大連理工大學(xué)硬件綜合訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告

1、大連理工大學(xué)本科實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：硬件綜合訓(xùn)練學(xué)院（系）: 電子信息和電氣工程學(xué)部專 業(yè)： 計(jì)算機(jī)科學(xué)和技術(shù)班 級(jí)：學(xué) 號(hào)：學(xué)生姓名：2013年7月1日大連理工大學(xué)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告學(xué)院（系）：電子信息和電氣工程學(xué)部 專業(yè):計(jì)算機(jī)科學(xué)和技術(shù) 班級(jí): 姓 名：學(xué)號(hào)：組：實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 實(shí)驗(yàn)室： 實(shí)驗(yàn)臺(tái)：指導(dǎo)教師簽字： 成績(jī)： 實(shí)驗(yàn)名稱：智能家居系統(tǒng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵箅S著人民生活水平的日益提高，人們對(duì)于家庭居住環(huán)境的要求也越來(lái)越高，舒適和便利的家庭設(shè)施會(huì)讓人們更好地享受生活。如今，人們對(duì)于智能家居的需求日益明顯，因此對(duì)于智能家居的研究有利于我們更好地將自身知識(shí)運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)社會(huì)生活中， 本實(shí)驗(yàn)主要是讓我們對(duì)于智

2、能家居有更深刻的理解，了解當(dāng)前熱門的有關(guān)智能家居的技術(shù)， 并通過小組實(shí)驗(yàn)研究智能家居系統(tǒng)，更好地培養(yǎng)小組成員間的協(xié)助合 作意識(shí)。二、實(shí)驗(yàn)原理和內(nèi)容1. 了解物聯(lián)網(wǎng)智能家居的概念智能家居概念的起源很早：20世紀(jì)80年代初，隨著大量采用 電子技術(shù)的家用電器面市，住宅電子化開始實(shí)現(xiàn)；80年代中期，將家用電器、通信設(shè)備和安全防范設(shè)備各自獨(dú)立的功能綜合為一 體，又形成了住宅自動(dòng)化概念；至80年代末，由于通信和信息技 術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了通過總線技術(shù)對(duì)住宅中各種通信、家電、安防 設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控和管理的商用系統(tǒng)，這在美國(guó)被稱為Smart Home也就是現(xiàn)在智能家居的原型。智能家居在WiKi百科中定義如下：以住宅為

3、平臺(tái)，兼?zhèn)浣ㄖ⒕W(wǎng)絡(luò)通信、信息家電、設(shè)備自動(dòng)化，集系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、服務(wù)、管理 為一體的高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。進(jìn)入21世紀(jì)后，智能家居的發(fā)展更是多樣化，技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式也更加豐富?？傮w而言，智能家居發(fā)展大致經(jīng)歷了4代。第一代主要是基于同軸線、兩芯線進(jìn)行家庭組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)燈光、窗簾控制和少量安防等 功能。第二代主要基于 RS-485線、部分基于IP技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)， 實(shí)現(xiàn)可視對(duì)講、安防等功能。第三代實(shí)現(xiàn)了家庭智能控制的集中 化，控制主機(jī)產(chǎn)生，業(yè)務(wù)包括安防、控制、計(jì)量等業(yè)務(wù)。第四代 基于全I(xiàn)P技術(shù)，末端設(shè)備基于zigbee等技術(shù)，智能家居業(yè)務(wù)提供采用“云”技術(shù)，并可根據(jù)用戶需求實(shí)現(xiàn)定制化、個(gè)性化。

4、 目前智能家居大多屬于第三代產(chǎn)品，而美國(guó)已經(jīng)對(duì)第四代智能家 居進(jìn)行了初步的探索，并已有相應(yīng)產(chǎn)品。近年來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)成為全 球關(guān)注的熱點(diǎn)領(lǐng)域，被認(rèn)為是繼互聯(lián)網(wǎng)之后最重大的科技創(chuàng)新。 物聯(lián)網(wǎng)通過射頻識(shí)別（RFID）、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光 掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定的協(xié)議把任何物品和互聯(lián)網(wǎng)連接 起來(lái)進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān) 控和管理。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也為智能家居引入了新的概念及發(fā)展空 間，智能家居可以被看作是物聯(lián)網(wǎng)的一種重要使用。基于物聯(lián)網(wǎng) 的智能家居，表現(xiàn)為利用信息傳感設(shè)備（同居住環(huán)境中的各種物 品松耦合或緊耦合）將家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合在 一起，并和互

