1.4 智能家居相关技术

智能家居是一个完整的智能化、自动化、网络化的现代家庭，其主要技术包括网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、人工智能技术、物联网技术、环境感知技术和音视频技术。

1.4.1 网络通信技术

网络通信技术是指通过计算机、通信网和网络设备对语音、数据、图像等信息进行采集、存储、处理和传输等，使信息资源达到充分共享的技术。

其中通信网按功能与用途不同，一般可分为物理网、业务网和支撑管理网3种。物理网是由用户终端、交换系统、传输系统等通信设备所组成的实体结构，是通信网的物质基础，也称装备网；业务网是疏通电话、电报、传真、数据、图像等各类通信业务的网络，是指通信网的服务功能。按其业务种类，可分为电话网、电报网、数据网等；支撑管理网是为保证业务网正常运行，增强网络功能，提高全网服务质量而形成的网络。在支撑管理网中传递的是相应的控制、监测及信令等信号。按其功能不同，可分为信令网、同步网和管理网。

在异地利用手机对家里的电器设备进行控制就是网络通信技术在智能家居中的应用，如图1-10所示。

1.4.2 安全防范技术

安全防范技术是社会公共安全科学技术的一个分支，具有相对独立的技术内容和专业体系。根据我国安全防范行业的技术现状和未来发展，可以将安全防范技术按照学科专业、产品属性和应用领域的不同分为如下几种。

（1）入侵探测与防盗报警技术。

（2）视频监控技术。

（3）出入口目标识别与控制技术。

（4）报警信息传输技术。

（5）移动目标反劫、防盗报警技术。

（6）社区安防与社会救助应急报警技术。

（7）实体防护技术。

（8）防爆安检技术。

（9）安全防范网络与系统集成技术。

（10）安全防范工程设计与施工技术。

由于安全防范技术是正在发展中的新兴技术领域，因此上述应用领域的划分只具有相对意义。

安全防范技术通常分为3类。

（1）物理技术防范。主要指实体防范技术，如建筑物和实体屏障以及与其匹配的各种实物设施、设备和产品（如门、窗、柜、锁等）。

（2）电子防范技术。主要是指应用于安全防范的电子、通信、计算机与信息处理及其相关技术，如：电子报警技术、视频监控技术、出入口目标识别与控制技术、计算机网络技术以及其相关的各种软件、系统工程等。

（3）生物统计学防范技术。主要是法庭科学的物证鉴定技术和安全防范技术中的模式识别相结合的产物，是利用人体的生物学特征进行安全技术防范的一种特殊技术门类，应用较广的有指纹、掌纹、眼纹、声纹等识别控制技术。

1.4.3 自动控制技术

自动控制技术是20世纪发展最快、影响最大的技术之一，也是21世纪最重要的高新技术之一。当前各项新技术、工农业生产、军事、日常生活等各个领域，都离不开自动控制技术。就定义而言，自动控制技术是控制论的技术实现应用，是通过具有一定控制功能的自动控制系统，来完成某种控制任务，保证某个过程按照预想进行，或者实现某个预设的目标。

从控制的方式看，自动控制系统有闭环和开环两种。

（1）闭环控制。闭环控制也就是反馈控制，系统组成包括传感器、控制装置和执行机构。如智能家居中的门窗控制、安防报警等。

（2）开环控制。开环控制也叫程序控制，这是按照事先确定好的程序，依次发出信号去控制对象。如智能家居中的灯光控制、电器控制、情景控制等。有关智能家居中的控制方式请参看本章1.7节内容。

1.4.4 物联网技术

物联网是一种复杂、多样的系统技术，它将“感知、传输、应用”3项技术结合在一起，是一种全新的信息获取和处理技术。因此，从物联网技术体系结构角度解读物联网，可以将支持物联网的技术分为4个层次：感知技术、传输技术、支撑技术、应用技术。

