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ZigBee家庭智能化系統

國家建設部住宅產業化辦公室對社區和家庭智能化建設在：社區物業管理及安防、資訊通訊服務與管理，以及住宅智能化等方面提出了三級功能設計標準

●第一級為“較高標準”

●第二級為“普及標準”

● 第三級為“最低標準”

　　近年來隨著我國國民經濟的發展和國家住房制度的改革，更是由於人民生活水準和自身素質的提高，以及資訊化社會的日益逼近，必將導致人們在家庭住房需求概念上的徹底變革。從以往追求居住的物理空間和豪華的裝修向著享受現代化精神內涵與浪漫生活情趣的方向發展，追求更高的層次和境界。建設部科技委許溶烈主任，十分精闢的描述了我國近三十年來在家庭住宅方面的產業發展過程：“七十年代是解決有無的問題；八十年代是解決大小的問題；九十年是追求環境優美；21世紀是智能化的時代”。

　　智能化家庭所提供的是，人們足不出戶就可以進行電子購物、網上醫療診斷、參觀虛擬博物館和圖書館、點播VOD家庭影院，甚至於在數千里之外遙控家裏的空調和家庭電器的控制，當家庭中發生安全報警(包括：盜警、火警、煤氣洩漏以及疾病緊急呼救等)，在外的家庭成員可以在接到報警資訊以後，通過電話線路查詢和確認家庭中的安全狀況。　

　　 在1998年5月新加坡舉辦的“98亞洲家庭電器與電子消費品國際展覽會”上，通過在場內“蓋”起的模擬“未來之家”推出了新加坡8X家庭智能化系統，並在新加坡新聞媒體上刊登了有關“未來之家”的智能所在。在“未來之家”裏當早晨起床時間一到，臥室音響設備就會自動播放屋主人愛聽的“起床曲”喚醒主人；臥房浴室的電燈也會在主人進入梳洗時自動亮起，這時，廚房的煮咖啡器也自動煮水，等主人出來時，就有熱騰騰的咖啡等著他；在客廳裏，主人只需輕輕按動綜合功能遙控器，就可以十分方便的通過家庭影院系統播放電視節目、VOD點播、DVD播放、上網查詢郵件和當天的重要新聞，以及多媒體遊戲。當主人出門後，家庭智能化系統就會自動啟動安全保衛系統，一旦有人非法進入住宅或發生意外事故(如：火災、煤氣洩漏、老人疾病緊急求助)，系統就會立即自動撥通電話通知主人，或向保安中心報警。在外的主人接到報警後，也可以撥通電話回家，開啟家中智能化系統聽聽家裏有沒有奇怪的聲音，甚至質問不速之客“你想幹什麼？！”。主人在下班回家前，可以通過“手機”遙控家裏的空調機並調節到舒適的溫度上，以及其他家裏的電器設備(如：熱水器等)，當主人完成操作後，電話裏會傳來柔美的聲音：“空調已開啟”。因此“未來之家”也是一個會“說話”的智能之家。目前在美國已有近四萬戶家庭安裝了“8X家庭智能化系統”，在新加坡也有近30個社區（住宅社區）近5000戶的家庭採用了8X系統。相信到了21世紀我國也將會有更多的共管式公寓和洋樓以及住宅單位(住宅社區)選擇安裝上這一類高科技智能化系統。

為了實現智能化社區在家庭智能化方面的功能，並達到國家建設部住宅產業化辦公室在《住宅社區智能化技術論證研討會紀要》和“住宅社區智能化分級功能設置”的要求與內容。實現社區住宅智能化一級標準的功能目標，讓智能化社區內的廣大住戶可以得到實惠功能，因此在社區的家庭智能化系統中應包括以下的系統，並實現相應的智能化功能

－ 家庭安全防範系統。

－ 家庭自動化系統。

－ 家庭通訊與網路系統。

1家庭安全防範功能與系統配置

1) 家庭安全防範基本功能

— 防盜報警功能

— 可視對講識別來訪者功能

— 火災與煤氣洩漏報警功能

— 遙控護理與緊急求助報警

－ 採用邏輯判斷，清除誤報警(誤報率在千分之一以下)

