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SmartHome项目商业计划 |
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基于能量收集的 免电池无线智能家居系统 |
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IA-SmartHome团队 |
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2012.12 |
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l 基于无线的智能家居解决方案，节省施工成本； l 基于能量收集，所有传感器将不再使用电池，免去更换电池的维护工作，同时更加节能环保。 l |
关键词：物联网 | 能量收集 | 智慧建筑｜节能减排 | 资源循环目录：
3.2. 低功耗无线传感技术.................................................................................. 31
5.2. 市场机会与典型客户.................................................................................. 38
6.2. 使用电池的无线智能家居系统.................................................................. 42
A：高交会优秀产品奖....................................................................................... 47
E：产品开发过程中的一些照片....................................................................... 50
1. 概述
1.1.
项目简介
IA-SmartHome系统是一个旨在连接家庭中的各种设备，借此实现智能化的查看、控制的系统，一方面让用户更加方便快捷的查看和控制家里的设备，另外一方面使得设备能够智能化的适应环境的变化，进行相应的自动化控制，以便更加的舒适、节能。
IA-SmartHome系统结构图如下所示：
图 3 IA-SmartHome系统结构图
同时，更为重要的是，该系统中的无线传感节点，将全部舍弃电池供电的方案，全部采用能量收集技术，特别是基于压电机械能收集技术和室内弱光的能量收集技术。同时，今后还将引入热能收集技术、电磁能收集技术等，为系统的传感节点供电。
图 4 IA-SmartHome系统各层模型
本项目以能量收集技术为出发点，致力于打造一个节能、环保的智能家居系统。实现的主要功能有：
（一）基于光能/机械能的能量收集装置（为智能家居系统终端提供能量）。
（二）家电的智能控制和远程控制（如电器的自动控制和远程控制等）。
（三）安全防范（实时监控，并自动向中心发出报警信息并紧急处理）。
基于上述功能定义，在基于能量收集的家居监控系统应用需求分析的基础上，确定包含光能能量收集装置、无线家居网络、家居网关和远程客户端。
本项目是将能量收集技术与智能家居技术相结合，实现智能家居的“无线、无电池、免维护！”。
1.2.
项目背景
随着不可再生能源的逐步减少以及矿物类资源生产、使用中产生的各种污染问题，各国都在用政策的、法律的手段逐步加大对可再生能源和清洁能源的开发利用，并努力提高其在整个能源使用中的比例。新能源以太阳能、风能和核能等为主，而能量的收集是新能源的开发和使用的基础。能量的收集方式有多种，例如压电能量收集、电磁能量收集和光能能量收集等。能量的产生方式也是随处可见，例如我们按下开关和太阳的辐射以及室内微弱的光线。
Global Information,Inc.以发行由Pike Research所出版的报告《Energy Harvesting-Photovoltatis, Piezoelecric, Electromagnetis, and
Thermoelectric Technologies for Consumer and Industrial Applications:Market
Analysis and Forecasts》中预测，能量收集用仪器之出货台数预计今后数年将大幅增加，并由2010年之2,930万台（几乎为动能手表及无线感测器网路）成长至2015年之3,540万台（消费者用、工业仪器、多元性）。随着功能及技术成本之改善，能量收集于消费者用至工业仪器领域等，将可替代传统电池，并越来越具吸引力。2015年能量收集用仪器之总出货台数中，预计42%为消费者用产品之市场。工业应用预计将占有大半之能量收集市场，并以超越100%之年复合成长率成长。
