1、物联网技术应用智能家居主编 刘修文副主编 徐玮参编 马宇平、杨玉鸿、俞建、张国峰、何颖峰等机械工业出版社机械工业出版社 2022-4-171物联网技术应用智能家居 第1章 智能家居概述2022-4-172 本章要点本章要点 了解智能家居的有关概念智能家居在我国的发展情况。 熟悉智能家居的特征与相关技术。 熟悉智能家居主要控制技术与控制方式。 掌握智能家居系统的组成。2022-4-173 1.1 1.1 智能家居的起源智能家居的起源 1.1.11.1.1智能家居在国外的发展智能家居在国外的发展 智能家居的起源可从智能家居的起源可从19841984年年1 1月算起，当月算起，当时美国联合科技公司将
2、建筑设备信息化、整时美国联合科技公司将建筑设备信息化、整合化概念应用于美国康涅狄格州合化概念应用于美国康涅狄格州（Connecticut)Connecticut)哈特福特市（哈特福特市（HartfordHartford）的）的一幢旧金融大厦进行改建时，采用计算机系一幢旧金融大厦进行改建时，采用计算机系统对大楼的空调、电梯、照明等设备进行监统对大楼的空调、电梯、照明等设备进行监测和控制，并提供语音通信、电子邮件和情测和控制，并提供语音通信、电子邮件和情报资料等方面的信息服务。于是出现了公认报资料等方面的信息服务。于是出现了公认的世界第一幢的世界第一幢“智能建筑智能建筑”，从此也揭开了，从此也揭开
3、了全世界争相建造智能家居的序幕。全世界争相建造智能家居的序幕。2022-4-174 最著名的智能家居要算比尔.盖茨的豪宅。比尔.盖茨在他的未来之路一书中以很大篇幅描绘他正在华盛顿湖建造的私人豪宅。他描绘他的住宅是“由硅片和软件建成的”并且要“采纳不断变化的尖端技术”。经过7年的建设，1997年，比尔.盖茨的豪宅终于建成，如下图所示。2022-4-1752022-4-176 1.1.21.1.2智能家居在国内的发展智能家居在国内的发展 我国智能家居的发展经历了我国智能家居的发展经历了4 4个阶段，分个阶段，分别是萌芽期别是萌芽期/ /智能小区期、开创期、徘徊期、智能小区期、开创期、徘徊期、融合演
4、变期。融合演变期。 1 1萌芽期萌芽期/ /智能小区期（智能小区期（19941994年年-1999-1999年）年） 2 2开创期（开创期（20002000年年-2005-2005年）年） 3 3徘徊期（徘徊期（2006-20102006-2010年）年） 4 4融合演变期（融合演变期（2011-20202011-2020年）年）2022-4-177 1.1.31.1.3智能家居的发展趋势智能家居的发展趋势 1 智能家居技术发展趋势 智能家居技术发展趋势大致表现在无线智能家居大行其道，云计算无处不在，设备使用呈现全方位人性化三个方面。 2 智能家居市场发展趋势 2022-4-178 1.2 1
5、.2 智能家居的基本概念智能家居的基本概念 1.2.1智能家居 智能家居是一个以家庭住宅为平台，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。智能家居通过物联网技术将家中的各种设备（如窗帘、空调、网络家电、音视频设备、照明系统、安防系统、数字影院系统以及三表抄送等）连接到一起，提供家电控制、照明控制、窗帘控制、安防监控、情景模式、远程控制、遥控控制以及可编程定时控制等多种功能和手段。如下图所示。2022-4-1792022-4-17101.2.21.2.2数字家庭数字家庭数字家庭也称智慧家庭，它是指以家庭为中心，连结家庭数字家
