从理想走向现实、从现实走向理想的智能家居之路

李小坚

一、理想的智能家居理念:

大道至简,活得简单;掌控一切,活得自在;大智若愚,活得自然;随心所欲,活得潇洒;现实虚拟,心想事成。

二、理想的智能家居原

1  简洁,简朴,简化,精致。不要那么多开关、按键之类的,而更多地使用语音、手势,自然语言对话。

2   所有能管控的都互联管控,以智能自动化的方式,让人完全自由解放,自由自在。

3   一切都有智能,万物都有灵性,高层次人工智能技术,你想要的它都替你想到了,傻瓜也悠然自得。

4   你很聪明,你有很多想法,你的想法被感应、学习并与环境交互,并得到执行,满足你的潇洒与品位要求。

5   你想的太多,现实无法满足你,但我们还有虚拟现实,可以到虚拟空间探索、游戏,满足你的好奇心,好胜心,虚荣心,当然,最后,希望虚拟现实满足你的所有愿望。

三、智能家居体系结构 (Architecture of Smart Home–ASH )

体系结构是一个系统的方法论的架构,体系结构主要包括一组部件以及部件之间的联系。我们对智能家居系统进行系统分析和系统设计,必须要有一个整体的框架。我们建议使用体系结构的方法论和概念来对智能家居系统系统的整体结构进行把握。因此,ASH包括一个由上而下的整体系统的基础结构和一个由下而上的系统构建过程组成。

3.1,由上而下:一个整体系统的基础结构

ASH至少应该包含如下6个方面:

ASH整体系统基础结构包括以下六个方面的结构模型:

目标结构——提供一个人性化多层次、多目标、多级开放和可扩展的目标体系。智能家居理想目标是描述全体客户所有的目标愿望。智能家居企业其使命是提供满足该目标体系的产品系列。目标结构为开发商给众多用户去定位其目标愿望的层次水平提供参考。目标定位是确定带来有价值的具体目标。

功能结构——从现实的观点,以智能家居的实现的功能和方式提供功能结构模型描述。功能的模块化,构成各个功能子系统。

信息结构——提供从数据采集、存储、处理,网络集成等信息模型来描述信息的集成。

控制结构——实施和执行一整套控制规则和动态控制机制,完成系统状态的改变。

需求结构——描述一个智能家居的现实的多层次需求,以及需求表达和效用结构。

资源结构——提供资源及其分配、对需求的满足和供给支持。

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与欧共体的CIM—OSA比较,我们曾经提出过CIMS—HOSA基础结构。在此,将其改造到智能家居系统而形成ASH。这样,ASH是对智能家居系统这样复杂系统的结构描述,支持对智能家居系统的系统分析和系统设计。

如果没有一个整体的目标结构模型,智能家居系统就没有明确的、一致的目标驱动和评价体系,是很难成功的;如果没有功能结构模型,智能家居系统就根难保证各个功能子系统的配合,以及功能子系统其功能的有效发挥;如果没有信息结构模型,智能家居系统就很难有效地指导分布式数据库的设计,将分散的系统集成起来,将所有有用的数据采集、存储、处理,将数据变成经验知识、规则,变成智能,形成智慧;如果没有控制结构模型,智能家居系统则对系统运行中的各种动态问题就很难描述、分析和协调优化,作出决策和控制行动,很难使系统达到良好状态;同样,如果没有资源结构模型,就很难有效地分配和使用系统的资源;如果没有需求结构模型,智能家居系统就难得到用户的喜爱,只有充分满足用户的需求,智能家居系统才能生存并富有生命力。

ASH的基础结构中所形成的六个结构:目标与功能、信息与控制、资源与需求形成三组相互对应的结构,并能相互联系和转换。ASH的基础结构模型形成了一个六面体结构。

使用ASH的基础结构模型既描述一个整体系统的六个主要方面特性,ASH也可描述系统任何一个内部模块。每一个方面的结构都可以从整体到部分层层分解,六个方面的合成描述系统的分型结构。

ASH的基础结构模型构成了一个智能家居集成系统的基本建筑构件模块。有了这个模块就可以构筑起整个智能家居集成系统;也就是:有了这样的“秦砖汉瓦”,就可以构筑起智能家居的“高楼大厦”、“万里长城”。

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3.2 自下而上的构建

如果要开发一个智能家居系统,先按照以上ASH的自上而下的分析设计过程,明确了各个模块、各个层次、各个部件之间的关系,产生了一个系统的整体概貌和关联关系框图。而智能家居的建造过程,必须按照现实的功能模块,自下而上一块一块的搭建起来。

ASH的基础结构模型也可以指导从下到上,从部分到整体象搭积木的方式拼接建造集成的智能家居系统。上层的功能将转化为下层的目标;信息与控制转化;资源与需求对接。

这个过程就是搭积木的过程。这是一个工程化的过程。按照图纸和施工标准、各项性能指标,完成系统构建。

安全性、经济性、适用性等等具体工程要求均应该得到满足。

四 、智能家居整体结构

4.1目标-功能结构设计

在建造智能家居的时候,必须明白你的目标是什么?

