物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用--智能家居(上)教案

1、第1章智能家居概述本章要點(diǎn)了解智能家居的有關(guān)概念智能家居在我國(guó)的發(fā)展情況。熟悉智能家居的特征與相關(guān)技術(shù)。0熟悉智能家居主要控制技術(shù)與控制方式。掌握智能家居系統(tǒng)的組成1.1智能家居的起源1.1.1智能家居在國(guó)外的發(fā)展智能家居的起源可從1984年1月算起，當(dāng)時(shí)美國(guó)聯(lián)合科技公司將建筑設(shè)備信息化、整合化概念應(yīng)用于美國(guó)康涅狄格州（Connecticut)哈特福特市（Hartford）的一幢舊金融大廈進(jìn)行改建時(shí)，采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)大樓的空調(diào)、電梯、照明等設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，并提供語(yǔ)音通信、電子郵件和情報(bào)資料等方面的信息服務(wù)。于是出現(xiàn)了公認(rèn)的世界第一幢“智能建筑”，從此也揭開(kāi)了全世界爭(zhēng)相建造智能家居的序幕。最

2、著名的智能家居要算比爾.蓋茨的豪宅。比爾.蓋茨在他的未來(lái)之路一書(shū)中以很大篇幅描繪他正在華盛頓湖建造的私人豪宅。他描繪他的住宅是“由硅片和軟件建成的”并且要“采納不斷變化的尖端技術(shù)”。經(jīng)過(guò)7年的建設(shè)，1997年，比爾.蓋茨的豪宅終于建成，如下圖所示。1.1.2智能家居在國(guó)內(nèi)的發(fā)展我國(guó)智能家居的發(fā)展經(jīng)歷了4個(gè)階段，分別是萌芽期/智能小區(qū)期、開(kāi)創(chuàng)期、徘徊期、融合演變期。1萌芽期/智能小區(qū)期（1994年-1999年）2開(kāi)創(chuàng)期（2000年-2005年）3徘徊期（2006-2010年）融合演變期（2011-2020年）智能家居始于1994年，當(dāng)時(shí)尚處于概念摸索階段；2000年2005年，沿海城市出現(xiàn)眾多研

3、發(fā)生產(chǎn)企業(yè)，市場(chǎng)出現(xiàn)惡性競(jìng)爭(zhēng)局面。國(guó)內(nèi)花樣眾多的創(chuàng)新產(chǎn)品，由于質(zhì)量問(wèn)題和設(shè)計(jì)的不合理，系統(tǒng)功能缺乏實(shí)用性，產(chǎn)品無(wú)法正常使用，最后整個(gè)系統(tǒng)變成了擺設(shè)，在2005年2010年這段時(shí)間，整個(gè)市場(chǎng)都在收縮。2011年，技術(shù)進(jìn)步、互聯(lián)網(wǎng)通訊變革助推市場(chǎng)需求快速放量，市場(chǎng)得以恢復(fù)；幾乎同時(shí)，行業(yè)巨頭開(kāi)始布局中國(guó)，智能新生態(tài)逐漸成型。智能家居系統(tǒng)產(chǎn)品共有20個(gè)分類，基本功能包涵智能家電控制、智能照明、智能遙控電動(dòng)窗簾、防盜報(bào)警、門禁對(duì)講、消防報(bào)警、遠(yuǎn)程抄表(水、電、煤氣)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通訊等。1.1.3智能家居的發(fā)展趨勢(shì)1智能家居技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)智能家居技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)大致表現(xiàn)在無(wú)線智能家居大行其道，云計(jì)算無(wú)處不在，設(shè)

4、備使用呈現(xiàn)全方位人性化三個(gè)方面。2智能家居市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)智能家居實(shí)用功能近幾年，“智能家居”是一個(gè)非常火熱的詞。但在很多人看來(lái)，這一高大上的話題顯得既陌生又遙遠(yuǎn)。其實(shí)，智能家居早已通過(guò)各種不同的展現(xiàn)方式滲入到了我們的日常生活中，并從眾多方面來(lái)改變我們的生活。隨著行業(yè)的快速發(fā)展，高端產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，那么對(duì)于尋常百姓來(lái)說(shuō)，有沒(méi)有什么產(chǎn)品既實(shí)用，性價(jià)比又相對(duì)較高呢？行業(yè)專家提出：四大實(shí)用功能助推智能家居平民化。1、安防控制對(duì)很多家庭來(lái)說(shuō)，當(dāng)家庭成員都外出時(shí)，最牽掛的就是家里的安全。智能家居的安防系統(tǒng)，不僅可以對(duì)家里進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，一旦有人闖入，系統(tǒng)可以立即向物業(yè)和公安部門報(bào)警，用戶也能在第一時(shí)間收到報(bào)警