6、庭也称智慧家庭，它是指以家庭为中心，连结家庭内的各种数字设备，来整合提供和满足家庭成员对家庭生活内的各种数字设备，来整合提供和满足家庭成员对家庭生活的多种需求。不同的家庭人员构成对数字家庭有不同的理解的多种需求。不同的家庭人员构成对数字家庭有不同的理解和需求，如，以娱乐为主要需求的家庭则对其客厅的数字化和需求，如，以娱乐为主要需求的家庭则对其客厅的数字化情有独钟；以满足老年生活为主的家庭，则对根据体征信息情有独钟；以满足老年生活为主的家庭，则对根据体征信息能否及时给出生活建议和及时提供起居生活便利颇感兴趣；能否及时给出生活建议和及时提供起居生活便利颇感兴趣；而全职工作者为主的家庭则可能更青睐于
7、数字家庭的防盗设而全职工作者为主的家庭则可能更青睐于数字家庭的防盗设施和快捷的多功能数字生活电器应用等等。数字家庭的范畴施和快捷的多功能数字生活电器应用等等。数字家庭的范畴不仅限于家庭娱乐和家居控制不仅限于家庭娱乐和家居控制( (比如开关、灯光、温湿度控比如开关、灯光、温湿度控制等制等) )，还应该包括能源、医疗、安防、教育等，各种家庭，还应该包括能源、医疗、安防、教育等，各种家庭机能几乎无所不包。机能几乎无所不包。2022-4-1711 1.2.3家庭自动化 家庭自动化是指通过自动控制技术、计算机技术和通信技术等手段，有助于实现人们家务劳动和家务管理的自动化，大大减轻人们在家庭生活中的劳动强
8、度，节省时间，提高物质、文化生活水平。家庭自动化已是人类社会进步的重要标志之一。随着现代科学技术的发展和人们生活要求的提高，家庭自动化的范围也在日益扩大，如家庭安全系统、家庭自动控制系统、家庭信息系统和家用机器人等。2022-4-1712 1.2.4信息家电 信息家电是一种利用计算机技术、电信技术和电子技术与传统家电相结合的新型家用电器。它包括个人计算机、数字电视机顶盒、手持电脑(HPC) 、DVD、超级VCD、无线数据通信设备、视频游戏设备、IP电话等等，所有能够通过网络系统交互信息的家电产品，都可以称之为信息家电。2022-4-1713 1.2.5网络家电 网络家电是将普通家用电器利用数字
9、技术、网络技术及智能控制技术设计改进的新型家电产品。网络家电可以实现互联组成一个家庭内部网络，同时这个家庭网络又可以与外部互联网相连接。2022-4-17141.2.6智能家电 智能家电也是一种新型的家用电器，它将微处理器和计算机技术引入家用电器设备中，具有自动监测自身故障、自动测量、自动控制、自动调节与远方控制中心通信功能。 智能家电大致分为两类：一是采用电子、机械等方面的先进技术和设备；二是模拟家庭中熟练操作者的经验进行模糊推理和模糊控制。2022-4-17151.2.7智能家庭网络 智能家庭网络一般包含两层意义。一是指在家庭内部各种信息终端及各种家用电器能通过智能家庭网络自动发现、智能共
10、享及协同服务。比如，使用一部智能手机就能遥控所有的家电设备，不用一遍遍地寻找电视机、机顶盒、空调的遥控器；甚至未来的智能厨房里灶具、冰箱、抽油烟机、烤箱等设备之间能相互控制。二是指通过家庭网关将公共网络功能和应用延伸到家庭，通过网络连接各种信息终端，提供集成的语音、数据、多媒体、控制和管理等功能，实现信息在家庭内部终端与外部公网的充分流通和共享。2022-4-17161.2.8物联网 物联网是以感知为目的，实现人与人、人与物、物与物全面互联的网络。其突出特征是通过各种感知方式来获取物理世界的各种信息，结合互联网、移动通信网等进行信息的传递与交互，再采用智能计算技术对信息进行分析处理，从而提升人
11、们对物质世界的感知能力，实现智能化的决策和控制。 家居物联网可以分为感知层、网络层和应用层。如下图所示。2022-4-17172022-4-17181.2.9云计算 云是网络、互联网的一种比喻说法，云计算（Cloud Computing）是一种基于互联网的计算方式，它的运算能力是每秒10万亿次。通过云计算可以按需将共享的软硬件资源和信息提供给计算机和其他设备，如用户可通过台式电脑、笔记本电脑、平板电脑、智能手机或其他智能终端接入数据中心，按自己的需求进行运算。云计算环境下数据中心管理如下图所示2022-4-17192022-4-17201.3智能家居的特征 智能家居是人们的一种居住环境，让家庭