— 系統具有防破壞自保功能

— 可分區和按報警級別佈防

— 可按事件和時間程式佈防或撤防

— 可通過電話線路報警，可設置4個以上報警電話號碼

— 可通過電話線路報警，即時監聽

— 可通過電話確認報警資訊、報警狀態和報警點位置

1) 家庭安全防範功能描述

－ 住宅社區中央保安監控中心

　　家庭安全防範系統可以通過設置在住宅社區的中央監控中心電腦，實現整個住宅社區內所有安裝家庭安全防範系統的家庭用戶進行集中的保安報警管理。每個家庭用戶的家庭安全防範系統通過電話線路將報警信號傳送到社區監控中心電腦CRT圖形顯示終端上，保安管理人員可以通過電腦上的CRT圖形確認報警點的位置和狀態，CRT同時顯示住戶位址和住宅周圍的道路地形圖，以及家庭成員基本狀況和聯絡電話。系統可提供更多的相關資訊，以供社區保安人員及時和正確的進行接警處理。報警可以通過報警蜂鳴器提醒保安人員，報警資訊也可以傳送到印表機上。也可以在住宅社區中央監控室內設置LED報警顯示幕上顯示，可較為直觀的顯示報警點的地理位置。

－ 保安與報警聯動功能

　　家庭安全防範系統基本配置可提供8個報警監控區。每個區都是相互獨立的具有不同的語音報警資訊和實施聯動回應，同時可以通過軟體設置的方法給每一個報警區設置不同的報警級別，並建立各區在時間和空間上之間相互配合的邏輯，以刪除誤報警(通常報警級別分為P、S、T三級)。當一個確定的報警發生時，家庭安全防範系統可以實現聯動回應，系統會自動撥接到屋主預先設定好的電話或手機上(系統可設置順序的四個電話號碼)。一旦接收到報警信號，並按密碼確認後(如不確認，系統將不停的順序撥接預先設定的四個電話號碼)，系統將提供一個語音報警資訊，以中文語音方式將報警的地點、狀態通知給屋主，如果當多個報警探測器同時被觸發時，系統將動態地報告發生報警的地點和狀態。可使屋主不在現場的情況下瞭解到竊賊的動向。同時系統還可以聯動報警燈、揚聲器和照明燈光以嚇退盜賊。

　 傳統的同類系統產品，只能提供單一的報警資訊，同時不具有語言的能力。因此當屋主接到報警後，無法確認報警的真偽和報警點與狀態，而家庭安全防範系統則可以根據不同的報警點(或區)和不同的事件發出不同的語音資訊，屋主可以通過這些不同的資訊中判斷事態的發展和盜賊的動向。屋主也可以通過電話線路，並利用家庭安全防範系統雙向的語音功能，遠端遙控檢查室內報警探測器的工作狀態(是否正常或有無報警資訊等)。

　　如果家庭用戶需要增加8個報警點以上的監控區域，可增加報警輸入模組(ZEM)，系統最大可擴展為64個報警區域，具體報警輸入模組(ZEM)的規格和型號請參見“8X系統說明書”的有關章節。

－ 家庭保安的設防和撤防功能

　　家庭安全防範系統允許屋主採用電話操控單元(PCU)設置如下家庭保護模式：離家保護模式、在家保護模式和分區保護模式。

離家保護模式：該保護模式適用於屋主離開房屋而室內無人的情況。當屋主離開室內時，按動PCU上“離家模式”鍵，系統留出足夠的寬容時間供屋主出門(通常是45秒鐘)。同時系統也會自動檢查戶內外報警探測器的設防狀態，並通過語音方式提醒屋主關好裝有門磁開關的門窗等。

　　在家保護模式：當屋主到家後，通過大門進入室內，系統留有預報警的寬容時間(通常是45秒鐘)，讓屋主進入室內後留有足夠的時間輸入撤防密碼。系統撤防後轉入在家保護模式，在家保護模式的報警探測器的設防狀態由軟體設定(如分區保護模式)。

