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家庭自动化

家庭自动化

智能家居 2010-08-2917:14:28 阅读25 评论0   字号: 订阅

现代自动控制技术、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,大大减轻人们家庭生活中的操劳,节省人们的时间,提高人们的物质、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。*早进入家庭的自动化设备有自动洗衣机和空气自动调节装置等。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。家庭**系统、家庭自动控制系统、家庭信息系统和家用机器人等,有的已达到实用水平,有的正处于研究改进阶段。 
 
简介
  家庭自动化(Home Automation 缩写:HA)
  家庭自动化系指利用微处理电子技术,来集成或控制家中的电子电器产品或系统,例如:照明灯、咖啡炉、电脑设备、保安系统、暖气及冷气系统、视讯及音响系统等。家庭自动化系统主要是以一个中央微处理机(CentralProcessor Unit,CPU)接收来自相关电子电器产品(外界环境因素
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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。
  家庭自动化是智能家居的一个重要系统,在智能家居刚出现时���家庭自动化甚至就等同于智能家居,今天它仍是智能家居的核心之一,但随着网络技术有智能家居的普遍应用,网络家电/信息家电的成熟,家庭自动化的许多产品功能将融入到这些新产品中去,从而使单纯的家庭自动化产品在系统设计中越来越少,其核心地位也将被子家庭网络/家庭信息系统所代替。它将作为家庭网络中的控制网络部份在智能家居中发挥作用。
  目前*有名的家庭自动化系统为美国的X-10。

组成
家庭**系统
  家庭**系统是家庭防火、防气和水漏泄、防盗的设施,它由传感器、家用计算机和相应的控制系统组成。传感器对周围的光线、温度和气味等参量进行检测,发现漏气、漏水、火情和偷盗等情况时立即将有关信息送给计算机,计算机根据提供的信息进行判断,采取相应的措施或报警。例如发生火情时,计算机可控制灭火器灭火,并通过电话机向主人或有关部门报告。
家庭自动控制系统
  这种系统用于对空调器、收音机、电视机、音响装置、清洁器等电器的
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集中管理和自动控制,它由微型计算机和控制器组成。例如,它能控制空调系统,根据季节的变化自动调节室内的温度和湿度;使能源、照明和热水供应等设备*佳运行或使电子炉灶、清洁器定时完成做饭和清扫等工作。
家庭信息系统
  电话、电视机等在家用计算机的控制下形成统一的家用信息系统,并通过通信线路与社会信息中心相连,使家庭信息系统成为社会信息中心的终端,随时可从信息中心获取所需要的各种信息(见可视数据系统)。利用家庭信息系统还可以进行健康管理,如对老人或体弱者每天测量体温、脉搏和血压,并将数据输入终端机,由附近医师指导给予诊断。家庭计算机辅助教育系统可用于在家中学习各种知识。利用可视数据系统,可以在家订购货物、车票、机票、旅馆房间,检索情报资料,阅读电视版报刊等。家庭自动化的进一步发展可能实现在家办公,使家庭成为工厂或办公室的“终端”。因此,家庭自动化将是工厂自动化和办公室自动化的延伸和组成部分。
家用机器人
  80年代以来,有些国家已研制出家用机器人。它可以代替人完成端茶、值班、洗碗、扫除以及与人下棋等工作。家用机器人与一般的产业机器人不同,它应是智能机器人。它靠各种传感器感觉,能听懂人的命令,能识别三维物体,具有灵活的多关节手臂。这种机器人的许多技术问题尚未解决。

好处及优势
  所有这些功能都需要借助飞速发展的计算机技术、自动化控制技术和现代通讯技术来实现,而其中信息的传递形式为数字代码,所以一般把具有上述功能的家居环境也称为数字家居。利用上述的家庭自动化网络系统,人们可以方便地通过计算机或其它网络接入设备,远程获取家庭内各种信息,包括各种计量表读数和费用、家庭各种家电设备和监测设备的状况,并实现远程遥控各种家电设备和装置,实现家居的能量管理等。所有这些都极大地提高了人类的生活质量,同时它也是人类所追求的生活目标。

