智能家居设计说明

.某别墅智能家居系统设计摘要随着计算机网络技术和信息技术的进步，智能家居得到了前所未有的发展，居民对住宅的功能以与质量提出了更多、更高的要求，智能化住宅以其安全舒适、信息通畅、服务完善而深受住户们的喜爱，智能住宅成为现代化住宅的必然发展趋势。因此研究并开发出适合人们要求的智能化产品具有很重要的意义。怎样把电气智能化，怎样安排家居格局，我们就涉与到了家居布线系统。家居布线系统就是把、有线电视、电脑网络、影音系统、家庭自动化控制系统的布线统一规划、布局、集中管理，为实现家具智能化提供网路平台。采用综合布线方式，使得家庭部布线系统具有良好的扩展性和可升级性，满足不同用户现在和未来的需求。本论文设计的智能家居布线系统能充分实现以下功能：1. 将住宅的控制系统、安防系统等系统连接起来，并让它们能够正常的工作；2. 新型的布线系统让住宅更加的美观；3. 让我们的住宅时刻处于一个安全的状态。智能家居布线系统须遵循TIA/EIA 570-A家居电信布线的国家标准。布线系统是实现连接功能是由配线箱进行连接，然后再分配到各个功能模块，让功能模块发挥自己的功能。关键词：智能家居自动化,自动控制,信息化和智能化,家具综合布线ABSTRACTAlong with the computer network technology and information technology progress,intelligent household got unprecedented development,residents of residential function and quality put forward more and higher demand,intelligent residential to its safe and comfortable,information unobstructed,and perfect service and favored by residents of the love,intelligent residential become modern residential trend.So the research and the development of a suitable for people to requirements of the intelligent product has important significance.Household telephone wiring system,cable TV,computer network,audio-visual systems,the family of the automatic control system of unified planning,layout and wiring for realizing the centralized management,providing a network platform,intelligent household.Using the comprehensive wiring,internal cabling system has good family the expansibility and scalability,meet different users of the present and future needs.In domestic and abroad existing intelligent home control system are studied and analyzed,the combination of domestic intelligence changes household to actual requirements standards,puts forward a set of multifunctional smart home wiring system design scheme.This thesis design intelligent household wiring system can fully realize the following functions:1. Will inside the residence