5、通知。當(dāng)家里的瓦斯等濃度超標(biāo)時(shí)，系統(tǒng)也可以感應(yīng)到，進(jìn)行報(bào)警，第一時(shí)間排除危險(xiǎn)。安防控制，讓您出門無(wú)后顧無(wú)憂。2、情景模式情景模式，就是您可以按照生活中的不同情景，綜合設(shè)置家電設(shè)備、燈光照明，讓它們滿足您的需求?；丶視r(shí)，手指輕輕按下“回家情景”按鈕：客廳燈光會(huì)自動(dòng)慢慢變亮，窗簾打開(kāi)，空調(diào)打開(kāi)自動(dòng)調(diào)到合適的溫度，電飯鍋開(kāi)始煲飯和湯，電視機(jī)自動(dòng)打開(kāi)到新聞?lì)l道或是CD機(jī)開(kāi)始播放您喜愛(ài)的音樂(lè)。當(dāng)你離家時(shí)，選擇“離家模式”，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)電源，鎖好門窗，不再需要反復(fù)確認(rèn)家里的門有沒(méi)有鎖、燈有沒(méi)有關(guān)。輕輕一點(diǎn)，全部搞定。3、智能模式作為智能家居，智能模式當(dāng)然是少不了的必備功能。智能模式相當(dāng)于給您的家安上了

6、眼睛（人體紅外感應(yīng)），鼻子（燃?xì)鈭?bào)警器，煙霧報(bào)警），耳朵（門磁，震動(dòng)感應(yīng)），時(shí)刻感知您的存在，并根據(jù)您的行為，調(diào)整燈光，插座等設(shè)備。當(dāng)您半夜起來(lái)上廁所的時(shí)候，不用再摸黑開(kāi)燈，感應(yīng)燈會(huì)自動(dòng)開(kāi)啟。因?yàn)橹悄埽瑐€(gè)人管家隨身攜帶！4、遙控功能不論在家里的哪個(gè)房間，用一個(gè)遙控器便可控制家中所有的照明、窗簾、空調(diào)、音響等電器。例如，看電視時(shí)，不用因開(kāi)關(guān)燈和拉窗簾而錯(cuò)過(guò)關(guān)鍵的劇情；衛(wèi)生間的換氣扇沒(méi)關(guān)，按一下遙控器就可以了。遙控?zé)艄鈺r(shí)可以調(diào)亮度；遙控音響時(shí)可以調(diào)音量；遙控拉簾或卷簾時(shí)可以調(diào)行程；遙控百頁(yè)簾時(shí)可以調(diào)角度。智能家居，實(shí)現(xiàn)您隨心所欲遙控生活的夢(mèng)想！5、家居節(jié)能我國(guó)正面臨著巨大的節(jié)能減排壓力。而智能家居

7、的出現(xiàn)，讓建筑能耗的降低成為可能。目前的智能家居節(jié)能，多是利用感應(yīng)開(kāi)關(guān)控制的燈光系統(tǒng)和溫控系統(tǒng)，能對(duì)亮度和溫度進(jìn)行不同模式的調(diào)節(jié)，以及讓設(shè)備在需要時(shí)自動(dòng)開(kāi)啟，不用的時(shí)候自動(dòng)關(guān)閉的功能，都在很大程度地節(jié)約了能源的消耗。家庭中的能耗主要分為幾個(gè)方面，一是照明，二是制冷或是制熱，三是一向不被重視的待機(jī)能耗。一般的家庭，燈具往往都是滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，只要一開(kāi)燈，就會(huì)按照電壓所對(duì)應(yīng)的功率在運(yùn)轉(zhuǎn)。通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)室內(nèi)的亮度，即可配合自然光照調(diào)整燈具的功率，自然起到節(jié)能的效果。電器和燈具是家庭用電的兩大主力。在關(guān)閉開(kāi)關(guān)仍有插頭待機(jī)狀態(tài)下，空調(diào)的待機(jī)能耗功率是3.47瓦，彩電8.07瓦，PC主機(jī)35.07瓦，顯示

8、器7.69瓦。而智能家居可以讓業(yè)主在清晨離家時(shí)輕輕一按就可切斷所有電器和電燈的電源，當(dāng)下班回家時(shí)再度自動(dòng)通電，既方便省事還節(jié)能省電。1.2智能家居的基本概念1.2.1智能家居智能家居是一個(gè)以家庭住宅為平臺(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。智能家居通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將家中的各種設(shè)備（如窗簾、空調(diào)、網(wǎng)絡(luò)家電、音視頻設(shè)備、照明系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、數(shù)字影院系統(tǒng)以及三表抄送等）連接到一起，提供家電控制、照明控制、窗簾控制、安防監(jiān)控、情景模式、遠(yuǎn)程控制、遙控控制以及可編程定時(shí)控制等多種功能和手段。1.2.2數(shù)字家庭數(shù)字家庭也稱智慧家

9、庭，它是指以家庭為中心，連結(jié)家庭內(nèi)的各種數(shù)字設(shè)備，來(lái)整合提供和滿足家庭成員對(duì)家庭生活的多種需求。不同的家庭人員構(gòu)成對(duì)數(shù)字家庭有不同的理解和需求，如，以?shī)蕵?lè)為主要需求的家庭則對(duì)其客廳的數(shù)字化情有獨(dú)鐘；以滿足老年生活為主的家庭，則對(duì)根據(jù)體征信息能否及時(shí)給出生活建議和及時(shí)提供起居生活便利頗感興趣；而全職工作者為主的家庭則可能更青睞于數(shù)字家庭的防盜設(shè)施和快捷的多功能數(shù)字生活電器應(yīng)用等等。數(shù)字家庭的范疇不僅限于家庭娛樂(lè)和家居控制(比如開(kāi)關(guān)、燈光、溫濕度控制等)，還應(yīng)該包括能源、醫(yī)療、安防、教育等，各種家庭機(jī)能幾乎無(wú)所不包。1.2.3家庭自動(dòng)化家庭自動(dòng)化是指通過(guò)自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)等手段，有

