部分组成

[7]

。智能网关是

整套智能家居系统的核心，可以将所需设备连接起来，随时控

制，通过网关，各种智能设备可以进行有序联动，形成有机的

整体，进行逻辑行为。智能设备，例如智能开关、智能遥控

器、智能窗帘等，将传统家用电器变为智能可控。网络分为有

线和无线，智能设备需要通过网络进行智能管控。控制中心的

主要形式是App，用户通过App控制智能家居。

适合项目类型：适用于集控内容少，功能需求复杂和个性

化需求相对简单的项目。适用于平层公寓中小户型，作为精装

集中无线交付项目案例还不多。

2.2.3 混合型控制：优点是该系统具有线性、无线优势。

缺点是集成可扩展性与个性化定制的功能比较薄弱。

2.2.4 受控设备+云端化控制平台：只限于无线控制（Wi-

Fi）控制。优点是对于家电系统的集成兼容性强。系统组成相对

灵活，更适用于大众型消费群体。缺点是安防系统的集成相对较

弱（合作集成为主），集成可扩展性和个性化定制功能较弱。

适合项目类型：适用于集控内容少，功能需求复杂和个性

化需求简单的项目。适用于中小户型项目。

3  智能家居系统中常用的关键技术

3.1 综合布线技术

家庭网络布线分为有线和无线两种，传统的有线布线，需

要在施工时提前预埋管线，智能单品通过电线、光缆等形式集

中或分布式布线。而随着无线网络与通信技术的发展，使用无

Wi-Fi

线方式进行控制将成为一种新的发展趋势，使智能家居的使用

更加自由和便利。

3.2 物联网技术

物联网可以将任何物品通过互联网进行访问，使得人与

人、人与物的联系变得方便快捷 。智能家居可以通过互联网及

物联网技术连成一个体系，实现用户与智能设备的互动。

3.3 数据库技术

图1 智能家居系统构架

计算机辅助管理数据的核心技术，通过对数据的组织和管

理，利用应用管理系统最终实现对数据的处理、分析和理解。

单个家庭所配备智能家居数量较少，不需处理较为复杂的信息

量，整体数据结构较简单。但对于综合商业街或大型住宅区，

众多智能家居构建在一起，各种信息系统错综复杂，此时数据

库的优势便体现出来

[8]

，信息处理更为便捷。

3.4 交互技术

现阶段主要指人与机器的交流互动，随着网络技术的高度

发展，通过计算机的输入、输出端，可以有效实现人与设备的

交流对话。智能家居系统通过使用人机交互技术，让家居设备

与用户的交流更加人性化，提升用户体验感和舒适度。

3.5 智能化家庭网络关卡

网络是智能家居控制的中心，可以用来收集指令，并将

指令转化为设备可以理解的语言，输出给设备，使设备开始工

作。同时，它也是设备的网络，它可以利用网关来实现远程控

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2.2 智能家居系统构建的优劣势

智能家居系统主流构架类型分为两种模式，一种是受控设

备+主机（网关）集中控制+云端化平台，另一种是受控设备+

云端化控制平台。其中受控设备+主机（网关）集中控制+云端

化平台分为有线控制、无线控制和混合型控制3类。

2.2.1 有线控制：优点是有独立主控制器(主机)系统可扩展

和个性化定制程度高，系统稳定性好。缺点是成本投入相对较

高，布线复杂。

适合项目类型：适用于集控内容多，功能需求复杂和个性

化需求相对较高的项目。面积大的户型系统稳定性优势明显。

2.2.2 无线控制（Zig Bee）：优点是工程实施相对简单，

布线施工量少，成本投入低，系统支持后建，业主自主选择性

大。缺点是该系统的稳定性和抗干扰性较差，不宜大户型。一

体化的可扩展性与个性化定制能力较差。

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制。在一定程度上，网关可以实现如下功能：①感知网络进入

智能网关，首先可以获得各个节点属性、状态等信息，即可以

感知各节点的实时状态。其次是远程控制、排除、诊断节点等

功能。②异构网络的互通性。智能网关接入势必会带来跨区域

通信的需求，因此，需要完善的寻址技术，以确保各节点的信

息能够准确查询和定位。③通信与数据格式标准化。智能网关

需要实现传感网络到传统通信网络的协议转换，将协议适配层

上传输的标准格式数据进行统一封装，将广域接入层下发的数

据解包成标准格式数据，完成指令解析，再将其转换为感知层

协议可以识别的信号和控制指令

[9]