无线网络技术应用
  随着无线网络技术与有线网络技术(主要是与电话线产品)价格差的缩小,以及对室内移动
  家庭自动化无线网络
  操作设备需求的增加,无线网络技术的应用不断增加。在家庭中主要有三大类无线网络技术的应用,包括家电控制、语音/数据设备、多媒体应用。其中家电控制,数据通讯速率一般不大于10Kbps;语音/数据通讯,通讯速率一般为1~2Mbps(有些场合仍可以通过模拟拨号连接Internet);多媒体应用中,视频需要较高的通讯速率,一般DVD需要大约3~8Mbps,HDTV系统需要大约19Mbps。近期无线网络产品应能满足8Mbps,以便应用于多媒体应用。而且应注意目前所给出的WLAN(WirelessLocal Area Network)速率都只是理论速率,并非真正速率,只有借助于压缩技术才能真正适用于HDTV类型的视频流。
 

未来的数字家居
  结合当前信息技术的发展和人类对居住环境的要求,可以预见未来的数字家居应能提供以下功能:
  1、 收发和保存信息:通过家庭网络,主人可以方便的收发电子邮件、浏览各种网上信息,订阅各种电子期刊或杂志等;
  2、管理个人或家庭的经济情况:通过家庭网络配套管理系统,主人可以方便地查阅自己的各种帐目和收支情况,管理系统软件还可以根据个人经济情况,作出*优的收支规划,提供相应的合理建议和提示;
  3、管理家庭的通讯需求:对家庭内各种通讯设备的通讯进行管理,包括网络通讯协议的执行和网络资源的分配,使信息在网络上的传输畅通无阻,整个家庭网络系统运行正常;
  4、管理电源和设备的使用:这一方面也是数字家居所应具有的主要功能之一。同样是通过网络管理系统软件,监控家庭内各种设备,如家庭内灯光的控制、电器设备的远程控制、室内环境的优化调节等。同时还能够提供一些经济方面的优化决策控制,如能够根据不同用电时段和峰谷电费差价,合理控制家电的运行。
  5、提供**和可靠的环境:通过在家庭内安装各种检测报警装置来实现家庭的保安、消防以及其它需求。如通过加装摄像头,可以监视房间周边环境和诸如婴儿房等特殊场所;通过烟气传感器、温度传感器、特殊气体传感器,预防房间失火和有害气体过量;通过加装红外传感器、门磁、薄膜窗花、无线微波等报警装置,可防止窃贼入侵等等;
  6、无需维护的运行:整个家庭内各种设备都连接到其网络上,通过网络上运行的管理软件,可实现对设备的监测和故障诊断功能。一旦出现故障,家庭管理系统会给出故障提示,并自动通过家庭内的网间接口设备向设定的相应维修单位保修,无需主人亲自动手;
  7、简单的操作:因为该网络系统是在千家万户中使用的,考虑到使用者的年龄、职业、经历以及受教育程度等的差异,所以该类系统的操作必须简单,方便,而且可靠,以适应不同使用人群的需要。
  8、可根据个人或家庭生活方式定制:随着信息时代的到来,个性化的要求在不断提高。未来数字家居应能够根据不同使用者的家庭环境、设备数量和类型、以及生活方式等可做相应的配置和调整,如可根据消费者的需求和可接受费用,定制相应的系统解决方案;又如可根据使用者的生活习惯,调节室内环境参数,定时启停家电设备等等。
  由上述功能的描述,可以反映出了一个基本事实:数字家居中家庭自动化网络的建立仅仅为完成上述功能提供了一个硬件平台,而要真正完成这些功能还需要有强大的系统管理运行软件支撑。同时也可以看出数字家居是一个多学科技术综合应用的系统。
 

系统接入方式
  (1)电视;(2)远程PC或膝上电脑;(3)Internet浏览器;(4)电话、数字电话、移动电话;(5)按钮传输器;(6)远程控制器;(7)语音控制;(8)触摸屏等。
  在实现系统功能介入时,也需要进行有效的控制,如通过***、无线射频设备、或生物测定机,使用口令,生物测定识别技术、IC卡、或授权的特殊权限技术等方式介入,保障正常用户的权益不受侵害。
  未来的家庭自动化网络系统也需要具有大量的自适应功能,如以下几点:
  (1)无障碍性:支持大量已有室内连线方案,如电话线、结构化布线、同轴电缆等。
  (2)灵活性:能够接受不同类型的连线方案和标准,以便系统方案的升级和扩展。
  (3)廉价:因为网络只是用于连接各种设备,而其本身不是末端设备。价格的优势将加快其应用的脚步。
  (4)易于实现:无论用户还是供应商都可以方便地设计和实现网络方案,这无疑会带来更多的用户.

