智能家居系统的实践应用

摘 要： 本文主要讨论在智能电网环境下，结合用电信息采集和智能家居系统，用户侧环境监控及智能设备管理、控制的问题。通过部署在家庭中的各种传感器及用电信息采集系统，实时获取家庭环境信息及各种电器及家庭总的用电信息，并通过智能手机、web网页等方式提供给用户，可以根据环境的变化，自动或手动控制设备的开关运行，可以根据阶梯电价信息，为用户提醒用电信息并进一步为用户提供合理化建议。

关键词： 智能家居系统；智能电网；信息采集

0 引言

近年来国家电网公司大力推进智能电网建设，智能电网是先进信息技术与物理电网结合的产物。智能电网包括超高压/特高压输电技术，分布式可再生能源发电技术，高低压变配电技术和用户端配电与能源管理系统。

智能电网用户侧包括大量的智能设备和移动设备，比如智能电器、智能电表、传感器等，需要对这些设备进行监测、控制和综合管理。同时，为了更方便的让用户了解整个家庭环境及用电情况，通过射频识别RFID技术获取用户的请求，并通过智能手机展示出来，其体系结构如图1所示。

1 系统体系结构

通过部署在家庭中的各种传感器及用电信息采集系统，通过智能电网中心数据库及服务器实时获取家庭环境信息及各种电器及家庭总的用电信息，并通过智能手机、web网页等方式提供给用户。

2 实现智能家居产业要解决的问题

1）系统的标准化和市场的规范化。智能家居产业还没有统一的行业标准，公司产品之间不具有兼容性。虽然在信息产业部的支持下，制定和了两个与智能家居有关的标准，但仍缺乏统一的标准来对市场进行规范。

2）综合体系结构的发展。智能家居需要将电话、有线电视、多媒体、Internet网络等系统进行融合，使得家庭内部的设备能够协同工作。

3）摆脱PC作为家庭网关的依赖。虽然PC在处理速度和稳定性上占有优势，但是PC的软件不可裁剪、功耗高、体积大、成本高。若能脱离家庭PC，而采用嵌入式技术构成家庭网关，就意味着更低的功耗、更小的体积和更便宜的价格，从而使智能家居能够进入更多普通百姓家庭。

3 主要实现功能

3.1 实时家庭环境监测

传感器一般通过ZigBee发送数据，而智能手机通过Wi-Fi无线局域网访问互联网，因此，本案例集成了几种重要的无线通信技术及软件开发技术。具体流程是：传感器将采集的实时数据，通过ZigBee协议发送到接收装置；接收装置与电脑相连，将采集的数据保存到数据库中；然后通过网络和智能手机通过局域网和Wi-Fi协议获取数据库中存储的数据，并显示出来。

3.2 家用电器智能控制技术

一个经济、简便可行的方案是通过智能插座完成对电器的控制，通过智能插座可以实时监控设备的用电信息，并控制电源。

通过短信方式控制开关：

1）短信控制插座状态：编辑短信“SN+****+CHANGE”发送到GSM遥控插座的号码，可改变插座的状态。

2）短信查询插座状态：编辑短信“SN+****+CHECK”发送到GSM遥控插座的号码，可以查询遥控插座此时的状态。

3）短信设置插座开启：编辑短信“SN+****+ON”发送到GSM遥控插座的号码，使插座电源导通。

3.3 智能电表数据读取与控制技术

通过智能电表记录某一个家用电器的用电信息，并通过定时采集将家用电器的用电信息读取出来。通过这种方式，用户就可以获取家用电器的实时及历史用电信息，有利于用户采用合理的能源使用策略。

通过对配电变压器和终端用户的用电数据的采集和分析，实现用电监控、推行阶梯定价、负荷管理、线损分析，最终达到自动抄表、错峰用电、用电检查、负荷预测和节约用电成本等目的。建立全面的电力用户用电信息采集系统需要建设系统主站、传输信道、采集设备以及电子式电能表。

3.4 基于RFID技术的家庭一卡通

通过物联网进一步扩展了互联网的应用范围，实现了虚拟世界和物理世界的融合，而目前物联网应用较广的一项重要支撑技术就是射频识别技术。所谓的射频识别即RFID技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标

之间建立机械或光学接触。

通常一套完整的RFID系统，由阅读器与电子标签也就是所谓的应答器及应用软件系统三个部分所组成。

3.5 基于电子邮件的缴费提醒系统

基于SQLServer2005定时执行任务和Transaction-SQL支持发送电子邮件的特征，利用系统空闲时间为用户自动发送剩余电量及预测使用时间，可以有效地提醒用户及时缴费，避免出现断电的情况；同时，系统完全在数据库服务器端完成，无需重新开发和部署新的应用系统。

4 总结

假设每个家庭前期要使用此系统，前期投入2000元到3000元。通过程序帮助用户控制自动关闭电器和根据阶梯电价调整月用电比例，预计可以为用户每天带来1元左右的收益，每年收益可以达到300元左右，则10年左右可以收回成本，对用电量大的用户，可以获得更多得收益。

通过系统的使用，可以有效地实现节能减排，为建设低碳社会做贡献。假设每个家庭每天可以节约2度电，在夏天，通过调整空调等用电量较高的用电器，节约2度电是完全可行的。1度电一般需要0.4千克的煤，一个用户一年可以减少煤约292千克，如果系统部署100万用户，每年可以减少煤燃烧29.2万吨。

参考文献：

[1]吕莉、罗杰，智能家居及其发展趋势[J].计算机与现代化，2007，11：18-23.

[2]http：//.中国智能家居网.

[3]王斌、兰勇、刘学鹏，网络家电技术的发展现状和展望[J].电子技术应用，2006，7：1-5.

[4]冯凯、童世华，智能家居的由来及其发展趋势[J].中国新技术新产品.2010，6：7-8