市场研究公司IDTechEX在2012年发表的题为“2012年能量收集行动”报告中指出，2011年在能量收集元件本身方面的支出已达7亿美元，预计到2022年将增加到接近50亿美元。可见能量收集正在成为各国研究的重要课题，独特的能量收集技术也是各大商业公司的核心竞争力。
物联网技术正处于风生水起、方兴未艾的跨越式发展阶段。2003年，美国《技术评论》提出传感网络技术将是未来改变人们生活的十大技术之首。2009年1月28日，奥巴马就任美国总统后，IBM首席执行官彭明盛向奥巴马提出“智慧地球”这一概念，建议新*投资新一代的智慧型基础设施。当年，美国将新能源和物联网列为振兴经济的两大重点。
在中国，2009年8月*总理视察中科院无锡物联网产业研究所，提出“感知中国”的概念，物联网被正式列为国家五大新兴战略性产业之一，写入“*工作报告”，受到了全社会极大的关注。
根据易观国际(AnalysysInternational)最近发布的国内首部物联网全景报告《中国物联网白皮书之一——无线传感器网络的机遇与挑战》中数据显示，作为物联网现阶段发展核心的无线传感器网络(WSN)产业，其市场规模将在未来两年内增长15倍，达到40亿元。无线传感器网络的发展，还将带动RFID等其他物联网产业，为其提供更明确的应用方向和更丰富的市场机会。无线传感器网络已经成为*推进物联网发展的首要着力点，在*的高度关注和明确支持以及产业的技术发展、需求推动等协同作用下，中国无线传感器网络市场将在未来一段时间内以超过200%的年均复合增长率增长，并于2015年达到200亿元人民币的规模。而无线开关正是属于无线传感网络的范畴，必将随着整个产业的发展而得到快速发展。
与此同时，无线传感器网络也面临着延长节点工作时间、增加通信距离、小型化、标准化等技术挑战和寻找应用场景等市场挑战。特别是更换电池带来的维护成本和环境污染足以抵消无线带来的方便。也正因为如此，能量收集技术成为物联网及无线传感网络中的一个亮点。随着微功率器件的出现，当电子电路的消耗从毫瓦降至微瓦时，以电网或是电池为电子电路提供能量的做法或将成为历史，而收集并利用周围能量的供给方式将进入人们的视野，给人类生活带来深远的影响。世界著名电子技术类杂志《EE Times》将能量收集技术评为2010年十大新兴技术之一。
物联网是互联网的延伸，M2M 是当前的主要应用。物联网的远景目标是把所有物品连接到互联网，组成一个超大的智能网络。通俗地说，物联网是让一切物品连上网络，物品之间可以直接对话和自动反应，这样人们可以在任何时间、任何地点、任意地了解到任何物品的状况，并且可以进行有效的控制。其中智能家居是物联网的重要分枝。
图 联网三层构成
目前智能家居得到了日益的重视和发展，但与此同时，传感器的供电问题依然制约着智能家居的进一步发展。本项目是将能量收集技术与智能家居技术相结合，实现智能家居的“无线、无电池、免维护！”
图：基于能量收集的智能家居与相关行业的关系
1.3.
项目来源
本项目属于团队自筹项目。团队成员依托于相关的研究单位和学校支持，一直从事相关技术的研究，承担和参与了如下所述的相关大学生创新项目，从中进行了深厚的技术积累和对相关产品开发的需求的了解。
（1） 《基于光伏发电的电动公交车巡航充电系统》的光能能量收集的成果和积累;
（2） 《基于ZigBee无线网络的家居控制系统的研究与应用》中对于Zigbee通信技术、传感节点技术的成果和积累。
（3） 《基于android系统的智能家居监控管理系统》中对于智能家居体系结构、节点设计的积累。
（4） 《基于物联网的施工安全监控系统》和《物流仓库低成本短信监控系统》的环境参数采集成果和积累；
（5） 《基于Android的远程监控终端软件的研究与实现》的远程终端控制成果和积累；
（6） 《基于Android系统的家用智能机器人控制器》中对家庭服务需求的研究和成果。
（7） 《面向服务的智能机器人控制器》的传感器控制成果和积累；
（8） 《嵌入式家居监控系统研究与设计》的家居系统的开发成果和积累；
本团队及指导老师所在实验室，一直致力于研究智能家居相关的技术和相关产品开发，掌握了智能家居所涉及的无线通信技术、智能控制技术等。包括从控制系的嵌入式实验室、国家教育部复杂系统研究生开放实验室、国家图像智能重点实验室以及控制学科一级学科平台获得技术支持，并依托于华中科技大学控制系的武汉RFID生产力促进中心
但在进行相关研究的同时发现，智能传感器的供电问题是制约基于无线技术的智能家居进一步发展的因素，因此团队开始进行“能量收集”技术研究和开发，目前已经具备一定的研究成果，成功实现了基于能量收集技术的传感器供电技术，因此，接下来计划进一步完善该技术，同时开发相关的产品。
2. 产品与服务
2.1. 产品描述
IA-SmartHome系统是一个旨在连接家庭中的各种设备，借此实现智能化的查看、控制的系统，一方面让用户更加方便快捷的查看和控制家里的设备，另外一方面使得设备能够智能化的适应环境的变化，进行相应的自动化控制，以便更加的舒适、节能。同时，更为重要的是，该系统中的无线传感节点，将全部舍弃电池供电的方案，全部采用能量收集技术，特别是基于压电机械能收集技术和室内弱光的能量收集技术。同时，今后还将引入热能收集技术、电磁能收集技术等，为系统的传感节点供电。
