工控人谈家庭智能控制，不用PLC而且很简单？

一谈到IOT（Internet of Things），作为工控人第一想到的肯定是现在热门的工业物联网，这个正在被各个厂商追捧的新增长点，然而物联网不光应用到了工业控制上，同时也带火了智能家居产业。那么，什么是智能家居呢？

简单的来说，就是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、 安全防范技术、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境[1]。


智能家居带来的是幸福感的提升，也是不同技术综合应用的典范。

在弄清楚智能家居的定义以后，我们就需要了解智能家居目前主流的通讯方式有哪些，总体来说随着无线传输技术的成熟，而且家庭环境相较于工业环境，干扰不大，所以绝大部分的智能家居产品都采用了无线的传输方式，减少了布线的麻烦，随着技术的不断更新，逐渐演化出了三种主流的无线通信方式。


1、Wi-Fi

作为目前最成熟的无线互联网技术，WiFi无疑是第一个被认为最适合用户家庭智能互联的网络协议。毕竟现在几乎能上网的家庭都有无线路由器了，而且几乎所有的手机，平板电脑或者电脑都支持WiFi上网，将智能家居设备接入WiFi也是最明智的选择，但是WiFi也有自己的弱点，那就是的信号的不稳定（假如我们拿着手机在家里绕一圈就会发现，有的地方信号很好，有的确很差）和功耗较高，而且随着网络安全性的日益提升，WiFi在安全性上不如其他两者，而且在连接设备数量上，也存在问题，百元左右的路由器，在连接到WiFi上的设备多了以后，明显感觉到了网络的延迟（如果大家感兴趣的话，以后我会详细谈谈最近新出的WiFi6到底是什么，为什么比普通WiFi5的路由器要强。）。

所以如果按照传输速率，功耗，传输距离，网络容量和安全性五个维度来划分的话，Wi-Fi大致如下：
传输速率：☆☆☆☆☆
功耗：☆☆☆☆☆
传输距离：☆☆☆☆☆
网络容量：☆☆☆
安全性：☆☆☆


2、ZigBee

ZigBee是一项新型的无线通信技术，适用于传输范围短数据传输速率低的一系列电子元器件设备之间。ZigBee无线通信技术可于数以千计的微小传感器相互间，依托专门的无线电标准达成相互协调通信，因而该项技术常被称为Home RF Lite无线技术、FireFly无线技术。ZigBee无线通信技术还可应用于小范围的基于无线通信的控制及自动化等领域，可省去计算机设备、一系列数字设备相互间的有线电缆，更能够实现多种不同数字设备相互间的无线组网，使它们实现相互通信，或者接入因特网，它与蓝牙相类似。是一种新兴的短距离无线通信技术，用于传感控制应用(Sensor and Control)。由IEEE 802.15工作组中提出，并由其TG4工作组制定规范。[2]
ZigBee作为一项近距离、低成本、低功耗的无线网络技术尤其适合作为智能家居产品的通讯协议，因为体现了成本低，功耗低，容量大的优点，所以评分如下：
传输速率：☆☆☆
功耗：☆☆☆
传输距离：☆☆☆☆
网络容量：☆☆☆☆☆
安全性：☆☆☆☆☆


3、蓝牙

蓝牙，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、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。利用“蓝牙”技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与因特网Internet之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。
蓝牙作为一种小范围无线连接技术，能在设备间实现方便快捷、灵活安全、低成本、低功耗的数据通信和语音通信，因此它是目前实现无线个人域网通信的主流技术之一。与其他网络相连接可以带来更广泛的应用。是一种尖端的开放式无线通信，能够让各种数码设备无线沟通，是无线网络传输技术的一种，原本用来取代红外，正式因为这种技术成熟，灵活安全的协议，让它在智能家居方面也成为了一种非常好的通讯手段，不过，在通讯距离上，要比上面两者要短，而且开放式的蓝牙设备可以被附近的设备扫描到，也在安全性上不如ZigBee。所以评分如下：
传输速率：☆☆☆☆
功耗：☆☆☆☆
传输距离：☆☆
网络容量：☆☆☆☆
安全性：☆☆☆