到底是要简朴的茅草房,还是比尔盖兹的现代化豪宅,或是富裕阶层的别墅或是一个中产阶级的公寓。各个阶层对智能家居的目标要求是不一样的。

通常按照系统目标结构规模来规划其功能。完成目标-功能结构设计。

国家标准也已经将智能家居的产品根据其不同功能分为二十个大类别。

智能家居系统产品共分为二十类:

1、控制主机(集中控制器):Smart home Control Center

2、智能照明系统:Intelligent Lighting System(ILS)

3、电器控制系统:Electrical Apparatus Control System(EACS)

4、家庭背景音乐:Whole Home Audio(WHA)

5、家庭影院系统:Speakers, A/V & Home Theater

6、对讲系统:Video Door Phone(VDP)

7、视频监控:Cameras and Surveillance

8、防盗报警:Home Alarm System

9、电锁门禁:Door Locks & Access Control

10、智能遮阳(电动窗帘):Intelligent Sunshading System/Electric Curtain

11、暖通空调系统:Thermostats & HVAC Controls

12、太阳能与节能设备:Solar & Energy Savers

13、自动抄表:Automatic Meter Reading System(AMR)

14、智能家居软件:Smart home Software

15、家居布线系统:Cable & Structured Wiring

16、家庭网络:Home Networking

17、厨卫电视系统:Kitchen TV & Bathroom Built-In TV System

18、运动与健康监测:Exercise and Health Monitoring

19、花草自动浇灌:Automatic Watering Circuit

20、宠物照看与动物管制:Pet Care & Pest Control

 

中国已经涌现了一批智能家居公司,已经可以提供不同的智能家居方案了。

紫光物联智能家居、联电国际智能家居、中控智能家居系统,还有杭州感居物联网智能家居系统、扬子智能家居方案等等。

其中按居住功能区划分的智能家居方案:杭州感居物联网智能家居比较完整。

1、庭院,2、 大门,3、 玄关,4、会客厅,5、 视听室,6、车库,7、主卧室,8、主卧洗手间/浴室,9、厨房/餐厅,10、 楼梯/电梯厅,11、 儿童活动区,12、客房、小孩房、长辈房,13、居室内外安防集中管理系统等功能区域进行系统设计。

将这样的智能家居控制与管理的概念,扩展到楼宇,基于物联网和互联网,构成楼宇智能自动化控制管理系统。扩展到整个园区,构成园区、社区智能自动化控制管理系统。扩展到整个城市,构成智慧城市。

我们给出一个中等级别目标的具有可持续绿色环保综合功能的的智能家居方案:

结合功能区域和功能子系统划分,选取部分功能优先考虑:

1、智能管家,2、智能空气子系统,3、智能水电子系统,4、智能安防子系统,

5、智能客厅,6、卧室智能子系统,7、厨卫智能子系统,8、智能花园等功能子系统。

其功能结构图如下:

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图4-1智能家居功能结构示图

4.2信息-控制结构设计

4.2.1 各种检测、数据采集、数据融合

在实施数据采集处理及通讯子系统时,早期采集数据,大量的接线让系统成本增加并且维护困难,现场总线技术或家庭总线技术基本解决了这个难题,无线数据采集及传输模块大量用于在线连续空气检测与环境监测系统当中。我们实验室采用研华数据采集方案:
1、8路AI模块 ADAM-4017内置于集线箱,实现空气空气成分与浓度、空气质量参数(温度、压力、流量、湿度、含氧量)直接采集,带无线模块;
2、4路AO模块ADAM-4024,通过RS485串口可以与控制器运算后,由ADAM-4024输出4-20MA信号到空调和门窗控制系统,带无线模块。
3、ADAM-5510M实现空气成分、浓度处理、空气特定成分浓度换算并计算出居室空气污染物的总量,带无线模块。
4、集中控制器UNO-4671 A-A44BE,CPU:D525,RAM:4G,6个以太网口,支持2个RS-232/422/485以及8个RS-232/485隔离串口,带无线模块。
现在,市场有各种独立的物理参数的检测模块,检测信号可以直接带无线模块上传,连接到集中控制器。实现各类智能家居中的物理测量和数据处理。

