信息科學與技術導論之電子信息技術

1、信息科學與技術導論 電子信息技術,信息學院 馬利,,一、走進電子信息技術二、收音機中蘊含的知識三、電子系統(tǒng)應用舉例——智能家居,一、走進電子信息技術,電子信息科學技術是借助電子科學技術手段，實現(xiàn)信息科學技術目標的理論、技術和方法，是信息科學技術中應用最廣、影響最深的一個領域。,一、走進電子信息技術,,其歸屬：技術科學和應用科學。,電子信息技術是研究開發(fā)、設計、生產、維護和管理電子信息產品和系統(tǒng)的理論與技術；也是工

2、業(yè)實現(xiàn)信息化的技術。,電子信息技術的定義：,電子信息技術屬于“技術科學”和“應用科學”范疇，它是“工學”大類各學科中涵蓋面最廣、滲透力最強的學科。它和強電結合，產生了“電力電子”，它同機械結合，產生了“機械電子”。,什么是電子信息技術,一、走進電子信息技術,什么是電子信息技術,一、走進電子信息技術,電子信息科學是最具活力的年輕學科,電的通信技術是從發(fā)明電報、電話開始的 1837年莫爾斯發(fā)明電報

3、 1876貝爾發(fā)明電話,貝爾電話構思模型,最早期打電話情形，圖中為貝爾,傳送第一句語音的液體話筒,最早使用的聽筒,弗萊明,電子信息科學是最具活力的年輕學科,電子管原理結構,電子管實物照片,1946年[美]賓州大學用18800個電子管作的世界上第一臺計算機。重30噸，占地約兩間教室大，耗電174千瓦時，運算速度5000次加法/秒。,第一只晶體管,技術進步,晶體管發(fā)明者：巴丁、布拉坦和肖克利,電子管體積大，耗電多（一個普通電子管陰

4、極燈絲耗電約6W）！,1947年[美]貝爾實驗室三位科學家巴丁、布拉坦和肖克利（美國物理學家）制造出了世界上第一只點接觸型鍺晶體三極管,晶體管實物,晶體管內部原理結構,電子管體積大，耗電多（一個普通電子管陰極燈絲耗電約6W）！,世界第一片集成電路（1958）,1971年世 界 上 第 一 個 商 用 微 處 理 器：英特爾4004，晶 體 管 數(shù) 目 ： 2300 ，速 度 ： 108kHz,基爾比1958年設計集成電路草稿,1958年

5、[美]德州儀器公司工程師杰克·基爾比在一塊6.45平方毫米硅片上集成了12個元件，研制出了一個RC移相振蕩器。這是世界上第一塊集成電路芯片，它標志著電路制作上的一次革命性進展。,1961年仙童公司集成電路,從此開創(chuàng)了微電子新時代！,晶體管體積仍較大！,一塊芯片內可集成10萬以上的元器件，從此電子信息技術跨入了飛速發(fā)展的新時代！,電子管發(fā)明至今只約100年，集成電路發(fā)明不過50年！,電子信息科學是最具活力的年輕學科！,當今集成電

6、路的制造水平：線寬45納米，一片集成電路就是一個電子系統(tǒng)！,386CPU芯片,芯片內部布線,1906年第一只電真空三極管誕生 至2006年電子管發(fā)明100周年！,為紀念電子管發(fā)明100周年制作的電子管、晶體管、集成電路混裝PC主板,電子信息技術的發(fā)展歷程,,沒有電子信息技術，人類只能停留在工業(yè)化時期。,,電子信息技術的發(fā)展歷程,大量使用電子管的持續(xù)期，只有約50~70年,大量使用晶體管的持續(xù)期，只有約20

7、~30年,80、90年代大量使用的軟盤己被閃存取代。,磁帶錄音機、磁帶錄像機己被MP3、MP4、VCD、DVD取代。,固定電話作為主要通話工具將讓位給移動電話、網(wǎng)絡電話；電燈泡將被半導體照明取代……,新的技術取代老的技術，意味著原有的生產線得關閉，知識陳舊的技術人員將失業(yè)。只有與時俱進，不斷學習，才能跟上技術發(fā)展的步伐，企業(yè)才能生存發(fā)展！,曾流行一時的產品,電子信息產業(yè)的主要領域,,計算機硬件,曙光超級計算機,筆記本電腦,微電子產業(yè),半

8、導體材料,集成電路,集成電路生產裝備,固定通信,移動通信,軟件產業(yè),通用軟件,專業(yè)軟件,互聯(lián)網(wǎng)產品,數(shù)字家電產業(yè),光電子產業(yè),電視機,攝相機,DVD播放機,光網(wǎng)絡,光纖光纜,光設備,光存儲介質,激光照明,路由器,交換機,網(wǎng)卡,調制解調器,集線器,信息服務業(yè),通信產業(yè),衛(wèi)星通信,微波通信,信息檢索、電子商務和娛樂等,產業(yè)分類,電子信息科學技術研究的主要技術問題,,,信息獲取,5,信息傳輸,信息處理,信息存儲,信息檢索,電子信息科學技術研

9、究的主要技術問題,,,5,（一）信息獲取,1）語音是人類使用最頻繁、使用最多的交流信息的工具。語音獲取使用最多。,語音獲取方法,獲取的語音波形,電子信息科學技術研究的主要技術問題,（一）信息獲取,2）圖像信息獲取方法：光電攝像、CCD成像、紅外成像、微波成像、 X光醫(yī)學圖像等。,光電攝像管,CCD成像器件,多光譜地面成像照片,X光醫(yī)學圖像,電子信息科學技術研究的主要技術問題,（一）信息獲取,3）物理參數(shù)：如溫度、壓力、張