10、助于實(shí)現(xiàn)人們家務(wù)勞動(dòng)和家務(wù)管理的自動(dòng)化，大大減輕人們?cè)诩彝ド钪械膭趧?dòng)強(qiáng)度，節(jié)省時(shí)間，提高物質(zhì)、文化生活水平。家庭自動(dòng)化已是人類社會(huì)進(jìn)步的重要標(biāo)志之一。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們生活要求的提高，家庭自動(dòng)化的范圍也在日益擴(kuò)大，如家庭安全系統(tǒng)、家庭自動(dòng)控制系統(tǒng)、家庭信息系統(tǒng)和家用機(jī)器人等。1.2.4信息家電信息家電是一種利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、電信技術(shù)和電子技術(shù)與傳統(tǒng)家電相結(jié)合的新型家用電器。它包括個(gè)人計(jì)算機(jī)、數(shù)字電視機(jī)頂盒、手持電腦(HPC)、DVD、超級(jí)VCD、無(wú)線數(shù)據(jù)通信設(shè)備、視頻游戲設(shè)備、IP電話等等，所有能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)交互信息的家電產(chǎn)品，都可以稱之為信息家電。1.2.5網(wǎng)絡(luò)家電網(wǎng)絡(luò)家電是將普

11、通家用電器利用數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及智能控制技術(shù)設(shè)計(jì)改進(jìn)的新型家電產(chǎn)品。網(wǎng)絡(luò)家電可以實(shí)現(xiàn)互聯(lián)組成一個(gè)家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)這個(gè)家庭網(wǎng)絡(luò)又可以與外部互聯(lián)網(wǎng)相連接。1.2.6智能家電智能家電也是一種新型的家用電器，它將微處理器和計(jì)算機(jī)技術(shù)引入家用電器設(shè)備中，具有自動(dòng)監(jiān)測(cè)自身故障、自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)控制、自動(dòng)調(diào)節(jié)與遠(yuǎn)方控制中心通信功能。智能家電大致分為兩類：一是采用電子、機(jī)械等方面的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備；二是模擬家庭中熟練操作者的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行模糊推理和模糊控制。1.2.7智能家庭網(wǎng)絡(luò)智能家庭網(wǎng)絡(luò)一般包含兩層意義。一是指在家庭內(nèi)部各種信息終端及各種家用電器能通過(guò)智能家庭網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)、智能共享及協(xié)同服務(wù)。比如，使用一部智能

12、手機(jī)就能遙控所有的家電設(shè)備，不用一遍遍地尋找電視機(jī)、機(jī)頂盒、空調(diào)的遙控器；甚至未來(lái)的智能廚房里灶具、冰箱、抽油煙機(jī)、烤箱等設(shè)備之間能相互控制。二是指通過(guò)家庭網(wǎng)關(guān)將公共網(wǎng)絡(luò)功能和應(yīng)用延伸到家庭，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接各種信息終端，提供集成的語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、多媒體、控制和管理等功能，實(shí)現(xiàn)信息在家庭內(nèi)部終端與外部公網(wǎng)的充分流通和共享。1.2.8物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)是以感知為目的，實(shí)現(xiàn)人與人、人與物、物與物全面互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。其突出特征是通過(guò)各種感知方式來(lái)獲取物理世界的各種信息，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)等進(jìn)行信息的傳遞與交互，再采用智能計(jì)算技術(shù)對(duì)信息進(jìn)行分析處理，從而提升人們對(duì)物質(zhì)世界的感知能力，實(shí)現(xiàn)智能化的決策和控制。家居物聯(lián)

13、網(wǎng)可以分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。如下圖所示。1.2.9云計(jì)算云是網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)的一種比喻說(shuō)法，云計(jì)算（CloudComputing）是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算方式，它的運(yùn)算能力是每秒10萬(wàn)億次。通過(guò)云計(jì)算可以按需將共享的軟硬件資源和信息提供給計(jì)算機(jī)和其他設(shè)備，如用戶可通過(guò)臺(tái)式電腦、筆記本電腦、平板電腦、智能手機(jī)或其他智能終端接入數(shù)據(jù)中心，按自己的需求進(jìn)行運(yùn)算。云計(jì)算環(huán)境下數(shù)據(jù)中心管理如下圖所示1.3智能家居的特征智能家居是人們的一種居住環(huán)境，讓家庭生活更加安全，節(jié)能，智能，便利和舒適。智能家居的特征可歸納為操作隨意性、網(wǎng)絡(luò)多樣性、設(shè)備互聯(lián)性、功能擴(kuò)展性與系統(tǒng)可靠性。1.3.1操作隨意性智能家居的操