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图4-2物联网和检测处理

4.2.2网络互联

我们现场总线重点实验室已经可以联接各类检测元器件、检测仪表、各类网络。通过通用网关建立多种总线系统直接的连接,实现所有仪器仪表和系统的互联互通。但要付出设备硬件代价,在带宽、能耗和时延方面还有待提高。

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图4-3现场总线通用网和总线控制器

系统的组成结构是信息网、控制网和物联网三层管控一体化结构,包括工程师站、操作员站和现场设备及典型被控对象。

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图4-4信息网、控制网和物联网三层管控一体化结构
以我们现场总线实验室的网络信息集成技术,完全可以构建智能家居的数据网络系统。

4.2.3 大数据分析、云计算

1大数据分析是现代信息条件下的必然发展。

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图4-5大数据分析技术和智能化关系 1

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图4-7 智能家居大数据分析概貌

智能家居的一切功能基于大数据,成熟的智能家居设备需要成熟的大数据技术作为支撑。智能家居发展到最后,应当是一种无需借助终端设备输入,直接将人的活动和感官感受传递给家居设备,让智能系统能够读懂人的心思。思维传感可能是真正意义上的智能家居的核心——智能家居软件机器人管家。

2 云计算

智能家居需要有后端的云计算平台。经典云计算架构包括IaaS、PaaS、SaaS三层服务,如图4-8所示。云计算平台架构细分来说包括多个层次:硬件资源层、虚拟化层、软件平台层、能力层、软件服务层,这些层次之间都是松耦合的,在实际开发中通常都是根据需求来搭建相应云计算平台,并不会用到所有层次的服务。
云计算从架构上来看都基本相同,但在实际使用时,会设计不同的模式以应对客户的需求。按照业界当前流行的划分来说,共定义了4种云模式:公有云、私有云、混合云和行业云。图4.8 典型云计算三层架构

我们实验室提出利用OpenStack框架搭建一个私有云平台作为高校的虚拟实验室,通过使用尽量少的硬件资源搭建稳定、可靠、高效的私有云平台,从而减少设备重复,实现实验室资源共享,提高实验室资源利用率,为大家提供一个便于管理的基于云平台的实验室。实验室云平台结构设计如图4-9所示。

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图4-9 实验室私有云平台结构图

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图4-10 实验室私有云平台功能结构图

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图4-11 一些大公司已经可以提供公有云平台的功能示图

云平台大存储设备 推动智能家居发展。为了满足智能家居的各种需求,云计算成为了智能家居最好的伙伴,通过云计算,建设一个云家,即可更加精准快速地实现对家居设备的控制,而且在用户获得更好的云服务的同时,成本也更加低廉。而事实上,智能家居其实就是一个家庭物联网,通过云计算,让家庭与社交网络、新闻渠道、数据分析甚至是政府决策联系起来,在云的支撑下,一切皆有可能。云计算是趋势,在不久的未来,云计算将会深入到生活的每一个角落里面,引发各个产业的彻底变革。

云计算让智能家居功能更强大。通过云计算,用户不仅仅可以实时查看住宅内的风吹草动,并且可以对其进行溯源处理。比如说,若是家中有人入侵,即便嫌疑人逃遁,也能根据各项传感器反应的时间,调出准确时段的录像记录,为警方提供破案依据。同样,通过对家中各类智能插座、智能开关的数据统筹分析,便能够实现对家庭的能源管控,制定出节能环保、方便舒适的家电灯光使用计划。

将智能家居中的私有信息放在自己家中的私有云中,一些公共服务放在公有云中,结合私有云和公有云构建智能家居全方位云服务平台是必然的结果。

3智能化社交

信息化社会有着广泛的社会交往信息流、意识流、行为流,所有的行为都产生数据,并存储在网络中,成为每一个人的孪生网络虚拟人,并长期存在虚拟世界中,还有可能进化。因此,该智能化的代理人,有可能代表你的言行并负有责任和使命。

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  4数据的私密性和安全性

在智能家居的逐步扩展中,会有越来越多的设备连入系统,不可避免的会产生更多的运行数据,如空调的温度和时钟数据,室内窗户的开关状态数据,煤气电表数据等。这些数据与个人家庭的隐私形成前所未有的关联程度,如果导致数据保护不慎,不但会导致个人习惯等极其隐私的数据泄漏,在关系家庭安全的数据,如窗户状态等数据泄漏会直接危害家庭安全。同时,智能家居系统并不是孤立于世界的,还要对进入系统的数据进行审查,防止恶意破坏家庭系统,甚至破坏联网的家电和设备。尤其在当今大数据时代,一定要防止家庭大数据的安全性。

 