　　分區保護模式：分區保護模式是通過軟體功能將室內外的報警探測器分若干個區，同時賦予每個區一個報警級別(P、S、T三級)。這種模式可以使得屋主在室內外設置某些特定的報警區域。例如：屋主就寢後，可使室內外區域(P)和門窗第二層區域(S)處於佈防狀態。

－ 誤報警刪除

家庭安全防範系統通過軟體設定和邏輯判斷功能來刪除誤報警，提高系統確認報警的準確率(系統誤報率在千分之一以下)。家庭安全防範系統可通過以下兩種方式來刪除誤報警。

　 第一種方式是通過軟體方法來調整紅外線報警探頭的靈敏度，設置感測器合理的最小觸發脈寬，並定義確認報警時應最少記錄感測器被觸發的次數，通過系統軟體對報警探頭靈敏度的設置，可以有效的刪除如雷電和小於0.1ms觸發引起的系統誤報警。
　　第二種方式是家庭安全防範系統將報警區域分為外層報警區(Primary-P)、第二層報警區(Secondary-S)和核心報警區(Tertiary-T)三個報警區域，同時分別給每一個報警探頭設定一個報警級別(P、S、T)。通過系統軟體建立起這些報警區域與各個報警探測器報警級別之間在時間和空間上的邏輯關係，所建立的邏輯關係完全符合盜賊作案的行動邏輯，因而可刪除不符合上述邏輯的誤報警。傳統的同類產品目前都無法解決因誤報產生“狼來了”的現象。至今為止還沒有一個國內外廠商的家庭保安系統產品可以達到家庭安全防範系統如此低的誤報率。因為家庭安全防範系統具有上述正確判斷報警的能力，因此獲得美國UL在家庭保安和火災報警這兩個方面的認證。

－ 疾病意外緊急求助報警

　　對於在家獨處的病人或老年人，可以隨身攜帶無線遙控報警的緊急按鈕，這個無線報警器可以掛在病人或老年人的脖子上或手腕上，當發現身體不適時，可以按動報警鍵，該緊急呼救報警可以觸發家庭安全防範系統聯動撥通4個電話號碼以語音方式通知家人，社區監控中心、醫院或指定的受話人。

－ 兒童關注模式

　　 對於多數雙職工父母，會特別關注孩子從學校回家單獨在家幾個小時的安全。當孩子回家後並輸入自己的密碼解除“離家保護模式”時，家庭安全防範系統會自動向預先設定的電話號碼通報孩子安全在家的資訊。以外，父母也可以通過遠端遙控方式留言給孩子。

－ 脅迫報警操作

　　當屋主在被脅迫的情況下解除保安裝置時(處於刀尖和槍口下)，屋主可以利用輸入密碼的機會按入反脅迫碼(通常是原密碼在最後一位元＋1)。家庭安全防範系統在解除報警後(此舉是防止盜賊對屋主造成傷害)，同時已向警署和社區監控中心報警(脅迫報警信號)。屋主可以在盜賊未發覺的情況下，等待員警和保安人員的救援。

－ 報警和事件記錄

　　 家庭安全防範系統提供一個迴圈寄存器，可以按先後次序存儲一百個報警和事件資訊。利用這個報警和事件記憶體，使用者或保安當局可以通過列印方式追蹤報警或事件發生的順序和時間，也可以由電視(利用TVM模組)或在PCU上的液晶屏上重現報警或事件的圖像和文字資訊。

－ 閉路電視監視功能

　　家庭安全防範系統應可以提供閉路電視監視模組(TVM)，該TVM模組與室內電視機連接後，屋主可以通過AV頻道觀察和監視室內報警探測器的動態顯示圖像(該圖像採用軟體方式製作)。顯示圖像是該住宅建築平面圖和報警探測器安裝位置，當有盜賊進入室內後，屋主接到報警後，可以打開電視機，通過報警監視畫面顯示的報警探頭報警位置和報警順序，可以觀察到盜賊作案行動的方向，可使屋主有所防範，避免與盜賊迎頭撞而造成不必要的傷害。TVM模組也可以連接閉路電視(CCTV)攝像機(最多7台攝像機)，並與報警探頭構成電視監控系統，報警的電視圖像可以記錄在家用錄影機上，或多媒體電腦的硬碟上。