10、力、變形、流量（液體或氣體）、流速等。,采用相應的參數(shù)傳感器，廣泛用于各工業(yè)、工程和國防控制系統(tǒng)中。,溫度傳感器,壓力傳感器,流量傳感器,傳感器是將物理參數(shù)變成電信號。,（二）信息傳輸,通信系統(tǒng)的模型,電話、廣播、電視、互聯(lián)網(wǎng)，都是信息傳輸系統(tǒng)。也稱通信系統(tǒng)。,消息：指語音、文字、數(shù)據(jù)或圖像非電信號,電子信息科學技術研究的主要技術問題,電子信息科學技術研究的主要技術問題,5,（二）信息傳輸,,,4,通信系統(tǒng)類型,注：廣播、電視數(shù)字化后，

11、用戶可上傳信息（如點播節(jié)目），但這是利用上傳通道（另一通道）實現(xiàn)的。這不叫雙工，互聯(lián)網(wǎng)有類似情況。,電子信息科學技術研究的主要技術問題,（三）信息處理,語音數(shù)據(jù)壓縮,語音識別,語音合成,評：數(shù)字圖像處理技術己應用十分廣泛！,電子信息科學技術研究的主要技術問題,（三）信息處理,印刷體漢字識別,聯(lián)機手寫體漢字識別,脫機手寫體漢字識別,語義識別（自然語言處理、自然語言理解）,電子信息科學技術研究的主要技術問題,,,（四）信息存儲,硬盤,光

12、盤,閃存/SD卡,納米存儲器,硬盤,光盤,電子信息科學技術研究的主要技術問題,,,4,5,（五）信息檢索,信息利用能力：信息無處不在，它既存在于網(wǎng)絡，也存在于人們的周圍。 是否善于利用外部信息資源，對外部信息的利用效率與質量， 反映了一個人的信息利用能力，它決定了一個人的發(fā)展空間 與成就大小。,網(wǎng)絡時代：給

13、信息傳播和人們獲取信息提供了前所未有的優(yōu)越條件。 網(wǎng)絡信息檢索是介紹從網(wǎng)絡中獲取信息的方法。,信息利用領域：電子商務、網(wǎng)絡經濟、遠程教育、遠程醫(yī)療、影視制作、 各類信息服務業(yè)等。,搜索引擎，瀏覽器：,電子信息產品生產技術的演進,（一）生產技術的進步,早期人工插裝、手工焊接或波峰焊接。,插裝流水線,工人在流水線上插元件,電子信息產品生產技術的演進

14、,通孔PCB自動插裝、暖風回流焊接。,通孔PCB板,暖風使錫熔化實現(xiàn)焊接,注：當前在電力電子設備大功率PCB板生產中仍采用。,電子信息產品生產技術的演進,貼片機生產技術,貼片機,貼片機,電子信息產品生產技術的演進,貼片機生產技術,某手機貼片機產品,電路板的截圖,原板尺寸：40毫米 ×37毫米,電子信息產品生產技術的演進,貼片機生產技術,我國中興通訊公司的一個貼片電路板生產車間,電子信息技術的發(fā)展走向淺析,（一）集成電路：

15、 當前集成電路總體技術水平表現(xiàn)為：65nm技術已成熟，45nm技術基本完備，32nm技術正在前行。 在納米級集成電路加工技術的支撐下，集成電路產品正從特大規(guī)模集成電路(ULSI，集成度（107～109 )階段向極大規(guī)模集成電路(GLSI,集成度109 以上)階段邁進。CPU作為最具有代表性的集成電路產品目前已經進入了多核時代。,(二)軟件： 軟件從單一產品競爭轉向平臺競爭（軟件平臺是把用戶所需的功能模塊

16、整合在一起，具有獨立性、開放性、標準化、集成性、可擴展性特點）。軟件正從產品轉變成服務，軟件產業(yè)正在變成服務業(yè)。,集成電路專用設備是實現(xiàn)產品制造的必要保障，其中最具代表性的光刻設備。,軟件外包是軟件產業(yè)發(fā)展最快的領域之一。,電子信息技術的發(fā)展走向淺析,(三)新型平板顯示：2006年液晶顯示約占平板顯示75%的市場份額，等離子顯示約占20%。 液晶顯示面板面積在加大：45英寸、52英寸與108英寸等。我國平板顯示產業(yè)面臨著嚴峻形

17、勢，產業(yè)鏈不完整，面板材料、零部件和專用設備國產化程度較低甚至缺乏。 2007年底全球平板顯示產值突破1000億美元。,(五)音視頻：音視頻正向數(shù)字化、高清化和融合化發(fā)展。數(shù)字電視時代開始全面到來。移動電視發(fā)展?jié)摿薮?。知識產權問題顯得尤為突出。,(四)移動電話：智能移動電話將是發(fā)展方向；移動互聯(lián)網(wǎng)將成為重要應用；移動電話正逐步從一個簡單的語音通信工具，變成一種普及型移動信息收集和處理平臺。 移動電話的產業(yè)核心是芯片(