。

墙布线。为了防止因人为疏忽或相关设备失效而造成的安全风

险，人们可以采用智能安全控制系统。智能安全控制是利用多

种传感器、功能键、探测器、执行器等多种安全控制系统，并

利用微机管理控制先进的智能型控制网络技术，以及由微机管

理控制，可实现自动报警，如匪情、盗窃、火灾、煤气、紧急

求助等意外事故。

4.4 智能测试

计算机是智能化检测与控制技术的核心，它包含各种信号

检测传感器、中间转换电路、测量显示和记录仪表、计算机界

面和数据采集、数据总线和通信、干扰抑制、智能化检测和控

制、智能检测和控制。用户通过对智能系统进行检测，可实现

4  智能家居在智慧住宅中的运用

智慧住宅技术与现代室内装饰设计相结合，将智慧住宅

空间分为两大方面：一是智慧家庭，二是家庭安防。智慧家庭

包含了智能照明系统和智能化家电，家庭安防包括视频监控系

统、防盗报警系统、智能门禁系统、可视对讲系统、求助报警

系统等。智慧家庭与家庭安防相互联系、相互作用，既能实时

监测、智能调整生活环境，又能在一定程度上降低外部和家庭

之间的直接关系，保障家庭的安全。

4.1 智能照明

在任何重要的场合中，无线通信装置的智能化灯具扮演

着举足轻重的角色，比如，用移动终端、远程控制器等移动终

端，在不受空间隔置的影响下，远程控制，既能调整灯具的冷

暖、明暗，又能衬托现场的气氛，还能调整颜色，满足人们的

多元化照明控制需求。

4.2 智能家电

智能家电的产品涉及生活的各个方面，如安全看护摄像

机、智能插座、扫地机器人、智能马桶、魔镜、语音机器人、智

能门锁等。

与传统电器相比，智能家电通过微处理器，将应用软件与

机器相连，在电器中加入相关测试、通信等芯片，使电器的各

种状态和工作参数能通过传输媒质（如现场总线、串口线等）

与线路的其他电器设备进行信息交流，通过4种控制方式实现本

地控制、远程网络控制、定时控制和一键情景控制。

4.3 智能安防

智能安防产品主要有：智能门锁、网络摄像头、各类安

防传感器等（例如：燃气卫士、漏水检测器、人体探测器、烟

雾报警器、声光报警器、门磁感应器、震动传感器等）。智能

安防类产品直接使用或搭配网关即可使用，操作简单，无须拆

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系统的安全、高效的工作。

5  智能家居在室内设计中的发展趋势

5.1 家居空间更多样化

Zig Bee技术运用于无线智能家居中，Zig Bee的无线连接，

使得智能家居具有可移动性和强扩展性。传统室内设计，在进

行网络连接时，不仅需要凿墙布线，对于使用部位也有一定的

局限性，而且还需要家具遮挡布线。利用无线技术，在使用家

庭投影技术时，利用简单的白色墙壁或电视幕布便可，不仅节

省了空间还提高了用户观感。目前，室内的设计在使用空间方

面还存在着许多不足之处，空间利用率还不高。智能家居的应

用可以让设计师有充分的想象空间，可为设计师提供更多的设

计元素，能更好地满足用户的要求，帮助用户解决实际需求。

5.2 运用更多的高科技技术

全屋智能家居的发展与互联网技术、物联网技术、信息产

业的发展是相互促进的。如计算机的发展为智能化家庭的集中

控制创造了条件，一个计算机系统可以对区域灯光、公共设施

的开关进行有效的控制。利用高科技发展智能化家庭，可以智

能化地对灯光、电器、湿度、通风等进行控制，提高人们生活

的便利性和安全性。

5.3 推动绿色可持续发展

智能建筑的特点是确保安全与健康，在满足用户使用要求

的前提下，最大限度地将能耗降低，减少建筑对环境的影响，

即保护环境和减少污染；提供安全健康的生活环境，打造绿色

建筑。智能建筑的室内布局也应合理，在尽量减少合成材料使

用的前提下，利用各种可再生能源提供光和热，以智能控制和信

息管理为手段，有效实现各种设备的智能控制，实现智能家居的

（下转第22页）

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优化的空间。推测可能是因为发动机厂商提供的数据结果较为