14、作隨意性主要表現(xiàn)在操作方式多樣化，可以用智能觸摸屏，也可以用情景遙控器，還可以用手機(jī)或平板電腦；時(shí)間地點(diǎn)任意化，智能家居可在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)、任何情況下對(duì)室內(nèi)外任何設(shè)備均可實(shí)現(xiàn)及時(shí)、全面的了解和控制；燈光效果個(gè)性化，室內(nèi)的燈光可根據(jù)個(gè)人需求，設(shè)置不同的情景。例如設(shè)定一個(gè)“燈光起夜”情景，在這個(gè)情景中，可以設(shè)定臥室壁燈、客廳地?zé)簟⑿l(wèi)生間小燈為“開(kāi)”的狀態(tài)。情景設(shè)好后，在半夜起床時(shí)只需按下一個(gè)“燈光起夜”情景鍵，設(shè)定的燈會(huì)同時(shí)打開(kāi)。1.3.2網(wǎng)絡(luò)多樣性隨著網(wǎng)絡(luò)化、智能化時(shí)代的不斷推進(jìn)，智能家居中的家庭網(wǎng)絡(luò)也呈多樣化。家庭網(wǎng)絡(luò)主要分無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與有線網(wǎng)絡(luò)兩種。其中無(wú)線網(wǎng)絡(luò)因采用的技術(shù)不同，又分射頻技術(shù)

15、、ZigBee技術(shù)與Z-wave技術(shù)等，有線網(wǎng)絡(luò)也分總線技術(shù)與電力線載波技術(shù)，總線技術(shù)又有KNX總線、LonWorks總線、RS-485總線、CAN總線等。1.3.3設(shè)備互聯(lián)性智能家居中的各種家用電器可通過(guò)家庭網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，并可順延電器的運(yùn)行時(shí)段，避開(kāi)能源成本高峰期，為用戶節(jié)省電費(fèi)。此外，智能家居系統(tǒng)的可監(jiān)控能耗模式是借助無(wú)線通信、計(jì)量和控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)?？梢圆捎玫臒o(wú)線通信方式包括Wi-Fi或ZigBee等。借助ZigBee通信，家用電器可通過(guò)電表或家庭能源管理系統(tǒng)獲取能源價(jià)格信號(hào)，并發(fā)回由控制主機(jī)計(jì)量電路測(cè)得的能源使用情況。1.3.4功能擴(kuò)展性智能家居進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)已走過(guò)了近十年的發(fā)展歷程，目前還

16、處在發(fā)展初期。隨著國(guó)家“十二五”規(guī)劃制定以及電信網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)和有線電視網(wǎng)三網(wǎng)融合的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)的普及應(yīng)用，智能家居也在加快腳步發(fā)展。智能家居的功能擴(kuò)展性表現(xiàn)在為滿足不同類型、不同檔次、不同風(fēng)格的住宅用戶的需求，智能家居的控制主機(jī)的軟件系統(tǒng)可在線升級(jí)，控制功能也可不斷完善。除能實(shí)現(xiàn)智能燈光控制、電器控制、安防報(bào)警、背景音樂(lè)、視頻共享、門窗控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控外，還可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)澆花掃地，老人小孩防護(hù)，寵物喂食、緊急電話求助等。1.3.5系統(tǒng)可靠性智能家居的系統(tǒng)可靠性主要表現(xiàn)在智能中心控制主機(jī)是基于互聯(lián)網(wǎng)+GSM移動(dòng)網(wǎng)雙網(wǎng)平臺(tái)設(shè)計(jì)，雙網(wǎng)設(shè)計(jì)大大提高了系統(tǒng)的可靠性，即使在某些互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)速低或不穩(wěn)定的地方使用

17、也不會(huì)影響系統(tǒng)的主要功能。智能家居系統(tǒng)采用射頻(RF)、ZigBee技術(shù)、無(wú)線寬帶(Wi-Fi)、傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(TCP/IP)等協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，通過(guò)無(wú)線方式來(lái)發(fā)送指令。燈光、窗簾、電器控制采用RF傳輸命令，進(jìn)行集中監(jiān)視和控制。1.4智能家居相關(guān)技術(shù)智能家居是一個(gè)完整的智能化、自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化的現(xiàn)代家庭，其主要技術(shù)包括綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、安全防范技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和音視頻技術(shù)。1.4.1綜合布線技術(shù)綜合布線技術(shù)是一種信息傳輸技術(shù)，它將所有電話、數(shù)據(jù)、圖文、圖像及多媒體設(shè)備的布線綜合（或組合）在一套標(biāo)準(zhǔn)的布線系統(tǒng)上，實(shí)現(xiàn)了多種信息系統(tǒng)的兼容、共用和互換互調(diào)性能。綜合布線技術(shù)是信