系统旨在将家居及楼宇中的各个部分进行连接，包括照明控制、窗户控制、环境检测、安全监测、门禁控制等各个方面。
图：智能家居的功能设计
2.1.1.系统组成
要具体实现上述功能，需要各个部分来共同完成，系统的组成如下所示，主要由无线家居网络、家居网关和客户端组成。
图：智能家居系统组成
更具体的来看，系统将包含：各类免电池的传感器和执行器、能够将传感器和执行器相互联系起来的网关、客户端软件如运行于Android的管理软件。如下图所示：
图：智能家居系统的具体组成
图：智能家居系统的具体组成
2.1.2.免电池无线传感器
对环境的自动感知是实现智能家居系统的基础条件，比如要实现“人来灯亮，人走灯灭”，那么首先就需要实现对人体的感知检测。如前所述，有线方式的传感器将带来布线的工程费用，且不便于后期检修。而使用电池的无线传感器则需要更换电池，带来额外的更换电池的维护费用和电池耗尽之后系统失效的风险。因此，我们着眼于开发各种不需要电池的传感器，那首先就需要解决能量的来源问题，如何从环境中收集足够的能量供传感器使用。
一个典型的能量收集技术如下图所示：
图：能量收集的典型框架
能量收集系统包含能量收集模块和处理器/发送器模块。能量收集模块从光、振动、热或生物来源中捕获毫瓦级能量。可能的能源还来自手机天线塔等发出的射频。然后，电源经过调节并存储在电池、高效快速充电电容器或其中一个新开发的薄膜电池内。系统随后按照所需的间隔触发，通过低功耗系统读取传感器数据。此数据在经过处理后将传送到基站。这种 EH 系统消除了对电池电源的依赖并且减少了系统维护的需要。
目前我们团队已经成功开发出基于室内弱光能量收集的无线传感技术，在室内弱光下能够支撑无线人体感应器、门窗磁感应器、无线温度传感器的应用，并且在黑暗环境中能够续航3—5天。
在无线传输方面，我们将采用定制化的Zigbee GreenPower技术。Zigbee GreenPower是Zigbee联盟面向能量收集领域推出的最新的技术标准。
开关和调光器等多种产品现在可以很容易地使用能量采集装置来供电，而不是用电池或交流电源，一种免维护的环保解决方案由此诞生。GreenPower是ZigBee PRO功能集中的一项可选功能。ZigBee PRO功能集是最近经批准发布给该联盟成员的增强型ZigBee 2012规范的一部分。GreenPower大大扩展了ZigBeePRO的能力，进一步巩固了其作为全球无线传感器和控制网络以及物联网标准的领导地位。有了ZigBee PRO GreenPower产品，消费者和企业可以将ZigBee装置添加到更多领域中，包括无法使用电力供应、出于安全考虑或保护文物等目的而禁止使用电源的地方。并且，基于GreenPower的无线传感器能够与普通Zigbee传感器及控制器进行交互和通信。
图：GreenPower节点与普通Zigbee节点的融合
目前，我们团队是国内最早进行这方面研究和开发的团队，首次将能量收集技术和GreenPower技术进行了整合，开发出免电池的智能家居传感器产品（Demo）。目前已经开发的产品原型包括：
1.免电池开关
酒店、大型办公楼里面一般安装有成百上千个开关，若安装电池、不断更换电池会非常麻烦，物业的维护成本也非常高。使用基于能量收集的免电池开关则彻底解决了这些烦恼，由于免电池开关本身比较特殊，使用时只需要按压；开关便能将按压过程的微弱能量收集起来，再转化成电能给无线电使用。
2.免电池光照传感器
无论是在只有微弱光线的室内，还是在太阳直射的强光的户外，免电池光照传感器可利用自身的光电材料吸收大量的光子，当光子足够多从而能激活光电池中的电子，形成电子流以电能的形式供传感器自身使用或者存储起来，供给照度传感器和无线电路来使用。传感器会定期通过无线发送测量的结果，或者当照度的变化值大于某一个阈值的时候，也会立即发送更新后的测量结果。
3. 免电池人体传感器
人行走时产生的能量、上肢摆动时产生的能量和人体表面散发的热量通过压电式耦合能量收集装置收集来自人体的生物能，为人体传感器的无电池化提供了可能，同时利用所收集的能量驱动无线网络，将信息以无线电信号的形式发出，便于随时随地对人的生理参数进行实时监控。“免电池人体传感器”可以随时检测人体的信号，如果探测到人体的运动，就将发送信号。同时，如果超过30分钟没有任何变化，传感器也会发送一个信号来表示自己的存在，以便系统检测和自动维护。
图：基于机械能的无线开关
图：基于光能的无线窗磁传感器/人体感应器（效果图）
2.1.3.智能执行器
要想实现家庭电器的自动化控制，离不开最终执行控制命名的执行器，如：用于照明控制的智能开关接收器、用于普通电器开关的智能插座等，这些执行器可以接收来自网关或传感器的指令，进而进行动作。同时，一些执行器还将同时承担传感器的功能，比如智能插座将对所接用电器的功耗进行测量。
图：智能家居执行器
不同的智能执行器有不通的功能，如智能插座，能够测量通过此插座的用电器的能耗，并通过无线定时地传输数据至信号集中器。