4.3 需求-资源结构设计

这个基本进入经济学范畴,需求与供给的相互联系。

需求结构是用户侧的各种行为和活动的表达,也是最活跃、最直接的市场行为。

资源结构是系统供给方的行为表达,如何组织所有可能的资源,提供用户有效供给,让用户有良好的体验,满意的性能。

五、智能家居技术支持与实现

5.1 自然语言、手势识别、触摸屏、快捷键盘和按钮。

人工智能是智能家居的未来。因此,谷歌2016年5月20日推出了谷歌召开了2016年Google I/O开发者大会。在本届大会上,谷歌首先对外推出了一款语音助手设备, Google Assistant。目前搜索中20%都是基于语音的搜索,借助于Google多年积累的大数据,和Google在语音识别、搜索、数据分析和机器学习方向的技术融合,Google Assistant将可以在手机、智能手表、智能汽车和智能家居中提供帮助。另外,被称为Google Home,将在今年下半年正式对外推出。

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图5.1 2016年Google Home音箱

Google Home能够适用目前上各类流行的智能家庭网络系统,以及谷歌自己的智能家居Nest设备。通过谷歌助手,这款设备能够回答用户提出的问题,满足各项需求,成为家庭的控制中心。期待Google Home也能够有所突破。

人工智能的语音助手是主要的消费科技新“战场”之一。苹果2011年10月发布的Siri受到广泛关注,但真正成为消费类应用的却是亚马逊的Echo。Echo大脑——Alexa软件。

如果你已经关注科科大讯飞2012年就联合中国移动发布了全球首个中文智能语音助手——灵犀。2015年首届亚洲消费电子展上,科大讯飞与京东智能联手推出了双方合作的首款产品DingDong智能音箱。

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图5.2 2015年面世的DingDong音箱

 

DingDong音箱通过嵌入科大讯飞业界领先的语音技术,无需任何手动操作,就可以通过自然语言交互实现音频点播和播放控制,凭借出色的人工智能处理,它可以成为用户的音频助理,完成百科查询、讲故事、聊天等功能。同时,DingDong可以让用户通过语音控制接入京东微联的智能产品,成为智能家居的全新交互入口。

随着智能家居、智慧城市的建设,以后电视、汽车甚至虚拟现实(VR)设备上所有内容,也都会变成可智能交互的形式。未来生活的智慧就在一款你身边的机器人手中,每天打理你的消费和生活,成为贴身‘生活管家’。

5.2 物联网与互联网络

现在,3G和4G为主的无线通信技术已经成为主流,能够实时地组成数据传输网络。而WiFi、Zigbee、蓝牙可以非常方便地构建无线局域网。

而5G技术需要解决的核心问题,要向处理好高带宽、低耗能和低延时三个方向的发展。

尽管5G还未进入商用,但从我国政府以及有关通信运营商的举措看,5G已经成为了政、企关注的重大话题。除了网速明显加快外,将实现——万物互联,这对于视“互联互通”为突破口的智能家居来说,一个人类走进智能化的重要标志或将会变成为现实。

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图5.3 SMART Home 场景

智能家居中的智能家电、家庭安防的数据传输都需要稳定、灵敏的通信网络,我国政府高度重视5G发展,并将计划在2020年启动5G商用,这一举措将会激发智能家居在市场的潜力。

1.高速率提升用户体验

首先,5G最明显的优势之一就是“传输速度快”,这种高速率将给用户带来更好的体验。目前,所有的智能家居设备都在低功率下运行,并且通过不同的方式相互交换信息,这样一来就增加了设备传输间的延时问题,影响了整个智能家居生活的体验,特别是在家庭影音和视频通话之间尤为明显。当然,对于布线行业来说,更是一场大挑战和机遇。

而5G的超高速传输有助于信息的检测和管理,能使设备之间的“感知”更加精确,有利于提高整个智能家居控制系统的智慧化程度。

2.有可能打破“协议之争”

智能家居控制系统通过多个传感器把相互孤立的信息连接起来,但这些连接远远不够。每个厂家都专注于连接自己的产品,缺少一个公共的行业标准,而这种相对封闭的环境并不利于智能家居的发展。在未来,通过5G网络或许有助于解决这一问题。

 

5.3 人工智能对智能家居有决定性性影响

众所周知,现在是一个大数据时代,大数据服务对于企业来说颇具吸引力。面对这样迫切的需求,业界巨头纷纷”跑马圈地”。Amazon推出了AWS,微软推出了Azure,Google推出了公共云。举世瞩目的事件AlphaGo打败了李世石。此外Google将提供更多的机器学习APIs,目前Google已经发布了云机器学习平台服务和视觉API。”我们的目标是领导机器学习行业并将这些创新传递给客户”

人工智能VS智能增强:AI与IA谁与争锋?

