从技术角度看无线智能家居控制系统
发布时间：2018-5-8 21:23
发布者：eaoogle_WSN
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智能家居经过十几年的酝酿、炒作、推广，现在已经越来越接近人们的生活，智能家居产品在中国数十年经济高速发展的今天，必将从概念落地，成为改变人们家居生活习惯的重要工具。近两年，智能家居市场精彩纷呈，从传统家电厂商到品牌智能手机厂家都纷纷看好智能家居市场的潜力，投资热度不减。现下智能家居产品有线解决方案好还是无线解决方案好吵得炮火连天，厂家吵得面红耳赤，并相互戳痛揭短。轰得投资者们云里雾里，想做又不敢做，又或者盲目投资，结果身心疲惫、感慨万千。智能家居也因此难以得到快速持续的发展。总线类产品已走过几十年历史，可谓经得起风吹雨打，那就主要来说说无线的产品和解决方案。 在这先提一点，做智能控制所谓的有线无线，最主要是指开关模块、设备之间的通信介质，国内很多厂家吹嘘忽悠说自己的产品完全免布线，也就是吸引下那些不懂的人，很多地方还是要布线的，比如电源线、音频线等，没有哪个智能系统的解决方案敢说它完全不需要布线。 Wi-Fi：是一种短程无线传输技术，能够在数百米范围内支持互联网接入的无线电信号。它的最大特点就是方便人们随时随地接入互联网。在智能家居中网络摄像机、UPNP设备以及几乎所有无线终端的控制全部是通过它实现的。因为智能家居的远程控制就是建立在网络之上的，断网之后，就无法远程了，它的组网专业性比较强，但功耗比较高，这是它的一大缺点，当然现在很多品牌都自带局域网的Wi-Fi，但那也只是能够保证在断网的情况下，局域网内的无线控制。现在市面上有很多的Wi-Fi智能单品，由于功能少，智能体验差，并且不是互联互控，不能形成控制系统，在这就不说它了。 蓝牙：也是一种支持设备短距离通信（一般10m内）的无线电技术，能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑及其它相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。但这只是点对点的短距离通讯，而且功耗较高。在智能家居应用中，一般只能作为一种辅助方式，用来传传手机里的音乐之类的事情，无法派上大用场。 RF433/315M ：现在无论是国内还是国外的智能家居市场，RF还是占据主流地位的，主要原因是因为RF是一项非常成熟的无线传输技术，所以一直被世界上很多的国家所采用。RF射频它包括315M/433M/868M/915M（开放民用），这些无线射频技术被广泛运用在车辆监控、遥控、遥测、小型无线网络、工业数据采集系统、无线标签、身份识别、非接触RF等场所，我们日常生活中所接触到的摇控器除了红外的就是射频的了，电动窗帘、车库门、汽车摇控等都是射频的，特别是在电机控制领域应用非常广，是无线智能家居中一种最为主流的控制方式。不过由于它是点对点的，组网不太灵活，当然这个是可以通过增加中继器的方式来解决，另外它的传输速度相对比较慢也是其一个很大的缺点。但绝对没有那么夸张！ 早些年单火线无线遥控灯光之时，风头不二，但直到现在，也是不温不火，用户接受度非常低，商业方面就不说了，就从技术角度上来讲，单火线，也就因为家居建筑的施工导致，只拉了一根火线到各灯控开关面板，所以，作为最基础的灯光控制，就面临了单火线取电的问题。为了让取电回路上的灯光不闪烁，只能采用小电流充电的方式储能，或者使用开灯的一瞬间快速充电的方式储能，一句话，现在好像还离不开储能。但这种方式就导致两个问题，一来是充放电的极限值；二来就是储能不够时可能导致的不可控，或者控制范围降低。 就算撇开这个不谈，现有的单火线产品，还真没见到有多稳定的，所以市面上就有了需要加布零线或用电池的产品。 ZigBee（重点说下）：自从上了ZigBee，人也精神多了，到处喊打了。不知为何，很多厂商用了ZigBee，就好像握了把屠龙宝刀一般，唯我独尊，总线型也不行，自家无线兄弟433M也不行。叫嚣着总线型布线麻烦也就算了，还要说433M RF不稳定，通讯差，实际上人家穿墙稳定性比您强多了吧？不知道从谁开始，就鼓吹，无线的，ZigBee滴，不用重新布线，方便，可实际上呢，细问之下，有哪家不是说，多拉条零线过来，还又方便了什么呢？更别说，那可悲的穿墙能力了，别跟我说加中继，你以为是玩接龙呢，响应速度呢？不稳定因素太多了… ZigBee是基于IEEE802.15.4的通信协议，是一种新兴的近程（10米~100米）、低速率（250Kbps标称速率）、低功耗的无线网络技术，主要用于近距离无线连接。具有低复杂度、低功耗、低速率、低成本、自组网、高可靠、超视距的特点。主要适合应用于自动控制和远程控制等领域，可以嵌入各种设备。简而言之，ZigBee就是一种便宜的、低功耗、自组网的近程无线通讯技术。ZigBee在智能家居中的优点。 根据羿戓设计所认识，ZigBee技术在智能家居中的应用，具有以下优点。 抗干扰力强：ZigBee收发模块使用的是2.4G直序扩频技术，比起一般FSK，ASK和跳频的数传电台来，具有更好的抗干扰能力。 