智能家居基本原理54

CSHIACSHIA智能家居系统工程师培训智能家居系统工程师培训官网Website：www.cshia.org微博Microblogging:@cshia微信WeChat:cshiacn20142014年年1212月月武汉武汉王斌王斌博士博士智能家居基本原理智能家居基本原理讲解概要智能家居的发展1智能家居的概念2智能家居系统的特征3家庭自动化原理4家庭网络5智能家居的发展西屋电气公司的吉姆·萨瑟兰ECHOIVPICO电子公司研制成功X10美国康涅迪格州建成“SmartHome”美国电子工业协会制定家庭总线CEBUS智能家居的发展日本成立ECHONET我国颁布《小康住宅电气设计导则》微软在全球范围内力推“维纳斯计划”中国成立“家庭网络平台标准工作组”智能家居的发展数字生活联盟(DLNA) 成立e家佳联盟成立“闪联”成立ZigBee联盟成立智能家居的发展苹果公司推出iPhone2GiPad,iTV产品谷歌推出了Android1.5手机温总理在无锡发出了“感知中国”的号召中国智能家居产业联盟成立智能家居的概念智能家居在英文中常用SmartHome，最初的定义为将家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器和家庭安防装置，通过家庭总线技术(HBS)连接到一个家庭智能系统上，进行集中或异地监视、控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调。智能家居的概念智能家居在英文中常用SmartHome，最初的定义为将家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器和家庭安防装置，通过家庭总线技术(HBS)连接到一个家庭智能系统上，进行集中或异地监视、控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调。智能家居的概念与智能家居概念相近的有“家庭网络”、“网络家电”、“家庭自动化”和“数字家庭”智能家居的概念与智能家居概念相近的有“家庭网络”、“网络家电”、“家庭自动化”和“数字家庭”家庭自动化系统主要是以一个中央微处理机（CentralProcessorUnit，CPU）接收来自相关电子电器产品（外界环境因素的变化，如太阳初升或西落等所造成的光线变化等）的讯息后，再以既定的程序发送适当的信息给其它电子电器产品。中央微处理机必须透过许多界面来控制家中的电器产品，这些界面可以是键盘，也可以是触摸式荧幕、按钮、电脑、电话机、遥控器等；消费者可发送信号至中央微处理机，或接收来自中央微处理机的讯号。智能家居的概念与智能家居概念相近的有“家庭网络”、“网络家电”、“家庭自动化”和“数字家庭”家庭网络是指融合家庭控制网络和多媒体信息网络于一体的家庭信息化平台，是在家庭范围内实现信息设备、通信设备、娱乐设备、家用电器、自动化设备、照明设备、保安（监控）装置及水电气热表设备、家庭求助报警等设备互连和管理，以及数据和多媒体信息共享的系统。智能家居的概念与智能家居概念相近的有“家庭网络”、“网络家电”、“家庭自动化”和“数字家庭”网络家电是一种具有信息互联，互通或互操作特征的家电终端产品。现阶段，网络家电的主要实现方法是通过将普通家用电器利用数字技术、网络技术及智能控制技术设计改进。智能家居的概念与智能家居概念相近的有“家庭网络”、“网络家电”、“家庭自动化”和“数字家庭”数字家庭是指以计算机技术和网络技术为基础，各种家电通过不同的互连方式进行通信及数据交换,实现家用电器之间的“互联互通”,使人们足不出户就可以更加方便快捷地获取信息,从而极大提高人类居住的舒适性和娱乐性。智能家居的概念讨论：到底什么是“智能家居”？