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物联网技术应用智能家居第1章智能家居概述 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。0 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 1.1智能家居的起源 1.1.1智能家居在国外的发展 智能家居的起源可从1984年1月算起，当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（Connecticut)哈特福特市（Hartford）的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。于是出现了公认的世界第一幢“智能建筑”，从此也揭开了全世界争相建造智能家居的序幕。 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。 1.1.2智能家居在国内的发展 我国智能家居的发展经历了4个阶段，分别是萌芽期/智能小区期、开创期、徘徊期、融合演变期。 1萌芽期/智能小区期（1994年-1999年） 2开创期（2000年-2005年） 3徘徊期（2006-2010年） 融合演变期（2011-2020年）智能家居始于1994年，当时尚处于概念摸索阶段；2000年2005年，沿海城市出现众多研发生产企业，市场出现恶性竞争局面。国内花样众多的创新产品，由于质量问题和设计的不合理，系统功能缺乏实用性，产品无法正常使用，最后整个系统变成了摆设，在2005年2010年这段时间，整个市场都在收缩。2011年，技术进步、互联网通讯变革助推市场需求快速放量，市场得以恢复；几乎同时，行业巨头开始布局中国，智能新生态逐渐成型。智能家居系统产品共有20个分类，基本功能包涵智能家电控制、智能照明、智能遥控电动窗帘、防盗报警、门禁对讲、消防报警、远程抄表(水、电、煤气)系统、网络通讯等。 1.1.3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智能家居实用功能 近几年，“智能家居”是一个非常火热的词。但在很多人看来，这一高大上的话题显得既陌生又遥远。其实，智能家居早已通过各种不同的展现方式渗入到了我们的日常生活中，并从众多方面来改变我们的生活。随着行业的快速发展，高端产品不断涌现，那么对于寻常百姓来说，有没有什么产品既实用，性价比又相对较高呢？行业专家提出：四大实用功能助推智能家居平民化。1、安防控制对很多家庭来说，当家庭成员都外出时，最牵挂的就是家里的安全。智能家居的安防系统，不仅可以对家里进行实时的监控，一旦有人闯入，系统可以立即向物业和公安部门报警，用户也能在第一时间收到报警通知。当家里的瓦斯等浓度超标时，系统也可以感应到，进行报警，第一时间排除危险。安防控制，让您出门无后顾无忧。2、情景模式情景模式，就是您可以按照生活中的不同情景，综合设置家电设备、灯光照明，让它们满足您的需求。回家时，手指轻轻按下“回家情景”按钮：客厅灯光会自动慢慢变亮，窗帘打开，空调打开自动调到合适的温度，电饭锅开始煲饭和汤，电视机自动打开到新闻频道或是CD机开始播放您喜爱的音乐。当你离家时，选择“离家模式”，系统就会自动断开电源，锁好门窗，不再需要反复确认家里的门有没有锁、灯有没有关。轻轻一点，全部搞定。3、智能模式作为智能家居，智能模式当然是少不了的必备功能。智能模式相当于给您的家安上了眼睛（人体红外感应），鼻子（燃气报警器，烟雾报警），耳朵（门磁，震动感应），时刻感知您的存在，并根据您的行为，调整灯光，插座等设备。当您半夜起来上厕所的时候，不用再摸黑开灯，感应灯会自动开启。因为智能，个人管家随身携带！4、遥控功能不论在家里的哪个房间，用一个遥控器便可控制家中所有的照明、窗帘、空调、音响等电器。例如，看电视时，不用因开关灯和拉窗帘而错过关键的剧情；卫生间的换气扇没关，按一下遥控器就可以了。遥控灯光时可以调亮度；遥控音响时可以调音量；遥控拉帘或卷帘时可以调行程；遥控百页帘时可以调角度。智能家居，实现您随心所欲遥控生活的梦想！5、家居节能我国正面临着巨大的节能减排压力。而智能家居的出现，让建筑能耗的降低成为可能。目前的智能家居节能，多是利用感应开关控制的灯光系统和温控系统，能对亮度和温度进行不同模式的调节，以及让设备在需要时自动开启，不用的时候自动关闭的功能，都在很大程度地节约了能源的消耗。家庭中的能耗主要分为几个方面，一是照明，二是制冷或是制热，三是一向不被重视的待机能耗。一般的家庭，灯具往往都是满负荷运转，只要一开灯，就会按照电压所对应的功率在运转。通过传感器实时监测室内的亮度，即可配合自然光照调整灯具的功率，自然起到节能的效果。