并行工程
  1988年, 美国国防分析研究所(IDA)以武器生产为背景,对传统的生产模式进行了分析,**系统化地提出了并行工程的概念。几年来,并行工程在美国及西方许多国家十分盛行,已成为制造自动化的一个热点。
  90年代是信息时代,更确切地说是知识的时代。大量新知识的产生,促使新知识的应用的更迭周期越来越短,技术的发展越来越快。如何利用这些技术提供的可能性,抓住用户心理,加速新产品的构思及概念的形成,并以*短的时间开发出高质量及价格能被用户接受的产品,已成为市场竞争的焦点。而这一焦点的核心是产品的上市时间。并行工程作为加速新产品开发过程的综合手段迅速获得了推广,并行工程已成为90年代制造企业在竞争中赢得生存和发展的重要手段。
  并行工程是集成地、并行地设计产品及相关过程,包括制造过程和支持过程的系统化方法。这种方法要求开发人员在设计一开始就考虑产品整个生命周期从概念形成到产品报废处理的所有因素,包括质量、成本、进度计划和用户要求,而不是已经做到哪一步,再考虑下一步怎么走。
  传统的产品开发模式为功能部门制,信息共享存在障碍;串行的流程,设计早期不能**考虑产品生命周期中的各种因素;以基于图纸的手工设计为主,设计表达存在二义性,缺少先进的计算机平台,不足以支持协同化产品开发。全球化大市场的形成,要求企业必须改变经营策略:提高产品开发能力、增强市场开拓能力,但传统的产品开发模式已不能满足激烈的市场竞争要求,因而提出了并行工程的思想。并行工程是一种企业组织、管理和运行的先进设计、制造模式;是采用多学科团队和并行过程的集成化产品开发模式。它把传统的制造技术与计算机技术、系统工程技术和自动化技术相结合,在产品开发的早期阶段**考虑产品生命周期中的各种因素,力争使产品开发能够一次获得成功。从而缩短产品开发周期、提高产品质量、降低产品成本、增强市场竞争能力。一些有名的企业通过实施并行工程取得了显著效益,如波音(Boeing)、洛克希德(Lockheed)、雷诺(Renauld)、通用电力(GE)等。
  传统产品开发过程信息流向单一、固定,以信息集成为特征的CIMS可以支持、满足这种产品开
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发模式的需求。并行产品的设计过程是并发式的,信息流向是多方向的。只有支持过程集成的CIMS才能满足并行产品开发的需求。
  并行工程具有以下特点:
  ●强调团队工作(Team work)精神和工作方式;
  ●强调设计过程的并行性;
  ●强调设计过程的系统性;
  ●强调设计过程的快速“短”反馈;
  利用并行工程对改造传统产业有重要作用,并将对提高中国企业新产品开发能力、增强其竞争力具有深远的意义。
 