18、數(shù)字基帶芯片、模擬基帶芯片、應用處理器、射頻芯片、電源管理芯片等)和軟件(系統(tǒng)控制軟件、操作系統(tǒng)、應用軟件等)。系統(tǒng)級芯片(System-on-a-chip，SoC)手機已成為重要趨勢。 移動電話是年產值超過1000億美元的重點電子產品。,電子信息技術的發(fā)展走向淺析,(六)計算機：世界計算機產業(yè)進入平穩(wěn)增長期，市場逐漸成熟。 筆記本市場規(guī)模擴大的速度要遠遠高于其他主要的計算機產品。 計算機技術和產品的發(fā)展重心

19、從“高性能”進到“高效能”，從“以性能為導向”過渡到“以應用為導向”。 服務器端處理器已經全面進入雙核時代，四核處理器主要應用于高端。刀片服務器的快速發(fā)展。高性能計算機在追求更高并行計算能力的同時，己更加注重低功耗技術。,(七)太陽能電池：電池效率不斷提高，單晶硅太陽能電池的實驗室效率已經提高至24.7%，多晶硅電池的實驗室效率也達到了20.3%，非晶硅薄膜電池實驗室效率達到了13%。 硅片厚度持續(xù)降低，從20世紀7

20、0年代的450～500μm降低到目前的180～240μm。(八）物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)的定義是通過射頻識別（RFID）、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通信，以實現(xiàn)對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡。,注：上述七項是當前電子信息技術的產品的幾個最重要的發(fā)展領域。,一個簡單的電子制作例子,光控報警器,,1、電池,,,,2、電阻,,,,,,3、光敏電阻,,

21、4、電位器,,,,5、開關,,6、三極管,,7、蜂鳴器,,,,,,,例：設計一個簡易的測謊儀,一般人說謊的時候，都會產生緊張心理，其外在表現(xiàn)為出汗，皮膚電阻降低。利用說謊時皮膚電阻變化這一特點可以設計一個趣味測謊儀。,,二、收音機里蘊含的知識,,,,,,二、收音機里蘊含的知識,1、解密電磁波 所謂“電磁波”，就是電場與磁場交互作用，而在空中產中產生的行進波動。其行進的模式類似海浪前進的波浪狀。這樣的定義，可能仍有人不

22、能體會。這樣的定義，可能仍有人不能體會。我們在日常生活中，常說的紫外線、陽光、紅外線、收音機的ＦＭ、調頻的ＡＭ、電視波、軍用的雷達波、用來偵測天氣的氣象用雷達波，或在夜晚我們站在山上向下看城市的萬家燈火之光線、 X光、伽瑪射線、核能電廠產生之幅射線……等等皆是電磁波。,,,,,,調幅制無線電廣播分為長波、中波和短波三個大波段，分別由相應波段的無線電波傳送信號。我國只有中波和短波兩個大波段的無線電廣播。中波廣播使用的頻段大致為550kHz

23、-1600kHz，主要靠地波傳播，也伴有部分天波；短波廣播使用的頻段約為2MHz-24MHz，主要靠天波傳播，近距離內伴有地波。　　　　調頻制無線電廣播多用超短波(甚高頻)無線電波傳送信號，使用頻率約為88MHz-108MHz，主要靠空間波傳送信號。,,目前，地面的廣播電視分做VHF(甚高頻或稱米波)和UHF(特高頻或稱分米波)兩個頻段。在我國，VHF頻段電視使用的頻率范圍是48.5MHz-3MHz，劃分成1-12頻道，UHF頻段使

24、用的頻率范圍是470MHz-956MHz，劃分成：3-68頻道。它們基本上都是靠空間波傳播的。,,,,2、小功率無線發(fā)射機電聲元件：將聲音信號轉換成電信號。話筒（麥克風）,,,揚聲器：將電信號轉換成聲音信號的換能器,,超重低音單元：專門用于40Hz-幾KHz信號的放大。,,耳機：微型揚聲器,,（2）簡易擴音器電路,,3、調制與解調 只要天線中有變化的電流，就會產生并傳播電磁波，電視和廣播的節(jié)目信號都以電磁波的形式發(fā)

25、射，但并不是直接發(fā)射的聲音或圖像信號，而是將這些信號調制后發(fā)射。,,（1）調制的原因 主要原因：這些信號的頻率比較低，頻率越低，所需發(fā)射的天線尺寸就越大。C為光速，f為信號頻率。例如發(fā)射信號的頻率為1KHz,可得其波長為,,,,,,=,,（2）模擬信號調制的方式幅度調制（amplitude modulation ,AM）頻率調制（frequency modulation ,FM）幅度調制（phase m

26、odulation ,PM）,,(3)進行聲音信號的調制 “嫁接”即把低頻信號和高頻周期性信號進行某種“結合”。這個結合過程就是調制的過程。 高頻周期性信號就像一個搬運工把低頻信號“背”在身上并送到其他地方。在電子學中，把高頻周期性信號稱為“載波”。,,（4）解調 與調制的過程相反，把“嫁接”在一起的低頻信號和高頻周期性信號拆散，提取其中的低頻信號。,,4、天線：發(fā)射或接收電磁能的

27、換能器。 把變化的電流以電磁波的形式發(fā)送出去，反之亦可把天空中的電磁波接收下來形成變化的電流。,,根據(jù)用途分為發(fā)射天線和接收天線。（1）發(fā)射天線 偶極天線：偶極天線由兩根導體組成，每根為1/4波長，即天線總長度為半波長。垂直天線實際上是一種偶極子天線。,,拋物面天線：一般用于SHF頻段信號的發(fā)射，在鍋蓋焦點上有一個小型的偶極天線，它向各個方向發(fā)射的電磁波經過鍋蓋后形成一束朝向鍋蓋口的平行波束。,,（2）接收天