1.感知技术

感知技术是指能够用于物联网底层感知信息的技术，它包括射频识别（RFID）技术、传感器技术、无线传感器网络技术、遥感技术、GP S定位技术、多媒体信息采集与处理技术及二维码技术等。

2.传输技术

传输技术是指能够汇聚感知数据，并实现物联网数据传输的技术，它包括互联网技术、地面无线传输技术、卫星通信技术以及短距离无线通信技术等。

3.支撑技术

支撑技术是物联网应用层的分支，它是指用于物联网数据处理和利用的技术，包括云计算技术、嵌入式技术、人工智能技术、数据库与数据挖掘技术、分布式并行计算和多媒体与虚拟现实等。

4.应用技术

应用技术是指用于直接支持物联网应用系统运行的技术，应用层主要是根据行业特点，借助互联网技术手段，开发各类行业应用解决方案，将物联网的优势与行业的生产经营、信息化管理、组织调度结合起来，形成各类物联网解决方案，构建智能化的行业应用。它包括物联网信息共享交互平台技术、物联网数据存储技术以及各种行业物联网应用系统。

各种网络技术提供了人们在虚拟环境中的活动情况等数据，搭建了一个互相交流的平台，为大家提供更好的服务，实现管理标准化。

1.4.5 环境感知技术

环境感知技术类似于物联网的感知技术，与传感器技术密不可分，主要应用在居住环境与智能家用电器或物体的监测。在智能家居系统中，传感器将感知到的物理量、化学量或者生物量等转化成能够处理的数字信号。有时需要将传感器嵌入到被控制的家用电器中，这样就可以将传感器、信号处理、控制电路、通信接口和电源等部件组成一体化的微型系统，大幅度提高智能家居系统的自动化、智能化和可靠性水平。

在智能家居的系统控制中，环境感知技术还与无线网络技术等相结合，将感知信息处理后再与无线通信技术等结合到一体，形成智能可靠的无线传感器节点。无线传感器节点配备有满足不同应用需求的传感器，如温度传感器、湿度传感器、光照度传感器、红外线感应器、位移传感器、压力传感器等。传感器节点由传感单元、处理单元、无线收发单元和电源单元等几部分组成，其结构如图1-11所示。

传感单元由传感器和A-D转换模块组成，用于感知、获取监测区域内的信息，并将其转换为数字信号；处理单元由嵌入式系统构成，包括处理器、存储器等，负责控制和协调节点各部分的工作，存储和处理自身采集的数据以及其他节点发来的数据；无线收发单元由无线通信模块组成，负责与其他传感器节点进行通信，交换控制信息和收发采集数据；电源单元能够为传感器节点提供正常工作所必需的能源，通常采用微型电池。

在智能家居的环境感知中，还涉及对物体或人的感知、自动识别与定位。自动识别技术指使用一定的识别装置（如摄像头、指纹识别器等），通过被识别物品和识别装置之间的接近活动，自动地获取被识别物品的相关信息，并提供给后台的计算机处理系统来完成相关后续处理的一种技术。识别技术可以区分被识别的物体（或人），有时还需要定位物体的位置、物体移动的情况等，用以实现更加准确的环境感知。目前智能家居中采用的识别技术有图像识别技术、射频识别技术、GP S定位技术、红外感应技术、声音识别技术、动作识别技术（姿态、手势等）、生物特征识别技术（指纹、虹膜等）等。

1.4.6 人工智能技术

人工智能（Artificial Intelligence，AI）是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。有关人工智能技术的详细介绍请参看第7章。

1.4.7 音视频技术

音视频技术是研究音频信号和视频信号的产生、收集、处理、传输和存储的技术，是传统音箱技术与现代数字声像技术相结合的一门实用技术。智能家居中的背景音乐、家庭影院就是音视频技术的具体应用。

智能家居技术涉及面较广，其目的是通过应用这些技术，真正让人享受轻松、自由、安全的智能生活。今后可靠的无线控制技术将会成为未来智能家居技术的主流，而触摸式、声控式、感应式等更多人性化的控制技术也会得到发展。