在《与机器人共舞》一书中,有两种不同的技术社群,分别是人工智能(AI,Artificial Intelligence)和智能增强(IA,Intelligence Augmentation)。AI社群长期以来都致力于建造能够模仿人类能力的技术,从机器人到拥有认知和推理功能的智能技术,到机器人技术,这些都是人类可以做的事。而IA则聚焦于用计算机来扩增人类的智力。

国外人工智能领域把人工智能的发展分成弱人工智能、强人工智能、超人工智能三阶段。从最低的弱人工智能到最高的超人工智能,也就是消费者期待的真正的人工智能,其实是有一段时间要走的。因为等待的时间太久,消费者总倾向于选择更实用的智能增强来先过渡。所以,对于展会上展示的各种普通机器人,我们反而觉得它的出现是种很合理的存在方式,它正在从弱人工智能走向强人工智能之路上。

百度正在使用AI来协助人,推进商业发展。百度预测AI未来趋势:

短期:聘用 AI VP 或 首席数据官;建立中心化的AI功能,帮助公司运转;在既有业务中“激活” AI。    长期:将AI深入地融合到业务中;加入AI的创新商业战略。

百度吴恩达说:“未来,AI 将会为公司、消费者以及工程师创造巨大的价值。如果你了解AI、分布式计算和HPC,你将会改变整个行业,也会让人看到这种超能力。我希望我们都能有这种超能力。我会为人类尽自己最大的努力。”

 

我们也可以考虑采用这样的AI技术,开发有这样的超能力的人工智能管家,而且一定会流行起来!

5.4 虚拟现实与增强现实

VR与AR对智能家居有重要影响,可以模拟和虚拟各种场景,成就你的幻想和冒险体验。

1、场馆设计现场体验酷炫

2、 众多参展商带领大家体验一场技术盛宴

3、 VR内容及AR内容云集

 

4、VR及AR设备众多

5、来自韩国及美国的多家参展商带来国际化VR/AR技术展示沟通

6、由建筑之外创办人陈展辉先生设计且参与多次国际大展的“凹凸桌”

2016年6月8日,第一届全球虚拟现实大会,带你感受全球领先的节奏,VR科技现在与未来的图景画卷,在你面前炫丽展开。

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2016年6月16日在北京举办VR/AR应用与创新峰会,其会议规模、参会人数、观众质量、企业实力、产业链完整度都相对较高的VR/AR大会,展现了业界生态的完整画面,其主题:虚拟世界-真实未来,同时也代表了VR/AR未来的发展方向。

六、智能门窗系统设计

智能门窗子系统功能结构图

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图6-1 智能门窗功能结构图

6.1空气质量目标与功能

空气污染的污染物有:烟尘总悬浮颗粒物、可吸入悬浮颗粒物(浮尘)、二氧化氮、二氧化硫、一氧化碳、臭氧挥发性有机化合物等。

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图6-2 空气中气态污染物

目前,城市空气质量污染指数的分级标准是:

1,空气污染指数(API)0~50,为国家空气质量日均值一级标准,空气质量为优,符合自然保护区、风景名胜区和其他需要特殊保护地区的空气质量要求。

2,(API)51~100,为国家空气质量日均值二级标准,空气质量良好,符合居住区、商业区、文化区、一般工业区和农村地区空气质量的要求。

3,(API)101~200,为三级标准,空气质量为轻度污染。若长期接触本级空气,易感人群病状会轻度加剧,健康人群出现刺激症状。符合特定工业区的空气质量要求。

4,(API)201~300,为四级标准,空气质量为中度污染。接触本级空气一定时间后,心脏病和肺病患者症状显著加剧,运动耐受力降低,健康人群中普遍出现症状。

5,(API)大于300,为五级标准,空气质量为重度污染。健康人运动耐受力降低,有明显症状并出现某些疾病。

在封闭房间情况下,房间内氧气是有限的,由于人的呼吸作用,耗掉氧气并全部转化为二氧化碳,使房间内氧气拥有量下降,二氧化碳成份上升,造成人呼吸不顺畅,影响睡眠质量。普通人每人每小时会呼出20升二氧化碳,占呼出气体总量的4%,而新鲜空气中的二氧化碳含量是0.03~0.04%,如果大气中二氧化碳的含量超过0.1%即为轻微污染。因此,冬季长期密闭的室内,会导致空气质量差,影响居住者的呼吸道乃至整个身体健康,科学的通风是非常重要的。

目标结构设计:以此为据,来设计出智能家居的室内空气质量标准。目标等级6级。

主要空气质量检验标准:烟尘总悬浮颗粒物、可吸入悬浮颗粒物(浮尘)、二氧化氮、二氧化硫、二氧化碳、一氧化碳、臭氧挥发性有机化合物、温度、湿度、气味、正负离子

空气分级:

六级空气 五级空气
烟尘=100mg/m3 烟尘<100mg/m3
二氧化氮>0.24mg/m3/h 二氧化氮<0.24mg/m3/h
可吸入颗粒物=150mg/m3/day 可吸入颗粒物=50mg/m3/day
二氧化硫>80mg/m3 二氧化硫<80mg/m3
二氧化碳0.3%-0.4% 二氧化碳0.1%-0.2%
一氧化碳=50ppm 一氧化碳<50ppm
臭氧=0.15ppm 臭氧=0.1ppm
温度<4℃或>41℃ 温度=4℃-8℃或35℃-41℃
湿度=20%-90% 湿度=30%-80%
负离子=0-50个/cm3 负离子=60-150个/cm3
气味 有异味 气味 有一些异味
甲醛=0.12mg/m3 甲醛<0.12mg/m3
四级空气 三级空气
烟尘<10mg/m3 烟尘<0.1mg/m3
二氧化氮<0.1mg/m3/h 二氧化氮<0.01mg/m3/h
可吸入颗粒物<50mg/m3/day 可吸入颗粒物<1mg/m3/day
二氧化硫<0.1mg/m3 二氧化硫<0.01mg/m3
二氧化碳<0.07% 二氧化碳<0.01%
一氧化碳<0.1ppm 一氧化碳<0.01ppm
臭氧<0.1ppm 臭氧>0.02
温度=8℃-13℃或29℃-35℃ 温度=13℃-18℃或23℃-29℃
湿度=30%-80% 湿度=40%-70%
负离子=500-1000个/cm3 负离子>1000个/cm3
气味 几乎无异味 气味 无异味
甲醛<0.08mg/m3 甲醛<0.05mg/m3
二级空气 一级空气
烟尘<0.01mg/m3 烟尘 几乎无
二氧化氮<0.001mg/m3/h 二氧化氮 几乎无
可吸入颗粒物<0.1mg/m3/day 可吸入颗粒物 几乎无
二氧化硫<0.001mg/m3 二氧化硫 几乎无
二氧化碳<0.001% 二氧化碳 几乎无
一氧化碳<0.001ppm 一氧化碳 几乎无
臭氧<0.02ppm 臭氧 几乎无
温度=18℃-23℃ 温度=18℃-23℃
湿度=50%-60% 湿度=50%-60%
负离子1000-2000个/cm3 负离子5000个/cm3
气味 淡香 气味 淡香
甲醛<0.001mg/m3 甲醛 几乎无

 

(以上表格中的数据,有待进一步考证和确定,几乎无是指现有高灵敏度检测仪器的指示下限值。)

 

    另外,还有特殊空气质量目标:大兴安岭原始森林中清馨空气质量目标、瑞士阿尔匹斯山度假胜地空气质量目标。地中海海风型环境空气质量目标。

 

功能结构设计:有了空气质量目标结构,我们将寻求建立目标结构对应的系统功能结构。

我们选取的目标是中高档的空气质量目标的功能设备。

方案A

根据预定目标要求,可以选择对应的功能设备,完成智能家居中烟尘,可吸入颗粒物可用空气净化器去除。例如:二氧化碳,二氧化硫,一氧化碳,臭氧均可用工厂的方法去除,由于很多时候不适于家庭使用,所以建议使用家庭空气过滤机。到市场选配各类家用空气洁净设备,要考虑与智能家居系统集成功能。

方案B

除尘除霾可呼吸智能窗。

湿度有加湿器调控,温度由空调控制,负离子可以使用负离子净化器。我们可以进行空气配方实现特殊目标的质量的空气环境配置。

另外,环境容许的情况下,种植植物、花草来代替。

 

6.2 信息与控制结构设计

数据采集:

在现实中运用各种检测仪器,获得有关空气质量数据。

对应不同目标等级,选配相应等级的检测仪器设备,运用各种传感器检测以上各种气体数值。

数据分析:

我们可以运用pmv指数来计算最适合人体的温湿度等空气数值。

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同样,我们构建空气清新度模型,建立空气检测成分与我们感觉舒适度关系模型。

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控制结构设计:

有了空气质量数据模型,我们将建立相应的控制结构去动态控制空气质量。

因此,在我们的系统设计时,可以去憧憬用精确控制实现我们的未来的空气质量目标,并且,我们希望空气的调控更加智能。

于是,我们选取的目标是中高档的空气质量控制:对于室内外空气的调控,我们运用一种“智能呼吸窗”的产品,根据大气流力学的原理,采取机械排风,负压进风设计,不开窗实现室内污浊空气快速排出室 外、室外新鲜空气净化后自然平衡进入室内,形成室内外空气流动交换,智能低碳保持室内空间的空气品质。