2.1.4.家居网关
智能家居系统的网关，相当于远程服务器，网关模块是整个智能家居控制系统的核心模块，它不仅具有数据信息汇总功能，同时又具有数据分析处理的能力，通过对采集到的数据进行集中式分析实现对家庭智能化设备的统一管理。网关不仅是数据汇总的模块，同时也是家庭内部网和外部网络，如Internet，GRPS，手机等外部网络进行数据交互的桥梁。[3]家居网关作为智能家居控制系统不可缺少的一部分，嵌入式GUI软件可以为用户提供清晰直观的家居使用情况，并方便用户轻松控制各个家电。随着嵌入式系统的技术日趋成熟，发展速度越来越迅速，将其用于网关服务器上，是监控系统未来发展的方向之一。目前智能家居的主流技术也是嵌入式，在 TCP/IP协议和WWW规范的支持下，合理组织软硬件结构，使客户端通过访问网关服务器来及时获取自己权限下的所有数据并做出响应。因此，本系统的网关采用嵌入式技术。
本家居网关旨在设计一个智能家居节点的统一访问接口，使用户能够在该网关上很方便的看到家居节点的各种信息并进行控制，更为重要的是，该网管对上层提供GPRS及/或3G接口，使用户能够通过移动终端设备（如手机、平板电脑）等随时随地访问家居节点进行查看和控制，包括基础控制和视频监控等等。
家居网关的硬件平台采用以ARM 11嵌入式处理器为核心的硬件架构，在其上移植了Android运行环境，并进行应用软件软件，完成视频采集及处理模块、无线网络管理模块、图像用户界面（可选）等各个部分的设计，使系统具备视频监控、无线网络传输、以及为远程客户端提供数据服务等各项功能。同
在与远程终端的通信方面，采用目前正广泛使用并还将继续发展的3G及GPRS，由于目前智能手机大量普及，手机等移动终端设备成为用户访问智能家居的最佳途径，这也于目前的物联网、移动互联等发展潮流相符合。
图：家居网关配置界面
通过带屏版本的网关，就可以直接完成对智能家居的监控和管理。包括：能耗管理、电器管理等。
能耗监测：
能耗监测需要完成两个功能：一是统计智能家居系统中各用电器的用电量，以表格的形式列出；二是统计某用电器某日或某月的的用电量，并展示到坐标轴上。“能耗监测”界面如图所示。
图能耗监测界面
图能耗监测：用电百分比界面
电器控制：
用户通过“电器控制”界面，可以实时控制无线节点的开关，并能够建立定时任务，对无线节点实施定时开关。“电器控制：开关控制”界面如图3.7所示。
图电器控制:开关控制界面
图3.8 电器控制：定时任务新建界面
模式设定：
通过“模式设定”界面，用户可以根据需求对某些用电器实施一键控制。“模式设定”界面如图所示。
图模式设定界面
根据用户需求，有四个模式可供选择，点击对应的图标，则进入对应的模式设定子界面，如图3.11所示为“ComfortMode”。
点击“返回”按钮，则进入主界面，如图3.1所示。
图3.11 模式设定：ComfortMode界面
节能助手：
节能助手可以显示一些节能小常识，并能够按照用户需求，在每日或每月的用电量达到一定额度后进行提醒。“节能助手——节能小常识”界面如图3.12所示。
点击“返回”按钮，则进入主界面，如图所示。
点击“节能提醒”，则进入“节能助手：节能提醒新建”界面，如图3.13所示。
图3.13 节能助手：节能提醒新建界面
2.1.5.客户端软件
目前智能手机/平板已经大面积普及，通过手机/平板控制智能家居是最方便的一种方式。目前比较主流的系统包括Android、iOS、WP等。目前我们所开发的客户端软件是基于Android，毕竟Android是目前占有率最高的系统。
图：客户端软件运行于手机的实物图
图：软件主界面
图：登录界面
图：电器管理和监控界面
图：情景控制管理界面
2.2. 产品配置
基于免电池无线开关等设备，可以构建更加复杂的控制系统。目前在智能家居中主要的应用系统包括智能照明系统、智能空调系统、智能工业系统。针对办公、酒店、家居这3大主要应用场景，我们提供了完整的从简单到复杂的完备的解决方案（部分产品正在开发中）。下图描述了我们在整个产业链中的位置以及我们的拓展方向：
具体地，针对不同的需求，我们提供不同的解决方案：
针对照明系统，可以针对不同的需求有不同的配置：
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编号 |
系统组件 |
最简版 |
简单楼宇型 |
简单单户型 |
智能楼宇型 |
智能单户型 |
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1 |
免电池无线开关 |
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2 |
免电池光照传感器 |
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3 |
免电池人体传感器 |
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协议转换网关 |