control system,secutity links up and allow them to normal work;2. Type of wiring system to make the house more beautiful;3. Make our housing moment in a safe condition.Intelligence lives in wiring system must follow TIA/EIA 570-A household telecommunication wiring national standards.Wiring system is to realize the connect function is connected by wiring kit is included as standard,then assigned to each function module,make function module play to ones own function.Keyword:intelligent household automation;automatic control;information and intelligence;household wiring system. / 26目 录第一章、绪论1.1选题意义、价值和目标1.2课题研究方案第二章 智能家居的初步介绍2.1智能家居的发展概况2.1.1国外智能家居的发展概况2.1.2 国智能家居的发展概况2.2智能家居系统的组成2.2.1弱电子系统2.2.2综合布线系统2.3家庭信息接入箱2.3.2近程访问/控制2.3.3中央控制器功能实现2.3.4交换机的工作原理第三章 智能家居各模块简单介绍3.1娱乐3.1.1全宅音响模块3.2安防3.2.1门磁、窗磁防盗报警模块3.2.2感烟探测报警模块3.2.3煤气泄露报警模块3.2.4报警与联动模块3.2.5紧急求助模块3.3便民3.3.1智能照明控制模块3.3.2感应开关模块第四章 智能家居布线系统4.1智能家居布线系统设计4.1.1布线标准4.1.2系统的需求分析4.2智能家居布线硬件结构设计4.2.1综合布线的基本概念4.2.2系统硬件结构与特点4.2.3配线箱的工作原理4.2.4具体施工方案4.3布线系统的管理与维护4.3.1布线的管理标准与措施4.3.2故障诊断第五章 云计算在安防系统中的前景与应用5.1云计算的运用前景5.2云计算的应用特性5.2.1安全性5.2.2便携性5.2.3性能的可用性5.2.4数据访问致参考文献附录1 智能家居施工图第一章、绪论1.1选题意义、价值和目标 计算机、自动控制、通信技术以与数字化技术自20世纪90年代后期以来，取得了迅猛的发展并日益渗透到各个领域。极大的改变了人们的工作方式，提高了生产效率，对生产力的提高起到了至关重要的作用。相比之下，这些技术对改善人们的居住环境方面的作用并没充分的发挥出来。虽然目前的家用电器功能越来越多，越来越智能化，但是这些家用电器的智能仅仅限于其自身，并没有形成一个整体。这样造成的直接后果就是人们的居住环境仅仅是被一些高科技的家用电器包围，而没有形成人性化，智能化的系统。人们依然生活在以前传统的家居方式下。在这样的背景下，人们开始关注居住环境，越来越注重家居环境的安全、健康、便捷和舒适。如何在家庭环境中组建智能家居网络，有效的将各个家电产品结合成一个有机的整体，并通过它对家电设备进行近程或远程的集中控制与管理，使人们能够不分时间地点，随时随地方便的控制和了解家中的情况，让这些家用电器为人们提供更好的家居环境，成为了一个新的课题。所谓智能家居是指将各种相关的住宅设备通过家庭部网络连接起来，并保持这些设备与住宅的协调，从而构筑成舒适的信息化居住空间，以适应人们在信息化社会中快节奏和开放性的生活，达到安全、舒适、高效、节能、环保与人性化的要求。 针对别墅的大面积管理，智能家居更是起到了尤为突出的作用。减少了人工上一些繁复的工作，降低了人力的浪费，使家庭生活更加便捷。本方案的目标在于可以从线路的布置敷设上，对家电进行智能控制，各种模块配合中央处理器实现家居智能化。同时无线设备进行辅助控制，减少线路敷设不便的弊端。1.2课题研究方案结合市场上发布的几种方案，根据调查结果通过对这几种方案的功能、技术、优缺点的分析，为自己方案的设计奠定基础。