28、線 接收天線從介質（空氣）中接受的電磁波信號一般都非常微弱，只有幾皮瓦，所以常見的FM收音機的天線中添加鐵氧體磁心以提高接收信號的能力。中波或短波頻率的廣播用拉桿天線,,天線工作原理：電磁波遇到導體（天線）就會在其上感應出變化的電流，這個變化的電流“運載”了聲音、圖像信號，收音機把天線感應到的電流信號進行調諧、檢波和放大等處理后就可將原始信號還原出來。,,4、AM和FM幅度調制（amplitude modulation

29、 ,AM）：以高頻載波的幅度來反映低頻信號的有用信號的方法，調制之后的融合了低頻有用信號的高頻載波成了ＡＭ信號。,,,,頻率調制（frequency modulation ,FM）：利用高頻載波的頻率變化來反映低頻有用信號，常用于城市廣播喝完電視節(jié)目信號的傳播。,智能家居,1、智能家居概述,1.1 智能家居起源 1.2 智能家居概念 1.3  智能家居功能 1.4  智能家居特點,1.1 智能家居起源,未來學家

30、沃爾夫﹒倫森曾說，人類在經過農耕、工業(yè)、電氣化等時代后，將進入關注夢想、精神和生活情趣的新社會。按這一推論，輕松的家務勞動是解放人的前提。智能家電的出現(xiàn)，讓這樣的生活場景成為現(xiàn)實，您想象過這樣的生活嗎：用一臺計算機監(jiān)控器，就能對家中的家電、照明、窗簾、浴缸、報警求助裝置進行智能控制。手機一打或計算機一敲，空調會為你調置最佳溫度，洗衣機會洗滌你留下的衣物，冰箱會通過網(wǎng)絡到超市要求進貨……。,智能家居概念的起源甚早，但一直未有具體的建筑案例

31、出現(xiàn)，直到1984年美國聯(lián)合科技公司（United Techno1ogies Building System）將建筑設備信息化、整合化概念應用于美國康乃迪克州（Conneticut)哈特佛市（Hartford）的City Place Building時，才出現(xiàn)了首棟的[智能型建筑]，從此也揭開了全世界爭相建造智能家居的序幕。,最著名的智能家居要算比爾﹒蓋茨的豪宅。比爾﹒蓋茨在他的“未來之路”一書中以很大篇幅描繪他正在華盛頓湖建造的私人豪

32、宅。他描繪他的住宅是“由硅片和軟件建成的”并且要“采納不斷變化的尖端技術”。經過7年的建設，1997年，比爾﹒蓋茨的豪宅終于建成。他的這個豪宅完全按照智能住宅的概念建造，不僅具備高速上網(wǎng)的專線，所有的門窗、燈具、電器都能夠通過計算機控制，而且有一個高性能的服務器作為管理整個系統(tǒng)的后臺。,智能家居是IT技術（特別是計算機技術）、網(wǎng)絡技術、控制技術向傳統(tǒng)家電產業(yè)滲透發(fā)展的必然結果。由社會背景層面來看，近年來信息化的高度進展，通訊的自由化與

33、高層次化、業(yè)務量的急速增加與人類對工作環(huán)境的安全性、舒適性、效率性要求的提高，造成家居智能化的需求大為增加﹔此外在科學技術方面，由于計算機控制技術的發(fā)展與電子信息通訊技術之成長，也促成了智能家居的誕生。,1.2 智能家居概念,智能家居，或稱智能住宅，在英文中常用Smart Home、Intelligent home，與此含義相近的還有家庭自動化（Home Automation）、電子家庭（Electronic Home、E-home）、

34、數(shù)字家園（Digital family）、網(wǎng)絡家居（Network Home），智能建筑（Intelligent Building）。,智能家居是以住宅為平臺，兼?zhèn)浣ㄖ⒕W(wǎng)絡通訊、訊息家電、設備自動化，集系統(tǒng)、結構、服務、管理為一體的高效、舒適、安全、便利、環(huán)保的居住環(huán)境。,智能家居是在家庭產品自動化，智能化的基礎上，通過網(wǎng)絡按擬人化的要求而實現(xiàn)的。智能家居可以定義為一個過程或者一個系統(tǒng)，利用先進的計算機技術、網(wǎng)絡通訊技術、綜合布線技

35、術、將與家居生活有關的各種子系統(tǒng)，有機地結合在一起。與普通家居相比，由原來的被動靜止結構轉變?yōu)榫哂心軇又悄艿墓ぞ?，提供全方位的訊息交換功能，幫助家庭與外部保持訊息交流暢通。,智能家居強調人的主觀能動性，要求重視人與居住環(huán)境的協(xié)調，能夠隨心所欲地控制室內居住環(huán)境。因此，具有相當于住宅神經的家庭網(wǎng)絡、能夠通過這種網(wǎng)絡提供的各種服務、能與Internet相連接是構成智能化家居的三個基本條件。,應該注意，家居智能化與家居訊息化和家居自動化，

