现代电路技术PPT

终端节点
星状网络拓扑示意图
树状网络拓扑示意图
网状网络拓扑示意图
上海大学通信与信息工程学院电路与系统专业
智能家庭网络
ZigBee技术具有以下几个特点： （1）通讯距离短、通讯速率低 通讯距离仅有50米，工作速率一般在20～250 kb/s之间 （2）节点功耗低 休眠时，其休眠电流只有100uA （3）网络的自组织能力强 节点能够根据周围节点的分布情况，自动找到并加入 到合适的网络当中。 （4）延迟时间短 一般节点搜索设备延迟时间、休眠激活延迟时间和信 道接入延迟时间均在20ms左右。 （5）开发成本低 国内各大厂商都推出支持ZigBee技术的芯片，芯片硬 件成本低，平均100元左右，且ZigBee协议栈完全开源。
上海大学通信与信息工程学院电路与系统专业
智能家庭网络
智能家居国内发展状况：
我国在上世纪90年代末开始提出智能家居的概念，并得到了迅速的 发展。但是由于我国与发达国家的基本国情不同，发达国家住房大多以 别墅为主，而我国则主要是楼宇密集的小区，故在智能家居的构建和推 广方面与国外相比有很大的不同。 按系统结构划分，我国智能家居系统大致可以划分为三类。 第一类是组合型控制系统。该类系统由多个子系统组成（如水处理 系统、换风系统等），但是各个子系统之间相互独立，彼此不能进行数 据交换，因此无法发挥网络的优势进行家电的统一协调管理； 第二类是集中控制系统。该类系统大多采用星型网络结构，由控制 中心和控制节点组成，节点与控制中心直连，控制节点不具有数据处理 的能力，其主要完成数据采集的工作，然后将数据交由控制中心进行综 合处理。该类系统鲁棒性差，一旦控制中心出现问题，系统极易崩溃； 第三类是分布式控制系统。该类系统也是采用星型结构，但与第二类 系统相比，其主要区别在于其具有较强的数据处理能力。
智能家庭网络
智能家居架构
疑问： 1. 如何实现组网？ 2. 采用哪些关键技术？ 3. 组网特点及优点？
智能网关
控制端
1、The Power Line Network（有线） 2、ZigBee（无线）
家庭网络 接入网络
上海大学通信与信息工程学院电路与系统专业
智能家庭网络
家庭网络之电力网
电线、电话线和电视线
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智能家庭网络
3. The Power Line Network
电力线通信技术（Power Line Communication）简称PLC，是指利用 电力线传输数据和话音信号的一种通信方式。 PLC作为利用电力线组网的一种接入技术，提供宽带网络“最后一 公里”的解决方案。它是利用电力线作为通信载体，使得PLC具有极大 的便捷性，只要在房间任何有电源插座的地方，不用拨号，就立即可 享受高速网络接入，从而实现集数据、语音、视频，以及电力于一体 的“四网合一”！ 优点：利用家庭已经布好的电线、电话线和电视线进行组网，具 有较好的扩展性，更高的可靠性和较好的抗干扰能力。
电力载波通信架构
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智能家庭网络
家庭网络之电力网 通信技术： 第一类：载波检 测窄带通信，如 FM、 FSK、QPSK … 第二类：扩频通 信，如 直接序列扩 频、调频、 Chirp 扩 频技术
扩频通信原理
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智能家庭网络
家庭网络之ZigBee
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智能家庭网络
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智能家庭网络
布线麻烦
价格高
服务单一
缺乏个性化控制
手机 • Android
ZigBee
盒子
平板 • WEB
电脑 • WEB
智能家居接入网关 智能家居远程控制
上海大学通信与信息工程学院电路与系统专业
基于ZigBee协调器和小 米盒子设计接入网关，完 成ZigBee协议与TCP/IP网 络协议的转换，以及实现 ZigBee路由器节点的维护 与管理；
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智能家庭网络
智能家居国外发展状况：
第三代：实现家庭智能控制的集中化，力求达到统一控制、统一管 理的要求，设置简单，使用方便。主要涉及的系统包括安全防范、家 居控制、换风系统、水处理系统、信息处理系统、综合布线等。其核 心是整个系统的智能管控集中化，意义在于将之前各个联系不密切的 各种家居业务整合在一起，以便更好地管理和控制。 第四代：基于全IP技术，末端设备采用ZigBee、Wi-Fi等技术，将灯 光控制系统、温度控制系统、影音控制系统、保全控制系统、窗帘控 制系统等有效地整合于一个控制系统之中，让控制变得更加简单，同 时系统还可以根据用户实际需求进行定制化和个性化设计。 目前国外主流的智能家居系统协议有：美国的X-10电力线载波通讯 协议、日本的HBS家庭总线技术和欧洲的EIB电器安装总线技术等。
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智能家庭网络
智能家居系统结构分析 疑问：家庭网络和接入网络都包 括哪些网络呢？其关键技术又是如 何实现的？现在市场上采用的主流 网络又是什么呢？
智能网关
控制端
家庭网络
接入网络
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智能家庭网络
以太网（Ethernet）是一种计算机局 域网组网技术，由IEEE802.3系列标准规 范.其标准拓扑结构为总线型拓扑，但目 前的快速以太网（100BASE-T、 1000BASE-T标准）为了最大程度的减少 冲突，最大程度的提高网络速度和使用 效率，使用交换机（Switch hub）来进行 网络连接和组织；这样，以太网的拓扑 结构就成了星型； 总线拓扑结构 总线拓扑结构特点：所需的电缆较少、价格便宜、管理成本高， 不易隔离故障点、采用共享的访问机制，易造成网络拥塞。
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智能家庭网络
智能家居国内发展状况：
近年来，我国智能家居系统的研究与开发相当活跃。 2004年8月，国家经委会成立了家庭信息网络技术委员会，将信息 网络技术体系研究及产品作为国家技术创新重点计划；
2006年3月，第二届亚太国际智能家电暨影音数码电子产品展览会 在深圳举行；
ZigBee网络通信架构
