《智能家居概論》第一章課件

1、第1章 智能家居基礎(chǔ) 智能家居概論配套 ppt 主編 羅漢江、束遵國1.1智能家居的起源與發(fā)展1.2 智能家居的系統(tǒng)構(gòu)架及組成1.3 智能家居的主要技術(shù) 1.4 智能家居應(yīng)用及前景1.5 本章小結(jié)主要內(nèi)容 CONTENTS11.1智能家居的起源與發(fā)展1.1.1 智能家居的起源1984年在美國出現(xiàn)的第一幢“智能建筑”?！岸际修k公大樓”（City Place Building），在美國康涅狄格州（Connecticut）哈特福特（Hartford）市它由一幢38層的舊金融大廈改建而成。負(fù)責(zé)改造工作的美國聯(lián)合科技公司（United Technologies Building System）將建筑設(shè)備

2、信息化的概念應(yīng)用到改造中是世界上公認(rèn)的第一幢“智能大廈”，從此揭開了世界爭相建造智能家居的序幕。21.1智能家居的起源與發(fā)展在1997年，比爾蓋茨在華盛頓湖的私人豪宅耗資高達(dá)近1億美元 該建筑的所有家居及電器設(shè)備如門窗、燈具、家用電器等都通過網(wǎng)絡(luò)連接在一起，形成一個(gè)可以通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制和管理的家居網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 在這所智能豪宅里布滿了各類傳感器，可以遠(yuǎn)程或自動(dòng)控制如浴池的水自動(dòng)調(diào)溫、樹木的自動(dòng)需水澆灌、房間的溫度自動(dòng)控制等等 智能家居還可以實(shí)現(xiàn)依人而變的環(huán)境自動(dòng)定制。該定制使用巧妙的電子胸針結(jié)合房間密布的各類傳感器共同實(shí)現(xiàn)，它們能夠記錄客人首次訪問的各類喜好，如喜好的溫度、燈光、音樂、畫作、電視

3、節(jié)目、電影愛好等等。這樣，當(dāng)該客人再次光臨該豪宅時(shí)，客人在活動(dòng)時(shí)的環(huán)境就可以依他而變。31.1.2智能家居的發(fā)展歷程 （1）萌芽起步階段（2000年之前）智能家居在國內(nèi)是一個(gè)新生事物，行業(yè)和企業(yè)處于對(duì)智能家居的一個(gè)概念熟悉、產(chǎn)品認(rèn)知的階段，整個(gè)行業(yè)也處在一個(gè)萌芽階段。（2）開創(chuàng)發(fā)展階段（2000年-2010年）這一階段經(jīng)歷了從第一波快速發(fā)展后進(jìn)入自我調(diào)整穩(wěn)定發(fā)展時(shí)期。（3）融合發(fā)展階段（2010年-至今）這一階段，應(yīng)該說與各種新技術(shù)的發(fā)展融合造就的新一波信息化發(fā)展有關(guān)。（4）成熟階段（預(yù)計(jì)到2030年之后）盡管智能家居在新一波信息技術(shù)的推動(dòng)后，發(fā)展迅猛，但我們認(rèn)為智能家居的成熟與發(fā)展不會(huì)輕易實(shí)

4、現(xiàn)。41.1.3智能家居基本概念5 智能家居、智慧社區(qū)與智慧城市關(guān)系示意圖智能家居是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、信息處理等技術(shù)，通過有效的傳輸網(wǎng)絡(luò)，將住宅智能化系統(tǒng)、多元信息服務(wù)與管理等集成在一起，構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日常事務(wù)的管理系統(tǒng)，提供使用便捷、安全舒適的家居環(huán)境和管理的一種信息網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。1.1.4智能家居與物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）6物聯(lián)網(wǎng)組成示意圖物聯(lián)網(wǎng)簡單的說，就是通過條碼與二維碼、射頻標(biāo)簽（RFID）、全球定位系統(tǒng)（GPS）、紅外感應(yīng)器、攝像頭、激光掃描器、各類傳感器及其構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)等自動(dòng)標(biāo)識(shí)與信息傳感設(shè)備及系統(tǒng)，按照約定的通信協(xié)議，通

5、過各種局域網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等，將物與物、人與物、人與人等相互連接，進(jìn)行相互通信與信息交換，實(shí)現(xiàn)各類物體的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控及管理使用的一種信息網(wǎng)絡(luò)。1.2智能家居的系統(tǒng)構(gòu)架及組成1.2.1系統(tǒng)構(gòu)成7典型智能家居系統(tǒng)構(gòu)成示意圖智能家居系統(tǒng)構(gòu)成可以大致分為硬件設(shè)備及軟件系統(tǒng)。如果從實(shí)現(xiàn)功能上分，由于智能家居需要解決的問題較多，主要涉及家庭安防保護(hù)、環(huán)境調(diào)節(jié)、智能照明管理、健康監(jiān)測、家電智能控制、能源智能計(jì)量、應(yīng)急服務(wù)、家庭網(wǎng)絡(luò)等多個(gè)方面。而一個(gè)典型的智能家居系統(tǒng)主要包括家電控制、燈光控制、窗簾控制、環(huán)境（溫濕度）控制、節(jié)能控制、娛樂控制、安防控制、健康監(jiān)控、車輛控制、家庭灌溉控制等。1.2.1