36、家庭的網(wǎng)絡化等有一定的區(qū)別。在住宅中為住戶提供一個寬帶上網(wǎng)接口，家居訊息化的條件即已具備，但這做不到家居智能化﹔電飯煲可定時燒飯煲湯，錄象機可定時預錄預定頻道的電視節(jié)目，這些僅僅是家電自動化。訊息化和自動化是家居智能化的前提和條件，實現(xiàn)智能化還需對記錄、判別、控制、反饋等過程進行處理，并將這些過程在一個平臺實現(xiàn)集成，能按人們的需求實現(xiàn)遠程自動控制。智能化應服務于人們的居家生活，因此應更全面、更富有人性化。,1.3  智能

37、家居功能,典型的智能家居具有以下功能： 1  家居安全監(jiān)控：各種報警探測器的訊息報警﹔ 2 家電控制：利用計算機、移動電話、PDA通過高速寬帶接入Internet，并對電燈、空調、冰箱，電視等家用電器進行遠程控制﹔ 3 家居管理：遠程三表(水、電、煤氣)傳送收費﹔,4 家庭教育和娛樂：如遠程教學、家庭影院、無線視頻傳輸系統(tǒng)、在線視頻點播、交互式電子游戲等﹔ 5 家居商務和辦公：實現(xiàn)網(wǎng)上購物、網(wǎng)上商務聯(lián)系，視頻會議﹔

38、6 入口控制(門禁系統(tǒng)) ：采用指紋識別、靜脈識別、虹膜識別、智能卡等﹔ 7 家庭醫(yī)療，保健和監(jiān)護：實現(xiàn)遠程醫(yī)療和監(jiān)護，幼兒和老人求救，測量身體的參數(shù)(如血壓，脈搏等) 和化驗，自動配置健康食譜。,1.4  智能家居特點,“科技改變生活”。智能家居的應用將對我們的家庭生活和生活方式帶來深遠影響。 節(jié)省費用---在不需要時，能源消耗裝置可以自動關閉，這樣可以降低您的費用。使用方便 -- 自動化系統(tǒng)提供遠程遙控接口。自動化系

39、統(tǒng)還可以把重復的工作自動化。在外出時，還可以通過Internet來調整或控制家電。,安全性高 --- 一套家庭自動化系統(tǒng)在緊急情況時可以防御壞人或報警。您可以在任何地方可以監(jiān)控該安全系統(tǒng)，這樣可以保證您的家居安全運行。智能家居可以為人們帶來更為愜意﹑輕松的生活在生活﹑工作節(jié)奏越來越快的今天，家居智能化也可以為人們減少繁瑣家務﹑提高效率﹑節(jié)約時間，讓人們有更多的時間去休息﹑教育子女﹑鍛煉身體和進修，使人們的生活質量有了很大的提高。,改變生

40、活方式---你可以是穿著T恤在家辦公，可以在家炒股、進行遠程會議，主婦在家逛街，孩子在家上課…，在互聯(lián)網(wǎng)上能完成的工作都可以在家完成?，F(xiàn)代化的生活工作方式較以往有了很大區(qū)別。,2、智能家居結構,2.1 智能家居構造解決方案 智能家居的解決方案有不同的方式，Cisco、Crestron、Echelon、三星等公司都提供相應的智能家居解決方案。但隨著Internet的發(fā)展和應用，基于Internet的網(wǎng)絡和控制結構是目前和未來智能家居的主

41、要構造方式。 整個智能家居結構的核心是Internet。以Internet為中心，在家庭網(wǎng)絡連接下，結合了多種智能家居功能解決方案，包括家居控制、訊息服務、通訊交流、商務、娛樂、教育、醫(yī)療保健、移動通訊。,智能家居構造解決方案,家庭網(wǎng)絡 (Home Network Infrastructure),家庭網(wǎng)絡是在住宅范圍內將PC、家電、安全系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等連接并接入internet的一種技術。當前在家庭網(wǎng)絡所采用的連接技術可以分為“有線”

42、和“無線”兩大類。有線方案主要包括：雙絞線或同軸電纜連接、電話線連接、電力線連接等﹔無線方案主要包括：紅外線連接、無線電連接、基于PC的無線連接等。  家庭網(wǎng)絡相比起傳統(tǒng)的辦公網(wǎng)絡來說，加入了很多家庭應用產品和系統(tǒng)，如家電設備、照明系統(tǒng)，因此相應技術標準也錯綜復雜。,家居控制(Home Control),家居控制系統(tǒng)是智能家居的靈魂，通過它可以控制各種家用電器。家居控制的接口方式一般有兩種，一種是家庭范圍內的基于以太網(wǎng)的控制

43、方式﹔另一種是可以擴展到家庭之外，基于Internet的Web控制方式，一般是兩種方式的結合。,家居控制(Home Control),Cybermanor公司建立的家居控制系統(tǒng)及網(wǎng)絡結構。在這個系統(tǒng)中，家庭辦公計算機、孩子房間的計算機、廚房中的膝上型計算機、PDA、家居控制服務器(Home Control Server， 用來控制各種電器)、家庭影院計算機、無線中樞通過10/100M交換機連接在一起，交換機經路由器通過無線Modem和D

44、SL與Internet相連。,訊息服務(Information),通過Internet可以任何時間任何地點獲得和交換訊息，訊息傳輸可以以多種形式，從靜態(tài)文本、圖形到動態(tài)的音頻、視頻訊息。,通訊交流(Communication),在Internet出現(xiàn)以前，電話通訊是人們交流的主要方式。Internet改變了人們的通訊交流方式，使人們能通過文本、圖形、多媒體迅速地共享訊息。E-mail、短訊息、聊天室等通訊方式對生活產生了很大影響﹔在旅行

