《智能家居概论》第三章课件.pptx
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- 智能家居概论 智能家居 概论 第三 课件
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1、第3章 智能家居基础 智能家居概论配套 ppt 主编主编 罗汉江、束遵国罗汉江、束遵国3.1 通信技术概述3.2 有线通信技术 3.3 短距离无线通信技术3.4 长距离低功耗无线通信技术3.5 其他无线通信技术3.6 智能家居互联网接入技术 3.7 本章小结主要内容 CONTENTS123.1通信技术概述3.1.1 有线通信技术早期的智能家居的有线通信技术并非独立发展,大多是从工业控制转变而来,在智能家居进行新的应用。采用有线通信的控制控制方式具有许多优点,比如安全稳定可靠,通信和控制受环境的干扰小,数据传输速率较快等特点。但同时它也具有许多缺点,比如方案整体设计要求高,线路铺设工程费用高,周
2、期长。智能家居控制系统一旦建立,后期拓展和改动比较困难,灵活性差。总体而言,有线通信的方式在智能家居发展初期使用较多,但未来的发展趋势是无线网络逐渐增多,有线和无线以互补的方式并存于智能家居系统中。33.1.2 无线通信技术 智能家居中的无线通信技术主要包括无线电通信、红外通信和光通信等多种形式。其中无线电通信最为广泛,它利用电磁波信号在自由空间传播的特性进行信息交换。无线通信相对于有线而言,一般不需要通信的有线介质。无线通信采用数字化通信技术,也就是一种用数字信号0和1进行数字编码传输信息的通信方式。该方式通常由用户设备、编码和解码、调制和解调、加密和解密、传输和交换设备等组成。当无线信号在
3、空中传播时,无线信号的强度会随着传播距离的增加而衰减。此外,有用的无线信号还会受到环境噪声和其它同频段信号的干扰。为保证无线通信的质量,解决时空可变造成的不稳定性等问题,无线通信一般需要设计复杂的数字调制解调技术。43.2有线通信技术 3.2.1 现场总线技术5智能家居485总线拓扑图RS-485从严格意义上讲并不是一个完整的总线技术标准,因为该标准仅仅定义了物理层和链路层的通信标准,所以说算是比较初级和原始的总线架构。但RS485总线技术简单,设计容易,实现方便,成本及维护费用较低,因此RS-485总线应用非常广泛。3.2.1 现场总线技术6智能家居KNX结构示意图KNX(Konnex)是智
4、能家居和楼宇控制领域唯一的开放式国际标准,它由欧洲三大总线协议EIB、BatiBus和EHSA合并成立的Konnex协会在1999年5月提出。其中EIB为欧洲安装总线(EIB-European Installing Bus),它是一个在欧洲占主导地位的楼宇自动化(BA)和家庭自动化(HA)总线标准。EIB 网络是一个完全对等的网络,所有接入网络的设备都具有相同的地位。它最早由 Siemens和ABB 等一些知名企业首先提出。3.2.2 电力载波技术 7电力载波通信技术PLC(Power Line Communication),是指利用现有家居电力供电线路,通过载波方式将模拟或者数字信号进行高速
5、传输的技术。使用PLC技术,不需要重新布线,具有高可靠性、低成本的特点,可以用于智能家居、智能小区、自动抄表系统、监控及监测系统、集群式防盗报警系统、故障检测、控制系统和一些专网应用等。X10是一种国际上通用的智能家居电力载波协议。X10有着古老的历史,它最早由总部设在苏格兰的Pico电子工程公司在20世纪70年代进行开发。后来Pico的工程师迁移到纽约,据说X10协议的突破在工程师经历9次失败时,在第10次获得突破性进展,故此得名。PLC-BUS由位于荷兰阿姆斯特丹的ATS电力线通信有限公司研发,它重新定义了家庭内部高可靠、低成本智能灯光控制的新标准,并拥有多项X10所不能比拟的优势,在欧洲
6、家居领域的市场占有率较高。3.3短距离无线通信技术 8 特性种类 工作频段传输速率最大功耗最大功耗链接数倍数安全性主要用途Zigbee 2.4GHz 0.25Mbps1-3mW点到多点65536中等家庭网络控制网络、传感器网络红外 820nm16Mbps 几mW 点到点 2 高近距离可见传输、智能家居HomeRF2.4GHz 2Mbps100mW 点到多点 127高家庭无线局域网蓝牙 2.4GHz 732.2kbps 1-100mW点到多点 7高个人网络、智能家居Wi-Fi2.4GHz 54Mbps 10-500mW点到多点 256中等家庭、商用局域网3.3短距离无线通信技术 93.3.1 蓝
