智能家居的特点及所需传感器的挑战

随着人们生活水平的提高，居住环境在不断改善，居住面积也在不断增加。互联网的兴起所带动的电子产品和设备的爆发式增长也令我们的生活更加电子化和智能化，智能家居因此逐渐走进了我们的生活。

如今，“智能家居”早已不是一个新鲜的概念或者炒作的噱头，而是一个已经高度垂直化、细分化的产业，它也几乎渗透到了我们生活中的各个角落，例如灯光、影音娱乐、环境控制等等，市场上各式各样的智能产品层出不穷，像扫地机器人、智能家电、智能穿戴设备等，它们的出现给我们的生活带来了诸多便利。智能家居正逐渐从单一维度的功能满足向场景化、系统化的多维度智能解决方案发展。

ams 资深现场应用工程师 赵智慧

1   智能家居的三个应用方向

智能家居在近些年有着快速的发展，这既得益于科技的进步，也离不开其本身价值所填补的需求空档。笔者认为以下三个方面的应用方向是智能家居的需求所在，也是发展的主要方向。

1）功能满足。正如同镰刀、斧头、电钻、叉车，它们作为生产工具可以帮助人们提高工作效率，节省工作时间，智能家居也如同人们生活中一件趁手的工具，帮助我们节省人力物力，并将生活打理的更得当。智能的安防、门锁系统免除了我们用钥匙开门的麻烦和安全隐患，也降低了楼宇、小区安全方面的人力成本；扫地机器人的出现解放了很多人的双手，让他们下班回到家中有更多的时间用于休息和娱乐；一些传统的家电，例如洗衣机、冰箱，在加入了“智”的维度后，令操作到反馈这个闭环系统更加完善，使用起来更加方便。所以，但凡是可以切实满足我们生活中的使用需求，提升我们生活效率的智能家居产品都会有着宽广的发展前景。

2）高效节能。如今，气候变暖、能源枯竭、环境污染等问题已不应该仅被环保人士们所殚精竭虑地倡导，而应该是全人类共同的关注话题和急需解决的问题。智能家居作为产能的消耗者也有责任为节能减排分担一份力量。例如现在用于办公或者家庭的智能灯光系统，如何通过传感系统判断使用者的状态从而减少灯光的用电量，便是它设计的一大功能之一。像新风和空调系统也会有类似的设计，从而自行调节压缩机的功率以减少能耗。

3）智能感知。对于很多消费者而言，智能家居对他们的吸引力也在于它“智”的一面，它不仅仅是一项工具，而成了我们身边的一位活生生的顾问，能够“思”我们所不想，“体”我们所不察。还拿灯光来举例，我们对于光线的强弱虽有感知，但是无法做到将其具体量化，而灯光系统就可以探测环境中，室内室外的光强的具体数值，与窗帘系统配合，自动调节灯光亮度和窗帘开合角度，为我们创造出更加舒适的休息或者阅读环境。而对于一些我们难以感知到的环境中的有害气体、低频噪声、身体健康的状况等都正在通过智能家居更加敏感的“神经”先于我们发现问题，发挥他们的“智慧”所长。

2   智能家居对传感器的需求

我们之所以被称为智慧生物是因为我们可以执行：由感官系统感知外界环境，由大脑进行分析和判断，由身体实施反应和行为这么一套“感—思—动”的流程。

智能家居之所以能称为“智”，也是因为它具备：由传感器采集数据，由核心芯片进行计算并发出信号，由执行器进行操作，这样一个相似的工作流程。可以看出，想要实现“智”的功能，须有感知的“能”作为前提。有了丰富、精确的感知力，“智”的应用才能得以延伸。

1）设备的“感知力”主要由传感器和传感芯片来实现，能否在这方面实现技术和功能突破对于智能家居的功能、性能和体验的提升至关重要，这也是开发设计时的一大难点。

传感器的精确度。精确度能够最直观的体现传感器的性能和使用体验，相对于工业生产中的整齐和有规律的作业场景，居家场景更加个性化、分散和随机，所以这对于传感器的精度提出了较高的要求，以适应不同环境下的工作场景。

2）兼容性。应用在智能家居中的传感器种类众多，例如光、压力、温湿度、磁力等，它们所处理的数据类型各不相同，并且传输的方式也有诸如TCP/IP、232 协议、485 协议、红外等不同形式，如何在处理器端兼容这些数据类型进而将更多的设备融入到智能家居系统中，也是一个开发的重点难题。

3）不同于商用和工业中应用的智能系统设备，家居的使用会相对缺少对于设备的定期维护，单个设备的维护成本也就相对较高，然而设备的使用频率和重要性却不亚于商业用途。为了降低维护的成本，对于传感设备的耐用性、可校准性也提出了高要求。

3   ams的1D飞行时间传感器

传感器是ams 的重点研发领域，其产品也应用在众多智能家居的细分领域内，例如灯光照明、环境监测、门禁系统、家电、家用机器人等。

家中的智能化设备要根据不同的环境做出响应，并且要尽量避免人为干预，应用不同的传感器种类时也会产生不同的使用效果。红外传感器是相对来说应用比较广泛的一类，特点是成本低、能耗小，但是也容易受到环境中光和温度的影响，使其在一些条件下灵敏度下降。

三角测距传感器多用于定位相关的应用，它有较高的准确性和较低的造价，但是由于体积偏大，在越来越讲究功能和美观并举的智能家居市场环境下，其应用空间也受到了限制。而ams 近年来推出的1D 飞行时间(TOF)传感器则可兼顾众多优点于一身，具有高精度、测量时间短、多物体识别、抗污渍和自动校准等特点。

类似于蝙蝠的声呐系统的测距原理，飞行时间传感器在测量时通过激光发射器向障碍物发射红外光，根据光的发射与障碍物反射后返回至传感器之间的时间差，便可以在相对运动中精确的测量物体与传感器之间的距离。

1D 飞行时间传感器目前已经得到了广泛的应用，尤其是在动态测距，高精度需求的场景中有十分优异的表现，例如用于扫地机器人的障碍物识别，楼梯内安防检测，智能电视的人体靠近检测，智能灯的靠近点亮，投影仪的人眼保护以及自动对焦功能等应用场景。

当然，正如上述问题所讲到的，智能家居正逐渐向系统化的解决方案发展，应用其中技术尤其是传感器技术也会更加复杂和综合化，针对不同的个性化场景，通过结合不同的技术和产品，使其互相取长补短，利用全面的技术手段覆盖多样化的解决方案也是我们行之有效的策略。

（本文来源于《电子产品世界杂》志社2021年2月期）