智能建筑智能化設(shè)計與實(shí)施

智能建筑智能化設(shè)計與實(shí)施

1智力家庭的現(xiàn)狀和存在的問題智能建筑系統(tǒng)向人們展示了未來生活的發(fā)展趨勢。在歐美及日本,智能家居已取得了重大進(jìn)展,我國也加快了網(wǎng)絡(luò)家庭發(fā)展的步伐。1.1智能家居系統(tǒng)集成的現(xiàn)狀智能家居是將家庭中的各種設(shè)備(如照明系統(tǒng)、環(huán)境控制、安防系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)家電、家用電器)通過家庭總線連接到一個家庭智能化系統(tǒng)上進(jìn)行集中或異地監(jiān)視、控制和家庭事務(wù)管理,并保持這些家庭設(shè)施與住宅環(huán)境和諧與協(xié)調(diào)。它是具有智能化互動功能的建筑、設(shè)備與信息的系統(tǒng)化集成。智能家居經(jīng)歷了單一專用系統(tǒng)、多功能系統(tǒng)、部分集成系統(tǒng)、一體化集成系統(tǒng)等階段,未來的智能家居將向著集成化與開放性發(fā)展,由高收入人群向大眾普及。目前市場上智能家居系統(tǒng)的現(xiàn)狀:1)各廠商把自己單一的子系統(tǒng)稱為智能家居。2)工程在實(shí)施中,各子系統(tǒng)只是簡單堆砌,相互之間不能交換數(shù)據(jù)、統(tǒng)一控制。3)主機(jī)式集中控制系統(tǒng)使用模擬信號,每個監(jiān)控點(diǎn)不具備任何數(shù)據(jù)處理能力,只是單純地完成對繼電的開關(guān)控制或采集無源的數(shù)據(jù)。4)遙控型系統(tǒng)受無線信號傳輸距離的限制,控制規(guī)模小。1.2應(yīng)該解決的問題是智能家居需要解決1.2.1信息獲取的標(biāo)準(zhǔn)1)家庭功能系統(tǒng)化及集成化劃分還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),使信息無法有效傳遞和功能整合。2)智能家居系統(tǒng)中家電的管理需要依靠PC,且PC必須24小時工作,無論是升級和維護(hù)都很不方便。1.2.2智能家居內(nèi)部家電的通信與管理1)各品牌的電器沒有統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn),讓不同廠家的智能電器無法連接在一起協(xié)同工作,相互發(fā)送與接收信息。2)智能家居內(nèi)部電器的通信和管理沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。3)智能家居系統(tǒng)是根據(jù)用戶的要求進(jìn)行布線,因此從硬件的角度講很難進(jìn)行系統(tǒng)升級和改造,可擴(kuò)展性較差。2智能家居管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2.1監(jiān)控管理功能1)視頻娛樂點(diǎn)播功能:家庭中各種數(shù)字娛樂設(shè)備狀態(tài)和控制管理信息;各種音頻視頻和圖像數(shù)據(jù)的管理使用。2)音響控制功能:家庭中各種音響設(shè)備狀態(tài)控制信息。3)自動錄像功能:錄像機(jī)和刻錄機(jī)等設(shè)備的控制信息。根據(jù)用戶的需要對各種音頻、視頻、圖像及多媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和管理。4)洗浴功能:用戶個人衛(wèi)生清理。5)空氣凈化排風(fēng)功能:保持家居環(huán)境中空氣質(zhì)量的良好狀態(tài),如加濕、調(diào)溫、通風(fēng)等功能控制。6)門防系統(tǒng)功能:用于住宅門窗的防范。對安置在門窗各處的傳感器、探頭和門磁開關(guān)的信號進(jìn)行收集、管理和控制。7)可視對講功能:對門廳安裝的可視對講室內(nèi)機(jī)、答錄機(jī)狀態(tài)的控制。8)報警功能:在戶內(nèi)多處設(shè)報警按鈕控制,當(dāng)發(fā)生被盜、病人突發(fā)疾病等緊急情況時,可直接向小區(qū)保安中心報警。9)呼救系統(tǒng)功能:當(dāng)發(fā)生緊急情況時自動向外界求救。10)采光系統(tǒng)功能:對室內(nèi)所有照明設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行控制管理。11)多表抄送功能:將帶有采集器的各種表與小區(qū)的物業(yè)中心連接,在主機(jī)上可隨時抄錄并打印出讀數(shù)、計費(fèi)情況。12)室內(nèi)空氣質(zhì)量探測功能:監(jiān)測室內(nèi)空氣質(zhì)量,接收煤氣探測、溫度探測、煙霧探測狀態(tài),并對這些信息進(jìn)行處理和控制。