电器和灯具是家庭用电的两大主力。在关闭开关仍有插头待机状态下，空调的待机能耗功率是3.47瓦，彩电8.07瓦，PC主机35.07瓦，显示器7.69瓦。而智能家居可以让业主在清晨离家时轻轻一按就可切断所有电器和电灯的电源，当下班回家时再度自动通电，既方便省事还节能省电。1.2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。 1.2.2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。数字家庭的范畴不仅限于家庭娱乐和家居控制(比如开关、灯光、温湿度控制等)，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。 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。 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。 1.2.5网络家电 网络家电是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。 1.2.6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。 1.2.7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。 1.2.8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。1.2.9云计算 云是网络、互联网的一种比喻说法，云计算（CloudComputing）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1.3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。1.3.1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，设定的灯会同时打开。1.3.2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。1.3.3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。1.3.4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。1.3.5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。1.4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。1.4.1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。1.4.2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。1.4.3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。1.4.4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。1.4.5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。1.5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。1.5.1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。 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、LonWorks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。1.5.2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。 1射频识别(RFID)技术 射频识别（英文简称RFID）技术，是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线通信技术。通过高频的无线频率（315或433.92MHz、868MHz、915MHz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品无需重新布线，利用点对点的射频识别技术，实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。 2ZigBee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有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。 3Z-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。 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。 56LoWPAN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。 6Wi-Fi技术 Wi-Fi俗称无线宽带，是一种基于IEEE802.11b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电信号。随着技术的发展，以及IEEE802.11a及IEEE802.11g等标准的出现，现在IEEE802.11这个标准已被统称为Wi-Fi。1.5.3电力线载波技术 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。1.6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。1.6.1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。1.6.2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，无线门磁探测器，无线幕帘探测器，玻璃破碎探测器等。1.6.3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。1.6.4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。1.6.5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。1.6.6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、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。1.7.2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、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。1.7.4一键情景控制 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。思考题 1我国智能家居的发展经历了哪几个阶段？ 2什么是智能家居？什么是数字家庭？两者有何区别？ 3什么是物联网？其体系结构分为哪几层？ 4什么是云计算？云平台典型物理架构如何？ 5智能家居有哪些特征？ 6智能家居相关技术有哪些？ 7智能家居主要控制技术与控制方式有哪些？ 8智能家居主要由哪几部分组成？第2章照明智能控制 本章要点了解照明智能控制系统的组成。熟悉照明智能控制所需产品及性能。熟悉家庭照明系统设计。掌握家庭照明系统的设置。2.1照明智能控制系统的组成 照明智能控制系统主要由控制模块、环境光传感器与智能开关等组成，如下图所示。其中控制模块是一款功能精简的智能家居控制主机，它安装好相关软件后，可轻松控制灯光、窗帘、电器等设备；环境光传感器可以感知室内光线情况，并告知控制模块自动调节室内亮度，降低照明电能消耗；智能开关包括调光面板、情景控制面板与随意贴面板，它们可手动或受控制模块控制室内的灯光或不同灯具的组合。2.2照明智能控制所需产品及性能简介2.2.1普通灯开关面板 普通灯开关面板是按国际电工标准86式墙壁开关外型设计（长宽深为868635mm），不需接零线，不需重新布线，不需对灯具改动任何配件，可直接替代原有墙壁开关。实现手动开关灯、遥控开关灯，还可配合智能主机进行情景模式等集中控制。并能识别、存储生产厂家的任何相关控制产品的数字编码信息。2.2.2调光面板 调光面板也是按国际电工标准86式墙壁开关外型设计，上面安装电子感应按键，也可接收控制模块的无线遥控信号，对室内灯具进行开/关控制与亮度调整。2.2.3情景控制面板 情景控制面板的特点在于事先设定的“情景”，把以前需要好几个动作才能做完的事情，变成一个按键动作就可以完成。2.2.4环境光传感器 环境光传感器主要由光敏元件组成。目前光敏元件主要有光敏电阻、光敏二极管、光电三极管、硅光电池等。环境光传感器可以感知周围光线情况，并告知控制主机自动调节室内亮度，降低照明电能消耗。