5、聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，進(jìn)行監(jiān)控、管理信息交換和通訊， 實(shí)現(xiàn)家居智能化。其包括：智能家居（中央）控制管理系統(tǒng)、終 端（家居傳感器終端、控制器）、家庭網(wǎng)絡(luò)、外聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、信息中心 等。2. 了解分析物聯(lián)網(wǎng)智能家居發(fā)展現(xiàn)狀2.1國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀自1984年世界上第一幢智能家居在美國(guó)建成以來(lái)，歐美和東 南亞等經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家先后提出了各種智能家居的方案。智 能家居在美國(guó)、日本、德國(guó)、法國(guó)、韓國(guó)的廣泛使用，為世界范 圍內(nèi)智能家居產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定和業(yè)務(wù)模型探索起到了至關(guān)重要的作 用。自1998年微軟提出“維納斯計(jì)劃”之后，相關(guān)行業(yè)都在積極推動(dòng)這個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。但是從嚴(yán)格意義上來(lái)說，目前仍處于初級(jí) 啟動(dòng)階段。圖13分別為20

6、052009年國(guó)外智能家居產(chǎn)能產(chǎn)量 統(tǒng)計(jì)、國(guó)外智能家居產(chǎn)品消費(fèi)統(tǒng)計(jì)以及國(guó)外智能家居主要消費(fèi)領(lǐng) 域統(tǒng)計(jì)。美國(guó)智能家居以數(shù)字家庭和數(shù)字技術(shù)改造為契機(jī)，偏重 于豪華感，追求舒適和享受，但其能源消耗很大，不符合現(xiàn)階段 世界范圍內(nèi)低碳、環(huán)保和開源節(jié)流的理念。日本的智能家居是開 發(fā)、設(shè)計(jì)、施工規(guī)?；图瘓F(tuán)化，以人為本，注重功能，兼顧未 來(lái)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)，大量采用新材料、新技術(shù)，充分利用信息、 網(wǎng)絡(luò)、控制和人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)住宅技術(shù)現(xiàn)代化。德國(guó)的智能 家居追求專項(xiàng)功能的開發(fā)，注重基本的功能性。韓國(guó)政府對(duì)智能 小區(qū)和智能家居采取多項(xiàng)政策扶持，規(guī)定在漢城等大城市的新建 小區(qū)必須具有智能家居系統(tǒng)，目前韓國(guó)全國(guó)80

7、%以上的新建項(xiàng)目采 用智能家居系統(tǒng)，產(chǎn)生了像三星、LG等知名的智能家居品牌。中 國(guó)智能化住宅的發(fā)展，在經(jīng)歷了近10年的探索階段之后，建筑面 積目前已達(dá)到400億平方米，預(yù)計(jì)到2020年還將新增300億平方 米。2010年中國(guó)的智能建筑將會(huì)達(dá)到 9000幢。全國(guó)智能化住宅小 區(qū)的建設(shè)數(shù)量，未來(lái)十年將達(dá)到上萬(wàn)個(gè)。中國(guó)智能家居產(chǎn)業(yè)中北 京、上海、深圳發(fā)展相對(duì)超前：深圳的智能家居在布線方面做得 比較好，前瞻性較強(qiáng)，考慮電源、空調(diào)、電話、電視、網(wǎng)絡(luò)等方 面較周全，預(yù)埋智能布線的觀念比較超前；北京的智能家居在考 慮功能和地方風(fēng)格方面做得比較好；上海浦東新城區(qū)的城區(qū)規(guī)劃 和小區(qū)布置更符合上海這樣一個(gè)商業(yè)化大

8、都市的需求。青島海爾和霍尼韋爾的示范使用值得借鑒。青島東城國(guó)際作為U-home智能 家居示范項(xiàng)目，曾在2008年底讓前1000戶業(yè)主享受到了 U-home 智能系統(tǒng)帶來(lái)的便利和舒適。2.2標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀和智能家居關(guān)聯(lián)的技術(shù)、產(chǎn)業(yè)眾多，涉及的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系比較 廣泛，如電子、通信、建筑業(yè)、家電等幾個(gè)領(lǐng)域。（1）電子信息領(lǐng)域工業(yè)和信息化部成立“家庭網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)工作組”、“資源共享、 協(xié)同服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)工作組（IGRS”和“數(shù)字電視接收設(shè)備和家庭網(wǎng)絡(luò) 平臺(tái)接口標(biāo)準(zhǔn)”工作組，提出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)計(jì)劃共 19項(xiàng)；中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究所組織相關(guān)國(guó)內(nèi)企業(yè)在 IEC/TC100提交了家庭多媒體網(wǎng)關(guān)規(guī)范（現(xiàn)已進(jìn)入 CD階段）,在