首先，经调查了解海尔解决方案后，我们在此基础上应该调节的是家电的大批更换和经济节省两方面的矛盾。海尔推出的智能家居系统仅适用于海尔品牌的电气，没有达到广泛推广的效果。其次，家美馨的方案，是在普通家电上加以红外转换器，对其进行控制，但是没有统一标准各个厂家各自为政，兼容性很差。我们提出的方案是，对每一系列家电设施进行模块化管理，给需要智能控制的家电加以控制模块，使用线路上的铺设，以对每一个模块进行控制。本方案以家庭信息接入箱为核心，其他部分围绕中央控制区进行设计。对整个家居环境进行电路的铺设，以达到各方位的控制，连接到家庭信息接入箱控制端。依照需要进行线路布置。安全系统中还将介绍云计算的应用。与此同时介绍每个模块的简单原理与作用等。第二章 智能家居的初步介绍2.1智能家居的发展概况2.1.1国外智能家居的发展概况世界上最早的智能建筑是1984年在美国诞生的，之后加拿大、欧洲、澳大利亚和东南亚等经济比较发达的国家先后开始开发智能建筑和智能家居产品。而且也使世界其他国家的众多企业参与竞争智能家居这个市场。2.1.2 国智能家居的发展概况 智能家居在中国经历了近6年的起步阶段，发展速度缓慢，这主要是因为没有投入大量的资金,开发技术短期也不成熟。但是随着建筑智能化行业协会的成立与技术水平的不断提高，产品在市场上已逐步推广，前期主要集中在一些分散的智能家庭控制子系统的研究上。随着集成技术、通讯技术、互操作能力和布线标准的发展而不断改进，实现它们之间信息共享，使得系统安装方便、使用灵活。预计在2005年2007年间将逐步普与。2.2智能家居系统的组成2.2.1弱电子系统 弱电子系统包括，音频分配系统、家庭防盗报警系统、家庭防灾报警系统、紧急呼救与报警系统、家庭闭路监控系统、家庭背景音乐与灯光集中控制系统等。2.2.2综合布线系统智能家居综合布线系统即以集成的思维，从用户的实际需求出发，从而达到灵活、高效、可扩展的集中管理系统。根据模块化设计和开放性星形拓扑结构的设计思想，整个系统由3个子系统组成，即以家庭信息接入箱为核心的管理子系统、由传输线缆构成的水平子系统、面向用户终端的模块和面板的工作区子系统。而整个系统的核心是家庭信息接入箱。家庭信息接入箱负责家居中所有弱电信号的转接、分配、处理和集中管理。它由一个预埋箱体和1U&2U标准安装单位宽的灵活配置模块与相应跳线组成。选择相应大小的家庭信息接入箱。要考虑各系统转接设备的安装方式、维护、升级以与各种线缆的规格、型号、数量等问题。2.3家庭信息接入箱2.3.1远程访问/控制 通过互联网、短信可以远程随时随地查看家中状况，对相应设备进行状态查询和管理。2.3.2近程访问/控制在家过电脑、手持终端等设备了解家中状况，对设备进行控制。2.3.3中央控制器功能实现通过对开发环境的搭建，可以完成信息接入箱主要功能的开发。本设计采用模块集中化控制，对别墅每层智能控制模块进行功能上的分类，把每一类模块交一相对应交换机，再由交换机梳理信号，把要传输的信息送到符合要求相应的微机控制窗口，统一在微机版面进行控制。2.3.4交换机的工作原理工作在数据链路层，交换机拥有一条很高带宽的背部总线和部交换矩阵。交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上，控制电路收到数据包以后，处理端口会查找存中的地址对照表以确定挂接在哪个端口上，通过部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口。使用交换机，从而达到对各模块的相应控制，达到更全面的智能控制。 第三章 智能家居各模块简单介绍3.1娱乐3.1.1全宅音响模块全宅音响系统可将传统的音响延伸到家中的每个房间与每一个角落。在阳台浇花时可以欣赏悠扬的音乐，清早盥洗时可以听到电台的新闻， 甚至在厨房也可以听到现场转播。 系统可接驳家中现有的电视，广播，VCD, DVD与音响系统提供的声源；每个房间的音箱可以单独开关和调音量，无需考虑功率匹配；系统支持高保真立体声技术， 对音质不作任何处理。3.2安防3.2.1门磁、窗磁防盗报警模块当有非法入侵者时，他首先要从门或窗进入住户，所以门和窗就成为了第一道防护网。 若干只磁铁驱动的干簧管串联起来组成的磁控开关，装在被保护的门窗上，平时各干簧管的触电应是闭合的，模块电路输出低电平，系统处于监控状态，家庭智能控制器不发出报警信号。