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8 |
局域网终端接入 |
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8 |
外网终端接入 |
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针对家居系统，进行如下配置：
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编号 |
系统组件 |
最简版 |
简单遥控版 |
简单WIFI版 |
智能WIFI 版 |
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1 |
免电池无线开关 |
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2 |
无线遥控 |
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3 |
免电池人体传感器 |
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8 |
*控制器（以太网或WIFI接口，局域网控制） |
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8 |
手机远程控制 |
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针对酒店的配置方案：
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编号 |
系统组件 |
最简版 |
升级版 |
楼宇互联版 |
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1 |
免电池无线开关 |
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2 |
免电池无线插卡取电开关 |
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3 |
免电池人体传感器 |
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协议转换网关 |
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相比同类型的系统方案，使用上述系统方案，能减少安装花费15%，减少改造费用70%，后续最多可节省电能40%，既能实现建筑的智能化，更能为用户带来经济实惠。
3. 创新特征与关键技术
该项目主要涉及的相关关键技术为能量收集技术和低功耗无线传感技术。
3.1. 能量收集技术
一个典型的能量收集技术如下图所示：
图 典型的能量收集技术图
能量收集系统包含能量收集模块和处理器/发送器模块。能量收集模块从光、振动、热或生物来源中捕获毫瓦级能量。可能的能源还来自手机天线塔等发出的电磁波。然后，电源经过调节并存储在电池、高效快速充电电容器或其中一个新开发的薄膜电池内。系统随后按照所需的间隔触发，通过低功耗系统读取传感器数据。此数据在经过处理后将传送到基站。这种 EH 系统消除了对电池电源的依赖并且减少了系统维护的需要。
环境能源包括光、温差、振动波束、已发送的RF信号和其他任何能通过换能器产生电荷的能源。下表说明了各种能源所能产生的典型能量值及可提供电力供给的典型应用。
一般来说，可利用机械震动、光能、温度变化、电磁场、化学能、风、热等方法。前两种方法的应用技术成熟，应用范围广，相关器件的产品较多，现阶段具有较强竞争力和应用前景。此处介绍基于机械能和光能的两种收集方法。
目前我们团队目前正在开发基于室内弱光能量收集的无线传感技术，目标为：在室内弱光下能够支撑无线人体感应器、门窗磁感应器、无线温度传感器的应用，并且在黑暗环境中能够续航3—5天。
3.2. 低功耗无线传感技术
在无线传输方面，我们将采用定制化的Zigbee
GreenPower技术。Zigbee
GreenPower是Zigbee联盟面向能量收集领域推出的最新的技术标准。
图：Zigbee协议所包含内容示意图
开关和调光器等多种产品现在可以很容易地使用能量采集装置来供电，而不是用电池或交流电源，一种免维护的环保解决方案由此诞生。GreenPower是ZigBee PRO功能集中的一项可选功能。ZigBee PRO功能集是最近经批准发布给该联盟成员的增强型ZigBee 2012规范的一部分。GreenPower大大扩展了ZigBeePRO的能力，进一步巩固了其作为全球无线传感器和控制网络以及物联网标准的领导地位。有了ZigBee PRO GreenPower产品，消费者和企业可以将ZigBee装置添加到更多领域中，包括无法使用电力供应、出于安全考虑或保护文物等目的而禁止使用电源的地方。并且，基于GreenPower的无线传感器能够与普通Zigbee传感器及控制器进行交互和通信。