7、牙技术工作频段ISM频段,2.402GHz-2.480GHz双工方式全双工,TDD时分双工业务类型支持电路交换和分组交换业务数据速率1Mbps-24 Mbps非同步信道速率非对称连接723.2Kbps/57.6 Kbps,对称连接433.9 Kbps同步信道速率64 Kbps功率美国FCC要求0dbm(1mw),其他国家可扩展为100mw跳频频率数79个频点/1MHz工作模式PARK/HOLD/SNIFF数据连接方式面向连接业务SCO,无连接业务ACL纠错方式1/3FEC,2/3标FEC,ARQ鉴权采用反应逻辑算术信道加密采用0位、40位、60位加密语音编码方式连续可变斜率调制CVSD发射距离
8、在10cm-300m之间 蓝牙的主要技术参数蓝牙(Bluetooth)是一种低成本、低功率、短距离无线连接技术标准,最早在1994年由爱立信公司率先提出。1998年5月,世界知名企业如爱立 信(E r i c s s o n)、诺 基 亚(Nokia)、东芝(Toshiba)、国际商用机器公司(IBM)和英特尔(Intel)成立蓝牙特别兴趣小组,共同推出蓝牙计划。蓝牙mesh网络103.3.2 WiFi技术11WiFi版本工作频率示意图Wi-Fi技术标准在1997年发布802.11第一代标准,传输速度在1Mbps左右,到第五代802.11ac,通信速率已经达到1Gbps以上,期间经历了近十几年
9、时间,主要有IEEE802.11a、IEEE802.11b、IEEE802.11g、IEEE802.11n和IEEE802.11ac、IEEE802.11ad等,其工作频率如图3-4所示。一般而言,工作频率越高,数据传输速度越大,但穿墙能力越弱。3.3.2 WiFi技术12标准版本802.11a802.11b802.11g802.11n802.11ac802.11ad发布时间1999199920032009 2013 2013工作频段5GHz2.4GHz2.4GHz2.4、5GHz5GHz2.4/5G/60G传输速率54Mbps11Mbps54Mbps600Mbps433Mbps/867Mbp
10、s4.6G-7G编码类型OFDMDSSSOFDM、DSSSMIMO-OFDMMIMO-OFDMOFDM+单载波调制信道宽度20MHz22MHz20MHz20/40MHz20/40/80/160MHz-天线数目1x11x11x14x48x810 x10覆盖距离(室内)30m30m30m70m30m 5mWifi 802.11系列参数WiFi在智能家居应用中的联网方式,目前主要采用集中式的方式。在这种组网方式中,智能路由器担当了网关的功能,所有嵌入WiFi模块的智能家居设备,都连接到智能路由器中。智能路由器能够连接互联网,从而可以通过路由器连接到外网中。控制终端-连接internet,星状网133
11、.3.3 ZigBee技术14版本名称Zigbee04 2004 ZiZigbee04Zigbee06Zigbee07Zigbee07发布时间2004.122006.122007.102007.10指令集无无ZigbeeZigbee Pro无线射频标准802.15.4802.15.4802.15.4802.15.4地址分配无CSKIPCSKIP随机网络拓扑星状树状、网状树状、网状网状大网络不支持不支持不支持支持自动跳频是,3信道否否是PANID冲突决策支持否可选支持数据分割支持否可选可选多对一路由否否否支持高安全支持支持,1密钥支持,1密钥支持,多密钥支持节点数目少量节点300个以下300个以
12、下1000个以上应用领域消费电子智能家居智能住宅智能家居、商业ZigBee(又称紫蜂)技术是一种基于IEEE802.15.4的通信协议的短距离无线通信技术,其中IEEE802.15.4处理低级MAC层和物理层协议,而Zigbee协议对网络层和API进行了标准化。ZigBee技术旨在建立一种低速率、低功耗的个域网(LRWPAN,Low Rate Wireless Personal Area Network),主要特征是近距离、低功耗、低成本、低传输速率。ZigBee支持星型、树型和网状网的组网,形式多样,可以应用于智能家居、工业监控、传感器网络等领域。Zigbee04-Zigbee07版本比较网
13、状网(节点直接直接通信,立即互联互动)、树状网153.3.4 Z-wave技术16Z-wave是专门针对智能无线家居(Intelligent Wireless Home)应用开发的一种短距离无线通信技术,它由丹麦的芯片和软件开发商Zensys公司开发。2005年1月,Zensys公司与其他60多家厂商在CES(Consumer Electronics Show)大会上宣布成立Z-Wave联盟(Z-Wave Alliance),目前已有160多家公司加入。Z-wave联盟虽然没有ZigBee联盟强大,但是Z-wave联盟的成员均在智能家居领域有现行产品,联盟成员覆盖全球各个国家和地区。此外,随着
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