隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，智能家居發(fā)展逐漸進(jìn)入產(chǎn)品化階段。然而，現(xiàn)有市面上的家居設(shè)備大都無法直接連接到控制終端，無法給用戶帶來較好的使用體驗(yàn)。為了改變這一現(xiàn)狀， 一體化智能家居系統(tǒng)框架概念應(yīng)運(yùn)而生。其不僅能夠讓現(xiàn)有家居設(shè)備能夠便利地連接到控制終端，同時(shí)還能夠在控制終端上設(shè)計(jì)用戶行為模式，根據(jù)用戶使用的歷史數(shù)據(jù)不斷優(yōu)化模型，最后再結(jié)合當(dāng)前的環(huán)境場景自動(dòng)調(diào)整家居設(shè)備的參數(shù)。換一句話說，借助一體化智能家居系統(tǒng)，智能家居不僅更易用，同時(shí)還具備了“學(xué)習(xí)”能力，可持續(xù)提升用戶體驗(yàn)。

智能家居呼喚“一體化”

智能家居概念早在上世紀(jì)90年代就有雛形出現(xiàn)，但是當(dāng)時(shí)整個(gè)行業(yè)還處在蠻荒階段，概念還在探索，產(chǎn)品定位很是模糊，同時(shí)技術(shù)支撐也不足。進(jìn)入2000年后，智能家居發(fā)展有了一定起色，但是還是處在光有概念沒有市場的階段。直到近幾年，伴隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、無線傳感器等技術(shù)的革新和產(chǎn)品化的深入，以及人們對科技化生活需求的增長，智能家居漸漸不再只是概念，越來越多的產(chǎn)品和應(yīng)用開始落地，并且人們也在進(jìn)一步探索如何讓智能家居更加“智能”，擁有更優(yōu)的使用體驗(yàn)，以期得到大規(guī)模的普及。

一體化智能家居系統(tǒng)就是在這一背景下出現(xiàn)的。一體化智能家居系統(tǒng)框架將當(dāng)前智能家居的最新技術(shù)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，目的是讓家庭設(shè)備連接起來，使得使用者能夠更方便地控制家庭設(shè)備。

從結(jié)構(gòu)上看，一體化智能家居系統(tǒng)需要一個(gè)中控服務(wù)器來負(fù)責(zé)連接所有家庭設(shè)備。設(shè)備可以通過有線或無線的方式連接到中控服務(wù)器。針對已裝修好的室內(nèi)，一般采用無線的方式比較便捷。為了盡可能多地覆蓋市面上的產(chǎn)品，中控服務(wù)器支持包括WiFi、藍(lán)牙以及ZigBee等主流的無線傳輸協(xié)議。在設(shè)備端，由于大部分的家庭設(shè)備不存在無線傳輸模塊，為了使設(shè)備能夠便捷地連接到中控服務(wù)器，需要設(shè)計(jì)一套插件，可以方便地讓設(shè)備接入中控，且能夠被控制。與此同時(shí)，還需要定義出一套接口標(biāo)準(zhǔn)，以解決設(shè)備繁多、無法統(tǒng)一連接的問題。

一體化智能家居系統(tǒng)將提供兩套前端：Web版和移動(dòng)版，同時(shí)支持內(nèi)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)訪問。此外，整個(gè)系統(tǒng)需要有一定的智能，主要體現(xiàn)在系統(tǒng)能夠自動(dòng)“學(xué)習(xí)”用戶的需求，從而自動(dòng)地對設(shè)備的配置進(jìn)行調(diào)整。

如何構(gòu)建一體化智能家居系統(tǒng)

構(gòu)建一體化智能家居系統(tǒng)需要解決幾個(gè)關(guān)鍵問題：如何讓現(xiàn)有設(shè)備連接控制系統(tǒng)，如何讓系統(tǒng)變得更加“智能”，如何設(shè)計(jì)智能家居系統(tǒng)前端，如何實(shí)現(xiàn)個(gè)性化設(shè)計(jì)?