当任一扇门或窗被外来非法入侵者打开时，串联的磁性开关中的某个就会处于断开状态，此时导通电路，产生中断信号给家庭智能控制器，然后发出报警信号，达到报警作用。3.2.2感烟探测报警模块离子感烟探测器电路的实际电路如图4.1所示，其中传感器采用UD-02型离子传感器。图3.1 在未发生火灾的情况下，即在清洁空气中，离子感烟探测器C点收集电位为55.6V，在C点收集的高电位加到比较器的反向输入端，比较器输出低电平，对控制单元无效；当发生火灾时，产生烟雾，离子感烟探测器的检测室检测到的烟雾浓度达到设定值时，C点收集的电位降至大约1.11.2V，此电位低于比较器设定的基准电压，比较器输出高电平，给家庭智能控制器，然后由控制器发出报警信号给声光报警装置。离子感烟探测器检测烟雾的浓度是可以调节的，即根据实际要求通过调节RP4来改变探测器的灵敏度。3.2.3煤气泄露报警模块 在家庭中，煤气泄露也是引起火灾发生的一个不可忽视的问题，所以我们在家庭中安设煤气泄露探测器。此煤气泄露探测电路的原理图如图4.2示：家用煤气的主要成分为异丁烷（C4H10），故检测煤气是否泄露的传感器选用QM-N5。在清洁空气中，QM-N5的AB间阻抗值大约为80K，而当煤气浓度达到6%时，AB间阻值大约为4K。图3.2当家中无可燃气体泄露时，即探测器在洁净空气中时，QM-N5的AB间阻抗RP6分压，B点收集的电位较低且小于比较器设定的基准电压，比较器输出低电平，控制单元无效，电路处于设防状态而不报警；当有煤气泄露时，浓度达到设定值时，传感器会因接触可燃气体而使阻抗迅速降低（应低于RP1设定的阻值），B点收集的电位升高,当煤气浓度达到设定浓度时，B点电位升高到基准电压，比较器输出高电平，给家庭智能控制器，然后由控制器将信号给声光报警装置，同时开启自动关闭阀门装置，既起到防火作用又提高所在环境的空气质量。此模块可通过调节电位器RP5和RP6来改变灵敏度。3.2.4报警与联动模块安装门磁、窗磁，防止非法入侵，管理系统可通过安装在住户室的报警控制器得到信号从而快速接警处理。报警联动控制可在室发生报警时，系统向外发出报警信息的同时，自动打开室的照明灯光、启动警号等。3.2.5紧急求助模块 室的报警控制器具有紧急呼叫功能，管理系统可对住户的紧急求助信号做出回应和救助。3.3便民3.3.1智能照明控制模块 电灯应该是家里数量最多、使用最频繁的用电设备，每天都会遇到因为开关灯不方便带来的苦恼。智能照明系统的出现，使得我们能够实现更方便的控制，并得到更多的效果，丰富家人的生活情趣。通过集中控制器对家中的灯光、电器和电动窗帘等进行集中控制。如果夜里想去卫生间，您可以按一下床头集中控制器的常用键开启起夜模式，将地脚灯、廊灯、卫生间的灯开启，回来一个全关，既方便又不影响家人的休息。3.3.2感应开关模块 该模块实现了在卫生间、壁橱装感应开关，有人灯开、无人灯灭。自动感应方式为声光控感应和人体感应。可以靠光控元件测光线值，并控制其开还是关，由声音感应元件测是否有声音，也是靠光控元件测光线值，并控制其开还是关，是由人体红外线元件感知人体红外光谱。3.3.3智能插座因家用电器而引起的火灾很多，其主要原因是超负荷、短路、电弧等。事故的发生与家用电器的插座密切相关。因此，研制出当家用电器在无人值守时能与时切断电源的智能插座至关重要。智能家居中启用了一种以微功耗单片机为信息处理核心的多功能智能插座。这种插座具有实时时钟、定时开通、定时关断、状态提示等智能功能。其工作原理在于，围绕单片机，连接电流检测电路、定时与显示电路、电源控制电路、AD转换电路。获取一般用电器的实际电流，将获得的电流通过固定的电阻转换成相应的电压，再将该模拟电压经过抽样、量化、编码的方法转换为数字量，并将该数字量输入单片机。将输入的数字量与标准量值相比，若量值较小，则通过程序断开电路的连接，编写出相应程序实现定时功能。第四章 智能家居布线系统4.1智能家居布线系统设计4.1.1布线标准布线设计和实施必须遵循TIAEIA 570一A家居电信布线标准进行。TIAEIA 570_A标准主要提出了有关布线的两个等级，认可了几种布线介质，并规定了布线的基本规。主要应用于支持话音、数据、影像、视频、多媒体、家居自动化系统、环境管理、安全、音频、电视、警报与对讲机等服务。该标准适用于现今的综合大楼布线与有关的管道设计安装。