保密性好：ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用通用的AES-128，长达128位的密码给ZigBee信号传输的保密性提供了保障。 传输速度快：ZigBee传输数据多采用短帧传送，因此，传输速度快，实时性强。 可扩展性强：ZigBee组网容易，自恢复能力强，因此，便于在智能家居中进行扩展，增加新设备。 看起来很美的优点 但是，我们必须认识到，ZigBee的很多功能落实在智能家居的应用场景中之后，就变成了看起来很美的优点： 成本真的很低么？ 目前ZigBee芯片出货量比较大的TI公司的CC2430，CC2530以及Freescale的MC1319X，MC1322X系列，（截止2015年4月）上量其成本最低在1.5美金左右，再考虑到其他外围器件和相关2.4G射频器件，BOM成本难以低于10美金，针对智能家居这种成本敏感而有需要大量节点的家用设备，其成本颇为尴尬。 通信真的稳定么？ 目前国内ZigBee技术主要采用ISM频段中的2.4G频率，其衍射能力弱，穿墙能力弱。ZigBee作为一种无线电波，它也是无法突破无线电波的特性的。2.4G的电波在传输过程中速率高，损耗小，但穿透能力较差，有较强的方向性要求。也就是说，在没有障碍物的环境中，ZigBee还是很有优势的，但是在有障碍物的环境下，ZigBee的电波会被阻挡一部分，造成信号不良，而在现实中，空旷的地方实际上是很难找的，这也是ZigBee技术无法取代传统射频的一个重要原因。家居环境中，即使是一扇门，一扇窗，一堵非承重墙，也会让信号大打折扣。当然，有些厂家会使用射频功放，对2.4G信号进行放大，但是这样会造成额外的辐射污染，同时也和ZigBee低功耗、节能的初衷背道而驰。 组网真的有用么？ ZigBee技术的主要特点是支持自组网能力强，自恢复能力强，因此，对于井下定位，停车场车位定位，室外温湿度采集，污染采集等应用非常具有吸引力。然而，对于智能家居的应用场景中，开关，插座，窗帘的位置一旦固定，一直不变，自组网的优点也就不复存在，但是自组网所耗费的时间和资源缺却依旧高企。 网络容量大的不得了又如何？ ZigBee虽然支持多达65，000个节点，但是在家居场合，又需要多少个节点呢？一个别墅，所有的开关插座窗帘控制加起来，也不会超过100个，如果数量更多，也将超出用户能够使用的极限。因此，庞大的网络容量未必对智能家居应用带来价值，自组网和巨大的网络容量成了摆设，也制约着ZigBee技术在智能家居产品中的应用和推广。 Z-Wave推的人不多，实际上面临的状况和ZigBee也差不多，这里就不再赘述了！ 智能家居单品为王？ 其实从智能化的角度来说，不考虑到综合布线的系统，还真没什么智能的，现在一些厂家或者某些互联IT大佬们，搞个模块，用手机无线控制个灯、插座、空调，就说自己拥有智能家居产品，实际上就是个远程遥控器好吧，这只能是80年内的智能吧？？这完全违背智能家居定义的初衷，并不是说他们的产品完全就是无用垃圾，只是真看不惯那些个厂家的浮夸风，把好好的智能化推广变成了概念，搅局后还得要真正做智能控制产品研发的团队来擦屁股，别说我偏激，我也会想着可能以后会有超级电池产生，用上一辈子不用换电池，或者无线的传输更靠谱，响应速度更快，但就近几年来看，无线，还是安静些做好自己的产品及做好定位～～～ 从近几年本人从事智能家居产品的应用推广情况来看，市场上有线或无线的产品各有优势，无线的产品在单个小项目、小面积户型应用较为方便，总线型的产品则更合适中高端别墅的安装应用。但有些总线型的产品也只需增加一根网线就可组网，而且还不需要改动装修设计的强电线路，实施起来也简单方便。 在2014年的广州光亚展会上，笔者参观了深圳一家公司展出的一种分布式总线系统。据介绍，对比一些其它采用Lon Works、EIB进口品牌的总线产品，该公司宣称其采用的通讯总线协议是自主研发的技术，并获得了国家发明专利证书……这对于智能家居行业的发展可是一个极为提振士气的消息，国产智能家居也拥有媲美进口高端品牌的分布式总线技术产品了！据说价格比同类进口产品价格要低好几倍。这一类总线型的系统以其布线简单、稳定可靠受到业内专业人士的热捧。特别是一些多年在智能家居行业提供设计安装服务的工程商们，对这类总线的系统比较认同，认为无线的产品虽然组网方便一点，但调试麻烦，费时费力，用的时间一长，系统信号就变得不那么稳定，用户的投诉就很多。 总而言之，现阶段，智能家居的销售还是处于中高端用户试吃螃蟹的阶段，无论选择哪类产品，安装调试工作甚为关键。让用户们感觉到安装后实实在在有用，实用，钱花的值，服务让用户满意，才会逐步营造智能家居市场的良好氛围，才会让智能家居在物联网时代真真正正进入寻常百姓家庭，人们才能在工作及休闲娱乐中体验到现代科技带来的前所未有的快乐和便捷，相信智能家居在物联网+的时代必将快速兴起，彻底改变人们的家居生活习惯，带给人们更安全、更舒适、更便捷、更节能环保的高品质生活！
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