12、生活更加安全，节能，智能，便利和舒适。智能家居的特征可归纳为操作随意性、网络多样性、设备互联性、功能扩展性与系统可靠性。2022-4-17211.3.1操作随意性 智能家居的操作随意性主要表现在操作方式多样化，可以用智能触摸屏，也可以用情景遥控器，还可以用手机或平板电脑；时间地点任意化，智能家居可在任何时间、任何地点、任何情况下对室内外任何设备均可实现及时、全面的了解和控制；灯光效果个性化，室内的灯光可根据个人需求，设置不同的情景。例如设定一个“灯光起夜”情景，在这个情景中，可以设定卧室壁灯、客厅地灯、卫生间小灯为“开”的状态。情景设好后，在半夜起床时只需按下一个“灯光起夜”情景键，设定的灯会
13、同时打开。2022-4-17221.3.2网络多样性 随着网络化、智能化时代的不断推进，智能家居中的家庭网络也呈多样化。家庭网络主要分无线网络与有线网络两种。其中无线网络因采用的技术不同，又分射频技术、ZigBee技术与Z-wave技术等，有线网络也分总线技术与电力线载波技术，总线技术又有KNX总线、LonWorks总线、RS-485总线、CAN总线等。2022-4-17231.3.3设备互联性 智能家居中的各种家用电器可通过家庭网络实现互联，并可顺延电器的运行时段，避开能源成本高峰期，为用户节省电费。此外，智能家居系统的可监控能耗模式是借助无线通信、计量和控制技术实现。可以采用的无线通信方式
14、包括Wi-Fi或ZigBee等。借助ZigBee通信，家用电器可通过电表或家庭能源管理系统获取能源价格信号，并发回由控制主机计量电路测得的能源使用情况。2022-4-17241.3.4功能扩展性 智能家居进入中国市场已走过了近十年的发展历程，目前还处在发展初期。随着国家“十二五”规划制定以及电信网、计算机网和有线电视网三网融合的快速发展，物联网的普及应用，智能家居也在加快脚步发展。智能家居的功能扩展性表现在为满足不同类型、不同档次、不同风格的住宅用户的需求，智能家居的控制主机的软件系统可在线升级，控制功能也可不断完善。除能实现智能灯光控制、电器控制、安防报警、背景音乐、视频共享、门窗控制和远程
15、监控外，还可实现自动浇花扫地，老人小孩防护，宠物喂食、紧急电话求助等。2022-4-17251.3.5系统可靠性 智能家居的系统可靠性主要表现在智能中心控制主机是基于互联网+GSM移动网双网平台设计，双网设计大大提高了系统的可靠性，即使在某些互联网网速低或不稳定的地方使用也不会影响系统的主要功能。智能家居系统采用射频(RF)、ZigBee技术、无线宽带(Wi-Fi)、传输控制协议/互联网协议(TCP/IP)等协议进行数据传输，通过无线方式来发送指令。灯光、窗帘、电器控制采用RF传输命令，进行集中监视和控制。2022-4-17261.4智能家居相关技术 智能家居是一个完整的智能化、自动化、网络化
16、的现代家庭，其主要技术包括综合布线技术、网络通信技术、安全防范技术、自动控制技术和音视频技术。2022-4-17271.4.1综合布线技术 综合布线技术是一种信息传输技术，它将所有电话、数据、图文、图像及多媒体设备的布线综合（或组合）在一套标准的布线系统上，实现了多种信息系统的兼容、共用和互换互调性能。综合布线技术是信息传输技术的一种特殊传输技术。即它是在建筑和建筑群环境下的一种信息有线传输技术；它在建筑物内或建筑群间传输语音、数据、图像等信息满足人们在建筑物内的各种信息要求。因此，它能满足所支持的语音、数据、多媒体等系统的传输速率和传输标准的要求，也是智能建筑弱电技术主要技术之一。2022-