6、系統(tǒng)構(gòu)成81.2.2硬件設(shè)備9智能家居中智能硬件種類很多，一般而言，根據(jù)具體需要實(shí)現(xiàn)的功能，會(huì)涉及多個(gè)相關(guān)的智能物體。比如安防控制系統(tǒng)可能涉及到無線智能鎖、無線窗磁門磁、無線智能抽屜鎖、無線紅外探測器、防燃?xì)庑孤┑臒o線可燃?xì)馓綔y器、防火災(zāi)損失的無線煙霧火警探測器、防圍墻翻越的太陽能無線電子?xùn)艡?、防漏水的無線漏水探測器、無線車庫門控制器等。環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)可能涉及到空氣質(zhì)量探測器、環(huán)境光傳感器、溫濕度傳感器、溫度控制器、調(diào)光器、換風(fēng)系統(tǒng)、加濕器、無線插座等。環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中的智能照明控制可以涉及到光傳感器、無線調(diào)光器、無線開關(guān)等。1.2.3軟件系統(tǒng)10我們對(duì)于軟件最能直接感受到的是，利用軟件可以實(shí)現(xiàn)各

7、種具體的應(yīng)用 比如可以在手機(jī)中用軟件編制各種APP等對(duì)智能家居實(shí)現(xiàn)感知與控制。如使用手機(jī)APP控制智能燈的開啟與關(guān)閉，以及各種顏色的選擇。再如，蘋果公司在2016年的WWDC蘋果全球開發(fā)者大會(huì)（WorldwideDevelopersConference）上發(fā)布了基于HomeKit的應(yīng)用程序Home，并在iOS10系統(tǒng)中自帶HomeKit控制入口，從而給所有HomeKit硬件提供了一個(gè)統(tǒng)一的管理入口和界面。通過HomeKit可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于智能家居多個(gè)硬件設(shè)備的感知與控制智能家居系統(tǒng)構(gòu)成示意圖1.3智能家居的主要技術(shù)11智能家居涉及的技術(shù)很多，但從功能的層級(jí)結(jié)構(gòu)上，類似于物聯(lián)網(wǎng)，大致可以分為環(huán)境感知

8、技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)和智能控制技術(shù)等。環(huán)境感知類似物聯(lián)網(wǎng)的感知層，主要獲取智能家居本身或者周圍環(huán)境的信息，這是實(shí)現(xiàn)智能家居的基礎(chǔ)。感知的信息需要傳輸和匯總，因此傳輸數(shù)據(jù)需要建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，不論是有線的還是無線的。一旦感知信息可靠傳輸而得以匯總，比如在智能家居控制中心（智能路由器、智能網(wǎng)關(guān)等）可以將信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和相應(yīng)決策，并可以進(jìn)一步將控制信息反饋到智能家居的硬件中，對(duì)智能家居進(jìn)行開、關(guān)、啟動(dòng)、停止、調(diào)整運(yùn)行狀態(tài)等控制，實(shí)現(xiàn)整個(gè)智能家居系統(tǒng)的運(yùn)行。 智能家居主要技術(shù)示意圖1.3.1環(huán)境感知技術(shù)12在智能家居系統(tǒng)中，傳感器是采集攝取信息的基礎(chǔ)，正是利用它們實(shí)現(xiàn)對(duì)智能家電或者居住環(huán)境或物體進(jìn)行監(jiān)測，

9、達(dá)到環(huán)境“感知”的目的。不過，在整個(gè)智能家居系統(tǒng)中，傳感器的信息需要數(shù)字化，才能進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸和信息處理。因此一般而言，傳感器需要將感知到的物理量、化學(xué)量或者生物量等轉(zhuǎn)化成能夠處理的數(shù)字信號(hào)。具體的實(shí)現(xiàn)辦法一般需要將自然感知的模擬電信號(hào)通過放大器放大后，再經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。1.3.2數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)13在智能家居中，各類智能物體需要連接在一起，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)感知數(shù)據(jù)的傳輸，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)智能家居中各類智能家電的控制。這種連接，需要使用網(wǎng)絡(luò)，并通過網(wǎng)絡(luò)，將感知信息傳遞，匯聚，處理，然后滿足智能家居對(duì)智能家電進(jìn)行所需的控制。如果從信息化的視角看，智能家居需要實(shí)現(xiàn)信息的流動(dòng)，這些信息的流動(dòng)行為包括：信