保守造成的，后续可以进一步使用线性回归方法对输入数据进

行系数调整，提高计算结果精度。

表1 通航飞行器爬升性能计算结果对比

爬升高度（km）

1.5～5

1.5～6

1.5～3

实际平均爬升率

（m/s）

3.60

3.08

4.13

计算平均爬升率

（m/s）

3.52

2.91

3.97

误差

2.22%

5.52%

3.87%

可以为同类型飞行器在前期设计、中期验证、后期手册编写以

及适航审定等工作上提供一定帮助。

参考文献

[1] 陈治怀.飞机性能工程[M].北京:中国民航出版社,1993:22-23.

[2] 汪发亮,张宇,张妙婵.正常类飞机爬升性能飞行试验研究[J]. 中

国民航大学学报,2021,39(6):54-58.

[3] 丁鼎,张云飞.考虑波阻的民用飞机爬升性能计算方法[J]. 长江大

4  结束语

爬升性能是通航飞行器的重要指标之一。本文按照适航

规章相关要求，以某一吨量级通航飞行器为研究对象，推导了

爬升阶段简化的飞行器动力学方程，开展了爬升性能计算脚本

的编写和验证工作。算例结果表明，计算结果符合物理认知规

律，计算脚本较为精简，计算速度较快效率较高。考虑到暂不

可控的空中突风、同型号不同发动机因维护保养等产生的性能

差异性等因素，计算结果虽仍有最大约5.5%的误差，但基本满

足工程项目实际应用需要，数据差异在可以接受的范围内。该

套针对活塞式发动机通用航空飞行器的爬升性能计算方法可能

学学报(自科版)理工卷,2010,7(3):625-627.

[4] 屈程,王鹏,焦晓辉.运输类飞机爬升性能试飞数据处理方法研究

[J]. 科技资讯,2018,16(30):1-4,7.

[5] 曹建.一种计算民用飞机爬升巡航和下降的方法[J].科技视界,

2019(19):60-61.

[6] 成婷婷,郗超,屈飞舟.活塞发动机飞机爬升性能换算方法研究[J].

飞机设计,2018,38(4):30-33.

[7] 中国民用航空总局.正常类、实用类、特技类和通勤类飞机适航

规定:CCAR-23-R3[S].北京:中国民用航空总局, 2004.

（上接第18页）

应用。智能家居的出现可以远程控制家电开关，不仅使家庭安全

得到保障，也减少了能源的浪费。智能、绿色一体化发展是通过

智能化手段与绿色理念融合来实现人、资源、环境三者最优化发

展。智能化和绿色要求是相辅相成的关系，通过物联网、通信与

生物技术可以对家居进行科学调控，从而达到节能减排的目的。

以智能化推进绿色建设，以绿色理念促进智能发展，体现了人类

对于安全舒适、节能减排、减少污染的可持续发展的追求。

计,2016(3):97-98.

[2] 江宁,桂斌.基于嵌入式的智能家居网关设计[J].科技视界,2016

(23):343-344.

[3] 刘建.基于STM32的智能家居环境控制器的设计与实现[D].广东:

广东工业大学,2016.

[4] 2022中国智能住宅发展趋势及现状分析[DB/OL].[2021-11-29].

/2021/1129/.

[5] 《物联网“十二五”发展规划》发布[DB/OL].[2012-02-14].

6  结束语

随着智能家居产品的建立和完善（与电商、家电厂商、互

联网公司等行业融合发展），产品功能也将会更加贴合用户需

求。在物联网和人工智能的蓬勃发展的大背景下，智能家居一定

会成为创造安全、便捷、舒适、健康生活的一种主流载体形式。

/zwgk/2012-02/14/content_.

[6] 肖楚新.智能家居在老年人住宅中的设计研究[J].科技资

讯,2021,19(15):17-20.

[7] 蒋盼盼,林琼,汪弘.基于CC2430的无线智能照明控制系统设计

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[9] 彭丽莉,彭云娣.智能家居在室内设计的应用及趋势分析[J].智能

城市,2019(17):44-45.

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