何 峰

（北京中建海外装饰工程有限公司，北京 100000）

随着计算机网络技术和信息科技的进步，以及人们对住宅室内装修品质要求不断提升，近年来智能家居以其舒适便捷、信息通畅、服务完善等优点而备受人们青睐，成为现代化住宅的发展趋势。因此，研发和推广适应国内现代生活需求的智能化家居技术和产品具有重要的现实意义。

目前，国内智能家居领域还没有统一的行业标准，企业各自发展，多种技术网关应运而生，相互间的产品无法兼容，市场认可度低，技术不成熟，质量不稳定；同时，智能家居品牌众多，同质化产品问题严重，终端消费群体也不成熟，没有厂商大批量生产产品，无论生产成本还是经营成本都居高不下，这也是目前智能家居行业的痛点。国外的大多数智能家居品牌都是采用有线连接的智能家居系统，而Fibaro则采用开放性的ZWave无线通讯协议进行开发，且在Z-Wave联盟旗下的160多家国际智能家居厂商推动下，无线技术领域的智能家居产品得到了新的发展。

云计算和大数据技术的发展使物联网由概念变成了现实，智能家居是物联网实现的典型代表。它在逐渐的影响甚至改变人们的生活方式与习惯，其目的就是让人们的生活充满智能，更加舒适、便利。目前，国内智能家居领域还没有统一的标准，企业各自发展，不断涌出基于各种通讯技术的智能家居产品，但终端的智能产品与终端用户的需求矛盾重重，严重阻碍了智能家居行业发展。因此，研发和推广适应国内现代生活需求的智能化家居技术和产品具有重要的现实意义。

1 智能家居终端产品的技术分类及对比分析

智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，从而提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境[1]。

目前在国际上智能家居的通讯网络架构技术总体上可以分为三大类：总线技术、电力载波技术和无线技术。如图1所示为智能家居技术类型。电力载波技术在国内很少应用，国内普遍采用总线技术与无线技术，且各有优势，可根据终端额的预算和功能性需求来进行选择。

图1 智能家居技术类型

随着物联网技术的快速发展，无线技术的稳定性问题已得到大幅度的改善和提升。按照当前市场的观点来看，智能家居领域的“无线技术”势必是未来主流技术；从技术层面来看，有线技术的厂商为赢得智能家居市场更多的份额，也势必会向“无线技术”方向发展和延伸。关于总线技术与无线技术的对比分析见表1。

表1 总线技术与无线技术的对比分析表

2 智能家居总线技术

2.1 集中控制技术

集中控制技术是采用集中控制方式的智能家居系统，主要是通过一个以单片机为核心的系统主机来构建，中心处理单元（CPU）负责系统的信号处理，系统主板上集成一些外围接口单元，包括安防报警、电话模块、控制回路输入/输出（I/0）模块等电路[1]。

集中控制智能家居系统[2]主机的主板通常有照明控制回路、电器控制回路、安防系统信号、接入抄表信号等。其布线方式多采用星型总线，所有设备的回路都需要接入智能家居系统主机的主板上，布线长度增加较多且较复杂。集中控制智能家居系统主机功能模块可以根据终端客户的需求进行一定范围内的扩展，但系统安装完成后，再扩展增回路，是非常困难的。

从终端客户的需求以及集中控制技术的终端智能设备情况来看，目前酒店的客房智能化管理多采用集中的RCU（Room Control Unit）控制方式，即客房控制系统。

2.2 现场总线技术

现场总线控制的智能家居系统与传统的布线方式基本相同，通常是采用分散型现场控制技术来控制网络内各功能模块，从而实现对室内[3]的照明系统、电器系统、安防系统的控制。其支持任意拓扑结构的布线方式，布线比较方便。

目前，比较典型的现场总线技术多采用双绞线总线结构，网络上的各个节点设备可以从线缆上获得供电[1]，同时通过线缆实现节点间通信。产品的功能模块具有双向通信功能，可以实现与智能家居主机进行数据交互，也可以针对每个功能模块进行编程。

特别说明，RS-232/422/485是目前最常用的一种串行通讯接口，支持对现有所有标准串行设备的控制。在整个控制领域，大多数的产品均有串行接口，通过对串口进行控制的，RS232普遍应用在近距离设备控制，而RS422/485主要是对支持多设备总线接入的远距离设备控制[4]。