9、ISO/IEC/JTC1/SC25提交了閃聯(lián)系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（現(xiàn)已進(jìn)入FCD或CD階段）。（2）通信領(lǐng)域中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)組建了家庭網(wǎng)絡(luò)特別工作組，于2006年頒布了首批2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)；在3GPP提出和輕量級(jí)IPv6相關(guān)的移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)。（3）建筑和社區(qū)信息化領(lǐng)域國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)于2006年頒布了由國(guó)家建設(shè)部制定 的建筑及居住區(qū)數(shù)字化技術(shù)使用系列國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，包括四個(gè)子 標(biāo)準(zhǔn)； 2008年4月，全國(guó)智能建筑及居住區(qū)數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn) 化技術(shù)委員會(huì)（SAC/TC426成立，負(fù)責(zé)智能建筑物數(shù) 字化系統(tǒng)領(lǐng)域國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的制修訂工作。（4）家電領(lǐng)域國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)于2006年頒布了由中國(guó)家用電器研 究院制定的QB/T28

10、36-2006網(wǎng)絡(luò)家電通用要求由于物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展給智能家居帶來(lái)新的內(nèi)容，因此近期基 于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居還需要進(jìn)一步開展標(biāo)準(zhǔn)化工作，如2010年2月2日，中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（CCSA 泛在網(wǎng)技術(shù)工作委員會(huì)（TC10成立，其中智能家居相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也 已立項(xiàng)，標(biāo)志著我國(guó)開始在物聯(lián)網(wǎng)智能家居標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域進(jìn)行深入的 研究。2.3物聯(lián)網(wǎng)智能家居產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)總的來(lái)說，我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)智能家居產(chǎn)業(yè)有如下特點(diǎn)：（1）需求旺盛隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，物聯(lián)網(wǎng)智能家居的使用需求日益增強(qiáng)。雖說智能家居在國(guó)內(nèi)已發(fā)展10年多，但仍然面臨著傳統(tǒng)解決方案性能單一、價(jià)格高、難以規(guī)模推廣的發(fā) 展“瓶頸“。不過隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，智能家居

11、行業(yè)將迎來(lái)新機(jī) 遇。（2）產(chǎn)業(yè)鏈長(zhǎng)智能家居涉及土建裝修、通信網(wǎng)絡(luò)、信息系統(tǒng)集成、傳感器件、家電、醫(yī)療、自動(dòng)控制等多個(gè)領(lǐng)域。(3) 滲透性廣由于智能家居涉及的業(yè)務(wù)滲透到生活的方方面面，因此其產(chǎn) 業(yè)鏈長(zhǎng)，導(dǎo)致行業(yè)的滲透性強(qiáng)。(4) 帶動(dòng)性強(qiáng)能夠帶動(dòng)建筑、制造業(yè)、信息技術(shù)的諸多領(lǐng)域發(fā)展。2.4物聯(lián)網(wǎng)智能家居現(xiàn)狀分析基于物聯(lián)網(wǎng)的智能家居從體系架構(gòu)上來(lái)看，由感知、傳輸和信息 使用三部分組成。感知指家居末端的感應(yīng)、信息采集以及受控等 設(shè)備，傳輸包括家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和公共外部網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的匯集和傳輸, 信息使用主要是指智能家居使用服務(wù)運(yùn)營(yíng)商提供的各種業(yè)務(wù)。作 為物聯(lián)網(wǎng)重要的使用，智能家居涉及多個(gè)領(lǐng)域，相對(duì)于其它的物

