智能家居的组成及原理分析

作者：史懿清

来源：《中国住宅设施》 2018年第12期

摘 要:国内智能家居在近几年的火热发展中取得了显著的成就,但是就目前发展现状而言,仍存在许多值得商榷的问题。只有不断投入时间、人力和资金,才能使智能家居在未来的发展前景更为广阔。目前智能家居已发展出多项专业对口,涉及硬件和软件全方位的技术,并且有些已经投入实际生产中。本文主要写了几项具有代表性的智能家居产品以及关于智能家居产业概述和影响。

关键词:智能家居;扫地机器人;智能管家;智能安防;智能晾衣杆

引言

智能家居系统,是指采用先进的计算机技术、网络通信技术、安全防范技术、自能控制技术、无线传感网络技术, 将与智能家居有关的各种设备有机地结合在一起, 为人们提供高效的家居环境[ 1 ]。自2 0 1 4 年物联网概念兴起后, 国内智能家居市场火爆, 品牌众多, 例如, 传统家居行业中的格力, 新型互联网企业中的小米, 安防行业中的海康威视等都在各自的行业领域里发挥着重要作用。目前国内的智能家居已经能覆盖一部分传统家居,并有希望实现设备的全自动化管理。

1 智能晾衣杆概述

1.1 简要说明

智能晾衣架是一款可以在无人看管的情况下通过分析具体情境自动伸缩晾衣杆的智能家居产品。在一定程度上满足了用户活动的自由性, 例如, 在突然下雨的情况下该晾衣架可以自动回收晾衣架以解决用户无法及时归家而导致衣服被淋湿的问题。

1.2 工作原理及组成

智能晾衣架的硬件由电源、电机、伸缩杆、传感器等组成。电机是可以带动伸缩杆移动的动力装置。传感器是将非电信号转换为电信号的工具, 例如, 光传感器可以通过光敏电阻接收外界光强的改变, 从而改变电路中电流、电压, 使计算机能够接收并识别不同的外界光强变化; 湿度传感器中有一类电容传感器, 因为空气中湿度的变化使得电容极板之间介电常数变化, 从而改变了电容大小。通过不同类型的传感器, 可以测量出多种属性的环境状况,从而综合判断晾衣杆的伸缩条件。

智能晾衣架可以收集外界信息并通过传感器转换为不同的电信号。信息采集完毕后,通过计算机可以将这些不同的信号处理成具有相同标准的参数, 实现信息融合。由于外界环境的改变涉及不同的方面或同一方面的不同程度,制定一个统一的标准进行运算就显得极为必要。当计算机得出结果后,生成的指令带动电机的运动状态,最终实现晾衣杆的伸缩。

2 智能家居的组成原理

2.1 扫地机器人

扫地机器人作为智能家居中应用最广泛的一类,其硬件组成包括雷达、电机、芯片和除灰设备等。雷达可以充当机器人的“双眼”,电机可以驱动机器人运动,芯片则用于记录和规划机器人的行走路线。

扫地机器人在行进中需要进行自动避障。雷达会发射电磁波至障碍物,电磁波再由障碍物反射回雷达的接收器, 通过相差时间, 计算出机器人与障碍物的距离, 雷达的工作原理如图1 所示。通过雷达采集到的数据能够为机器人的下一步决策提供意见。

扫地机器人在清扫地面的同时需要对房屋进行评估,其基本要素包括每个房间的面积、轮廓、进出口等。扫地机器人进行地图重建是为了提高工作的精准度和有效性。在地图重建的过程中,可通过摄像头进行数据采集,并交由芯片内部的算法合成室内地图,对于动态运动的物体还需要特定的算法进行检测。

2.2 智能管家

智能管家指以半自主和全自主方式运行的提供和完成的服务机器人, 它有益于人类的康乐和设备的运行与维护[ 2 ]。当某天早晨你睁开双眼,轻轻说一句话:“ 小爱同学, 早上好”, 该智能管家就会为你开启起床模式, 即打开卧室的灯和窗帘。然后当你站在家门口, 喊一句:“ 小爱同学, 拜拜”, 它就会帮你关掉所有该关的设备。这就是目前市场上最为火爆的智能管家的工作场景。智能管家火爆的原因有两个, 一是自身方便快捷的操作、实用性强; 二是成本较低, 适合的人群范围广。