国内外家用电器厂都会在设备上预留RS-232/485接口，智能家居系统可将多个电器系统连接在一起进行集中控制。多个设备之间也可以实现资源共享、影音互传和等功能。如DVD、公放机、电视机、投影仪等影像设备，而且还可以通过智能家居主机进行遮阳系统、照明系统、影音设备、投影幕布等来控制家庭影院的各个设备，实现观影模式的一键启动功能。

2.3 总线技术优劣势分析

智能家居的总线技术在室内物理环境中应用其稳定性不容置疑，同时，情景联运执行任务延时小，抗干扰能力强，这也是智能家居无线产品所不能及的。但因前期布线成本高，后期拓展能力差，技术人员技能要求高等因素，也阻碍了智能家居总线产品与技术的推广。

3 智能家居常用无线技术

随着无线通信技术发展，基于无线通信技术的智能家居厂商逐年增多，无线控制技术智能产品也丰富了起来。目前国内外智能配家居市场上比较常用的无线控制技术多采用Z-Wave、Zigbee、射频、红外、WiFi、蓝牙（Blue-tooth）等技术。它们都有各自的标准、特点和适用的领域，下面简单介绍国内外较常用的几种无线控制技术在智能家居领域的应用及对比。

3.1 Z-Wave技术

Z-Wave是特别为家居住宅而设计的无线通信技术[5]，因而具备了所有必需元素来满足市场需求。ZWave是由丹麦公司Zensys所主导的无线组网方式，是一种基于射频技术开发的短距离双向无线通信技术，其具有功耗低、稳定性好、安全性高、抗干扰能力强等特点。

（1）采用低于1 GHz的868.42MHz（国际）频谱，避开极度挤塞的2.4 CH和5 CH波段，选择有别于WLAN和Zigbee。Z-Wave无线信号在868.42频带传输时稳定性高、询问式组网路，因该频段比较纯净、无干扰。

（2）运用信息确认技巧（Message Acknowledge ment）和网状网路结构，提供安全及可靠的双向通信。采用双向非自组网，互相认证的形式，蜂窝式网状网络结构，最多可组成232个节点的网络，传输速率为9.6 kbps/40 kbps，信号有效覆盖范围30~100 m。ZWave技术节数点较少，但对于智能家居的多数终端用户来讲，232个节点是可以满足家庭需要的。

（3）价格定位合理，当然比低端模拟技术的价格稍高，但相比之下具备更高端的技术，如EnOcean，则非常有竞争力。

（4）全球所有采纳Z-Wave技术的设备都能在单一网络中相互操作，并容许任何Z-Wave控制器管控。Z-Wave芯片是由Sigma Designs（NASDAQ：SIGM）公司生产制造，并为Z-Wave联盟的成员提供芯片。该联盟已经具有160多家国际知名公司，且联盟成员均遵循联盟下发的Z-Wave协议进行开发，产品种类覆盖灯光控制、智能插座、网络电视盒、传感器、指纹锁、中控系统、家用电器等诸多领域，联盟成员开发后的智能产品必须经过Z-Wave联盟认证后方可上市，因此采用Z-Wave技术开发的无线终端智能产品之间是可以在同一个智能家居系统中运行的，这也是当下国内智能家居领域厂商协同发展值得去借鉴之处。

3.2 Zigbee技术

Zigbee技术[6]与Z-Wave性能和特点较接近，是在目前国内智能家居领域应用较多的无线技术，该技术是基于IEEE802.15.4无线标准进行开发，其蜂窝式组网能力、安全性能和通信能力较优越，同时该开发协议在国际上是开放的，在国际上频段定义为2.4 GHz，同时还定义了868和915两个频段，但芯片生产厂商众多，成本较低，因此不同厂商之间的终端智能产品在加密码后很难实现数据交互和相互间的控制。Zigbee技术同样是一个适用于短距离传输的双向无线网络通讯技术，其低复杂度、传输速率和功耗均较低。基于Zigbee开放的技术[7-8]，国内厂商多采用该技术进行开发自己的智能家居产品，因为芯片出处不同，开发过程中的加密方式不同，造成不同厂商之间生产的智能家居产品不具务兼容性。

3.3 RF433MHz射频技术

无线RF433MHz射频技术与Z-Wave和Zigbee不同，其采用了点对点的传播控制技术，设备与设备之间无法实现中继功能。但其信号传输穿透力较强、成本更低，因此在智能家居领域、工业领域均得到了广泛的应用。

无线RF433MHz射频信号虽然不能组网式的中继，但由于其传透能力较强，可以实现点对点的双向传输。在日常生活中，基于该技术开发的智能单品有很多，如智能窗帘、开关、传感器以及家用电器等设备。