－ 報警電話強制占線功能

　　家庭安全防範系統應具有當系統報警時可強制占線功能，該功能對於電話報警系統來講是至關重要的功能。這是因為如果盜賊事先瞭解到屋主的電話號碼，在進行盜竊前採用某些手段占住該屋主的電話線路(如：發傳真或進行反復的電話錄音)。傳統的電話報警系統在這種情況下，將不能通過電話線路進行報警。而家庭安全防範系統可以主動掛斷自己的電話(被叫電話)或終止接收傳真；通常在1分鐘內電信局會檢測到被叫電話已掛斷，電信局PABX會自動掛斷主叫電話(對方電話)，此時當家庭安全防範系統監測到電話線路恢復正常通訊後(檢測時間小於1秒)，會立即撥接預先設定好的報警電話號碼(如：社區保安管理中心、警局、屋主手機等)，將報警資訊傳送出去。

－ 家庭安全檢測裝置

　　家庭安全防範系統可以提供附加的家庭安全檢測裝置。該裝置由無線遙控按鈕和戶外紅綠燈組成。當屋主還未進入室內時，可以事先通過該安全檢測裝置，檢查是否有盜賊入侵或異常情況，通常此裝置安裝在大門口，花園門或車庫門上，並由紅綠燈顯示，當屋主按動檢測按鈕，室內的安全狀態資訊就會由紅綠燈的顯示來表示，其顯示與室內安全狀態對應關係如下：綠燈亮：一切正常。紅燈閃動：盜賊在屋主外出後，曾光顧過。紅燈亮：盜賊可能還在屋內或有嚴重異常情況(如：煤氣洩漏、有煙或火警)。兩燈不亮：不要進入，系統可能已遭破壞。

－ 系統工作狀態自診斷

　　家庭安全防範系統至少可以提供以下的工作狀態自診斷和系統自保護功能(某些自保功能不宜公開)。

　電話線被剪斷：當家庭安全防範系統自檢時發現電話線被剪斷（系統可以診斷是剪斷，還是線路故障或其他非人為故障）。家庭安全防範系統將立即執行報警程式。

　系統電源失電：家庭安全防範系統自檢時發現交流電源失電後，系統會自動切換到直流電池上供電，當交流電源恢復供電後，直流電池將自動轉至充電模式，以及電池低電壓預告警和避雷保護。

— 家庭安全防範系統配置

　　在社區內的每一個家庭單位中安裝安全防範報警主機，以及相應的報警探頭和感測器，並通過電話線路與社區內保安監控管理主機聯網，顯示報警住戶的相關資料和報警點資訊。

2家庭自動化功能與系統配置(可由住戶選擇)

1) 家庭自動化基本功能

— 通過電話可以對家中的家電設備進行遠端遙控
— 通過事件或時間程式自動控制家電電器設備
— 通過紅外線(IR)方式遠端遙控空調啟停和溫度調節。
－ 實現三表(電錶、水錶、煤氣表)資料的自動採集和傳輸功能。

2) 家庭自動化功能描述

－ 家用電器設備的自動化與遙控功能

　　現代的家庭擁有更多而功能複雜的家用電器設備，家庭自動化系統可以實現對這些家電設備的自動化控制和遙控功能，系統通過時間或事件程式進行自動化控制，屋主可以根據需要和光線的變化來控制電器設備和照明燈光的開啟和關閉，使用者也可以通過電話線路和紅外線(IR)技術遙控家裏空調設備的啟停，以及溫度的調節。

　　家庭自動化系統具有對家庭中的任何一件電器產品同時進行以下五種控制的能力，即：在屋內通過PCU電話操控單元輸入操作碼控制；由紅外線(IR)控制和調節；在屋內進行無線遙控；通過報警資訊，家庭保護模式，事件或時間回應實施聯動控制；在異地通過電話線路進行遠端控制和調節。