智能家居的特征生活质量设备互操作家庭网络以设备互操作为条件互操作则需要不同的设备厂商对控制指令达成一致，遵守一定的标准以提升家居的生活质量为目的智能家居主要提供家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环境以家庭网络为基础X10、CEBus,发展到现在的ZigBee、Wifi家庭自动化的本质——计算机控制系统智能家居的本质计算机控制技术以自动控制技术为基础，以微机为控制核心，综合计算机应用、网络、通讯技术，实现生产技术的精密化、生产设备的信息化、生产过程的自动化。智能家居的本质智能家居的本质工业自动化企业MIS网IBM服务器打印机HUB1HUB2MIS网主机1MIS网主机2工控机（监视）工控机（主控）C320通讯模块仓泵1#PLC甲罐称重乙罐称重仓泵6#PLC甲罐称重乙罐称重…………….现场控制站Internet现场控制层FCS资源规划层ERP制造执行层MES楼宇自动化BAS楼宇自动化系统1.供配电系统2.照明系统3.给排水系统4.暖通与空调系统5.电梯停车场系统6.保安系统7.消防系统8.物业管理高/低压配电设备报警系统参数检测变压器工作状态应急供电设备功率因数自动补偿给水设备监控排水设备监控污水处理系统水位检测锅炉设备监控电梯运行监控停车场监控停车场收费系统设备联动控制紧急广播系统自动监测系统自动排烟系统自动灭火系统分区控制定时控制事故照明艺术照明自动照明空调机组监控冷热机组监控空气处理系统通排风监控环境检测防盗报警监控巡更对讲系统闭路电视门禁控制周界设防系统收费管理财务管理信息管理报表管理统计分析本单位相关职能部门政府相关职能部门：如110/119有关收费部门：如电力/煤气/自来水公司等下位机传感器/控制器下位机传感器/控制器下位机传感器/控制器…中央控制室：装备了各种上位机、显示系统、传输控制系统、信息存储、打印输出、客户查询等设备METASYS操作站METASYS操作站METASYS操作站管理层N1LANNCUNCUNCU给排水RS-485RS-485RS-485…变风量箱控制器N2busN2busN2bus单元型控制器智能型照明控制器……冷冻站能量管理空气处理机组控制器现场总线系统结构图1．DDC支持的监控点(1)模拟量输入(AI)；(2)开关量输入(DI)；(3)模拟量输出(AO)；(4)开关量输出(DO)。2．DDC的主要功能(1)对第三层的数据采样设备进行周期性的数据采集。(2)对采集的数据进行调整和处理(滤波、放大、转换)。(3)对现场采集的数据进行分析，确定现场设备的运行状态。(4)对现场设备运行状况进行检查对比，并对异常状态进行报警处理。(5)根据现场采集的数据执行预定的控制算法(连续调节和顺序逻辑控制的运算)而获得控制数据。3．常见的专用控制器类型(1)空气处理机组控制器；(2)空调控制器；(3)照明控制器；(4)变风量控制器；(5)消防报警控制器。模块化控制器:是可编程的、以计算机模块为基础的直接数字式控制器。其基本结构包括一个可内插多个模块的机架，一个计算机模块和一个电源供应模块。根据不同的具体应用，还可以内插各种不同用途的通信模块、辅助控制模块和输入/输出(Analogy/Digital)模块。问题：1.工业自动化发展日趋成熟，那些经验可以借鉴？组态组态PLCPLC现场总线现场总线标准化接口标准化接口0-5V0-5V4-20mA4-20mA过程控制可抽象过程控制可抽象为：液位、温度、为：液位、温度、压力、流量、成压力、流量、成分、物性等分、物性等智能家居的本质智能家居的本质控制器是在智能家居系统中扮演者非常重要的角色，家庭自动化的任务通常是通过控制器执行特定的程序来完成的。一般来说，家庭控制器可分为两种：工业PC机和嵌入式专用控制器。智能家居的本质3、控制系统架构雨水感应器电动天窗LCD温控风速感应器语音交换机红外感应器遥控器可移动开关百叶窗控制模块窗帘控制面板以太网交换机烟雾感应器调光开关宽频电视信号模块平板电脑地灯控制器智能家居系统控制器玻璃破碎感应器室外照度感应器门磁系统智能家居布线箱温度感应器智能家居的本质打开/关闭电动窗帘开门/关门可控门襟通电/断电可控插座开灯/关灯可控灯光(不含调光)数字输出量下雨/不下雨雨感传感器(电阻式)漏水/不漏水漏水检测传感器开门/关门门磁传感器运动/不运动人体红外热释电传感器泄露/不泄露燃气检测传感器数字输入量状态典型应用类型智能家居的本质控制风扇转速控制背景音乐音量控制房间可调灯光的亮度模拟输出量实际氧气浓度氧气浓度传感器实际光照度环境光照度传感器实际湿度值环境湿度传感器实际温度值环境温度传感器模拟输入量状态典型应用类型讨论：工业自动化能够发展壮大，家庭自动化的那些独特性制约了其发展？