TIAEIA 570A 标准主要涉与到室固定装置(如对讲机、火警感应器等)的布线与室主干布线，而不涉与家居布线中的外线数量和布线介质。4.1.2系统的需求分析综合布线系统是一套用于建筑物或建筑群之间为计算机、通信设施与监控系统预先设置的信息传输通道。它将语音、数据、图像等设备彼此 相连，同时能使上述设备与外部通信数据网络相连接。 综合布线系统是为适应综合业务数字网（ISDN）的需求而发展起来的一种特别设计的布线方式，它为智能大厦和智能建筑群中的信息设施提供了多厂家产品兼容，模块化扩展、更新与系统灵活重组的可能性。既为用户创造了现代信息系统环境，强化了控制与管理，又为用户节约了费用，保护了投资。综合布线系统已成为现代化建筑的重要组成部分。 综合布线系统应用高品质的标准材料，以非屏蔽双绞线和光纤作为传输介质，采用组合压接方式，统一进行规划设计，组成一套完整而开放的布线系统。该系统将语音、数据、图像信号的布线与建筑物安全报警、监控管理信号的布线综合在一个标准的布线系统。在墙壁上或地面上设置 有标准插座，这些插座通过各种适配器与计算机、通信设备以与楼宇自动化设备相连接。 4.2智能家居布线硬件结构设计4.2.1综合布线的基本概念综合布线系统是一套用于建筑物或建筑群之间为计算机、 通信设施与监控系统预先设置的信息传输通道。它将语音、数据、图像等设备彼此 相连，同时能使上述设备与外部通信数据网络相连接。 4.2.2系统硬件结构与特点采用星型拓扑结构、模块化设计的综合布线系统，与传统的布线相比有许多特点，主要表现在系统具有开放性、灵活性、模块化、扩展性与独立性等特点。 4.2.3配线箱的工作原理住宅的所有信号输出都来自配线箱，在这个配线箱安置有主面板、工作站面板、集线器、音响面板、视频面板等。配线箱相当于一个中转站，它把外界与住宅连接起来。 进户线-分配设备（信息箱）-出线-面板-软跳线 -终端设备。 信号接入是网络信号、电源的接入点。通过配线箱的各个功能面板输出我们需要的信号。分界点是分隔外界与住宅的一道防护墙。让住宅更加的安全可靠。 4.2.4具体施工方案1弱电布线安装将所有需要准备的线材购置回来进行分类，然后在线材的两端贴上相应的标签。之后我们将走在一个路线上的线材进行分类，得到简简单单的几捆线，并按照计划将它们安排好就行了。综合布线管理系统放置在家中哪个位置，那就根据实际情况来安置了，本文中选择安置在管家室。2接入家居布线箱家居布线箱被广泛应用于智能家居, 等弱电工程。2002年国家着手实行强弱电分开的政策，由此多媒体信息箱应运而生，其主要用于对家庭弱电信号进行统一管理分配布线的作用，主要避免弱电信号受强电的干扰，提升家庭生活质量。 3信息接入箱线缆的整理 将各种线分组，为各组线做标识，将每组线用扎线带固定在箱底，并适当预留一点线。4.3布线系统的管理与维护所谓布线管理，一般有两种方式：一种是智能管理，一种是物理管理。智能管理是通过布线管理软件和电子配线架来实现的。通过以数据库和CAD图形软件为基础制成的一套文档记录和管理软件，实现数据录入、网络更改、系统查询等功能，使用户随时拥有更新的电子数据文档。 4.3.1布线的管理标准与措施在综合布线系统标准中，有专门对布线标识系统作了规定和建议的TIEIA606标准，该标准对布线系统各个组成部分的标识管理工作作了说明。后勤管理中最重要的一环就是图纸上的编号与现场实际位置对应关系之间的准性。每一次点位的变更都必须与时地在图纸上更新，以保持一致性，避免因工作缺失而导致的混乱。这里就要求我们在施工与维护过程中严格遵守TIAEIA-606标准。机柜配线架的理线工作也是非常重要的工作，初期一个好的扎线方式、维护中认真负责的态度都能使机柜保持长时间的整洁，这项工作对综合布线系统来说与线缆贴标一样重要。按一般的情况来看，当机柜有超过30的变更时就需要重新理线，这时候机柜的正面应该已经有线缆交叉的情况出现了，与时地整顿对以后的管理能带来事半功倍的效果。 4.3.2故障诊断常用故障诊断的方法一般有：1观察现象，观察在配线箱有无插头松动，导致线路断开、观察线缆是否受损等。2用简单仪器测试，测试电路是否有短接的情况。3用专业测试仪器测试，根据所设计的测试点位进行综合测试。 4替代法。用部件进行替代。找出故障点。此为最常用最直接的方法。 常用的故障排除方法一般有：1通常是更换各个部件，哪一个环节出现了问题就更换哪一个版块的部件。2有些是使用方法或没有调试好的问题，可以在现场调整后修复。 