 

6.3 需求与资源结构设计

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图6-4  智能呼吸杀菌、消毒、除霾窗

 

八大功能的需求

1、设置好空气质量监控值,空气品质全天候智能控制,通风换气全自动完成。

2、不受气候影响,雨雪天、风沙天气照样通风换气。

3、新鲜空气缓冲进入室内,设计舒适风道。

4、新鲜空气经过滤净化后补充进入室内。

5、除尘、除霾、消毒、杀菌

6、全系统智能监控,电子液晶显示屏一目了然。

7、智能窗子系统与智能家居系统集成联通互动。

8、有效保持室内良好的空气质量目标,提升空间健康的环境和生活舒适度。

六个资源结构应用

1、应用空气品质感应装置控制呼吸系统运行,全天候智能监测空气质量。

2、应用窗户上下梁框安装呼吸系统构件体,美观而又不影响采光。

3、应用低压直流24伏电为动力,确保人身与财产的安全。

4、应用电子显屏技术设置空气品质、定时工作、可控进风,温度显示,运行状况一目了然。

5、应用空气净化技术,实现室外空气净化后缓冲进入室内。

6、运营电离和电泳正负极板吸附空气污染物,运用电离水之酸碱杀菌、消毒及清洗。

完成对于室内外空气成分的调控,我们再研究其他部分。运用红外线,超声波等技术,对人体体温,脉搏,骨骼年龄,身体健康状态甚至于情绪进行检测及分析,然后运用无线传感技术连接家庭中的可用家具,来调节最适合人体环境的空气。

这样的系统设计基本上能满足中等空气质量目标的子系统。

6.4高级别的空气质量目标的实现

如果我们的目标是更高级别的目标,那就使用高级别工业净化设备,完全可以做到无尘、无菌、无害的功能产品,但投资和造价是非常昂贵的。

例一:净化室或洁净室, 净化室采用风机滤网机组(FFU)送风,四周悬挂防静电垂帘(或钢化玻璃),其内部净化级别可达到100-10000级无尘室(洁净室)。适用于操作区内局部净化级别要求高的区域。净化室具备多种洁净等级及空间搭配可以根据使用需求设计制作,因此,同时可针对在一般等级的洁净室中局部地区需要高洁净度的地方做局部增设以降低成本。

 

移动式净化室的结构组成:一种可提供局部高洁净环境的空气净化设备。主要由箱体、风机、初效空气过滤器、阻尼层、灯具等组成,外壳喷塑。该产品既可悬挂,又可地面支撑,结构紧凑,使用方便。可以单个使用,也可多个连接组成带状洁净区域。内部净化级别可达100-100K级,其结构特点:

1、组装式结构设计,安装方便,交货周期短。

2、移动方便(可选用万向轮)。

3、模块化结构,容易提高净化级别,扩展性强,且重复利用价值高。

4、净化棚相对超净工作台内部有效空间大;相对传统无尘室,具有成本低、施工快、且对楼层高度要求低的优势。

5、整体采用冷扎钢板喷塑、采用全不锈钢和铝合金等几种材料,重量轻、抗腐蚀、防锈、美观大方。

6.采用可调风量系统,保证工作区风速处于理想状态。

7.适用超净生产线,多人使用方便。

8.加纯氧供气,可以成为移动氧吧。.

例二:高级别手术室空调系统。所谓高级别手术室是指千级以上手术室,其原因是高级别手术室空调送风量大,如同样面积的手术室,百级手术室的空调风量是十万级的3.4倍,是万级的2.25倍。新风即便经过初效处理,其处理后的含尘浓度(30.5mm)也比十万级空调回风在同粒径范围内的含尘浓度大70倍左右,是百级空调回风同粒径范围内含尘浓度的几万倍,从而使中效乃至高效过滤器没有足够的保护。为解决此问题,我们在新风通路上安装了独立的初效+中效新风过滤机组,使新风经过两级过滤后再与回风混合,此时混合前的新风与回风在同粒径范围(30.5mm)的含尘浓度比较接近,真正起到了保护中效、高效过滤器的作用,而且新风过滤机组的初、中效过滤器清洗、更换方便,与更换高效过滤器相比投资少,维护简便。在新风通路上设置新风过滤机组的另一优点是确保了新风量,因为定风量的新风过滤机组本身就相当于一台专业级新风设备。

 

6.5高标准空气质量专用设备的开发

我们可以专门开发一款高质量空气系统。(见专门预研报告)