13)防盜系統(tǒng)功能:對紅外移動探測、玻璃破碎震動等各種信號的收集和管理,確保室內(nèi)安全。14)閉路監(jiān)控系統(tǒng)功能:主要用于安防,也適用于家中有老人、小孩等需要照顧的人群,可通過網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程觀察需照顧人的狀況。15)窗簾控制功能:對家中所有窗簾設(shè)備進(jìn)行控制,可根據(jù)用戶隱私需要和光亮程度自動控制窗簾的開合。16)遠(yuǎn)程接入服務(wù)功能:電子購物和物品配送信息;遠(yuǎn)程教育信息;遠(yuǎn)程醫(yī)療信息;信息家電遠(yuǎn)程維修信息;互聯(lián)網(wǎng)信息等。17)烹飪系統(tǒng)功能:對各種烹飪設(shè)備,如電飯煲、自動炒菜鍋、微波爐等同系列設(shè)備的控制管理。18)個人事務(wù)管理定時提醒功能:家庭辦公和個人資料的管理、日程安排、環(huán)境設(shè)置的偏好、家庭電話號碼簿及定時和提示功能等。19)家產(chǎn)存儲信息系統(tǒng):如家庭中存儲物品(如食品、衣物等)的種類數(shù)量等狀態(tài)的描述和信息控制。20)消防系統(tǒng):對煤氣泄漏以及溫感、煙感信號的收集管理及自動滅火控制。21)衛(wèi)生清理系統(tǒng):對家庭衛(wèi)生清理設(shè)備的控制管理,如洗衣機(jī)、洗碗機(jī)、消毒柜、電子垃圾桶、吸塵器等。2.2每個函數(shù)的信息流程如圖1所示2.3智能家居信息之間的信號類型2.3.1表1顯示了所有信息輸入信號的總數(shù)這些信號可分為4大類:圖像信號、聲音信號、監(jiān)控信號、數(shù)據(jù)信號。將這些信息量折算為波特率,總體信息特征如表2所示。2.3.2系統(tǒng)省管理子系統(tǒng)按以上各種信息以及信息的流向,建立信息的層次化組織結(jié)構(gòu),在不同層次級別上將21種功能按照用途及相關(guān)性分為以下系統(tǒng):可視對講、家庭安防、網(wǎng)絡(luò)通信、互動娛樂、智能照明、家電控制等。再根據(jù)數(shù)據(jù)的內(nèi)在性質(zhì)、特征、級別等將這些系統(tǒng)集成化以后,基于最優(yōu)化原理劃分為4個功能模塊——家庭娛樂信息管理、家庭安全防范、門禁門防、家居控制,來組織和建立信息的關(guān)聯(lián)模型,實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、關(guān)系和語義的描述,這一切均為建立標(biāo)準(zhǔn)化的信息結(jié)構(gòu)模型和功能應(yīng)用模型奠定了基礎(chǔ)。3智能家居的解決方案3.1中央問題解決計劃3.1.1家庭光控系統(tǒng)組成家庭娛樂信息管理、家庭安全防范、門禁門防、家居控制的模塊詳細(xì)信息如下:1)家庭娛樂信息管理模塊包括:視頻娛樂點(diǎn)播、音響控制、自動錄像、個人事務(wù)管理定時提醒、多表抄送、采光系統(tǒng)、窗簾控制系統(tǒng)。點(diǎn)播功能通過外接的網(wǎng)絡(luò)可點(diǎn)播各種視頻信息,且與背景音樂控制整合,還可以直接進(jìn)行視頻選擇切換,同時享受中央音響系統(tǒng),當(dāng)遇上用戶喜歡或需要的節(jié)目啟動自動錄像。個人事務(wù)管理定時提醒主要包括個人名片管理、個人日程管理、電話留言、設(shè)備儀表狀態(tài)、交費(fèi)狀況等。家庭采光信息功能借助被動式紅外傳感器、硅光電池探測器感知、采集房間內(nèi)是否有人以及房間內(nèi)的光線強(qiáng)度,并利用單片機(jī)控制燈的強(qiáng)弱及開關(guān)。2)家庭安全防范模塊包括:防盜系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、自動錄像系統(tǒng)、報警系統(tǒng)、求救系統(tǒng)。振動傳感器在玻璃破碎時產(chǎn)生報警信號;紅外探測器在紅外輻射能量發(fā)生變化時報警;微波防盜探測器探測到有物體移動時自動報警;錄像系統(tǒng)接收到信號啟動。系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)如圖2所示。3)門禁門防模塊門禁門防系統(tǒng)傳輸?shù)男盘栍心M信號和數(shù)字信號兩種。模擬信號包括視頻信號和音頻信號,數(shù)字信號包括呼叫信號、開鎖信號、報警信號等。系統(tǒng)組織結(jié)構(gòu)如圖3所示。4)家居生活控制模塊(1)家居設(shè)備控制:根據(jù)接收的家庭環(huán)境信息和初始設(shè)置條件,判斷是否啟動或停止家電設(shè)備;接收來自于用戶發(fā)送的遠(yuǎn)程指令,對這些指令進(jìn)行分析處理和合法性驗(yàn)證,再向家電設(shè)備發(fā)送控制命令。