贴近生活
  提起自动化, 很多人想当然地认为是高深莫测的理论和**技术, 自己无缘与之“攀亲”,殊不知,自动化早已悄然出现在我们身边和我们的家庭, 日夜伴随着我们, 比如家庭中的电表、水表、煤气表无需人的参与,自动为你记录家庭耗能量和自来水用量;再如全自动洗衣机、洗碗机、**柜、遥控电视机、空调机......,简直是数不胜数.这些仪表和自动装置, 每天都在默默地为我们服务, 使我们从日常繁琐的家务劳动中解放出来,为我们创造了良好舒适的生活环境.清晨, 当你从睡梦中一觉醒来, 随手打开身边的收音机,你可以听到中央人民广播电台播音员熟悉而动听的声音,向你报导国际国内新闻;录音机可以给你带来美妙的音乐或伴你读外语;更先进的钟控收音机还可以在你预定的任何时间自动打开,唤醒你开始新的**的工作与学习.
  在炎热的夏天, 太阳火红火红, 照得大地仿佛要燃烧.勤劳的人们, 仍在为社会主义祖国的建设事业冒酷暑, 战高温,兢兢业业地学习、工作着.此时此刻, 一杯冷水、几根冷饮、几根冰激凌, 可以给人们带来一份凉爽,其作用是难以简单估量的.生产冷饮、冰激凌的冷柜、冰箱就是一种自动机器,它可以通过调节温控器旋钮而保证柜内、箱内的温度自动维持在设定的温度上.除此之外, 人们更希望能够创造一个冬暖夏凉的生活和工作环境,空调器或称空调机, 就能为人们带来”四季如春”的享受.空调器属于制冷调节自动化,加速室内空气循环并对室内空气进行过滤使室内保持适宜的温度和湿度.
  近年来, 电视机在中国的普及率已大大提高.城市居民拥有彩色电视机者居多, 在广大农村, 由于电能源的迅速普及,电视机也已成为人们争相购置的消费品.早期的电视机多以卧式和手动为特点.随着自动控制技术的不断发展,对电视机实现遥控已为大家所熟知.除此之外, 音响(从早期的单波段收音机到目前的激光唱机、多功能收音机、录音机、卡拉OK混响器、环绕立体声、镭射影碟、红外线遥控等融合在一起的大功率组合)、热水器、自动点火灶、电饭煲、电烤箱、微波炉、**柜、洗碗机等,都是一些常见的家用自动机器.
  家庭自动化的进一步发展,是利用微计算机、传感器及各种电子电气设备实现家庭环境、生活、信息、医疗保健、家庭财务、文化娱乐等活动的**自动控制.例如以防灾和防盗为目的的家庭**自动化控制系统,能够控制电源、煤气和水阀.一旦家里出现火情、管道漏水或煤气泄漏, 自动报警装置会发出信号,同时打开灭火装置、切断电源、气源或水源.如果有”梁上君子”入室行窃, 就会拍下了”不速之客”的照片,并自动打电话报警.如东京芝蒲电气公司1979 年研制出的家庭控制系统, 只要你打开使用开关,由计算机控制的家用机器人就会出现在你面前.你说”拉开卧室的窗帘”, 机器人回答是: ”是!知道了.”窗帘便立即被拉开.你说”请开电灯”, 机器人又马上为你开灯.总之,门窗的启闭、电灯的开关以及煤气、水阀的控制等家务都已自动化了, 小小的机器人成了名副其实的忠实佣人.
  随着电子技术和计算机技术的普及, 各种”教育和游戏机”开始大量上市,从幼儿到小学、中学和大学用的各种家庭学习用软件如雨后春笋般涌现出来.一些公司正在研究利用新的通信手段,开发”教师在家授课、学生在家学习”的家庭教育系统.坐在家里按一下存储有百科知识和生活信息的家庭计算机,”电子百科辞典”就立即显示在电视机荧光屏上.如果你想购买东西, 打开联络各大商场的家用电脑终端,所有商品信息一览无余.通过电脑终端订货后, 再输入自己的银行存款户头号码, 电脑系统会自动把货款转入对方号下,所定的货物很快就会送到自己的家门口.自动化技术其实离我们每个人并不远。如果在生活中仔细观察,就会发现自动化技术就在我们身边,从家用电器到水电仪表,到处都有它的身影。正是有了自动化技术,我们的生活才会更加方便、舒适。
 