　無論是自動控制或遙控，家庭自動化系統均可以通過系統的控制狀態回饋檢測，以語音分方式通知屋主目前家電設備的運行狀態。這個帶回饋檢測的功能是十分有用的，是家庭自動化系統在家庭自動化方面與其他廠商同類產品最重要的區別。由於其他同類產品不能提供家電設備運行的確切狀態，因而很容易造成屋主的誤操作，如屋主欲將某一家電設備電源遙控關閉，而該家電已處於電源關斷狀態，(這一點往往是由於屋主已記不清該電源是否已關閉的情況下發生)。如果此時屋主遙控操作反而會讓該家電設備電源開啟，而造成誤操作(這是由於通常控制是由繼電器的動作來實現的)。而家庭自動化系統具有控制狀態回饋檢測功能，當屋主進行這一類誤操作時，系統不但不會執行開啟的指令，同時還會通過語音方式提示操作者：“電源已關閉”。通過這一點就可以說明家庭自動化系統的卓越功能和智能水準。

　　家庭自動化系統可以通過輸出控制模組，將控制點增加到32個，控制方式可以是繼電器或紅外線(IR)，也可以增加室內無線遙控的控制功能。系統還可以提供X-10和LonWorks Gateway的電源線和匯流排控制方式。

－ 三表資料獲取、傳輸和統計

　　家庭自動化系統通過三表資料獲取和傳輸模組，可以實現家庭內電錶、水錶、煤氣表讀數(脈衝方式)的採集和存儲。並通過住宅社區監控中心電腦軟體設定每一家庭用戶每月向社區監控中心傳輸所採集的使用讀數的時間和次數。社區監控中心電腦將傳送來的資料進行統計和換算，並通過印表機列印每一戶每一個月用電、用水、用氣的讀數和應交納的金額。中心電腦軟體同時具有查詢社區任一戶三表在若干月內的使用讀數和已交或欠交費用的狀況。

3) 家庭自動化系統的配置

　　在家庭智能化系統控制單元，應採用家庭匯流排技術(HBS)，只需增加智能化控制模組和三表資料獲取和傳輸模組，就可以實現家庭自動化控制功能。

3 家庭通訊與網路功能及系統配置

1) 家庭通訊與網路基本功能
— 通過電話線路傳輸雙向語音和資料及遙控指令
— 採用數位式電話系統
— 具有聲音郵件信箱功能，可分別進行遠端留言與來電資訊調用功能
— 採用五類雙絞線的智能家庭匯流排(IHBS)結構
— 可採用X-10電源匯流排方式
— 留有ATM和HFC高速接入網介面

2) 家庭通訊與網路功能描述

－ 家庭智能匯流排功能

　　在社區內的每一個獨立家庭中採用全五類雙絞線敷設的家庭智能匯流排系統，可以提供每一個家庭兩個電話語音點，兩個10Mbps網路傳輸速率資料點和10個家庭保安與自動化監控資訊點。並留有與X-10、ATM，以及HFC高速網路接入形式的通訊介面。

－ 數碼錄音與應答功能

　　家庭通訊系統採用全數位式電話錄音和應答方式，當系統設置為離家模式後，如有來電時，系統可放置預先錄製好的留言回答來電者，然後來電者也可以留言。屋主只要輸入自己的密碼就可以遠端調聽這些來電者的留言，家庭通訊系統可提供13分鐘的數位RAM錄音區(無需磁帶)。

　　家庭通訊系統具有另一項功能是電子聲音郵件信箱，它允許家庭多個成員分別使用這個電子聲音郵件信箱。如母親離家時可留言給孩子：“食物在微波爐裏，不用等我回來”，或丈夫從辦公室遠端遙控留言：“因開會將遲回家”。當留言物件回家後，並用自己的密碼解除（每個家庭成員都可以有自己的密碼）“離家保護模式”時，相應的留言就會自動播出。電子聲音郵件信箱與數碼電話錄音/應答是兩個相互獨立的存儲區。由於家庭通訊系統可以直接連接到電話線路上，因此它可以通過任何一個家庭用小型PABX進行撥接。