图：基于Zigbee技术所能构建系统示意图
图：Zigbee技术在智能家居中的应用
目前，我们团队是国内最早进行这方面研究和开发的团队，首次将能量收集技术和GreenPower技术进行了整合，开发出免电池的智能家居传感器产品。
4. 商业模式
为尽快抢占市场，采用各取所长，互利互惠，利益共享，迅速推广的合作宗旨。我们团队一方面推出自有品牌的智能家居产品，同时将核心模块（能量收集模块和无线传输模块）提供给其他厂家，同时搭建模块二次开发平台，寻求厂商合作，为厂商提供从免电池无线控制设备到免电池无线电气控制解决方案的技术支持，将上层的产品集成、生产、销售、维护工作转移到厂商。
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图：团队商业模式示意图
平台型商业模式可以描述为：我们团队（公司）可提供基础模块、技术支持、客户关系3大支柱，搭建免电池无线电气控制技术开放式平台。基础模块方面，提供基础能量收集模块供合作公司进行二次开发以及后续的二次生产；技术支持方面，为合作公司的二次开发提供基本的技术方案，为公司的产品生产提供相关建议，为上层整个系统方案的构建和维护提供技术保障；客户关系方面，我们团队（公司）在免电池无线产品的相关推广上已经有一定的客户关系，为使得免电池无线产品能够更好更快的占领市场，我们团队（公司）可向生产合作公司提供相关客户关系，提供一定的市场销路。在这3大支撑下，加强了合作公司的研发、推广能力，可以使合作公司能尽快度过二次开发、生产的前期阶段，尽快从产品的销售和维护等服务中获得利润，能够更好更快的盈利。同时，我们团队（公司）也从这3项平台性服务中获得相关的收益，来维持平台和公司的正常运作，同时进一步完善、扩大合作平台。
5. 市场与销售
5.1. 市场容量
根据市场估算，物联网市场空间远大于当前互联网，其总量与人口数相比可能是十倍数的关系，而智能家居则是物联网的及其重要的一个组成部分。
图 物联网市场规模
2003年，建设网络化家庭所带来的市场总值高达4500亿美元，其中3700亿美元是智能信息家电硬件产品的价值，其余是软件和建设支持服务的费用。预计不久之后，50%以上的新房将具有一定的“智能型家居功能”。同时随着技术的成熟其成本也越来越低，这更加有利于该类产品的普及。智能家居将大大改变人们的生活方式和工作方式，带动房地产业、智能化装修、小区服务中心、传统家电企业等相关产业的发展。家居数字化、建筑智能化及相关技术产品正在得到发展，智能化家居将逐步走入人们的生活。
目前美国的智能建筑、智能家居一直处于国际领先地位。但由于我国家居生活方式与国外相差甚大，因此开发适合我国家居特色的智能家居产品显得非常重要，但一旦开发成功，其市场规模将是极其巨大的。
就目前而言，智能家居在一些技术上得到了突破，但依然有一些问题需要解决。比如有线网络使其对于已经装修好了的家庭极大的提高了安装难度，非智能化的网络使其针对每一户家庭都需要进行特别的设计和配置，增加了难度和成本等，如果解决了这些问题，智能家居的市场将会迅速扩张。
另一方面，研究机构ABI Research做出预测，能源采集系统的市场到2016年将达到418，000，000美元。美国IDTechEx公司发布的调查报告表明，在2011年，1千6百万能量收集设备用于无线传感网络，创造了1375万美元的市场收益，能源采集系统的市场在2021年将达到40亿美元。世界著名电子技术类杂志《EE Times》将能量收集技术评为2010年十大新兴技术之一。
图：能量收集市场规模
5.2. 市场机会与典型客户
目前物联网技术迅猛发展，随着生活水平的提高，智能家居行业也即将大规模发展。目前主流的智能家居系统还以有线方式的为主，且基本以国外品牌为主。但随着无线技术的发展，今后的智能家居系统将主要以无线系统为主，在这个新的行业里面，新进入者还有机会从传统厂家中获得份额。
但针对基于无线的智能家居系统，传感器的供电、更换电池一直是一个制约因素，目前国外公司有开发出基于“能量收集”的智能家居系统，但是其价格非常昂贵，大大超出了国内用户和工程商的接受能力。比如德国EnOcean公司的基于能量收集的解决方案已经在欧洲和美国得到了一定规模的应用，但其价格是动辄上千元甚至几千元一个传感节点，国内用户无法接受。另外一方面，国内目前从事这方面研究和开发的还相对较少，这方面的需求没有能够得到满足，因此，我们此时进行这方面的研究和产品开发能够填补这方面的需求空缺，提供给人们更加方便、舒适的生活，已经更加环保的生活。
图：市场机会
原则上凡是存在指挥调度
协同管理等需求的*部门、商业企业和个人用户都是智能家居的潜在客户，智能家居不仅要实现人对人、人对物、物对人的信息自动化，还要实现物与物之间的信息自动化，对于智能家居的目标客户面向人群的客户群可划分为个人、集团和家庭三个市场，在向面向非人群的客户群中出现了物，所以有面向人的客户群的营销服务，还有面向非人的即面向物的客户群的营销服务。