17、4-17281.4.2网络通信技术 网络通讯技术是指通过计算机、通信网和网络设备对语音、数据、图像等信息进行采集、存储、处理和传输等，使信息资源达到充分共享的技术。 其中通信网按功能与用途不同，一般可分为物理网、业务网和支撑管理网等三种。2022-4-17291.4.3安全防范技术 安全防范技术是社会公共安全科学技术的一个分支，具有其相对独立的技术内容和专业体系。 安全防范技术通常分为三类： 一是物理技术防范。 二是电子防范技术。 三是生物统计学防范技术。2022-4-17301.4.4自动控制技术 自动控制技术是20世纪发展最快、影响最大的技术之一，也是21世纪最重要的高新技术之一。当前各项
18、新技术、工农业生产、军事、日常生活等各个领域，都离不开自动控制技术。 从控制的方式看，自动控制系统有闭环和开环两种。2022-4-17311.4.5音视频技术 音视频技术是研究音频信号和视频信号的产生、收集、处理、传输和存储的技术，是传统音响技术与现代数字声像技术相结合的一门实用技术。智能家居中的背景音乐、家庭影院就是音视频技术的具体应用。2022-4-17321.5智能家居主要控制技术简介 目前市场上智能家居品牌繁多，但其控制技术主要有以下三种：总线技术、无线组网技术和电力载波技术。根据智能家居杂志2014年初进行市场调查统计，各种技术在产品中所占的百分比如下图所示。下图显示各种技术在产品中
19、所占的百分比，仅是一份市场调查，并不能反映某种技术的优劣，仅供读者在了解各种技术时参考。2022-4-17332022-4-17341.5.1总线技术 总线技术是指将所有设备的通信与控制都集中在一条总线上，是一种全分布式智能控制网络技术，其产品模块具有双向通信能力，以及互操作性和互换性，其控制部件都可以编程。典型的总线技术采用双绞线总线结构，各网络节点可以从总线上获得供电（24V/DC），亦通过同一总线实现节点间无极性、无拓扑逻辑限制的互连和通信，信号传输速率和系统容量则分别为10kbps和4G。2022-4-1735 在智能家居中采用双绞线为控制总线，以此通信介质的主要有KNX总线、LonW
20、orks总线、RS-485总线、CAN总线等。就总线本身而言，这几种总线的拓扑结构基本是相同的，如下图所示，不同的只是通信协议和接口。2022-4-17362022-4-17371.5.2无线组网技术 无线智能家居网络是指在家庭内部将各种电气设备和电气子系统通过无线电连接起来，采用统一的通信协议，对内实现资源共享，对外通过网关与外部网互联进行信息交换的无线局域网。 无线组网技术是智能家居未来的发展趋势，因为它去掉了繁琐的布线。无线组网技术主要包括RF、ZigBee、Z-Wave、Wi-Fi、蓝牙、6LoWPAN等几种无线技术。2022-4-1738 1 1射频识别射频识别(RFID)(RFID
21、)技术技术 射频识别（英文简称射频识别（英文简称RFIDRFID）技术，是一种近距离、）技术，是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线通低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线通信技术。通过高频的无线频率（信技术。通过高频的无线频率（315315或或433.92MHz433.92MHz、868MHz868MHz、915 MHz915 MHz等）点对点传输，实现灯光、窗等）点对点传输，实现灯光、窗帘、家电等的遥控功能。这种技术的优点是部分产帘、家电等的遥控功能。这种技术的优点是部分产品无需重新布线，利用点对点的射频识别技术，实品无需重新布线，利用点对点的射频识别技术，实现对家电
