家庭电气时展展望

【摘要】随着经济建设飞速发展，电气自动化已经逐步深入到城市的每一个角落。在构建和谐城市的过程中，家庭生活走向智能化、网络化、人性化也是可以预见的趋势。文章就用电力线实现智能化、电子设备节能化、通信网络功能化等几个方面进行了详细探讨，深入分析了家庭电气时代的发展需求和扩展潜力。

【关键词】家庭　电气设计　智能化　节能化　功能化

0　引言

随着经济和科学技术的日益发展，人们的生活变得日新月异，家庭生活也开始提出更为高质量的要求。而家居环境的革命无疑与电气时代的新发展有着千丝万缕的联系。电气工程包含多个动向的发展，如高电压与绝缘技术、电力系统及其自动化、电力电子与电力传动等。这其中的每一方面都为家庭发展带来灵感和创意。随着电气时代的到来，家庭的智能化、节能化、功能化是发展的主流。而将电力技术和家居理念融合，才能为发展找到一条捷径。

1　用电力线实现智能化

1978年，美国出现了住宅自动化系统X-10，它开启了住宅智能化的发展，至今仍是美国家庭自动化系统的主导。X-10自动化系统是一种以电力为配线方式的住宅智能化系统，利用家庭局域网和公共广域网的结合，通过电力线将各个控制器与各功能接口器相连并实现程序的控制，以获利的商业模式，向家庭用户提供所需要的服务。

这种自动化系统给用户生活带来了便捷，同时也不需要重新布线，不必穿墙打洞，节约了空间和资源，更为美观实用。

我国利用电力线载波进行通信和控制的研究也一直在进行，但是限于电力系统的远程通信和调度控制领域，住宅智能控制缺乏实用性和可靠性。目前市场上的自动化产品屡见不鲜，如电话保姆、自动报警等利用电力线实现家居自动化，但是它们的可靠性、系统性、开放性等方面都面临市场的挑战。

作为网络介质，电力线有两大优点，一是有终端的地方就有电力线，二是终端设备本身需要电源。但它同时也面临一些挑战，比如噪声、接口兼容的改造等。正是因为噪音，电力线网络技术或者限制信号带宽，比如X10、SmartLab以及通用电力总线等标准和所做的尝试，或者采用复杂昂贵的噪音和误差消除技术，比如HomePlug AV标准，但这些方案不能大范围推广。这并不表示电力线作为网络介质的可行性较小。通过对材料性能，接口兼容等改进，用电力线实现智能化仍可以实现。

以IHC2000室内电控系统为例来谈，对于一般家用电器，只要插入IHC2000终端插座或在原有电器插座内安装IHC2000终端智能模块，就可以实现IHC2000系统的控制。而对于整个家庭系统而言，则可以通过网络设定进行宏观的自动化控制，这样对于家居的控制将是全方位的，同时还会兼顾各类家电的工作模式控制。

智能化并不是新鲜的词汇，从常用的家用电器中也存在自动化的设计理念，只是这种智能化的应用较为局部，只能称为半自动化。从智能模块所产生的功能来看，它借用了很多不同传统电器具备的特色功能，将这些功能综合在一起并且进行扩充，就成为全自动化。

智能家居主要包括以下五方面的功能：

(1)控制开关：在任意位置通过遥控器来对电器的工作状态进行设定。传统的电视机已具备了遥控的功能，但是由于红外控制受到距离的限制，改为局域网控制，则可以实现任意位置的遥控。

(2)电话控制：通过电话拨入，用电话按键来控制室内电器的工作状态。这一功能充分借助了电话的传统功能，同时利用电话数字键实现数字控制，可谓一举两得。

(3)定时控制：通过设定终端时间，IHC2000在规定的时间自动关断。微波炉的工作时间是由认为设定的，当时间达到设定时间，微波炉将自动停止工作。因此它也具有定时控制的功能。