基于加密RF433MHz射频技术开发的产品有智能门锁、电动卷帘门、汽车钥匙等。在我们日常生活的空间中，无线电波无处不在。基于射频技术开发的智能家居产品，受无线信号同频干扰时有发生，这也是无线射频技术最大的一个缺陷，该技术开发的智能家居产品较适用于中低消费人群。

3.4 红外技术

无线红外技术在我们日常生活中应用的很广，每个终端用户家中的电器产品多配有红外遥控器，和射频技术一样，红外技术也采用短距离的点对点短距离通信技术[9]，是目前在世界范围内被广泛使用的一种无线连接技术。

红外技术主要缺陷是传输距离短，且有不能穿透障碍物的特性。但是，这一缺点并没有给无线红外的应用带来障碍，红外线在智能家居控制系统中得到了广泛应用。在未来很长一段时期内，红外线技术依然会在智能家居控制系统中占据一席之地。

3.5 WiFi技术

WiFi技术在国际上是一种较常用的无线传输技术，通常使用2.4G UHF或5G SHF ISM射频频段。其功耗较高，传输速率为54 Mbps，理想传输距离可达到100 m。虽然连接到无线局域网通常是有密码保护的，但WiFi最大的问题是安全性非常低，稳定性较差。且WiFi技术的智慧家居系统可以连接的设备数量非常有限，未来发展空间受限[10]。但是通过TCP/IP通讯协议定义一些智能家居终端设备的IP地址，来实现智能家居主机对该设备的控制。

3.6 蓝牙技术

蓝牙（Bluetooth）是爱立信公司于1994年创制的，是作为总线技术RS232数据传输的替代方案。可用于实现固定设备和移动设备之间的短距离交互。该技术使用的是2.4G到2.485 GHz的ISM波段的UHF无线电波，它广泛应用于世界各地。该技术也属于点对点的通讯传输方式，但其传输距离最短，因此蓝牙产品会提供一些较为私人化的使用体验，例如，蓝牙耳机、蓝牙音箱[9]，也可用于无线连接手机、笔记本计算机、MP3播放器、背景音乐及智能锁等设备。因此该技术并不适合组建庞大的家庭网络，在一些影音设备中该技术应用较广泛。

3.7 智能家居几种常用的无线技术对比

通过对国内外几种较常用的无线控制技术在智能家居领域中应用和分析，可以说各有其特点及优势，也都有其适用性。下面针对几种常用的无线技术的列表进行对比，见表2。

表2 常用无线技术对比分析表

4 智能家居控制技术发展趋势

目前在国内外智能家居领域，基于总线技术开发的智能家居系统预留无线技术的设备接口，例如总线技术的智能家居主机对接Z-Wave技术、红外技术、无线射频技术等。其代表性的厂家为Control4，该公司是一家专业从事智能家居产品的研发、生产、销售的知名企业，其智能家居领域提供一整套的有线和无线（Zigbee、WiFi）系列控制产品，有较为先进的连接和控制方式，且用户可以轻松定制属于自己的智能家居系统，以满足终端用户每个家庭成员的独特的生活方式。

基于无线技术开发的智能家居系统，预留总线的接口，例如RS232/485技术、有线传输的红外技术等。其代表的厂家为台湾LivingLab生活实验股份有限公司，其主机安装的系统是一款基于Windows平台的开发软件系统，其特点具有普及性“广”、兼容性“强”、安全性“高”等特点。台湾LivingLab生活实验股份有限公司开发的智能家居主机为一款预装Windows系统和智能家居平台系统的（平板）电脑，该主机通过USB桥接器与智能家居主机的控制器或其他设备的有线端口进行桥接，使得智能家居主机系统可以如此简单地进行扩展，且易于触控操作。其产品采用以无线连接为主拓展总线技术架构体系，该智能家居系统“整合”了ZWave技术、红外技术、RF射频（315/433MHz）技术、RS232/485技术、蓝牙技术等，同时也向社会公开了开发协议和接口函数，为其他智能家居厂商“对接”该系统也提供了机会。

通过对各种通讯技术智能家居终端产品的应用研究，总结出：“无论是智能家居总线技术，还是智能家居无线技术，没有一种完美无缺的”。但是各种技术都有其适用的环境及技术优势。因此，本文重点研究的是多种控制技术在一个智能家居交互平台上应用，即总线控制技术和无线控制技术相结合，就可以取长补短，能更好地适应终端客户对智能产品的需要。