好了现在我们大致了解了智能家居的组网方式，那我们再来看下目前有哪些方面可以实现智能家居，我分为了以下几类：

还在五六年前，作为工控菜鸟的我幻想着假如家里装修，就在墙上凿一个电控柜，买个便宜的小PLC，再把灯啊，空调啥的线都用中继转一次，这样再弄个触摸屏就能实现全家的控制了，然而现在再看起来这个想法虽然可行性一般但是也算不失是一种家庭智能控制的一种方案。


随着时间的变化，现在实现家庭智能控制的门槛已经大大的降低了，之前还只有施耐德，ABB，西门子，霍尼韦尔等国际大厂有智能控制的家庭产品，随着IT行业和电子消费业的崛起，飞利浦，三星，苹果，小米，百度，华为等厂家也开始纷纷布局自己的家庭智能产品，这里面最具代表性的也是目前智能家居生态最完善的就要数苹果和小米了。
作为性价比的首选项，小米旗下的米家现在已经基本上有着覆盖上面全部协议和全部IOT控制设备的产品了。

图片来源网络


笔者目前使用的也是这一套智能家居产品（土豪请无视，直接HomeKit走起）。

假如上面设备再增加些光照传感器，人体传感器的话基本可以实现如下功能了。


温湿度检测——温度高了可以开启空调，湿度低了可以开启加湿器。

图片来源小米官网



照明控制——光照强度低于某个强度，开灯，或者人体传感器感应到人了，开灯。

晚上自动开启夜灯，晚上起来也可以看见路了。


电量统计——通过智能插座，统计大功率用电设备如小厨宝，或者空调的用电量，在晚上或者工作日的白天，自动断开小厨宝的电源，达到省电的效果。

什么时候用电多，什么时候用电少，一目了然。


人机交互——通过智能音箱，控制灯，插座和其他智能设备。
智能音箱的出现弥补了人机交互的短板，不同于工业场合的触摸屏或者工控机人机交互，家庭智能音箱可以更方便的直接口头表达就能控制设备，更加的便捷，虽然有时候还是会出现“人工智障”（自然语意的理解确实不是那么简单的）的现在，但是总得来说还是方便多了。


当然唯一没有实现的是家庭安防这一块，主要是考虑到目前的网络安全环境下，带网络功能的摄像头理论上是都有被破解的可能性的。所以为了自己的隐私安全笔者目前并不推荐带网络功能的摄像头。




控制逻辑


通讯，设备等了解以后，我们再来看下控制这些家庭智能设备的方式，不同于工业自动控制，需要通过PLC来实现所有的逻辑控制和运算，现在智能设备的控制逻辑基本上都是通过各家的app+云服务来实现的，好处就是家里省了PLC的开销，而且逻辑操作比较简单，不需要重新学习一门编程软件，上手难度大大降低，可以让更多对智能家居感兴趣，但对编程逻辑不太熟悉的人上手了（这个真的是太重要了，一个行业的普及，除了价格因素，易用性也是非常重要的一环）。

上图可以看到，基本上都是简单的if-else和定时操作，逻辑控制并不复杂。当然如果想实现更复杂的操作也是可以的，欢迎大家踊跃讨论。


本文只是以米家为例，其实智能家居平台很多，目前各家都有自己的平台，苹果有自己的homekit，三星有自己的Samsung Connect，华为则有自己的HiLink。


开源平台上HomeAssistant，功能也是异常强大，支持的厂商和协议也很多，而且只要有树莓派就可以控制家中的智能设备，开发成本也是很低的（这块如果大家感兴趣，以后我会专门来讲讲如何通过HomeAssistant来控制米家设备，并且接入苹果的家庭app）

说了这么多，大家是不是也对智能家居有了大致的了解了呢，作为工控人，有木有也有兴趣在家也实现自动控制呢？如果大家有什么更好的想法和实现方法，欢迎大家留言评论，共同交流。谢谢。


[1] 摘自百度百科对智能家居的定义。

[2] 摘自百度百科对于ZigBee的定义。



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