2.2.5控制模块 控制模块是一款功能简易的控制主机，它适合控制某些功能单一的系统，如照明智能控制、家电控制、家庭安防控制、影院控制等。2.3家庭照明智能系统设计2.3.1住宅建筑电气设计规范 我国的行业标准住宅建筑电气设计规范的编号为JGJ2422011，自2012年4月1月起实施。2.3.2家庭照明设计的基本要求 智能家庭照明设计的主要目的是实现智能化管理与控制，另外则是节能与环保。其中智能化操作系统的照明必须满足：一是可以实现人性化、智能化一键操作，集成可视管理，可控管理，节省人力劳动；二是必须实现能源的节能与环保。2.3.3家庭照明的灯光设计 家庭照明系统一般分为客厅、卧室、餐厅、厨房、书房、卫生间等，在智能家居设计的过程中，照明智能系统根据各个房间的要求，进行灯光设计和控制，实现理想效果。 家庭照明的灯光设计主要实现对家庭内外的灯光进行各种智能控制与管理，具体地说主要实现灯光一对一开关控制、双控、多控，全部及局部区域灯光全开、全关；不同房间、生活区域的一键式情景控制功能。2.4家庭照明智能系统的设置2.4.1普通灯开关面板的设置2.4.2双向灯光面板的与设置2.4.3调光灯开关面板的设置2.4.4情景控制面板的设置2.4.5LED变色灯的设置思考题1照明智能控制系统由哪几部分组成？2情景控制面板有何作用？3家庭照明设计有哪些基本要求？4双向灯光面板有何特点？第3章家电智能控制与能源管控了解家电智能控制系统和能源管控系统的组成。熟悉家电智能控制和能源管控所需产品及性能。熟悉家电智能控制和能源管控系统设计。掌握家电智能控制系统的设置。3.1家电智能控制与能源管控系统的组成3.1.1家电控制系统的组成 家电智能控制与智能照明控制类似，不同的是受控对象不是灯具而是家用电器，如对家里电视机、空调、热水器、电饭锅、饮水机等家用电器进行智能控制。电器智能控制一般分为两大类，一类是原来可用红外遥控器控制的家用电器，如电视机、空调等，这类家电是由红外线转发器去控制；另一类是由智能电源插座控制，如热水器、电饭锅、饮水机等。电器智能控制系统的组成，如下图所示。3.1.2能源管控系统的组成 家庭能源管控系统是智能家居不断发展的产物，也是家电智能控制系统的升级。社会经济的快速发展致使人们对电力的需求日益增加，如何节约用电、科学用电、管理用电，有效地控制家庭能耗是智能家居需要研究的课题。 家庭能源管控系统一般由智能电表、电能监控插座(或称无线智能插座)、无线路由器、智能控制主机等智能设备及室内无线网络组成，如下图所示。3.2家电智能控制与能源管控所需产品及性能简介3.2.1智能插座 智能插座在智能家居中可通过电脑/手机客户端、无线电遥控器实现对电器用电负载(如电热水器、电饭煲等)的通断控制，或通过智能主机实现远程控制。3.2.2无线智能插座 目前无线智能插座主要有ZigBee无线智能插座和Wi-Fi无线智能插座两种。3.2.3电能监控插座 电能监控插座又称无线计量插座，它是一款可远程遥控和管理的电流、电压、功率、用电量检测插座。当设备连接电器时，可以检测到当前电器的负载电流等电参数的信息。3.2.4红外线转发器 红外线转发器的作用是把控制主机发出无线电射频信号转发成红外线信号去控制室内的空调、电视机、DVD影碟机、功放、音响、电动窗帘、有线数字电视机顶盒等红外线遥控产品。3.2.5智能电表 智能电能是整个家庭能源管控的数据源中心，首先它通过外部电网公司抄表系统实现集中抄表，同时通过电能表内的电力线载波(PLC)或ZigBee模块可以与家庭交互终端实现交互。3.2.6无线路由器无线路由器是组建家庭无线网络所需的基本配置，它可实现家庭无线网络中的Internet连接共享，实现ADSL、CableModem和小区宽带的无线共享接入。3.3家电智能控制与能源管控系统设计3.3.1家用电器的控制方式 目前家用电器的控制方式主要有手动控制、机械定时控制、遥控器控制、微电脑控制等。3.3.2家电智能控制设计 家电智能控制设计是在不改变现有家用电器控制方式的基础上，由控制主机来统一控制室内各式各样的家用电器。3.3.3家庭能源管控系统的设计 搭建家庭能源管控系统一般需要智能控制主机、智能插座、智能电表、智能水表、智能气表、智能热表、家电智能等设备。3.4家电智能控制系统的设置3.4.1智能插座面板的设置3.4.2便携式智能插座的设置3.4.3智能排插的设置3.4.4红外线转发器的设置第4章家庭安防报警了解家庭安防报警系统的组成。熟悉家庭安防报警所需产品及性能。熟悉家庭安防报警系统设计。掌握家庭安防报警系统的设置。4.1家庭安防报警系统的组成 智能安防报警是智能家居系统中必不可少功能，是指为家庭设备与成员的安全而安装的防护保全与报警系统，包括控制主机、红外探头、网络摄像机、可燃气体探测器、烟雾探测器、门磁、窗磁、玻璃破碎探测器、视频服务器、紧急按钮、门禁和可视对讲等。一套完善的智能家居安防报警系统可确保每一个用户的生命及财产的安全，其组成示意图如下图所示。