45、中父母可使用聊天工具和視頻會議工具保持和孩子聯(lián)系。,商務(Commerce),基于Internet的電子商務使每天的家務變得更加容易和簡單。通過Internet在線安排旅行計劃已經非常普遍﹔在廚房，通過條形碼閱讀器記錄采購清單，超市和供貨商在線訂購，即使在臥室﹔在家還可以通過Internet理財，你在家就可以掌握信用卡上的支出和收入情況。,娛樂(Entertainment),娛樂包括電視、收音機、音樂、家庭影院、在線點播、游戲等。在智能

46、家居中，娛樂質量將更高，更加方便。數(shù)字電視通過機頂盒接入網(wǎng)絡，可以進行采購商品，在線點播電影，音樂﹔網(wǎng)絡收音機可以收聽世界各地的新聞、體育、各種音樂﹔在智能家居中，你可以和家庭成員或其它游戲愛好者通過計算機、電視、甚至可以用PDA在線玩各種網(wǎng)絡游戲。,教育(Education),技術的發(fā)展極大地影響了教育。網(wǎng)絡將課堂帶進了家庭，幫助老師鞏固課程，激發(fā)孩子們的好奇心。現(xiàn)在學校和家長通過家居中的基于Internet的教育工具可以合作得更加緊

47、密，并在家庭和課堂之間建立了橋梁。同時，在智能家居中，不管甚么年齡的人都可以享受教育資源，進行終生教育。,醫(yī)療保健(Health),Internet在智能家居醫(yī)療保健中的作用有很大的潛力，不僅使您的身心更加健康，而且會降低醫(yī)療保健成本。每天，你都可以在家中將測量的血壓、體溫、脈搏、葡萄糖含量等參數(shù)傳遞給醫(yī)療保健專家，并和醫(yī)療保健專家在線咨詢和討論，省去了許多在醫(yī)院排隊等待的麻煩。,移動通訊(Mobility),人們希望在自由移動中保持聯(lián)

48、系，思想交流，獲得訊息。無線網(wǎng)絡技術可以解決這個問題，從手提電話到PDA，從無線家庭網(wǎng)絡到汽車中的定位系統(tǒng)。在智能家居中，可以用手提電話或PDA通過無線網(wǎng)絡收發(fā)E-mail，接受最新的股市行情。,3、智能家電,3.1 概述 目前，家電產品的發(fā)展主要有在三個方面：家電的網(wǎng)絡化、家電的訊息化、家電的智能化，對應為網(wǎng)絡家電、訊息家電和智能家電。,網(wǎng)絡家電是將普通家用電器利用數(shù)字技術、網(wǎng)絡技術設計改進的家電產品。網(wǎng)絡家電可以實現(xiàn)互聯(lián)組成一個家

49、庭內部網(wǎng)絡，同時又可以與Internet相連接。目前認為比較可行的網(wǎng)絡家電包括網(wǎng)絡冰箱、網(wǎng)絡空調、網(wǎng)絡洗衣、網(wǎng)絡微波爐等。,類似洗衣機的人體洗澡機,訊息家電是一種計算機、電信和電子技術與傳統(tǒng)家電相結合的創(chuàng)新產品，訊息家電包括PC、機頂盒、無線數(shù)據(jù)通訊設備、視頻游戲設備、WebTV、IP電話等等。訊息家電由嵌入式處理器、相關支撐硬件、嵌入式操作系統(tǒng)以及應用層軟件包組成。,創(chuàng)新的壁掛式蔬菜栽培機,從廣義的分類來看，訊息家電產品實際上包含了網(wǎng)

50、絡家電產品，但訊息家電更多的指帶有嵌入式處理器的小型家用訊息設備，而網(wǎng)絡家電則指一個具有網(wǎng)絡操作功能的家電類產品。,“分合”隨意的母子雙體冰箱,智能家電則是在家電的網(wǎng)絡化和訊息化的基礎上，加入人工智能技術，可以簡單仿真人的思維活動。智能家電應能體現(xiàn)3I，即網(wǎng)絡(Internet)、互動(Interactive)、智能(Intelligent) 。,三維全息圖像的全息電視,3.2 幾種典型的智能家電,智能冰箱 伊萊克斯公司生產了一種新型

51、的智能冰箱Screenfridge。這臺智能冰箱門上裝有計算機、條形碼掃描儀和顯示器，這臺網(wǎng)絡冰箱與常用冰箱的最大不同是冰箱門上安裝了一塊觸摸屏，能夠顯示冰箱內的食品數(shù)量，當某種食品減少到一定程度，智能冰箱就會提醒主人，并可通過冰箱的網(wǎng)絡下單，向網(wǎng)上商店采購。根據(jù)冰箱所存的物品，冰箱屏幕上還能提供菜單。由于采用了GSM和WAP技術，通過冰箱還能收聽廣播、看電視節(jié)目、上網(wǎng)。,Screenfridge智能冰箱有以下特殊功能：,1、內部交流通

