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1、第3章 自动化的典型应用,本章内容,家庭自动化 汽车中的自动化系统 智能交通 智能建筑与楼宇自动化 电力系统自动化 形形色色的机器人 先进制造技术与自动化 军事与国防的现代化,宇宙飞行与自动化 办公自动化 电子商务与商业自动化 社会与经济系统 自动化应用面临的挑战与展望,3.1 家庭自动化,主要内容,家庭自动化的基本概念和发展概况； 家庭自动化的主要功能和特点； 未来的家庭自动化； 家庭自动化发展过程中值得注意的问题,一、家庭自动化的基本概念和发展概况,与“家庭自动化”相近的说法： 智能家居（Smart Home） 数字家园（Digital Family） 网络家居（Network Home）
2、 电子家庭（Electronic Home 或E-home） 家庭网络（Home net/Networks for Home） 智能家庭（Intelligent home） ,家庭自动化的总体目标和技术手段,目标：创造安全、高效、便捷、优雅、舒适、节能和环保的居住环境。 手段：利用计算机、通信、检测、人工智能、自动控制、机器人等现代科技，通过对环境的自动监测、对信息的综合处理和对各种服务功能的优化组合来有效地管理和控制家中的各种设备，使其很好地为我们服务。,家庭自动化的内容：生活服务与信息服务,家庭自动化的发展,日本1978年提出了家庭自动化系统的初步设想和实现方案； 美国1979年推出了实用
3、性很强的X10家庭自动化系统，利用电力传输线进行数据传输和设备互连，可以“即插即用”，得到了迅速推广； 此后，很多国家相继开展了“家庭自动化”或“智能家居”的研究，推出了很多种标准、技术和产品； “家庭自动化”最简单、最容易实现的形式是单独控制每个设备，如冰箱、空调、洗衣机、电脑及网络等；,随着各种有线和无线网络的普及、网络技术在家庭自动化系统中得到普遍应用，网络家电/信息家电不断成熟，“网络化”已成为“家庭自动化”的重要特征之一； “网络化”不仅指家庭的电气设备可以和电话网、移动通讯网、互连网、电力网等外网连接，也指各种不同的设备可以相互连接起来，构成内网； 我们可以在家中的任意一个地方对这
4、些设备进行设置和控制，也可在外面通过手机、电话、电脑等向家里的设备发送指令，实现远程控制；,“网络化”使各种数据、信息和功能可以共享； 例1：一个红外探头的检测信息，既可以用来触发防盗报警装置，也可以用于灯光控制。 例2：显示屏既可以用来看电视，也可以用于计算机，还可以用于可视电话等。 例3：只用一个遥控器，就可以在居室的任何地方操纵所有的家用电器家庭。 “网络化”、“数字化” 、“智能化”使家庭自动化系统越来越“聪明”，自动化程度越来越高； “家庭自动化”面向千家万户，具有极大的市场发展潜力，因而竞争非常激烈，“家庭自动化”正在激烈的竞争中不断发展。,从技术上，智能家居所要实现的主要的功能有
5、： （1） 对白色家用电器和其他设备的控制、调节和监测，比如微波炉、洗衣机、灯光、电动窗帘、防盗报警器、自动门烟雾探测器、有害气体检测装置、温度和湿度控制器、风量调节器、各种手动的开关和遥控器等。 （2） 沟通黑色家电和其他视频设备之间以及与外部世界之间的信息通道，其中包括：台式/手持计算机、电视、录/摄像机、VCD/DVD和数码照相机等；同时还可以实现对它们的控制和监测。 （3） 通过对外的接口，实现远程控制和信息交换，如：电话线、有线电视电缆、市电电源线、双绞线和无线通讯方式等。,国外把家电分为3类：白色家电、黑色家电和米色家电。 白色家电：指可以替代人们家务劳动的产品； 黑色家电：可提供