第五章 云计算在安防系统中的前景与应用5.1云计算的运用前景云存储已经成为未来存储发展的一种趋势，目前，云存储厂商正在将各类搜索、应用技术和云存储相结合，以便能够向企业提供一系列的数据服务，但是，未来云存储的发展趋势，主要还是要从安全性、便携性与数据访问等角度进行发展。5.2云计算的应用特性5.2.1安全性许多用户对云存储的安全要求甚至高于它们自己的架构所能提供的安全水平。用户通常发现云存储具有更少的安全漏洞，而且云存储所提供的安全性水平要比用户自己的数据中心所能提供的安全水平还要高。5.2.2便携性一些用户在考虑托管存储的时候还要考虑数据的便携性。一般情况下这是有保证的，一些大型服务提供商所提供的解决方案承诺其数据便携性可媲美最好的传统本地存储。有的云存储结合了强大的便携功能，可以将整个数据集传送到你所选择的任何媒介，甚至是专门的存储设备。5.2.3性能的可用性过去的一些托管存储和远程存储总是存在着延迟时间过长的问题。同样地，互联网本身的特性就严重威胁服务的可用性。最新一代云存储有突破性的成就，体现在客户端或本地设备高速缓存，将最经常使用的数据保持在本地，从而有效地缓解互联网延迟问题。通过本地高速缓存，即使面临最严重的网络中断，这些设备也可以缓解延迟性问题。5.2.4数据访问另一个常见的疑虑是如果执行大规模数据请求或数据恢复操作，那么云存储是否可提供足够的访问性。云存储可以实现存储完全虚拟化，大大简化应用缓解，节省客户建设成本，同时提供更强的存储和共享功能。结论在本次毕业设计中，我遇到过很多困难，但是在自己的努力下和指导老师的指导下，我最终战胜了这些困难，完成了智能家居的设计。这一过程中我学到了很多东西，同时也感慨良多。1目标完成情况通过我的努力和老师的指导，开始对智能家居的研究，首先是确定对智能家居分模块的研究，通过指导老师的指导，从对各功能逐个了解入手，对智能家居进行了分块化，然后一块一块的完成了本次毕业设计，实现了一个先进的智能家居系统，所以本次毕业设计基本上完成了当初设计的目标。2存在不足在对整个施工图布线穿管设计的时候，缺乏经验常识，不能更完善的进行布线设计。对国家标准要求不能完全熟悉。在总线的分配上，也略显吃力，需要老师与时指引找到方向。3小结 通过这次毕业设计，我学到了很多东西，同时也感慨良多。 首先，对于智能家居有了更多的认识。这是我第一次接触到智能家居，在大学四年里，由于很少接触到这方面的知识，通过这次设计，使得我对整个的智能建筑有了全面的了解。 其次，通过自己独立的完成设计，提高了自己的自学能力，和接触到了许多前缘科学，充实了自己，并且掌握了压力传感器的原理，红外线温度仪的原理和火灾报警的原理。 最后，通过此次设计，使我深刻的认识到只有不断学习，才能更全面的了解智能建筑这门学科，人的一生就是一个不断学习的过程，活到老，学到老在这个知识爆炸的年代已经成为现实。学校以做毕业设计的方式，让我们为大学四年的大学生涯画上句号，可谓是用心良苦，通过毕业设计使我从一开始的思维混沌，不知道该从那入手到后来的逐渐明朗到最后的设计完成，实际是对我们大学生的一种能力的训练，也是一种总结。致时光如流水，岁月匆匆消逝，在不经意间我的大学学习阶段已近尾声。回想起这段美好的时光，心中充满了无限的感慨，借此机会向在我学习和生活中给予关心、帮助的老师、同学还有朋友们表示衷心的感。在本论文完成之际，我要特别感我的指导老师，郭华老师。在我撰写论文的过程中，郭华老师倾注了大量的心血和汗水，无论是在论文的选题、构思和资料的收集方面，还是在论文的研究方法，都得到了她悉心的教诲和无私的帮助。她严肃认真、精益求精的工作作风，以与对我的指导和支持，是我完成论文不可缺少的动力。在学习和论文研究期间，还有很多老师和同学的给予了我无私的关怀和帮助，使我受益匪浅，在此呈上我最真诚的感。最后，向在百忙中抽出时间对本文进行评审并提出宝贵意见的各位专家表示衷心地感！参考文献1工业与民用配电设计手册中国航空工业规划设计研究院组编，中国电力2智能建筑与建筑智能化系统钱毋荒,电讯技术，19993智能家居多媒体终端的研究黄希煌，金向东，电子技术4智能家居：现状、研究与思考徐欣，樊一华，电子产品世界5智能家居的发展动向 任德华，建筑与装饰6低速无线个域网实验教程 徐勇，峰，理工大学7无线个域网(WPAN)技术与其应用徐小涛，吴延林，人民邮电8嵌入式系统的定义与发展历史何立民附录1 智能家居施工图