12、 聯(lián)網(wǎng)使用來(lái)說，擁有更廣大的用戶群和更大的市場(chǎng)空間，同時(shí)和 其他行業(yè)有大量的交叉使用。目前，智能家居使用多是垂直式發(fā) 展，行業(yè)各自發(fā)展，無(wú)法互聯(lián)互通，并不能涉及到整個(gè)智能家居 體系架構(gòu)的各個(gè)環(huán)節(jié)，如家庭安防，主要局限在家庭或小區(qū)的局 域網(wǎng)內(nèi)，即使通過電信運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)給業(yè)主提供彩信、視頻等監(jiān)控 和圖像采集業(yè)務(wù)，由于業(yè)務(wù)沒有專用的智能家居業(yè)務(wù)平臺(tái)提供， 仍然無(wú)法實(shí)現(xiàn)整個(gè)家庭信息化。但也應(yīng)看到，智能家居已經(jīng)發(fā)展 很多年，業(yè)務(wù)鏈上各環(huán)節(jié)，除業(yè)務(wù)平臺(tái)外，都已較為成熟，而且 均能獲得利潤(rùn)，具有各自獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)體系。在都有各自的“小天 地”但規(guī)模相對(duì)較小的現(xiàn)狀下，要在未來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)?；l(fā)展，還有許多問題亟待解決。造

13、成目前智能家居現(xiàn)狀的原因是多方面的， 包括前期政府扶持不夠、資金投入不足、行業(yè)壁壘、地方保護(hù)， 以及智能家居和物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)短期內(nèi)不成熟等。由于智能化家 庭是社會(huì)生產(chǎn)力發(fā)展、技術(shù)進(jìn)步和社會(huì)需求相結(jié)合的產(chǎn)物，隨著 人民生活的提高、國(guó)家部門的扶持，相關(guān)行業(yè)協(xié)會(huì)的成立，智能 家居將逐步形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈，統(tǒng)一的行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范也將 進(jìn)一步得以制定和完善。智能化家庭網(wǎng)絡(luò)正向著集成化、智能化、 協(xié)調(diào)化、模塊化、規(guī)?；⑵矫窕较虬l(fā)展。3.根據(jù)調(diào)查提出物聯(lián)網(wǎng)智能家居的發(fā)展建議政府推動(dòng)示范項(xiàng)目，使擁有一定智能家居技術(shù)、行業(yè)用戶、 相關(guān)產(chǎn)品、解決方案的廠商企業(yè)得到更多資金支持，使用戶得到 消費(fèi)補(bǔ)貼等實(shí)惠，從而

14、帶動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展，推動(dòng)智能家居使用。 物聯(lián)網(wǎng)智能家居系統(tǒng)的可集成性是建立在系統(tǒng)的開放性基礎(chǔ)之上 的，要求系統(tǒng)所采用的協(xié)議必須有廣泛的產(chǎn)品支持，并不斷加強(qiáng) 建立統(tǒng)一的物聯(lián)網(wǎng)智能家居標(biāo)準(zhǔn)的步伐。要想在未來(lái)實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?發(fā)展，需要出現(xiàn)涉及整個(gè)業(yè)務(wù)鏈的智能家居業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)商，提供整 個(gè)業(yè)務(wù)鏈的解決方案、業(yè)務(wù)集成以及設(shè)備維護(hù)等，這樣才能使得 業(yè)務(wù)鏈良性發(fā)展，進(jìn)一步促進(jìn)家庭保險(xiǎn)業(yè)、服務(wù)業(yè)、金融業(yè)等其 他行業(yè)以及三網(wǎng)融合的發(fā)展。智能家居核心位置企業(yè)應(yīng)研發(fā)共用 平臺(tái)，降低中小廠家研發(fā)成本和技術(shù)門檻；培養(yǎng)專業(yè)物聯(lián)網(wǎng)智能 家居服務(wù)和技術(shù)人才，包括方案、開發(fā)、設(shè)計(jì)、業(yè)務(wù)支撐等。國(guó) 家和相關(guān)部門和地方政府應(yīng)大力支持，按“急用先行、采監(jiān)先行、城市先行和以點(diǎn)帶面”原則，有規(guī)劃、有步驟地扎實(shí)、積極推進(jìn), 形成23個(gè)重點(diǎn)發(fā)展區(qū)域，強(qiáng)調(diào)地域特色并進(jìn)一步推廣；產(chǎn)業(yè)鏈 各方應(yīng)借鑒國(guó)際先進(jìn)研究成果，針對(duì)國(guó)內(nèi)實(shí)際需求，共同為實(shí)現(xiàn) 智能家居在國(guó)內(nèi)的跨越式發(fā)展而努力。智能家居作為家庭信息化的實(shí)現(xiàn)方式，