現(xiàn)有設(shè)備接入控制系統(tǒng)

讓現(xiàn)有設(shè)備接入控制系統(tǒng)，意味著需要針對現(xiàn)有的非智能設(shè)備設(shè)計(jì)一套插件，讓設(shè)備能夠被控制。同時(shí)，對智能設(shè)備需要定義一套接口標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到統(tǒng)一管理的目的。

現(xiàn)有智能家居設(shè)備主要有以下幾個(gè)類別：照明設(shè)備、溫控設(shè)備和家用電器。針對照明設(shè)備，只需要在設(shè)備連接電源處設(shè)計(jì)一個(gè)轉(zhuǎn)接頭。轉(zhuǎn)接頭包含無線通信模塊，能夠接收來自中控服務(wù)器的控制信號(hào)，調(diào)整電流大小，達(dá)到控制照明設(shè)備開關(guān)、光照強(qiáng)度等功能;同時(shí)可以發(fā)送當(dāng)前設(shè)備的基本數(shù)據(jù)到中控服務(wù)器。

針對溫控設(shè)備有兩種改造方案，第一，修改溫控設(shè)備的開關(guān)控制板，加入無線通信以及控制模塊，可以對控制板上的功能進(jìn)行控制。這種改造方案主要針對沒有無線遙控器的中央空調(diào)。第二，針對一般的空調(diào)設(shè)備，可以設(shè)計(jì)一個(gè)帶有紅外的無線控制裝置，對準(zhǔn)需要控制的設(shè)備的紅外發(fā)射口。針對家用電器，由于設(shè)備多樣性及復(fù)雜性，簡單加入一套插件并不能獲得所有功能的控制權(quán)限，想要有效解決家用電器的網(wǎng)絡(luò)接入問題，需要和產(chǎn)品生產(chǎn)廠家合作完成。

系統(tǒng)需更加“智能”

系統(tǒng)的“智能”意味著中控服務(wù)器智能化。中控服務(wù)器除了采集相應(yīng)的環(huán)境數(shù)據(jù)(包括智能家居設(shè)備數(shù)據(jù)和室內(nèi)環(huán)境的溫度、濕度、光照和時(shí)間等參數(shù))、記錄用戶操作行為外，還需要對用戶的行為進(jìn)行建模，設(shè)計(jì)出一套可以預(yù)測用戶行為的模型，模型的輸入主要是環(huán)境數(shù)據(jù)和用戶操作。模型通過監(jiān)督式的方式進(jìn)行參數(shù)訓(xùn)練，當(dāng)用戶數(shù)據(jù)采集到足夠的量，訓(xùn)練的模型就可以對用戶的行為進(jìn)行預(yù)測，從而自動(dòng)調(diào)整智能家居設(shè)備參數(shù)。同時(shí)，模型還要能夠接受用戶的反饋，通過反饋機(jī)制能夠?qū)崟r(shí)修正模型的參數(shù)。

為了能夠?qū)崿F(xiàn)對所有家居設(shè)備的自動(dòng)控制，中控服務(wù)器需要對不同類型的智能家居設(shè)備進(jìn)行建模。但是模型的參數(shù)需要同時(shí)考慮到不同設(shè)備之間的影響。比如，控制燈光亮度的模型需要考慮到天氣、環(huán)境、外界光照強(qiáng)度的綜合影響。如果是晴朗的夏天，為了降溫，空調(diào)制冷需要開啟。同時(shí)為了省電，窗簾會(huì)被拉上。因此，燈控的模型需要綜合考慮到這些情況，在白天且窗簾被拉上的時(shí)候打開燈光。