22、和灯光的控制，安装设置都比较方便，无现对家电和灯光的控制，安装设置都比较方便，无须预先布线，不会破坏原有家居的美观。须预先布线，不会破坏原有家居的美观。2022-4-1739 2 ZigBee技术 ZigBee技术是一种无线连接技术，可工作在2.4GHz (全球流行)、868MHz(欧洲流行)和915MHz(美国流行)3个频段上，分别具有最高250kbit/s、20kbit/s和40kbit/s的传输速率它的传输距离在1075m的范围内，但可以继续增加。它是一种近距离、低复杂度、长功耗、低速率、低成本的双向无线通信技术，主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输及典型的
23、有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。2022-4-1740 3 Z-Wave技术 Z-Wave是一种新兴的基于射频的、低成本、低功耗、高可靠、适于网络的短距离无线通信技术。工作频带为90842MHz(美国)868.42MHz(欧洲)，采用FSK(BFSK/GFSK)调制方式，数据传输速率为9.6kbps，信号的有效覆盖范围在室内是30m，室外可超过100m，适合于窄带宽应用场合。随着通信距离的增大，设备的复杂度、功耗以及系统成本都在增加，相对于现有的各种无线通信技术，Z-Wave技术专门针对窄带应用并采用创新的软件解决方案取代成本高的硬件，因此只需花费其它类似技术的一小部份成本
24、就可以组建高质量的无线网络，Z-Wave技术将是最低功耗和最低成本的技术，有力地推动着低速率无线个人区域网。 2022-4-1741 4蓝牙技术 蓝牙技术(Bluetooth)是一种短途的无线通信技术，其通信距离一般在10m以内，能让移动手机、平板式计算机、笔记本式计算机等移动设备或者PC等固定设备之间进行方便快速的无线信息交换。 5 6 LoWPAN技术 6LoWPAN技术采用规定的IEEE802.15.4物理层和MAC层，不同之处在于6LoWPAN技术使用IETF规定的IPv6功能，上层采用TCP/IPv6协议栈。 2022-4-1742 6 Wi-Fi6 Wi-Fi技术技术 Wi-FiW
25、i-Fi俗称无线宽带，是一种基于俗称无线宽带，是一种基于IEEE IEEE 802.11b802.11b的无线局域网。它是一种短程无线传输技的无线局域网。它是一种短程无线传输技术，能够在数百厘米范围内支持互联网接入的无线术，能够在数百厘米范围内支持互联网接入的无线电信号。随着技术的发展，以及电信号。随着技术的发展，以及IEEE 802.11aIEEE 802.11a及及IEEE 802.11gIEEE 802.11g等标准的出现，现在等标准的出现，现在IEEE 802.11IEEE 802.11这这个标准已被统称为个标准已被统称为Wi-FiWi-Fi。2022-4-17431.5.3电力线载波
26、技术 电力线将电能传输到家中的每个房间的用电设备，同时也将家中所有的电灯、电器连成了家庭网络。电力线载波(英文简称PLC)技术是指利用现有电力线作为信息传输媒介，通过载波方式将语言或数据信号进行高速传输的一种通信方式。其最大特点是不需要重新架设网络，只要有电力线，就能进行数据传递，是利用1.630MHz频带范围在电力线路上传输信号，传输速率依具体设备不同在4.545Mbps之间。2022-4-17441.6智能家居系统的组成 智能家居主要由控制主机(又称智能网关)、各种传感器、探测器、遥控器、智能开关、智能插座及家庭网络等组成，如下图所示。2022-4-17452022-4-17461.6.1
27、控制主机 控制主机是智能家居的组成部分之一，它是家庭网络和外界网络沟通的桥梁，是通向互联网的大门。在智能家居中由于使用了不同的通信协议、数据格式或语言，控制主机就是一个翻译器。控制主机对收到的信息要重新打包，以适应不同网络传输的需求。同时，控制主机还可以提供过滤和安全功能。控制主机有的也称智能网关等。2022-4-17471.6.2传感器与探测器 传感器与探测器的作用就像一个人的眼睛（人体红外感应器），鼻子（燃气报警器，烟雾报警），耳朵（门磁，震动感应），它能将看到、闻到、听到的信息转换为电信号送到控制主机。智能家居一般均安装了温、湿度一体化传感器，可燃气体传感器，烟雾传感器，人体红外探测器，