雾霾天气让“PM2.5”频频爆表,危害人们呼吸道健康。通过设置PM2.5新风净化系统,利用带有PM2.5,过滤网的全热交换器或者风机,对新风进行清洁过滤,实现99%以上的过滤效果。通过电泳、水电解酸碱水冲洗装置,彻底消除NOx,SOx,甲醛等空气有害成分。同时,在新风机中设置全热交换器可大幅降低新风处理的能耗。

 

6.6智能门锁

在信息爆炸,科技日新月异的时代,入户门开锁的方式也需要提高安全等级。传统的钥匙开锁存在很多不安全和不便捷性,例如钥匙容易被复刻,容易遗失找不到等。通过智能门锁,可以根据安全等级需要,分别设置密码、蓝牙、生物识别等方式开启门锁。这样,我们只需要通过手机,或者个人专属的生物识别信息即可完成开门。科技的方式不只是炫酷,还可大幅提高便捷性和安全等级。

智能门神功能描述:

1主人在大门口,押下智能门锁的指纹辨识器,大门打开,在玄关灯照度不够亮时,联动把玄关处的灯光打开;经过玄关后,灯光自动熄灭;

2出门经过玄观,如果光线不够亮,玄关处的灯光自动打开;经过玄关后,灯光自动熄灭;

3进门后进行安防系统撤防;离家时安防系统布防;

4安防系统报警时,报警区域灯光闪烁,背景音乐响起警笛声,同时电话通知到主人手机;

5门口触摸屏“在家模式”,灯光受控制,“离家模式”,关闭所有的灯光,各房间的空调自动设定到节能模式或关闭;

6智能门锁启动和居室客厅的背景音乐联动,经过指纹辨识、人脸识别、生物识别等识别确认后,开启门神,主人预先设定好的音乐轻轻奏起,欢迎您回家。

 

七、智能家居的未来

智能家居的未来有更多的人工智能在家居方面的应用。

简单地说,人工智能是从哲学开始的。哲学一词字面上的意思就是爱智慧,学术上来说就是对智慧的追求,对带普遍性的哲理的探究。从亚里多士德到莱布尼茨,一直到布尔,都由哲学主导。我现在欣然接受,有人褒奖说我有哲学思想。

7.1 我们定义智能:

a) 必要条件:计算能力,计算设备,如图灵计算机,

b)充分条件:每一个对象能区别于其他对象(分辨被计算的对象)。

7.2 我们定义意识:

a) 必要条件:每一个意识主体对象(自我识别)能区别于其他对象。

b)充分条件:有一个计算设备,能处理信息。

以上我们对智能和意识的定义,简单而且抽象。智力和意识是不一样的,智能和意识相互又有很大的关联,都要求有计算能力,都要求识别,计算和识别交叉互为智能和意识的必要条件和充分条件,也具有某种不完全的对称性或对偶性。智能是往外看,意识是往内看。

7.3 智能是驱动生物进化和生命系统进化的动力

最近的AlphaGo就是一个非常好的数据驱动的智能和知识自动化特例。它这个智能靠什么?相对过去的方法,它靠自打实现大数据,它靠加强学习实现智能化,它在很短的时间之内就可以自打三千万盘。我们人类自从有围棋以来,下的围棋的总盘数加起来有AlphaGo这么多吗?它自己下了这么多盘了,就算不太聪明,胜过一个人类棋手也是应该的。

SmartHome6-6

如果这种技术用到运营管理中,将来每个企业里面做自学习、自组织、自运营、自管理、自营销,它的智能一下就会涌现出来了!企业按这种平行的(人工+实际)的技术,以这种企业自我运营方式,相当于一下子就运行了好几百年。当今,已经进入人工智能的一个新时代,就是认为用阿尔法Go这种方法,可以实现几乎所有的工程智能技术。

按王飞跃预测:这种技术发展下来,将使人类社会更加开放,人工智能不是对人类的威胁,而是让人走向更加公开、公平、公正的智能社会。在这个新IT社会,智能技术迫使大家不骗人、不欺人、不害人,大家都能Happy, Healthy, High paid地工作!

    因此,智能家居大量使用人工智能技术,这只会让人更自由、更自在、更潇洒、更智慧、更健康、更快乐地生活!

 八、结束语

本文更多地描述的智能家居的理想之路。事实上,这是一个理想主义的愿景,这个愿景和蓝图离现实还有一定的距离。我们必须从理想回归现实,这也促使我的审视我们生存的现实条件和环境,正视我们的现实生活内容和生活质量。

反过来,基于现实的考虑,企业家应该更多地考虑:从现实走向理想的道路。也就是如何从现实的条件和环境出发,通过创新创业,创造美好的未来,实现我们理想化的生活,让我们更多地体会生活的真谛、人生的意义,感觉生活更自在,更幸福。

2016年6月10日 于北京

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