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智能家庭网络
根据设备功能的不同，ZigBee网络的节点可以分为协调 器节点、路由器节点和终端节点三种类型，并且支持星形 网络、树形网络和网状网络三种网络拓扑。
协调器节点
路由器节点
终端节点
协调器节点
路由器节点
终端节点
协调器节点
路由器节点
4月，宁波承办第四届中国国际家居博览会； 9月，第六届上海智能家居系统、家庭自动化技术设备展览会在上 海举行。 根据国家物联网技术研究中心公布的《2009~2015中国智能家居产 业发展趋势与投资机会研究报告》预测：2015年我国建筑总面积将达 到632.7亿平方米，智能家居市场规模将达1240亿元。
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智能家庭网络
智能家居国内发展状况：
《2010-2015中国智能家居产业发展趋势与投资机会研究报告》指 出：我国物联网智能家居产业需求旺盛、产业链长、渗透性广、带动 性强，具有独特的魅力和广阔的应用前景。
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智能家庭网络
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智能家庭网络
通过ZigBee路由器节 点采集室内的环境信息， 以及实现家电设备的操 作控制。
开发设计WEB网站和 Android客户端，通过访问 系统服务器，实现对家庭 室内环境的实时监控与家 电设备的反向控制。
寻址和路由，将家庭网 络接入到Internet网当中， 实现通过Internet网访问家 庭系统服务器。
小米盒子数据转储模块界面
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智能家庭网络
室内信息
日光灯
Logo
灯 光 按 钮
烟雾按钮
WEB监控界面
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• 信息显示 显示室内 的传感器节 点信息（节 点状态和环 境信息）
智能家庭网络
智能家居国外发展状况：
智能家居的概念最早是由西方国家提出，1984年美国联合科技公 司在康涅狄格哈特佛市首次搭建了智能建筑，成功将建筑设备信息 化、整体化的概念应用于在了City Place Building当中。 21世纪，随着科学技术的不断发展，面向开放式应用的智能家居 系统成为人们研究的热点，智能家居系统也逐渐走进了千家万户。 按照技术特点进行划分，智能家居的发展可以划分为四个时代。 第一代：基于同轴线、两芯线进行家庭组网，实现灯光、窗帘控 制和安防等功能。从实现设备控制技术上来看，该方案显得过于单 一，但是其在智能家居领域所进行的探索和尝试却给后来的研究者 产生了深远的影响。 第二代：主要基于RS-485线、小部分基于IP技术进行家庭组网， 实现可视对讲、安防等功能。该方案引领楼宇对讲行业向智能化和 技术高端化迈进，走出了一条特色和个性化的道路。
1. Ethernet
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智能家庭网络
2. IEEE1394
IEEE1394接口是苹果公司开发的串行标准，中文译名为火线接 口（firewire）。同USB一样，IEEE1394也支持外设热插拔，可为外 设提供电源，同时能连接多个不同设备，支持同步数据传输。 IEEE 1394 继承了成熟的SCSI指令体系，因此传输的稳定度和效 率都相当地高。和USB2.0相比，对于cpu的负担也较低；虽然IEEE 1394A的帐面上的最高值低于USB2.0，但是实际上的传输速度胜过 USB2.0。因此被使用在各种需要高速稳定传输数据的接口上。 优点：支持点对点的通信、广播通信，也支持热插拔，以及设备可 以使用更大的总功率（30V电压，电流高达1.5A）。 缺点：与USB的功能相比（主机计算机管理接口），IEEE-1394的 设备有更多需要实现的功能，因此实现起来更加复杂而且昂贵。
学期：秋2014
智能家庭网络
课程：现代电来自百度文库技术
课 题： 智能家庭网络 学 院： 通信与信息工程学院 学 号： 学生姓名： 上课老师：
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智能家居系统宣传片
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智能家庭网络
智能家居定义： ①以住宅为平台， ②利用综合布线技术、网络通 信技术、 安全防范技术、自动控制技术、音视频技术 等将家居生活有关的设施集成，构建高效的住宅设施 与家庭日程事务的管理系统， 以③提升家居安全性、 便利性、舒适性、艺术性，并实现环保节能的居住环 境。 疑问： （1）智能家居系统到底是如何搭建？ （2）上述各种技术在智能家居系统当中体现在哪里？ 同时为什么要采用这些技术？其解决了什么问题？
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智能家庭网络
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智能家庭网络
智能家居系统的技术体现
自动控制技术
综合布线技术
安全防范技术
智能网关
控制端 网络通信技术 音视频技术 家庭网络 接入网络
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智能家庭网络
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4. ZigBee
ZigBee是基于IEEE802.15.4标 准的低功耗局域网协议,是一种 短距离、低功耗的无线通信技术。 其特点是近距离、低复杂度、自 组织、低功耗、高数据速率，适 合用于自动控制和远程控制领域， 可以嵌入各种设备。
ZigBee组网
智能家居系统框图
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智能家庭网络
智能家居系统硬件模块图
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模块功能 通过OTG接口与 ZigBee协调器进行串口 通信，实现两种协议 的数据转换 与ZigBee路由器节点 进行交互，维护与管 理ZigBee网络节点 感知网络节点状态， 更新网络动态拓扑 作为数据处理中心，分 析和处理传感器采集的 环境信息