28、无线门磁探测器，无线幕帘探测器，玻璃破碎探测器等。2022-4-17481.6.3智能控制面板 智能控制面板包括开关面板与插座面板是人工/自动两用控制开关与电源插座，如智能灯光面板的主要作用是实现智能灯光的开关控制和亮度调节。它同普通开关一样，用手触摸一下，就能控制灯具的开或关，另一方面可接收控制主机发的指令进行智能灯光控制。2022-4-17491.6.4无线电遥控器 无线电遥控器的作用是脱离智能家居的控制主机，对室内灯光、电器进行简单情景模式控制或对家用电器与灯光进行组合控制。它与普通的空调遥控器、电风扇遥控器不同之处有两点：一是控制原理不同，普通的遥控器是属红外线遥控，无线电遥控器是采用
29、315MHz或433MHz的射频进行遥控；一是控制作用不同，普通的遥控器是一个按键控制一种功能，如开或关、增加或减少、上升或下降等，而智能家居中的无线电遥控器除一个按键控制一种功能外，还能一键控制多个功能组合，实现情景模式控制，如按一下“回家场景”按键，便可以同时开灯、打开窗帘、开启空调、电视机、电饭锅等。2022-4-17501.6.5家庭网络 家庭网络是在家庭范围内 (可扩展至邻居，小区)将计算机、电话、家用电器、安防控制系统、照明控制和广域网相连接的一种新技术。家庭网络是一个多子网结构的分别采用不同底层协议的混合网络，与局域网（LAN）和广域网（WAN）相比，在系统构成、网络协议及用户群
30、体方面都具有自己的特点，未来的家庭网络实现必须提供完整的系统集成方案、高度的互操作性和灵活易用的网络接口。2022-4-17511.6.6射频控制主机的安装与设置 1检查主机配件 2组网通电测试 3用户登陆2022-4-17521.7智能家居的控制方式 智能家居在控制方式上有本地控制、远程网络控制、定时控制和一键情景控制4种方式。 1.7.1本地控制 本地控制是指在受控家电附近，通过智能开关、无线遥控器、控制屏、平板电脑及家用电器本身的操作按钮等，对家电及灯具进行的各种操作。2022-4-17531.7.2远程网络控制 远程网络控制一般是指在远离住宅的地方，通过电话机、智能手机及外部网络对家电
31、、灯具与门窗等进行的控制操作。 1.7.3定时控制 定时控制是指在控制主机内事先对家中的固定事件进行编程固化，例如，定时开关窗帘，定时开关热水器等等，电视、音响、照明、喂宠物等均可设定时控制。2022-4-17541.7.4 一键情景控制 一键情景控制是指将家中灯光、窗帘、空调和其他家用电器的若干个设备任意组合，形成一个自定义的情景模式，然后按下任一情景模式键，便可按预先设定的情景模式开启灯光、窗帘、空调或其他家用电器。2022-4-17551.8实训 1.8.1 实训一 参观智能家居体验中心(体验厅) 1.实训目的 2.实训场地 3.实训步骤与内容 4.实训报告2022-4-17561.8.2 实训二 射频控制主机的安装与设置 1.实训目的 2.实训场地 3.实训步骤与内容 4.实训报告2022-4-1757结束语当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。When You Do Your Best, Failure Is Great, So DonT Give Up, Stick To The End感谢聆听不足之处请大家批评指导Please Criticize And Guide The Shortcomings演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