18、息傳輸技術(shù)的一種特殊傳輸技術(shù)。即它是在建筑和建筑群環(huán)境下的一種信息有線傳輸技術(shù)；它在建筑物內(nèi)或建筑群間傳輸語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像等信息滿足人們?cè)诮ㄖ飪?nèi)的各種信息要求。因此，它能滿足所支持的語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、多媒體等系統(tǒng)的傳輸速率和傳輸標(biāo)準(zhǔn)的要求，也是智能建筑弱電技術(shù)主要技術(shù)之一。1.4.2網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)是指通過(guò)計(jì)算機(jī)、通信網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對(duì)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像等信息進(jìn)行采集、存儲(chǔ)、處理和傳輸?shù)?，使信息資源達(dá)到充分共享的技術(shù)。其中通信網(wǎng)按功能與用途不同，一般可分為物理網(wǎng)、業(yè)務(wù)網(wǎng)和支撐管理網(wǎng)等三種。1.4.3安全防范技術(shù)安全防范技術(shù)是社會(huì)公共安全科學(xué)技術(shù)的一個(gè)分支，具有其相對(duì)獨(dú)立的技術(shù)內(nèi)容和專業(yè)體系。安全

19、防范技術(shù)通常分為三類：一是物理技術(shù)防范。二是電子防范技術(shù)。三是生物統(tǒng)計(jì)學(xué)防范技術(shù)。1.4.4自動(dòng)控制技術(shù)自動(dòng)控制技術(shù)是20世紀(jì)發(fā)展最快、影響最大的技術(shù)之一，也是21世紀(jì)最重要的高新技術(shù)之一。當(dāng)前各項(xiàng)新技術(shù)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、軍事、日常生活等各個(gè)領(lǐng)域，都離不開(kāi)自動(dòng)控制技術(shù)。從控制的方式看，自動(dòng)控制系統(tǒng)有閉環(huán)和開(kāi)環(huán)兩種。1.4.5音視頻技術(shù)音視頻技術(shù)是研究音頻信號(hào)和視頻信號(hào)的產(chǎn)生、收集、處理、傳輸和存儲(chǔ)的技術(shù)，是傳統(tǒng)音響技術(shù)與現(xiàn)代數(shù)字聲像技術(shù)相結(jié)合的一門實(shí)用技術(shù)。智能家居中的背景音樂(lè)、家庭影院就是音視頻技術(shù)的具體應(yīng)用。1.5智能家居主要控制技術(shù)簡(jiǎn)介目前市場(chǎng)上智能家居品牌繁多，但其控制技術(shù)主要有以下三種：

20、總線技術(shù)、無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)和電力載波技術(shù)。根據(jù)智能家居雜志2014年初進(jìn)行市場(chǎng)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，各種技術(shù)在產(chǎn)品中所占的百分比如下圖所示。下圖顯示各種技術(shù)在產(chǎn)品中所占的百分比，僅是一份市場(chǎng)調(diào)查，并不能反映某種技術(shù)的優(yōu)劣，僅供讀者在了解各種技術(shù)時(shí)參考。1.5.1總線技術(shù)總線技術(shù)是指將所有設(shè)備的通信與控制都集中在一條總線上，是一種全分布式智能控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，其產(chǎn)品模塊具有雙向通信能力，以及互操作性和互換性，其控制部件都可以編程。典型的總線技術(shù)采用雙絞線總線結(jié)構(gòu)，各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以從總線上獲得供電（24V/DC），亦通過(guò)同一總線實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間無(wú)極性、無(wú)拓?fù)溥壿嬒拗频幕ミB和通信，信號(hào)傳輸速率和系統(tǒng)容量則分別為10kbps和4

21、G。在智能家居中采用雙絞線為控制總線，以此通信介質(zhì)的主要有KNX總線、LonWorks總線、RS-485總線、CAN總線等。就總線本身而言，這幾種總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)基本是相同的，如下圖所示，不同的只是通信協(xié)議和接口。1.5.2無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)無(wú)線智能家居網(wǎng)絡(luò)是指在家庭內(nèi)部將各種電氣設(shè)備和電氣子系統(tǒng)通過(guò)無(wú)線電連接起來(lái)，采用統(tǒng)一的通信協(xié)議，對(duì)內(nèi)實(shí)現(xiàn)資源共享，對(duì)外通過(guò)網(wǎng)關(guān)與外部網(wǎng)互聯(lián)進(jìn)行信息交換的無(wú)線局域網(wǎng)。無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)是智能家居未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，因?yàn)樗サ袅朔爆嵉牟季€。無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)主要包括RF、ZigBee、Z-Wave、Wi-Fi、藍(lán)牙、6LoWPAN等幾種無(wú)線技術(shù)。1射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)射頻識(shí)別（英

22、文簡(jiǎn)稱RFID）技術(shù)，是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的無(wú)線通信技術(shù)。通過(guò)高頻的無(wú)線頻率（315或433.92MHz、868MHz、915MHz等）點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，實(shí)現(xiàn)燈光、窗簾、家電等的遙控功能。這種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是部分產(chǎn)品無(wú)需重新布線，利用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的射頻識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)家電和燈光的控制，安裝設(shè)置都比較方便，無(wú)須預(yù)先布線，不會(huì)破壞原有家居的美觀。2ZigBee技術(shù)ZigBee技術(shù)是一種無(wú)線連接技術(shù)，可工作在2.4GHz(全球流行)、868MHz(歐洲流行)和915MHz(美國(guó)流行)3個(gè)頻段上，分別具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的傳輸速率它的傳輸距離在1