52、訊Screenfridge是家庭的通訊中心，家庭成員之間可以通過收發(fā)voice-mail，video-mail進行交流。 2 、外部交流通訊 除了家庭成員之間的交流，還可以利用Screenfridge收發(fā)E-mail，而且，你也可以上網(wǎng)沖浪。,3、 食物管理Screenfridge使食物管理更加簡單。為食物的存儲，處理和準備提供了正確的方法，你可以以最好的方法地處理食品。 4 、收聽新聞，家庭保安5 、TV和收音Scree

53、nfridge也可以作為TV和收音機，在廚房就可以直接收聽新聞，你也可以通過它連接到攝像機上，監(jiān)視院子情況和孩子。,6、 數(shù)字化食譜Screenfridge提供了大量的食譜，只要照單烹調，美味佳肴便能很快上桌。,除了上述產品外，還有很多公司生產的智能冰箱同樣具有上述功能，如三星的智能冰箱?！癐N的家” 香港展覽館中采用的就是伊萊克斯和三星的智能冰箱。,超節(jié)省空間的透明電視,智能洗衣機,歐洲排名第三的家電企業(yè)MerLoni公司推出一款能

54、利用移動電話和Internet來控制的智能洗衣機。 這款洗衣機名字取得很有網(wǎng)絡概念，叫作Margherita2000.com（以下簡稱瑪格莉特）。如果使用者放了太多洗衣粉，或者在洗純羊毛衣服時把水溫調得過高。如果內部的監(jiān)視器發(fā)現(xiàn)洗衣機的零件即將損壞，也會自動通知客戶服務中心及時前往修理。,瑪格莉特的功能不僅于此。其安裝在底盤的監(jiān)視器能夠測量洗衣機的水流量，只要清洗完畢，瑪格莉特就會終止清洗程序。其內置的芯片，還可以分辨衣服衣料，判斷洗

55、衣粉的用量。,智能微波爐,智能微波爐的出現(xiàn)將使廚房生活更加方便。 阿里斯頓(Ariston)公司開發(fā)出了一種智能微波爐，可以進行遠程控制，通過Internet可以在任何地方向其發(fā)出開始加熱的指令﹔從Internet下載菜單，能夠根據(jù)食品上的條形碼標簽訊息烹飪食品，決定加熱食品時間及烹飪的溫度﹔此前，互聯(lián)網(wǎng)與微波爐之間的聯(lián)系主要集中在菜單的下載功能上。但是，該智能微波爐在基于網(wǎng)絡的控制調節(jié)功能上與其它產品有很大區(qū)別。例如，早晨做好晚餐，

56、并放入微波爐進行冷凍。傍晚時母親可以在辦公室通過電話確認孩子到家后，用計算機或移動設備經Internet發(fā)送加熱指令。,松下(Panasonic) 推出了一種變頻微波爐。傳統(tǒng)微波爐的輸出功率是不可調節(jié)的，因此，加熱過程中，所謂的火力調節(jié)只是通過電源的不斷開、關來機械地控制溫度。而松下的變頻微波爐則通過導入變頻電源，可以自如地調節(jié)輸出功率，實現(xiàn)真正的火力調節(jié)，更加接近明火烹飪，從本質上改善了微波發(fā)射的均勻性。松下變頻燒烤型微波爐采用了變頻

57、電源，燒烤與微波可以同時進行，使得烹飪時間縮短了近50%，效率大大提高。它還具有“智能感應功能”，不需人為設定時間和火力，爐內感應器根據(jù)食物的實際烹調狀況，自動選擇食物最佳的烹調時間和火力，烹調更簡單。,智能空調,LONWORKS分體空調   利用Echelon公司提供的LONWORKS控制技術實現(xiàn)空調的智能化和網(wǎng)絡化。該智能空調帶有一Labview控制接口，通過電源線和雙絞線傳輸訊息。無論您身在何處，只要保證在上

58、網(wǎng)的狀態(tài)下，都可通過這一控制接口調節(jié)溫度（冷/熱），風力（高/中/低），開和關，簡單而輕松。在炎炎的夏日，您不必在為回到家中時的悶熱空氣而煩惱，還可以在嚴寒的冬日享受回到家時的溫暖。同時還可以節(jié)省不必要的浪費。,4、智能家居實例,4.1 [IN(Intelligent)的家]香港展覽館 [IN的家]香港展覽館耗資4000萬港元于2001年9月興建而成，充分展示了最新的建筑技術、智能家居、環(huán)保科技。它由INTEGER Intellige

59、nt & Green 發(fā)起，是亞洲第一個[IN的家]。,[IN的家]的構思起源于英國。1996年，一群英國建筑師、訊息專家、建筑專家及環(huán)保學家決定推行一項計劃，在設計和建筑房屋時，采用環(huán)保及智能科技。1999年9月，首幢應用「IN的家」原理建造的屋苑在威特郡的徹希爾落成。兩年后，在全英國六個地區(qū)已興建起六十多幢房子及多層公寓。,,,[IN的家]智能家居特點,1 生物測定系統(tǒng)展館裝設的生物測定系統(tǒng)，將最新的生物測定技術應用于住宅

60、保安系統(tǒng)之上，使用面貌與眼睛虹膜作為辨識特征，無需使用鑰匙，安全可靠。,2 智能中央服務系統(tǒng) 整座展館由一個高智能中心系統(tǒng)連接，形成一個龐大的網(wǎng)絡。該系統(tǒng)可有效監(jiān)控住宅內的溫度與空氣質素，營造更舒適的生活環(huán)境，并大大節(jié)省能源。 采用先進技術，于特定面積空間，按使用人數(shù)的增減來提供空氣調節(jié)﹔ 大廈管理系統(tǒng)接達全世界，一旦有問題出現(xiàn)，可實時知會大廈營運商及維修專家；,3 家居網(wǎng)絡控制系統(tǒng) [IN的家] 網(wǎng)絡及控制系統(tǒng)采用三星(Sam