当然面向物的客户群是不能和相关的人的客户群割裂开来营销服务的，而是需要有机地结合起来。可营销的目标客户分类如下
*部门：*、海关、交警、消防、公共设施、社区服务。
社会服务：医院急救、体育场馆、文化团体、大中小学校。
商业服务：旅游、饭店、娱乐、餐饮、物业、银行。
企业集团：油田、大型
厂矿、 农场畜牧、林业、房地产。
贸易运
输：公交出租、邮政快递、 仓储物流。
大型活动：展览会、运动会、大型会议、集会活动。
个人用户：大众社团、家族成员、私人俱乐部。
5.3. 市场定位
产品的其定位和价格在不同的阶段有不同的体现。智能家居系统从最终来讲是应该成为门槛低，经济实用，普惠大众的绿色产品。但是在产品推广的初期，有必要将其作为高端产品来推广，原因如下：
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在市场发展初期，生产规模较小，不能产生规模效益，产品成本相对较高；
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普通用户习惯于使用传统意义上的有线开关产品，接受新产品需要时间；
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在产品初期定位在高档，能强化产品高科技高品位的价值观，提升了产品的附加值；
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向大企业大客户推广有助于加快资本回流，有利于公司的正常运转；
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定位于高档产品便于借助媒体力量帮助宣传，扩大影响。
使用EnOcean技术的英泰力和绿拓仅仅开关就1000元/个，其4路接收端单价在2000元左右，折算下来每对开关控制的价格在1500元。因此，在初期我们即使定位高端产品，依然有价格优势。
在市场逐步打开逐步成熟的时候，再逐步降低售价，实现取代传统电气控制设备、系统的目的，实现建筑电气控制的革命。
5.4. 营销方式
在营销方面，采取“先重点，再铺网”的方式。
从地域上，先集中力量在较为发达地区，如北京、上海、广州等，而不是在全国范围内大面积宣传。
在渠道方面，一开始不必花费大量资金进入传统家装建材市场建设和铺货，而且由于用户对该免电池无线开关的认知度还不高，因此即使进入家装市场之后也未必会有很好效果，因此可以考虑与家装公司合作的方式。采用代销返利的合作形式，由我司提*品样品→装修公司向终端客户推荐→客户使用付款→公司为代销提供返利这几个步骤进行。利用这一渠道可以增加用户对智能家居的认知度和接受度，同时降低对产品库存量的要求，进而降低资金积压。
另外，对于其他智能家居产品生产商，由于各智能家居产品生产商的产品不尽相同，在很多地方可以形成优势互补，这对于智能家居这一全新生活方式的推广是非常有好处的，通过相互合作，实现智能家居的样板化，甚至形成智能家居的产业联盟，达到合作共赢的局面。
6. 竞争分析
与我们产品相竞争的产品可以分为两类，一个是基于传统有线方式的智能家居系统，一个是基于电池的无线智能家居。下面分别对两者进行对比分析。
6.1.
有线智能家居系统
自从贝尔发明了电话，有线的通讯方式便诞生了，摩托罗拉公司蜂窝无线通话技术揭开了无线通讯的历史篇章。到底是有线通讯方式好，还是无线通讯方式更胜一筹，如今这些通讯技术碰撞的硝烟也弥漫到智能家居的领域。
长久以来，国际智能家居行业的先行者们无一例外的都站在了总线制综合布线的阵营里。即以有线通讯方式为研发基础，开发了诸如E-BUS、EIB、ApBus、CAN总线、X-10控制总线、PLCBUS、CEBus总线、485总线等现场总线通讯协议。说到底无非就是各厂家加密通讯协议的区别，本质上并没有变。通讯技术是智能家居技术发展中的重要一环，有线技术相比无线技术，哪个更胜一筹？我们团队详细分析了有线智能家居系统与无线智能家居系统各自的优缺点，从而决定了我们的研究发展方向。
智能家居综合布线产品可以说是智能家居中最基本的产品，许多其它智能家居系统都需基于智能家居布线系统来完成传输和配线管理，包括宽带接入系统、家庭通讯系统、家庭局域网、家庭安防系统、家庭娱乐系统等。因此一个流行的说法"智能家居从布线开始"是很有见地的。作为最终用户来说，也许不用关心布线产品生产技术指标、传输技术参数等，但一定要了解家居布线使用的材料种类及材料搭配使用方法。
这种方式所有的控制信号必须通过有线方式连接，控制器端的信号线更是多得吓人，一旦遇到问题排查也相当困难。有线方式缺点非常突出，布线繁杂、工作量大、成本高、维护困难、不易组网、扩展性差。这些缺点最终导致有线方式的智能家居只停留在小规模试点阶段，无法大规模快速推广。
随着无线网络技术的发
展，传统有线网络布线中的一些不足就暴露了出来：有线网络布线麻烦，随着节点数量的增加而需要部署大量的电缆，更改网络中的节点的位置不方便等，而无线传感器网络却可以较好的解决上述问题。
6.2.