對于一體化智能家居系統(tǒng)而言，用戶行為數(shù)據(jù)的獲取非常重要，這主要借助于手機(jī)傳感器上的數(shù)據(jù)讀取，再經(jīng)過簡單的加工處理，以實(shí)現(xiàn)用戶行為的識(shí)別。一般情況下，主要涉及的傳感器有：加速度傳感器、陀螺儀、GPS。加速度傳感器主要用于監(jiān)測人體的行為變化，包括站、坐、走等基本行為。人們在使用、攜帶手機(jī)的時(shí)候難免會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的位置變化。為了校準(zhǔn)手機(jī)這種位置變化，需要采集手機(jī)上的陀螺儀數(shù)據(jù)。在有了加速度傳感器和陀螺儀數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)就可以計(jì)算出用戶在室內(nèi)的行為以及運(yùn)動(dòng)軌跡。比如，系統(tǒng)可以識(shí)別用戶從廚房移動(dòng)到了臥室并坐下這一系列行為。這樣就可以讓中控服務(wù)器關(guān)閉一些廚房設(shè)備，并開啟臥室內(nèi)的相應(yīng)設(shè)備。戶外的用戶運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)主要通過GPS進(jìn)行監(jiān)測，通過掌握用戶每天的運(yùn)動(dòng)軌跡，系統(tǒng)能夠估算出用戶到家的時(shí)間，自動(dòng)開啟空調(diào)、電飯煲等智能設(shè)備。

必不可少的前端設(shè)計(jì)

智能家居系統(tǒng)的前端采用當(dāng)前流行的B/S架構(gòu)。除了傳統(tǒng)的Web控制前端外，還加入了移動(dòng)前端。為了適配iOS和Andriod兩大系統(tǒng)，可以用當(dāng)前流行的HTML5來設(shè)計(jì)App。HTML5的好處是一份代碼可以用于兩種不同的移動(dòng)設(shè)備操作系統(tǒng)，但是有些iOS上獨(dú)有的特性無法體現(xiàn)。由于中控服務(wù)器需要能夠支持外網(wǎng)接入，而當(dāng)前家庭的網(wǎng)絡(luò)接入都是以動(dòng)態(tài)IP分配來實(shí)現(xiàn)，動(dòng)態(tài)分配的IP并不能有效作為對外的服務(wù)器IP。針對這樣的情況，可以考慮試用當(dāng)前比較流行的云虛擬機(jī)來作為中控服務(wù)器和移動(dòng)設(shè)備的連接橋梁。目前，國內(nèi)主流的云虛擬機(jī)提供商，如阿里云就能夠提供價(jià)格合理的云虛擬機(jī)服務(wù)。

滿足用戶個(gè)性化需求

除了統(tǒng)一化的智能家居框架設(shè)計(jì)外，該框架還必須支持用戶自定義設(shè)定。用戶可以按照自己的需求設(shè)定中控服務(wù)器的配置參數(shù)，如配置各種智能家居設(shè)備啟動(dòng)、關(guān)閉的判斷條件。同時(shí)還可以保存不同的環(huán)境配置，如節(jié)能模式、高效模式等，能夠?qū)崿F(xiàn)在需求變化的時(shí)候自由切換，同時(shí)用戶還可以將自己的配置分享到互聯(lián)網(wǎng)上。

綜上所述，一體化智能家居系統(tǒng)能夠通過簡單的改動(dòng)，如在現(xiàn)有設(shè)備上增加插件的方式將這些非智能設(shè)備接入智能家居中控系統(tǒng)中。同時(shí)，用戶可以通過移動(dòng)端應(yīng)用或者Web應(yīng)用訪問中控服務(wù)器，對智能家居環(huán)境進(jìn)行調(diào)控。并且中控服務(wù)器可以通過和用戶試用的移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行信息交互，獲取用戶當(dāng)前信息。在獲取了用戶、智能家居設(shè)備以及周圍環(huán)境的信息后，該系統(tǒng)還具備一定的學(xué)習(xí)能力，通過機(jī)器學(xué)習(xí)的算法，針對用戶行為特征、環(huán)境、設(shè)備參數(shù)設(shè)計(jì)一套模型。在一體化智能家居系統(tǒng)的支撐下，智能家居應(yīng)用將變得更加方便、易用，大幅提升人們的體驗(yàn)，為智能家居的普及奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。