10、息感知、信息收集、信息處理和信息應(yīng)用。智能家居的信息流動(dòng)需要網(wǎng)絡(luò)的存在（更進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)信息融合、信息處理和信息應(yīng)用等等）。如果沒有信息的流動(dòng)，智能家居涉及的各個(gè)智能物體所組成的環(huán)境，以及所居住的人就是孤立的，因而不能實(shí)現(xiàn)所謂的智能控制。1.3.3智能控制技術(shù) 14智能家居的智能控制技術(shù)主要包括：數(shù)據(jù)處理技術(shù)、人工智能技術(shù)、中間件技術(shù)、安全與隱私保護(hù)技術(shù)等。在智能家居系統(tǒng)中，智能控制技術(shù)隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算和人工智能的發(fā)展，成為最具有活力和革命性的關(guān)鍵核心技術(shù)，未來智能家居的進(jìn)一步發(fā)展，很大一方面會(huì)取決于智能控制技術(shù)的發(fā)展，尤其是人工智能在智能家居中的發(fā)展和應(yīng)用。1.4智能家居應(yīng)用及前景 1.4.1

11、應(yīng)用特點(diǎn)15健康能夠創(chuàng)造一個(gè)健康的工作和生活環(huán)境，包括能夠?qū)崿F(xiàn)健康的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對(duì)有害氣體和空氣污染顆粒等及時(shí)監(jiān)測，自動(dòng)改善空氣質(zhì)量。舒適智能家居能夠提供一個(gè)舒適的環(huán)境，依賴于對(duì)于智能家電的自動(dòng)控制，對(duì)于環(huán)境的自動(dòng)監(jiān)測與調(diào)節(jié)，還依賴于人工智能的應(yīng)用。安全安全體現(xiàn)在智能家居本身居住環(huán)境的安全監(jiān)測與保護(hù)，比如安防控制，能夠?qū)τ诿簹庑孤馂?zāi)、房屋水管漏水、房屋入侵及時(shí)發(fā)現(xiàn)，并采用安全的措施，保證智能家居的物品財(cái)產(chǎn)安全。綠色節(jié)能環(huán)保智能家居既是人類生活工作的重要空間，也是人類居住環(huán)境的重要一部分。智能家居在滿足人自身的基礎(chǔ)上，利用智能技術(shù)需要實(shí)現(xiàn)其社會(huì)價(jià)值并做出貢獻(xiàn)。智能家居的綠色節(jié)能環(huán)保特征就是要實(shí)

12、現(xiàn)這個(gè)目的。1.4.2 技術(shù)特征對(duì)實(shí)時(shí)響應(yīng)性高：智能家居的許多應(yīng)用對(duì)實(shí)時(shí)響應(yīng)要求高。比如，如果檢測發(fā)現(xiàn)煤氣泄漏，火災(zāi)、房屋水管漏水、房屋入侵等，就需要立即響應(yīng)，做出相應(yīng)的動(dòng)作。智能化應(yīng)用：從智能家居的名稱可以看出，智能家居強(qiáng)調(diào)的是智能化的應(yīng)用，而智能化的應(yīng)用體現(xiàn)多個(gè)層次。較低層次的智能化，比如改變家電控制的方式，可以采用手機(jī)控制，還可以通過聲音控制。 網(wǎng)絡(luò)化的特性：智能家居實(shí)現(xiàn)智能控制，實(shí)際上是對(duì)物體的虛擬數(shù)字化，也就是通過對(duì)物體的感知，產(chǎn)生數(shù)字化的信息，而這些信息必須流動(dòng)，才能產(chǎn)生控制價(jià)值。161.4.3應(yīng)用前景智能家居具有巨大市場潛力，據(jù)權(quán)威市場調(diào)研機(jī)構(gòu)Gartner發(fā)布報(bào)告稱，預(yù)計(jì)到2020年，在全球近20億的家庭中，智能家庭用戶將達(dá)2.4億。而從中國而言，全國有大約4億家庭，一個(gè)完整而成熟的智能家居系統(tǒng)，需要連接的智能物體多達(dá)幾十個(gè)，因此總的數(shù)量將達(dá)百億以上。數(shù)據(jù)資源網(wǎng)站Statista顯示，2016年智能家居全球市場的收入達(dá)168億美元，其中中國占市場份額的18。另外預(yù)計(jì)到2021年，智能家居產(chǎn)業(yè)在中國每年有625的復(fù)合增長率，市場收入將達(dá)13429億美元。從智能家居在中國的家庭普及率來看，2016年僅為18，預(yù)計(jì)到2021年可達(dá)到126。應(yīng)該說明，智能家庭是智能家居在家庭上的具體應(yīng)用。但廣義上的智能家居，包括更多人類居住的環(huán)境，