23、075m的范圍內(nèi)，但可以繼續(xù)增加。它是一種近距離、低復(fù)雜度、長(zhǎng)功耗、低速率、低成本的雙向無(wú)線通信技術(shù)，主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸及典型的有周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)和低反應(yīng)時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用。3Z-Wave技術(shù)Z-Wave是一種新興的基于射頻的、低成本、低功耗、高可靠、適于網(wǎng)絡(luò)的短距離無(wú)線通信技術(shù)。工作頻帶為90842MHz(美國(guó))868.42MHz(歐洲)，采用FSK(BFSK/GFSK)調(diào)制方式，數(shù)據(jù)傳輸速率為9.6kbps，信號(hào)的有效覆蓋范圍在室內(nèi)是30m，室外可超過(guò)100m，適合于窄帶寬應(yīng)用場(chǎng)合。隨著通信距離的增大，設(shè)備的復(fù)雜度、功耗以及系統(tǒng)成本都在

24、增加，相對(duì)于現(xiàn)有的各種無(wú)線通信技術(shù)，Z-Wave技術(shù)專門針對(duì)窄帶應(yīng)用并采用創(chuàng)新的軟件解決方案取代成本高的硬件，因此只需花費(fèi)其它類似技術(shù)的一小部份成本就可以組建高質(zhì)量的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，Z-Wave技術(shù)將是最低功耗和最低成本的技術(shù)，有力地推動(dòng)著低速率無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)。4藍(lán)牙技術(shù)藍(lán)牙技術(shù)(Bluetooth)是一種短途的無(wú)線通信技術(shù)，其通信距離一般在10m以內(nèi)，能讓移動(dòng)手機(jī)、平板式計(jì)算機(jī)、筆記本式計(jì)算機(jī)等移動(dòng)設(shè)備或者PC等固定設(shè)備之間進(jìn)行方便快速的無(wú)線信息交換。56LoWPAN技術(shù)6LoWPAN技術(shù)采用規(guī)定的IEEE802.15.4物理層和MAC層，不同之處在于6LoWPAN技術(shù)使用IETF規(guī)定的IPv6功

25、能，上層采用TCP/IPv6協(xié)議棧。6Wi-Fi技術(shù)Wi-Fi俗稱無(wú)線寬帶，是一種基于IEEE802.11b的無(wú)線局域網(wǎng)。它是一種短程無(wú)線傳輸技術(shù)，能夠在數(shù)百厘米范圍內(nèi)支持互聯(lián)網(wǎng)接入的無(wú)線電信號(hào)。隨著技術(shù)的發(fā)展，以及IEEE802.11a及IEEE802.11g等標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)，現(xiàn)在IEEE802.11這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)已被統(tǒng)稱為Wi-Fi。1.5.3電力線載波技術(shù)電力線將電能傳輸?shù)郊抑械拿總€(gè)房間的用電設(shè)備，同時(shí)也將家中所有的電燈、電器連成了家庭網(wǎng)絡(luò)。電力線載波(英文簡(jiǎn)稱PLC)技術(shù)是指利用現(xiàn)有電力線作為信息傳輸媒介，通過(guò)載波方式將語(yǔ)言或數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行高速傳輸?shù)囊环N通信方式。其最大特點(diǎn)是不需要重新架設(shè)網(wǎng)絡(luò)，只

26、要有電力線，就能進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，是利用1.630MHz頻帶范圍在電力線路上傳輸信號(hào)，傳輸速率依具體設(shè)備不同在4.545Mbps之間。1.6智能家居系統(tǒng)的組成智能家居主要由控制主機(jī)(又稱智能網(wǎng)關(guān))、各種傳感器、探測(cè)器、遙控器、智能開(kāi)關(guān)、智能插座及家庭網(wǎng)絡(luò)等組成，如下圖所示。1.6.1控制主機(jī)控制主機(jī)是智能家居的組成部分之一，它是家庭網(wǎng)絡(luò)和外界網(wǎng)絡(luò)溝通的橋梁，是通向互聯(lián)網(wǎng)的大門。在智能家居中由于使用了不同的通信協(xié)議、數(shù)據(jù)格式或語(yǔ)言，控制主機(jī)就是一個(gè)翻譯器?？刂浦鳈C(jī)對(duì)收到的信息要重新打包，以適應(yīng)不同網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男枨?。同時(shí)，控制主機(jī)還可以提供過(guò)濾和安全功能?？刂浦鳈C(jī)有的也稱智能網(wǎng)關(guān)等。1.6.2傳感器與探