种类多种类多前装和后装前装和后装需求多样需求多样成本成本基本知识1.常见传感器原理2.网络原理3.家庭网络基本问题智能家居的本质(1)温度传感器温度传感器主要用于探测室内、室外环境温度。家庭环境中应用最多的是热敏电阻。热敏电阻器是敏感元件的一类，按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器（PTC）和负温度系数热敏电阻器（NTC）。热敏电阻器的典型特点是对温度敏感，不同的温度下表现出不同的电阻值。正温度系数热敏电阻器（PTC）在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻器（NTC）在温度越高时电阻值越低，它们同属于半导体器件。智能家居的本质(2)湿度传感器湿度传感器主要用于探测室内、室外环境湿度。湿敏元件是最简单的湿度传感器。湿敏元件主要有电阻式、电容式两大类。湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋酸纤维等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。智能家居的本质(3)红外传感器•存在于自然界的物体，如人体、火焰、冰块等物都会发射红外线，但波长各不相同。人体温度为36~37oC，所发射的红外线波长为9~10μm，属远红外区；400~700oC的发热体，所放射出的红外线波长为3~5μm，属中红外区。热释电红外传感器不受白天黑夜的影响，可昼夜不停地用于监测，广泛地用于防盗报警。•高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等。热释电人体红外传感器一般都采用差动平衡结构，由敏感元件、场效应管，高值电阻等组成，智能家居的本质(4)门磁窗磁门磁系统是一种安全报警系统，分门磁、窗磁（原理相同，形状相异）。门磁/窗磁其实是门磁开关和窗磁开关的简称，由磁控条和门磁主体两部分组成。智能家居的本质(5)烟雾探测器探测器主要响应燃烧或热解产生的固体液体微粒即烟雾粒子的探测器,主要用来探测可见或不可见的燃烧产物及起火速度缓慢的初期火灾。可分为离子型,光电型,激光型和红外线束型四种。智能家居系统——家庭网络技术网络的拓扑结构计算机网络的拓扑结构主要有：总线型拓扑、星型拓扑、环型拓扑、树型拓扑和混合型拓扑。智能家居系统——传输介质智能家居系统——开放系统互联参考模型智能家居技术的基本问题智能家居技术的基本问题智能家居技术的基本问题智能家居技术的基本问题任何一个问题没有考虑好，任何一个问题没有考虑好，设计的系统都有技术缺陷的！设计的系统都有技术缺陷的！•采用何种通讯介质•传递那些种数据•如何建立网络•如何让家庭网络知道新设备加入或退出网络•如何让家庭网络知道是什么设备，提供何种服务•如何让家庭网络知道如何操作•如何保证网络安全思考题1.结合智能家居的特征，分析智能家居产业中的“技术驱动”和“市场驱动”？2.智能家居的本质是什么？3.试列举三种智能家居中常用的传感器，并说明其原理。智能家居技术的基本问题智能家居技术的基本问题智能家居技术的基本问题智能家居技术的基本问题后装产品的互联后装产品的互联DLNA的宗旨是随时随地享受音乐、视频和照片。换句话说，DLNA就是为了把个人电脑，电视，数码相机，移动设备，手机等电子产品，通过无线网络和有线网络进行互联互通而生的DLNA功能使用条件：1，支持DLNA功能的电子数码设备2，规定的接入网络类型：有线网络802.3.i/u，无线网络802.11/a/b/g3，规定的接入网络协议：支持IPv4网络协议，未来支持IPv64，必须支持使用HTTP协议进行媒体的传输后装产品的互联后装产品的互联•DLNA（Dig