(4)记忆控制：设置记忆状态，系统可按照预先设定的电器工作程式自动控制。洗衣机的洗衣步骤是生产时就设定好的，当人们使用时只用按开始键，洗衣就会按设定的步骤进行。

(5)自适应控制：当系统检测到电器到达某一指标(如温度、湿度等)的极限时会自动控制相关工作。夜间使用空调时可设置睡眠模式，当温度达到设定温度，会自动停止工作。当温度不符合要求，会自动重新开始工作。

从以上分析可以看出，智能化并不是没有可实现的空间，通过对传统家电各自的特色自动化功能进行完善，并集成所用功能于一体，就能形成智能模块。通过与网络的连接，就能实现全方位智能。

安保应用功能IHC2000可与各种传感器连接组成安全防卫系统。IHC2000智能保安系统最突出的特点是其管理能力，以每户作为基本单元，以每幢楼作为子系统，与小区的物业管理网络联网构成智能物业管理体系，还可以接入ISDN网，形成真正智能化的生活小区。

从智能住宅引申到更为广阔的空间，对于城市同步的建设群中，引入电力线实现自动化都是指日可待的事情。在未来开发的自动化系统中必将有更为完善的组合功能，就像拼装积木一样灵活多变，可以根据不同的应用领域分为不同的设计系列，如宾馆系列、家用系列、办公系列等，针对不同区域选择所需的自动化产品和功能，创建更具个性化的城市生活空间。

2　电子设备节能化

节能是持续发展的一大主题。而对于家居中日益增多的电子设备，节能也逐渐成为衡量产品好坏的指标。电脑从台式走向液晶，电器从大型走向袖珍，都是节能化的趋势。

节能的思路有两条，其一是完成相同的任务但减少用电量，其二是采用新型能源来代替电能。在这两方面上，人们都作出了很多的改进，但不得不说，这其中的扩展空间还是很大。

以灯具为例，谈谈减少用电量的节能策略。可选用高效光源和节能型灯具。以往的居住小区中路灯，公共场所照明一般采用白炽灯、水银灯，而改造为紧凑型荧光灯，可节电50％。家庭中的老式灯具改造为电子镇流器和细管径灯管的节能型荧光灯，可节电15％以上，还可以延长灯管的使用寿命约60％，光效达50％，消除了频闪效应和噪声。合理配光，尽量使用自然光束，减少照明。

目前市场上出现了空调电扇。它利用干冰升华过程吸热，同时配合电扇改善空气流动来达到降温的目的。这类新产品无疑是节能的首选，一是它比空调耗电少，二是它也起到一定降温作用，三是十分环保。

家庭中常用的生活小电器也有着很多可以改善的空间。

2.1　多功能插座的改造

人们使用完电器后常常忘记关多功能插座的总开关，误以为关了电脑，关了电视，多功能插座上即使还插着插头也不会耗电。但事实上电器停止工作后，多功能插座中仍有小电流通过，这使得电器并未处于完全停止工作的状态，因此是存在耗电的。据统计，一个普通家庭因为不习惯随手将多功能插座断电，导致每年会浪费掉40kW・h。

因此在多用插座的内部集成电路中添加一个功能模块，使得人们在不再使用多用插座时能自动断电。设定 一定的时间，当这一段时间内插座中持续没有流过电器正常工作时所需的大电流而只有小电流流过，则通过计数器控制开关关断。

通过模数转换器，把电流的大小转变为高低信号，设正常工作时通过的大电流为高电平信号，停止工作时流过的小电流为低电平信号。此电路的作用是在一定时间内检测的信号一直为低电平，则关闭开关，如果在这一时间内出现高电平，则从下一次低电平时重新开始计时。通过电路的设计及仿真，可以实现自动开断功能。

2.2　电热毯的改造

寒冷冬季人们常常会使用电热毯，而电热毯通常只有高温、低温以及停止三个档位。有时为了能够更快的热起来，选择高温档后，不知不觉的睡着而忘记关电热毯，严重时可能造成火灾，轻则将自己热醒。