61、sung) 公司的HomeVITA解決方案，把電力線通訊、 IEEE1394、無線LAN等各種技術統(tǒng)合。利用手機、PDA、PC可于任何提供互聯(lián)網(wǎng)接駁的地方，隨時監(jiān)控家中設備的情況。一個聯(lián)接所有家居電器、電表、照明及溫度設備、計算機產品及娛樂設施的網(wǎng)絡﹔一個標準化的家居網(wǎng)絡開關，融合上述系統(tǒng)成為互聯(lián)網(wǎng)上的數(shù)據(jù)流﹔,家居接口－－所有聯(lián)上網(wǎng)絡的系統(tǒng)都形象顯示，這樣用戶便可家中，或透過互聯(lián)網(wǎng)于家居以外地方，監(jiān)察家中情況。,淘汰遙控器聲控電視

62、機,4.2  IC 智能網(wǎng)控家居 香港理工大學工業(yè)中心建造的智能網(wǎng)控家居--IC-Home/Building于2001年10月建成，為我們理想的家居生活的提供了很好的解決方案。 現(xiàn)在，在任何時候，任何地方，只要你有上網(wǎng)的計算機、手提電話、PDA，就可以輕松地控制和監(jiān)視家中的一切。當在家時，可以使用LCD觸摸控制面板，不需要走動，指頭輕輕一動，就可以控制所有的家用電器。,IC 智能網(wǎng)控家居特點,1  家居安全采用

63、了四種門禁系統(tǒng)--指紋識別系統(tǒng)、靜脈識別系統(tǒng)、WEB攝像機、智能卡，并時刻檢測門和窗戶的狀態(tài)，防止非法人員進入，進行家電狀態(tài)檢測，實時的家居監(jiān)控，家居異常情況報警，保證家居安全。,2  家居舒適通過有線和無線方式遠程對家電控制，配置有家庭影院、在線視頻或音頻點播、在線游戲等娛樂設施，使家居生活更加舒適。,3  節(jié)約能源由于能對空調、電燈等家電進行自動控制，并廣泛采用變頻技術，可以大大節(jié)約能源。,4  家

64、庭辦公在家中能夠進行電子商務(E-Commerce) 、電子化制造(E-Manufactruing) 、視頻會議等以前只能在辦公室或工廠才能完成的工作。可以查詢工廠各種零件的庫存狀況，并在網(wǎng)上訂購，審批客戶的訂單以安排生產，也可以在家中監(jiān)控裝配線的工作，并瀏覽實時的生產訊息。,IC智能網(wǎng)控家居的網(wǎng)絡控制,IC智能網(wǎng)控家居的控制系統(tǒng)采用Crestron控制器，家電的連接和控制也采用Crestron的網(wǎng)絡系統(tǒng)。整個家居控制網(wǎng)絡通過ADSL

65、 Modem以較高的帶寬接如Internet，保證視頻和音頻訊息的高速存取。整個家居的訊息通訊可以用無線和有線方式。,4.3 Cisco 智能家居,Cisco是世界上著名的網(wǎng)絡公司，Cisco利用其先進的網(wǎng)絡系統(tǒng)并與其它公司和組織合作在世界各地建立了多個智能家居。所有的Cisco智能家居都起名為Ihome(Internet Home) 。,下面以Cisco在澳大利亞建立的Ihome_au為例。 Ihome_au坐落在悉尼市郊的Pyrm

66、ont，建成于2000年9月，是南半球第一個Cisco公司建造的智能家居。它由Cisco公司發(fā)起，并提供所有的網(wǎng)絡解決方案，合作者有：Bovis Lend Lease Group，Compag， Jacksons Landing，Crestron，Whirlpool，Sony等，分別提供建筑、智能家電、控制系統(tǒng)、計算機等方面的設備和方案。,Ihome_au中配置有：連接Internet的寬帶網(wǎng)絡系統(tǒng)，連接Internet的數(shù)碼攝像機，家

67、庭影院系統(tǒng)，PC，筆記本計算機，服務器，有線和無線網(wǎng)絡，視頻會議系統(tǒng)，IP電話網(wǎng)絡，42英寸等離子屏幕，家庭安全系統(tǒng)，連接Internet的智能家電。,除了在澳大利亞，Cisco還在美國，英國，法國，瑞士，意大利，奧地利建立了智能家居，而在新加坡，西班牙，瑞典的智能家居也正在興建中。,5、通過Internet實際控制智能家居,5.1 HalenSmart智能家居演示 在該智能家居中，提供了辦公室遠程自動控制和家居遠程自動控制，你可以通

68、過Internet實際控制這些設施，并通過Internet數(shù)碼攝像機實時看到他們的變化。 辦公室Internet控制。在辦公室的設施中，你可以控制臺燈、壁燈、空調、窗簾、太陽燈、水龍頭等。家居Internet控制。在這部分中，你可以控制臥室、起居室中的燈具，廚房的煤氣灶，窗簾。,5.2 LONWORKS智能家居演示,該現(xiàn)場演示實例智能家居坐落在California州Echelon公司內。在這個例子中，通過Internet可以遠程控制