6、娱乐，像彩电、音响等； 米色家电：指电脑信息产品。,绿色家电：指在质量合格的前提下,高效节能且在使用过程中不对人体和周围环境造成伤害,在报废后还可以回收利用的家电产品。,智能家居的基本结构图,智能家居的信息流介质,控制网络 如智能家居的基本结构图中右半部分所示，它主要是控制家庭中各种设备的运行状况，如电灯的灭/亮和亮度控制，空调的启/停以及温度和风量的控制，家庭安防系统的讯号采集和执行，各种开关量的输入，电动窗帘的开启/关闭控制，室内各种物理量的探测（如温度、湿度，各种气体含量等），四表（煤气表、电表、水表和暖气的热量表）数据的输出与指示等。 特点：传输的信息主要是控制信息以及一些物理量的参数
7、。信号的频率相对比较低，因此传输的速率可以比较低，一般在数十Kbps就可满足要求，但是信息传输的可靠性要求比较高。,智能家居的信息流介质,2. 信息网络 在图中其它部分我们统称其为信息网络，它连接的设备有计算机、电视、音响系统，录像机、数码相机以及手机等等。 特点：在信息网络上传输的主要是音频和视频信号，它们的频率带宽一般要高达数兆赫兹，因此要求信息网络上的信息传输速率比较高，普遍应达到10 Mbps 以上。但相对说来，它的可靠性要求没有控制信息那么高。,网络：智能家居的骨架,分布式家庭控制网络的基本组成,总线耦合器 （BCU）,4. 通用遥控器,3. 家用电器,2. 家电控制信号 的驱动部分
8、,5. 电话接口,6. 家庭网关,技术：智能家居的神经,二、 家庭自动化的主要功能和特点,功能可以归纳为以下四类： （1）安全监控及防灾报警自动化 （2）家电设施自动化 （3）环境调节与节能自动化 （4）信息服务自动化,（1） 安全监控及防灾报警自动化,通过摄像头、红外探测、开关门磁性探测、玻璃破碎探测、煤气探测、火警探测等各种检测装置，自动监控是否有陌生人入侵、是否有煤气泄漏、是否有火灾发生等； 一旦发生紧急情况就立即进行自动处置和自动报警，及时关闭煤气阀门、自动喷水，向小区物管和警方报警，通过手机向房主报警； 还可以通过网络在外面任何地方随时监控该安全系统，并在需要时查看住宅内外的视频信息
9、； 门禁系统可以采用智能卡或每个人特有的指纹识别、眼睛虹膜识别等手段，安全性很高。,家庭安全监控系统示意图,（2）家电设施自动化,主要包含两个方面：家电设施本身的自动化；各种设备进行相互协调、协同工作的自动化。,家电设施正越来越自动化和智能化； 对于网络化的家电设施，除了可以进行室内控制和远程控制外，还可以连通生产厂家的技术支持服务器，获得故障诊断、软件升级等技术服务； 协同工作建立在网络化的基础上，例如： 当你打开电视机，客厅灯光就自动调到您喜欢的亮度，窗帘自动拉上；当有电话打入时，电视机或音响的声音自动调小；当您家中来客人时，灯光将自动调亮，音响将自动播出欢快的乐曲，等等。,例1：全自动智
10、能洗衣机,可以辨别洗衣量、衣服的质地及脏的程度，并根据这些信息去自动确定洗衣粉的用量、水位高低、水的温度、洗涤时间和洗涤强度。,有的还能自动进行故障诊断，发现问题并给出处理建议，或通过网络将信息传送给客户服务中心，对问题进行判别和处理。,例2：智能冰箱,能够根据检测的温度自动调节制冷强度，从而保持温度恒定； 可以自动显示冰箱内的食品数量，提醒主人食品是否过期或需要补充，并可自动通过网络进行采购； 主人在回家前可以通过网络或手机查询冰箱内储存的食品是否充足，以便决定是否需要购买。,例3：智能微波炉,普通微波炉的输出功率是固定的，火力调节只是通过电源的不断开关来控制温度的平均值； 智能微波炉则通过
11、导入变频电源，可以自如地调节输出功率，实现真正的火力调节； 可以实现“智能感应”和“智能控制”功能，炉内感应器根据食物的情况自动选择最佳火力和烹调时间； 与网络相连的微波炉还可以进行 远程控制，可以在任何地方传送 工作指令，也可以自动下载菜单 并根据菜单进行烹饪。,一种网络化智能家电控制系统的示意图,（3） 环境调节与节能自动化,自动监测室内的温度、湿度、亮度等环境状态值，并根据住户的需要自动进行调节控制； 能耗装置可以根据情况自动关小或关闭，以节约能源，降低费用；例如：,照明控制根据光线强度自动调节灯光亮度，并在有人时自动开灯，无人时自动关灯； 空调控制根据需要自动开启或关闭系统、自动根据室