使用电池的无线智能家居系统
使用电池的无线智能家居系统是最近几年新兴的一种电气控制方案，其主要使用电池的无线开关、手动/遥控两用开关等无线电气控制设备，可以省去相关的布线，但是需要定期更换电池，需要很高的维护成本，可以作为家居电气控制的补充，但不适合作为大型场馆、办公楼、酒店等场合的电气控制。
某无线遥控开关产品如下图所示：
左图所示产品就是在普通开关面板的基础上增加了一个遥控器，其功能介于普通开关和无线开关之间，价格在40—100元之间不等，为普通开关提供了补充。但同样需要在灯具和开关面板之间进行布线，且遥控器需要使用电池。而右图所示开关的接收端安装在灯具附近，不用另外布线，但其遥控器依然要使用电池，当电池耗尽时将无法控制灯具的开关，带来不小的麻烦。
从整个电气控制系统来讲，虽然无线电气控制也可以实现对电气设备状态的监控，对于传统有限电气控制设备及系统是一个优势，但由于有源无线电气控制需要定期更新电池，维护工作较多，由此对于很多用户，特别是大型场馆、办公楼等用量大的场合，带来的维护成本是不能承受的，因此，虽然无线控制节省了部分安装耗材、时间和人工，但后期带来的不断的维护完全将这一成本优势抹杀。
7. 公司发展计划
7.1. 企业成长预测
本项目分为如下三个阶段：
l
研发及试产；
l
小批量生产及销售；
l
量产及大规模销售；
研发：
鉴于目前已经完成验证性研发，获得了验证行的样机，因此第一阶段将再持续半年至一年的时间，折中以9个月计算。这阶段的目标为获得产品级样机，并进行小规模生产。在产品研发方面要实现功能、进行外形设计、并需要优化工艺使之便于生产，以及尽量优化设计从而控制成本。同时进行小规模试产，找出其中存在问题的地方并进行修正。最终使设计达到生产要求。目前该阶段已经基本完成。
试产及小批量生产及销售：
第二阶段为小批量生产及销售阶段。生产方面，该阶段的目标在于组织起生产所需资源，并达到预设的生产能力，并对成品率等指标进行测试，并逐步优化生产，甚至修行部分设计及工艺。销售方面，该阶段的目标是在不投入大量资金进行渠道建设的前提下实现小批量的销售，对通过家装公司进行合作销售等销售途径进行探索和尝试，并最终实现销售目标。同时收集市场反馈信息，为以后的营销做准备。同时将市场对产品的反映反馈到产品设计上面，对产品的设计进行调整。
该阶段持续时间为半年至一年，折中以9个月计算。
量产及大规模销售：
第三阶段进入量产及大规模销售阶段。在研发方面，一方面进一步提高核心型号的成熟度，另外一方面逐渐开发别的型号的产品以满足不同的需求。在生产方面，逐渐形成规模效应，优化生产环节以压缩生产成本。销售方面，逐渐建立起畅通的销售渠道并完成预定销售额，同时逐渐建立起品牌。
图：发展规划
7.2.
融资需求及计划
目前项目已经基本完成基础研发，目前下一步需要进行产品开发和试产。在公司注册成立前，将主要寻求相关的资助和补贴。成立公司之后，将通过公司股权融资的方式寻求相关的天使投资。预计所需费用在20万元至30万元左右。主要支出内容为印刷费、调研差旅费、材料费、测试及加工费、图书资料费、论文版面费等。
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科目 |
经费（万元） |
备注（计算依据与说明） |
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印刷费 |
1 |
复印（0.1万）、宣传资料（0.3万）、产品手册（0.6万） |
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调研差旅费 |
3 |
调研和参展差旅费：0.2万人次*15次 |
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材料费 |
8 |
电路元件、电路板制作、焊接、开发工具等 |
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测试及加工费 |
2 |
产品测试平台、产品外壳加工费 |
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图书资料费 |
0.4 |
图书资料和文献检索：0.4万 |
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论文版面费 |
0.6 |
论文版面费：0.15万*4篇 |
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合计 |
15 |
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基础产品开发完成之后，将会进行小批量生产，以1万个传感节点的生产及销售为目标。大致需要融资200万元左右，此时将寻求风险投资或企业投资，融资方式主要为公司股权融资。
生产原材料及加工、生产费用：以平均每套150元计算，则需要150万元；
研发：包括研发人员工资支出及设备、耗材，预计此阶段需10万元；
宣传推广：此阶段需进行产品的推广和宣传，以及销售人员等直接支出。预计需要30万元。
设备及场地：由于加工生产部分外包，因此设备及场地不需太多资金。预计生产厂房面积需要约100平方米，研发、管理办公室60平米，年租金约3万。
其它：通讯费、水电、物业、网络、活动费等初步估计为2万。
总计约195万元。
效益分析
团队2013年将进一步完善技术，开发产品，预计2014年推出新产品。
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2013 |
2014 |
2015 |
2016 |
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销售价格（套） |
-- |
3万 |
2万 |
1.5万 |
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年销售量（套） |
0 |
10 |
50 |
300 |
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销售收入合计（万元） |
0 |
30 |
100 |
450 |
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利润（万元） |
-20 |
-10 |
40 |
150 |
其中2013年将主要进行产品研发，不形成销售，无销售收入。至2014年
形成小批量销售，但此时研发、生产等一次性投入较多，将继续小额亏损，至2015年将形成盈利。