厨房自动化
  电饭煲、电炒锅、电煎锅、电烤箱、电磁炉、微波炉、三明治机、烤面包机、洗碗机、破碎机、果汁机、制冰机、冰淇淋机、绞肉机、排油烟机、豆浆机、**碗柜、垃圾处理器、切片机、和面机、压面机、去皮机、打蛋机、电动开罐机。确实随着自动化技术向生活各方面的渗透,人们的生活也越来越方便了,厨房的电器化和自动化,不仅给人们带来了方便也大大提高了生活质量。
  在人们的记忆中*早出现在厨房同时也是用得*普遍的电器应该是电饭煲吧。早期的电饭煲是简单的电器,功能不强,煮出来的饭也一般般了,随着竞争的激烈现在的电饭煲都是智能的,加入了模糊控制芯片,即节能省电方便,味道还不错哦。再看现在的微波炉吧,不仅可以热食物,还可以做菜,很多厂家卖产品的同时都提供菜谱。这些电器功能的增强其实都是自动化技术和电子技术在厨房电器上应用的结果。
  其实这么多电器管理起来也麻烦,不过请放心,随着网络技术的发展,以后的家用电器包括厨房电器都带联网功能,这样家里的电器都连到互联网上,你就可以在一台计算机或控制器上管理家里所有的东西了,还可以在办公室或其他地方远程控制它们,比如回家之前打开微波炉热杯咖啡,这样厨房才算真正实现了自动化。不过提醒一句千万不要变懒哦。
  还有更绝的,*近据国外报道“机器人厨师”已经出现,它为繁忙的职业妇女分担烧饭做菜的辛劳,并将改变人类烹饪及家居的方式。一个以电脑控制的“机器人厨师”将取代传统的瓦斯、电炉,只要放入一张张的食谱记忆卡片,这个“厨师”就可以**地自动烹调出一道道中国、法国或意大利的各式菜肴。它的体积约比一般的烤面包机略大,但却兼具有煎、炒、煮、红烧等功能,总重量约在5磅左右。目前市面上带电脑设计的电锅、烤面包机、发面机等都只以算是“低科技产品”,且只拥有单一功能。而“机器人厨师”则是一件非常精密的厨房高科技产品。它的主要组合是一个电脑微处理器、一个小的变速机箱。一个记忆箱。一个记忆卡及一个锅子。使用时,把所有切好的食物材料,装入上面的分隔器中,将食谱记忆卡插入,电脑就可以根据卡中指示,在适当的时候将食物放入,何时应炒或翻面,甚至什么时候将食物放入,加什么佐料,均由电脑控制。只要把食物放好,就可以去做其他事,几分钟之后回来,“机器人厨师”就已为你炒好了一道可口的“电脑菜”。看来真正的“厨房**”快要到来了。
 

模糊洗衣机
  1965年美国的扎德教授创立了模糊逻辑理论,到现在模糊技术已经被广泛地应用在各个领域。虽然起源于美国,但是模糊技术在中国和日本却得到了广泛的关注,并且在理论研究和实际应用方面走在了世界的前列。模糊控制技术在家用电器中得到了广泛的应用,形成了模糊家电系列产品。所谓模糊家电就是揉入人们对家电使用的先验知识,根据人的经验建立操作模式,在电脑的控制下可模仿人的思维进行判断的家用电器,可以说是人和电器的结合体。一个模糊家电就象是一个普通家电和一个熟练操作员的结合体,这样用户对家电的操作会更加简单高效。现在已经投放市场的模糊家电有:模糊电视机、模糊空调器、模糊吸尘器、模糊电冰箱、模糊电动剃须刀等,种类很多,但是他们所用原理都是一样
  洗衣机智能的。一个模糊控制系统通常由输入量、模糊推理规则和输出量组成。系统根据不同的输入量采用对应的推理规则决定输出量的大小在洗衣服的时候,通常决定洗涤效果的主要因素为:衣服的种类、水的温度、洗涤剂、和机械力。衣服种类主要有棉纤维和化纤之分,化纤的衣服要比棉纤维的衣服好洗。水温越高,洗涤效果越好。洗涤剂主要是各种酶决定洗涤效果。机械力也就是洗衣机通过水流来模拟揉、搓等各种人的动作。模糊洗衣机中具有检测各种状态的传感器,主要有负载量传感器、水位传感器、水温传感器、布质传感器、洗涤粉传感器。负载量传感器主要用于检测洗涤衣服的多少。水位传感器用来确定水位的高低和衣服吸水能力的大小。布质传感器用来测定所洗衣物属于棉纤类还是化纤类。洗涤粉传感器主要测定洗涤粉的种类。根据从各种传感器中得到的信号,进行模糊控制,以确定洗涤方法。模糊洗衣机的控制结构如图所示。首先将从各种传感器中得到的数据按照数值的不同分成各种不同的档次,如水温分高、中、底,衣服分少、一般、多等档次,数据所分的档次越多,洗涤的精度越好,但是就会增加推理规则。然后把这些不同的档次作为输入量送入模糊控制推理器中,根据推理规则来决定洗涤时间和水流强度。模糊控制推理器一般是一个智能芯片,具有储存和计算能力,推理规则就储存在这个芯片中。怎样确定推理规则呢?实际上推理规则就是把人洗衣服的模糊经验数字化。例如如果负载小,洗涤化纤衣服,且水温高,人们就会用小的力量,洗涤短时间。将很多类似的经验规则化,就形成了推理规则。在用的时候,根据不同的输入组合,采用不同的规则就可以了。
 

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