总体来说, 智能管家的工作原理较为复杂, 现就其语音操纵的功能进行分析。语音操作包括听清- 断句- 理解- 执行等四个步骤, 主要利用人工智能的方式使智能家居理解人的指令。听清包括两点, 一是收集声音信息, 二是在嘈杂的工作环境下区分不同的人声从而获取有效信息。断句需要用到词句分析等技术, 主要通过大数据记录分析, 对自然语言中的词语进行不同的划分, 予以标记, 然后分析其在一个句子中的可能出现方式。在用户说出一句话时, 智能管家需要迅速分析各个词语出现的可能性, 然后计算比较各种分割方法的概率大小,从而选择最优断法。在完成断句后,需要提取句子的语义进而转化为计算机指令,实现具体操作。

2.3 智能安防

智能安防也是目前智能家居行业需求最大的一个方面,与早期的安防措施不同,人脸识别技术也逐步运用其中, 相比较于指纹识别技术, 该项技术有两个明显的优点, 操作更加方便, 准确度不断提升, 这对于重视安全性的安防行业来说无疑是最有保障的技术之一。

在人脸识别技术实现的过程中,首先需要对数据进行采集,采集的数据包含被检测者的图片或者视频,要求被检测者不能遮挡人脸。当采集到人脸的数据后, 需要提取被测人的面部主要特

征, 特征包括几何特征和像素特征, 并将特征数据化后生成计算机可以识别的信息。计算机将这些信息通过人工智能的方法与原有的安全人员数据库进行比对,若能在数据库中找到对应的信息则被测人可以通过该安防系统。

3 智能家居影响分析

3.1 智能家居的优点

1)便利性

设计智能家居的初衷就是为了解放人、发展人,智能家居拥有能帮助人处理、决策的功能,因此减轻了用户在日常生活中的负担,有利于人们投入到其他生产活动中去。

2 ) 安全性

智能家居拥有计算精准、迅速的特点,因此在安防方面有很好的运用。同时智能家居像是用户不在家时的另一双眼睛,一旦发生不明入侵、天然气泄漏等事故可及时排查、通知。

3 ) 节能

智能家居能适应一天中不同时段用户的不同需求。当早晨、夜晚用户均在家时可及时为用户提供贴心的服务;而一旦白天家庭成员离家时就自动关闭不需要的设备,防止浪费能源,并且人们可以在远程控制家中的所有电器,实现节能安全。

3.2 智能家居的缺陷

1)智能家居的伪智能化

伪智能化指部分产品空有智能的名号却不具备实现智能化控制的技术要求。消费者想要的居家环境能通过智能家居简化人为操作, 但是现在很多企业提供的都是“ 为了智能而智能” 的传统产品[ 3 ]。例如, 用手机代替遥控板对空调进行控制,不仅没有做到自动控制,甚至有可能使操作更加繁琐。

2)智能家居的研发成本高

由于智能家居的研发成本高,因此智能家居的售价较为高昂,这直接导致了智能家居的销量低,生产者获利不高,继而无法保证对于研发的投入。这种恶性循环会限制智能家居产业的可持续性发展。

3)集成商水平参差不齐

智能家居系统的布置,因为涉及综合布线、设备安装、系统对接等众多环节,由业主自行完成安装的可能较低,因此必须由集成商来完成。但国内集成商水平参差不齐,导致整个行业的发展缓慢。

结语

智能家居作为近来出现的新式产业,其发展趋势方兴未艾。国内外各大企业在各自擅长的领域持续研究、不断突破,尤其是国内的智能家居产业,与人工智能相辅相成,近年来取得飞速的进步。同时,随着云、无线网络及各智能终端的出现与发展,萌生了“云+ 端”的智能家居模式,即

采用一个位于互联网中的基于云计算技术的专用功能的服务平台[ 4 ]。正因如此,智能家居活跃在公众视野,并在未来很有希望投入到规模化的生产应用中。尽管智能家居产业停滞过一段时间,但总体来说仍被社会各界寄予厚望,其中的消费者人群对此尤其看好,毕竟相较于传统型的家居,智能家居的功能强大、优势明显。只要相关研究稳步前行,智能家居产业一定会更为成熟。