27、測(cè)器傳感器與探測(cè)器的作用就像一個(gè)人的眼睛（人體紅外感應(yīng)器），鼻子（燃?xì)鈭?bào)警器，煙霧報(bào)警），耳朵（門磁，震動(dòng)感應(yīng)），它能將看到、聞到、聽(tīng)到的信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)送到控制主機(jī)。智能家居一般均安裝了溫、濕度一體化傳感器，可燃?xì)怏w傳感器，煙霧傳感器，人體紅外探測(cè)器，無(wú)線門磁探測(cè)器，無(wú)線幕簾探測(cè)器，玻璃破碎探測(cè)器等。1.6.3智能控制面板智能控制面板包括開(kāi)關(guān)面板與插座面板是人工/自動(dòng)兩用控制開(kāi)關(guān)與電源插座，如智能燈光面板的主要作用是實(shí)現(xiàn)智能燈光的開(kāi)關(guān)控制和亮度調(diào)節(jié)。它同普通開(kāi)關(guān)一樣，用手觸摸一下，就能控制燈具的開(kāi)或關(guān)，另一方面可接收控制主機(jī)發(fā)的指令進(jìn)行智能燈光控制。1.6.4無(wú)線電遙控器無(wú)線電遙控器的作用是

28、脫離智能家居的控制主機(jī)，對(duì)室內(nèi)燈光、電器進(jìn)行簡(jiǎn)單情景模式控制或?qū)矣秒娖髋c燈光進(jìn)行組合控制。它與普通的空調(diào)遙控器、電風(fēng)扇遙控器不同之處有兩點(diǎn)：一是控制原理不同，普通的遙控器是屬紅外線遙控，無(wú)線電遙控器是采用315MHz或433MHz的射頻進(jìn)行遙控；一是控制作用不同，普通的遙控器是一個(gè)按鍵控制一種功能，如開(kāi)或關(guān)、增加或減少、上升或下降等，而智能家居中的無(wú)線電遙控器除一個(gè)按鍵控制一種功能外，還能一鍵控制多個(gè)功能組合，實(shí)現(xiàn)情景模式控制，如按一下“回家場(chǎng)景”按鍵，便可以同時(shí)開(kāi)燈、打開(kāi)窗簾、開(kāi)啟空調(diào)、電視機(jī)、電飯鍋等。1.6.5家庭網(wǎng)絡(luò)家庭網(wǎng)絡(luò)是在家庭范圍內(nèi)(可擴(kuò)展至鄰居，小區(qū))將計(jì)算機(jī)、電話、家用電器

29、、安防控制系統(tǒng)、照明控制和廣域網(wǎng)相連接的一種新技術(shù)。家庭網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)多子網(wǎng)結(jié)構(gòu)的分別采用不同底層協(xié)議的混合網(wǎng)絡(luò)，與局域網(wǎng)（LAN）和廣域網(wǎng)（WAN）相比，在系統(tǒng)構(gòu)成、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及用戶群體方面都具有自己的特點(diǎn)，未來(lái)的家庭網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)必須提供完整的系統(tǒng)集成方案、高度的互操作性和靈活易用的網(wǎng)絡(luò)接口。1.6.6射頻控制主機(jī)的安裝與設(shè)置1檢查主機(jī)配件2組網(wǎng)通電測(cè)試3用戶登陸1.7智能家居的控制方式智能家居在控制方式上有本地控制、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制、定時(shí)控制和一鍵情景控制4種方式。1.7.1本地控制本地控制是指在受控家電附近，通過(guò)智能開(kāi)關(guān)、無(wú)線遙控器、控制屏、平板電腦及家用電器本身的操作按鈕等，對(duì)家電及燈具進(jìn)行的各種操

30、作。1.7.2遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制一般是指在遠(yuǎn)離住宅的地方，通過(guò)電話機(jī)、智能手機(jī)及外部網(wǎng)絡(luò)對(duì)家電、燈具與門窗等進(jìn)行的控制操作。1.7.3定時(shí)控制定時(shí)控制是指在控制主機(jī)內(nèi)事先對(duì)家中的固定事件進(jìn)行編程固化，例如，定時(shí)開(kāi)關(guān)窗簾，定時(shí)開(kāi)關(guān)熱水器等等，電視、音響、照明、喂寵物等均可設(shè)定時(shí)控制。1.7.4一鍵情景控制一鍵情景控制是指將家中燈光、窗簾、空調(diào)和其他家用電器的若干個(gè)設(shè)備任意組合，形成一個(gè)自定義的情景模式，然后按下任一情景模式鍵，便可按預(yù)先設(shè)定的情景模式開(kāi)啟燈光、窗簾、空調(diào)或其他家用電器。思考題1我國(guó)智能家居的發(fā)展經(jīng)歷了哪幾個(gè)階段？2什么是智能家居？什么是數(shù)字家庭？?jī)烧哂泻螀^(qū)別？3什么是物聯(lián)網(wǎng)

31、？其體系結(jié)構(gòu)分為哪幾層？4什么是云計(jì)算？云平臺(tái)典型物理架構(gòu)如何？5智能家居有哪些特征？6智能家居相關(guān)技術(shù)有哪些？7智能家居主要控制技術(shù)與控制方式有哪些？8智能家居主要由哪幾部分組成？第2章照明智能控制本章要點(diǎn)了解照明智能控制系統(tǒng)的組成。熟悉照明智能控制所需產(chǎn)品及性能。熟悉家庭照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)。掌握家庭照明系統(tǒng)的設(shè)置。2.1照明智能控制系統(tǒng)的組成照明智能控制系統(tǒng)主要由控制模塊、環(huán)境光傳感器與智能開(kāi)關(guān)等組成，如下圖所示。其中控制模塊是一款功能精簡(jiǎn)的智能家居控制主機(jī)，它安裝好相關(guān)軟件后，可輕松控制燈光、窗簾、電器等設(shè)備；環(huán)境光傳感器可以感知室內(nèi)光線情況，并告知控制模塊自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)亮度，降低照明電能消耗；