天线的增益天线的增益是描述定向天线辐射或接收电磁波的能力比标准天线大的程度。天线的噪声温度天线的阻抗与驻波比频带宽度卫星电视接收天线的主要性能要求4.1.1家庭安防报警系统的功能家庭安防报警系统主要有以下几项功能：1.远程实时监控功能2.远程报警与远程撤设防功能3.网络存储图像功能4.具备夜视、云台等控制功能4.1.2家庭安防子系统的组成家庭安防子系统由各种前端报警探测器、控制主机、网络摄像机、读卡器、门禁控制器、等组成。前端探测器可分为门磁、窗磁、煤气探测器、烟感探测器、红外探头、紧急按钮等。4.1.3家庭监控子系统的组成 家庭监控子系统主要实现视频监控与安防看护，包括家庭内部情况的监视和远程实时监控。该子系统由红外高清网络摄像头、监视器、记录设备、网络接入设备、报警接口模块等组成。4.1.4可视对讲子系统的组成智能家居可视对讲子系统一般由门口机、室内机和电源组成。4.2家庭安防报警所需产品及性能简介4.2.1可燃气体传感器 家居生活中最常见的可燃气体是天然气，及时可靠地检测到空气中的可燃性气体是智能家居必不可少的功能。4.2.2烟雾传感器 烟雾传感器是一种将空气中的烟雾浓度变量转换成有一定对应关系的输出信号的装置，主要用于及时监测家庭火灾的发生，尤其是在火灾初期、人不易感觉到的时候进行报警。烟雾传感器分为光电式和离子式两种。4.2.3人体红外探测器 人体红外探测器能探测人体信号，在设防状态下如果有人体信号存在，探测器会与智能家居控制主机联动，可实现远程报警等功能。4.2.4无线门磁探测器 无线门磁探测器是用来探测门、窗、抽屉等是否被非法打开或移动，它是由无线发射模块和磁块两部份组成，在无线发射模块有两个箭头处有一个“钢簧管”的元器件，当磁体与钢簧管的距离保持在1.5cm内时，钢簧管处于断开状态，一旦磁体与钢簧管分离的距离超过1.5cm时，钢簧管就会闭合，造成短路，报警指示灯亮的同时向控制主机发射报警信号。控制主机收到报警信号后会采取相关措施。4.2.5玻璃破碎探测器 玻璃破碎探测器的作用是探测家里或单位的窗户玻璃是否被人破碎，如果有人为破坏玻璃而非法入侵室内，则会发出报警声，是家居安防探测器之一。按照工作原理的不同，玻璃破碎探测器大体可以分为两大类。一类是声控型的单技术玻璃探测器，另一类是双技术玻璃破碎探测器。这其中又分为两种：一种是声控型与震动型组合在一起的双技术玻璃破碎探测器，另一种是同时探测次声波及玻璃破碎高频声响的双技术玻璃破碎探测器。4.2.6网络摄像头 网络摄像头或称网络摄像机，是传统摄像机与网络视频技术相结合的新一代产品，除了具备一般传统摄像机所有的图像捕捉功能外，机内还内置了数字化压缩控制器和基于Web的操作系统，是一种通过网络传输动态视频的设备。4.2.7智能门锁物联无线云智能锁，是智能门锁之一，它是一款基于ZigBee/SmartRoom技术构建的新型安防产品，可与全球标准产品无缝连接。只需拿出手机，输入密码，门会自动打开；另外，家里亲人可以在远程开锁，避免一时忘带手机开不了门。智能锁还具有完善的保护机制，任何人开锁、上锁、反锁，即使你在千里之外，手机也会收到报警。4.2.8紧急求助按钮家庭紧急求助系统是指主人在家中遇到突发情况或紧急情况时，能简单、便捷地进行求助的终端设施，在各卧室和客厅处分别安装一个紧急按钮，有紧急情况时能很容易报警，家中的老人在急切需要帮助时也可以通过这个按钮寻求救助，4.2.9燃气切断阀燃气切断阀与家用燃气泄漏报警器或控制主机配合工作，可以实现家用燃气检测、报警与自动关闭功能，提高家庭的安全性。燃气切断阀的管径有几种，适配不同的天然气管道，安装方便。无须更改燃气管道原设计配置，用户可自行安装，带自动、手动转换离合器。4.3家庭安防报警系统的设计4.3.1设计标准及规范4.3.2家庭视频监控设计 家庭视频监控系统一般包括视频采集、视频传输、视频信号存储与显示部分。家庭监控系统结构示意图如下图所示。4.3.3家庭室内防盗设计家庭防盗报警系统按区域不同一般分成两部分，即住宅周界防盗和住宅室内防盗。住宅周界防盗是指在住宅的门、窗上安装门磁开关；住宅室内防盗是指在主要通道、重要的房间内安装红外探测器。当家中有人时，住宅周界的防盗报警设备（门磁开关）设防，住宅室内的防盗报警设备（红外探测器）撤防。4.3.4家庭室内防火设计家庭防火报警系统设计应遵循国标GB50119-2013火灾自动报警设计规范中“住宅建筑火灾自动报警系统设计”的规定，由家用火灾报警控制器、家用火灾探测器与火灾声警报器组成。4.4家庭安防报警系统的设置4.4.1网络摄像头的安装与设置网络摄像头的安装一般分硬件安装和软件安装。1硬件安装网络摄像头的硬件安装包括连接网络、接通电源和检查网络指示灯。2软件安装安装网络摄像头的软件比较简单，就是在计算机(电脑)上安装随机配带的光盘，不同生产厂家，配带的光盘不一样。4.4