(2)環(huán)境檢測設(shè)備:空氣質(zhì)量探測系統(tǒng)監(jiān)測家庭中的環(huán)境情況,并將這些信息發(fā)送到控制接口模塊中,最后將信息存入設(shè)備數(shù)據(jù)庫中。(3)設(shè)備數(shù)據(jù)庫:記錄家電設(shè)備和探測器的狀態(tài)信息、運(yùn)行日志及控制規(guī)則。(4)設(shè)備協(xié)同工作:根據(jù)家電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),向設(shè)備控制模塊發(fā)送命令,協(xié)調(diào)家電設(shè)備間的工作,系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖4所示。以上4個功能模塊的關(guān)鍵問題是各個功能模塊間的協(xié)作,這也是本文中提到的須解決的第四個問題,筆者建議通過對模塊接口的數(shù)學(xué)模型來解決此問題。3.1.2最高設(shè)備接口各功能模塊下都有一個最高級別的設(shè)備,它是全局規(guī)劃、控制、協(xié)作的管理設(shè)備,擁有該功能模塊的信息數(shù)據(jù)庫,能對所有下級設(shè)備包括自身的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行自動處理,能夠把住戶下達(dá)的任務(wù)或指示分解分配給下級設(shè)備完成。當(dāng)遇到單個設(shè)備無法解決的問題,最高級別設(shè)備會在本功能模塊中尋求協(xié)作,如尋求協(xié)作成功則搜尋結(jié)束;如未能在本功能模塊中找到能提供協(xié)作的設(shè)備,則與其他三個模塊的最高級別設(shè)備建立通信尋求協(xié)作,找到合作設(shè)備后搜尋結(jié)束,該過程如圖5所示。以上工作是通過設(shè)備間接口實(shí)現(xiàn)的。按照不同等級將設(shè)備接口分為兩類,即最高級別設(shè)備接口模型及普通設(shè)備接口模型。最高級別設(shè)備接口定義如圖6所示。最高級別設(shè)備的接口結(jié)構(gòu)主要是與用戶的交互和與其他設(shè)備的交互:3)負(fù)責(zé)與用戶的交互功能,理解用戶的命令并將其轉(zhuǎn)化為設(shè)備能理解執(zhí)行的任務(wù)。4)負(fù)責(zé)消除任務(wù)沖突。5)負(fù)責(zé)將其他模塊劃分好的子任務(wù)分派給本模塊的普通設(shè)備執(zhí)行。6)在無人管理的情況下,維持該功能模塊的正常狀態(tài),替代家庭PC,處理發(fā)生緊急情況的自動管理。普通設(shè)備接口定義如圖7所示。普通級別設(shè)備的接口具有:3)負(fù)責(zé)對子任務(wù)執(zhí)行情況的管理,并反饋給最高級別設(shè)備。4)自身設(shè)備數(shù)據(jù)信息存儲。按照以上的數(shù)學(xué)模型來編程智能家居軟件,可以解決核心問題,讓智能家居功能最大限度地發(fā)揮作用,在方便人們生活的同時,盡可能優(yōu)化結(jié)構(gòu)、降低能耗。3.2智能家居通信標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)各品牌的智能電器要連接在一起協(xié)同工作,需要整個行業(yè)制定統(tǒng)一的接口模塊。智能家居內(nèi)部電器的通信和管理,需要整個行業(yè)制定統(tǒng)一的通信標(biāo)準(zhǔn)。智能家居的實(shí)現(xiàn),還需要在建筑設(shè)計及施工階段對未來用戶可能增加的功能、設(shè)備等提前考慮,預(yù)埋的管線盡可能為升級做好準(zhǔn)備。4智能家居信息系統(tǒng)模型建立的理論基礎(chǔ)本文是在國內(nèi)外智能家居發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,利用圖文對智能家居信息系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)和智能家居功能模塊分塊進(jìn)行研究,取得以下研究成果:1)在已知各信息系統(tǒng)關(guān)聯(lián)關(guān)系的基礎(chǔ)上,根據(jù)各子系統(tǒng)間的關(guān)聯(lián)關(guān)系和信息流量,建立了智能家居信息系統(tǒng)圖。2)在已知家居各信息系統(tǒng)的負(fù)荷情況下,通過最優(yōu)化原理將最優(yōu)化問題分解成多階段決策問題,從而快速有效地實(shí)現(xiàn)智能家居信息系統(tǒng)的全局負(fù)荷最優(yōu)均衡。3)以智能