32、智能開(kāi)關(guān)包括調(diào)光面板、情景控制面板與隨意貼面板，它們可手動(dòng)或受控制模塊控制室內(nèi)的燈光或不同燈具的組合。2.2照明智能控制所需產(chǎn)品及性能簡(jiǎn)介2.2.1普通燈開(kāi)關(guān)面板普通燈開(kāi)關(guān)面板是按國(guó)際電工標(biāo)準(zhǔn)86式墻壁開(kāi)關(guān)外型設(shè)計(jì)（長(zhǎng)寬深為868635mm），不需接零線，不需重新布線，不需對(duì)燈具改動(dòng)任何配件，可直接替代原有墻壁開(kāi)關(guān)。實(shí)現(xiàn)手動(dòng)開(kāi)關(guān)燈、遙控開(kāi)關(guān)燈，還可配合智能主機(jī)進(jìn)行情景模式等集中控制。并能識(shí)別、存儲(chǔ)生產(chǎn)廠家的任何相關(guān)控制產(chǎn)品的數(shù)字編碼信息。2.2.2調(diào)光面板調(diào)光面板也是按國(guó)際電工標(biāo)準(zhǔn)86式墻壁開(kāi)關(guān)外型設(shè)計(jì)，上面安裝電子感應(yīng)按鍵，也可接收控制模塊的無(wú)線遙控信號(hào)，對(duì)室內(nèi)燈具進(jìn)行開(kāi)/關(guān)控制與亮度調(diào)整。

33、2.2.3情景控制面板情景控制面板的特點(diǎn)在于事先設(shè)定的“情景”，把以前需要好幾個(gè)動(dòng)作才能做完的事情，變成一個(gè)按鍵動(dòng)作就可以完成。2.2.4環(huán)境光傳感器環(huán)境光傳感器主要由光敏元件組成。目前光敏元件主要有光敏電阻、光敏二極管、光電三極管、硅光電池等。環(huán)境光傳感器可以感知周圍光線情況，并告知控制主機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié)室內(nèi)亮度，降低照明電能消耗。2.2.5控制模塊控制模塊是一款功能簡(jiǎn)易的控制主機(jī)，它適合控制某些功能單一的系統(tǒng)，如照明智能控制、家電控制、家庭安防控制、影院控制等。2.3家庭照明智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.3.1住宅建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范我國(guó)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)住宅建筑電氣設(shè)計(jì)規(guī)范的編號(hào)為JGJ2422011，自2012年4月

34、1月起實(shí)施。2.3.2家庭照明設(shè)計(jì)的基本要求智能家庭照明設(shè)計(jì)的主要目的是實(shí)現(xiàn)智能化管理與控制，另外則是節(jié)能與環(huán)保。其中智能化操作系統(tǒng)的照明必須滿足：一是可以實(shí)現(xiàn)人性化、智能化一鍵操作，集成可視管理，可控管理，節(jié)省人力勞動(dòng)；二是必須實(shí)現(xiàn)能源的節(jié)能與環(huán)保。2.3.3家庭照明的燈光設(shè)計(jì)家庭照明系統(tǒng)一般分為客廳、臥室、餐廳、廚房、書(shū)房、衛(wèi)生間等，在智能家居設(shè)計(jì)的過(guò)程中，照明智能系統(tǒng)根據(jù)各個(gè)房間的要求，進(jìn)行燈光設(shè)計(jì)和控制，實(shí)現(xiàn)理想效果。家庭照明的燈光設(shè)計(jì)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭內(nèi)外的燈光進(jìn)行各種智能控制與管理，具體地說(shuō)主要實(shí)現(xiàn)燈光一對(duì)一開(kāi)關(guān)控制、雙控、多控，全部及局部區(qū)域燈光全開(kāi)、全關(guān)；不同房間、生活區(qū)域的一鍵式情景控制功能。2.4家庭照明智能系統(tǒng)的設(shè)置2.4.1普通燈開(kāi)關(guān)面板的設(shè)置2.4.2雙向燈光面板的與設(shè)置2.4.3調(diào)光燈開(kāi)關(guān)面板的設(shè)置2.4.4情景控制面板的設(shè)置2.4.5LED變色燈的設(shè)置思考題1照明智能控制系統(tǒng)由哪幾部分組成？2情景控制面板有何作用？3家庭照明設(shè)計(jì)有哪些基本要求？4雙向燈光面板有何特點(diǎn)？第3章家電智能控制與能源管控了解家電智能控制系統(tǒng)和能源管控系統(tǒng)的組成。熟悉家電智能控制和能源管控所需產(chǎn)品及性能。熟悉家電智能控制和能源管控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。掌握家電智能控制系統(tǒng)的設(shè)置。3.1家電智能