12、内温度和湿度情况转为低耗运行，或在外面温度合适时自动将窗户打开到最合适的程度，等等。,（4） 信息服务自动化,通过局域网、互联网等，实现各种信息服务功能，包括社区信息服务、物业管理服务、小区住户信息交流、提供证券行情、旅行订票服务、网上资料查询、网上银行服务、电子商务等；,可以不受时间和空间的限制，自由自在地在家办公、学习、炒股、“逛街”、购物、存取款和转帐，视频点播、玩电子游戏等；甚至可以实现远程医疗、远程看护、远程教学、业务洽谈、处理各种事务、召开视频会议、进行生产调度和指挥等，真正做到“足不出户，运筹帷幄” 。,用户也可以随时查询各种费用的情况，方便用户对费用进行自我控制，避免严重超支，
13、并及时发现资源是否被盗用。,水、电、气、电话以及网络等的使用实现自动计量、自动抄表和自动收费，在出现异常现象或余额不足的情况下自动地提醒业主，给住户带来很大的便利，也减少了物业管理工作量；,三、未来的家庭自动化,比尔盖茨（Bill Gates）的“未来之屋”可以说是现代最新科技与家居生活相结合的典范，对于普通家庭而言，它是名副其实的“未来之屋”，但“未来之屋”离我们并不遥远。,“未来之屋”外景,最著名的智能家居要算比尔盖茨的豪宅。经过7年的建设，花费6千万美金，1997年，比尔盖茨的豪宅终于建成，占地约2万公顷。他的这个豪宅完全按照智能住宅的概念建造，不仅具备高速上网的专线，所有的门窗、灯具、
14、电器都能够通过计算机控制，而且有一个高性能的服务器作为管理整个系统的后台。,“未来之屋”分布图,“未来之屋”客厅的水族宫,“未来之屋”的构成和特点,这座房子里共铺设了83公里的电缆，分布着长达几公里的光纤数据线，连接着多台电脑服务器，将房内的所有电器设备连接成一个标准的家庭网络； 在房间内外都装有各种类型的传感器以及可以触摸、感应的开关，并由计算机统一协调地控制着房间的灯光、通风、温度、湿度以及音乐等； 除了可以人工操作之外，大部分设备都是完全自动地进行调节和运行。,在安全保障方面，门口安装有微型摄像机，除主人外，其它人欲进入门内，必须经摄像机通知主人，由主人向电脑下达命令，大门方可开启； 整
15、个建筑根据不同的功能分为12个区，来访者通过出口就会产生其个人信息并储存到计算机中，包括他的指纹等； 当主人需要就寝时，只要按下“休息”开关，房子四周的防盗报警系统便进入严密防范状态； 发生火灾等意外时，住宅的消防系统会自动对外报警，显示最佳避难方案，关闭有危险的电力系统，并根据火势分配供水；,住宅大门外装有气象情况感知器，可以根据各项气象指标，自动控制室内的温度、湿度和通风的情况； 地板中的传感器能够在15厘米的范围内跟踪到人的足迹，感应到有人到来时自动打开照明系统，离去时自动关闭，而且还会根据外面光线的强度自动调节室内的灯光亮度； 会议室可随时高速接入互联网，24小时为盖茨提供一切他需要的
16、信息，并可以随时召开网络视频会议；,大部分设备都可以通过有线或无线网络进行远程控制，主人在回家途中只需通过手机，就可遥控家中的一切，包括开启空调、简单烹煮、让浴池自动放水和自动调温等； 厨房内装有一套全自动烹调设备，卫生间里安装有计算机控制的智能马桶，可以随时检测主人身体状况，如发现有异常，电脑会立即提示或发出警报； 豪宅里的一棵140多年的老树也装设了传感器和自动控制系统，能够根据需水情况自动进行浇灌；,每一位客人在跨进盖茨家时，就会领到一个内设微芯片的胸针，这是所有访客体验这座科技豪宅都必须配备的； 胸针的功能并非单纯的识别身份，主要用于把访客个人的相关资料，包括偏好的温度、湿度、灯光、音乐、影视作品等信息预先设定到胸针内置芯片中，以便让人与住宅之间展开一连串令人惊奇的互动活动；,无论你走到哪里，电子胸针都会将信号传给相应的感应器，感应器再告诉中央电脑，中央电脑会分析访客的种种喜好，再分别对大厅的空调、音响、灯光及影视系统等下达指令，使室温倍感舒适、灯光明暗适度、并投其所好地播放音乐和影片； 一旦电视和音乐被选定后，它们会随着人们从一个房