因此可以设计感应型电热毯。把电热毯上承担的重量信号转换为电信号，当设定为高温档后如果在一定时间内电热毯感受到的压力不变，电信号不变，则表明无人或者人处于熟睡状态，则自动切断电热毯。

2.3　电热板的改造

冬天工作时人们喜欢使用电热板，但是它有两个不足之处。其一，它是整块玻璃板受热，易于散热到空气中，浪费电能，其二，它容易将桌上的文件纸张烘干，使得纸张变形变硬，极不美观。

因此将电热板的设计由受热源改为两个电源，只有人的工作区才有热源供热。将两个电源设计在两只手工作的部位，而其它地方通过热量流散过去。这样既能很好的给人们取暖，也能节约电能，同时文件部分受热不大，不至于使纸张变形。

另一种节能的方法是采用使用其它能源。这样的例子也比比皆是。比如现在人们普遍使用太阳能热水器来代替电热水器，现在只需要电能注水，设定水温，在无阳光时应急加热水等工作，大大节约了电能。再比如市场上出现了光感计算器。它利用太阳光照，通过传感器转换成弱电，供计算器工作。虽然在小电器上它的优点不够显著，但是这种思想必将再其他电气上扩展使用，产生巨大的节能效益。

3　通信网络功能化

数字化使得地面有线通信系统、无线通信和移动通信网，卫星通信网、有线电视网和地面广播电视网都有可能提供语音，数据与视频的综合服务，这就造成通信、计算机、广播电视等产业的会聚，出现经营业务相互融合，进而促进这些产业的重组，同时会开辟出大量新的信息服务市场，这就是所谓的“数据会聚”现象。　“数据会聚”将会对未来通信体制产生重大的影响。这种应用需求促进接入网技术的发展和变化，最终将导致计算机网络、电信通信网与电视传输网的“三网融合”。接入网技术关系到如何将成千上万的住宅，办公室的计算机接入互联网，关系到这些用户所能得到的网络服务类型、服务质量、资费等切身利益，也是城市网络基础设施建设中的一个重要问题。

如今家庭办公成为一种新的工作方式。由此应运而生企业局域网的规划和建设，建立企业的局域网，便于公司资料的共享与交流，新产品新技术的引进与开发，提供更为多元化的工作氛围。可建立交换式以太网，通过交换机支持端口结点之间的多个并发连接，实现多结点之间数据的并发传输。同时交换式局域网也支持虚拟局域网服务，虚拟网络以软件方式实现逻辑工作组的划分和管理，工作组中的结点不受物理位置的限制。这种局域网方便网络用户管理，可减少网络管理开销；提供更好的安全性，改善网络服务质量。

小区的物业管理水平，以及社区的文化发展也成为高质量家庭生活的另一个指标。网络时代的小区，也具有建立其局域网的契机。它能便于小区更方便的管理，也是丰富社区生活的一个良好平台，同时也能促进邻里的了解和沟通。由于这一网络的工作量及范围不大，所以使用10MbpS的共享局域网(即以太网)即可。给出了以太网的实现方法。从实现的角度来看，构成以太网网络连接的设备包括网卡，收发器和收发器电缆；从功能的角度来看，包括发送和接受信号的收发器，曼彻斯特编码与解码器，以太网数据链路控制，帧装配及主机的接口，从层次的角度来看，这些功能覆盖了IEEE802.3标准的MAC子层和物理层。

同时三网融合的新思想也应注入人们的网络生活。利用传统电信网，计算机互联网和有线电视网的相互渗透和相互融合，形成统一的网络系统，以全数字化的网络设施支持包括数据，语音和图像在内的所有业务的通信，将是指日可待的事。

4　结束语

通过以上分析可以看出，无论是用电力线实现住宅智能化，还是通过电子设备改良实现节能化，亦或是将三网融合理念用到新的网络通信建设中，每一方面都有很大的发展空间。各方面的更新与扩展，定能使人们在电气时代体验高质量的家庭生活。