資源簡介

普 通 高 中 教 科 書
《通用技術》選擇性必修6：智能家居應用設計
第四章　 智能家居系統設計與實現
第 一 節 確定需求
教學設計
教學背景
清晨，天慢慢亮了，臥室自動響起輕柔的音樂把你喚醒；房間亮起柔和的燈光；智能衛浴會為你自動調整洗浴水溫；智能廚房會為你自動烹飪早餐……
你是不是覺得這樣的智能生活離我們還很遙遠？
實現人民對美好生活的向往是我們現代化建設的出發點和落腳點。隨著國家堅持把發展經濟的著力點放在實體經濟上，推進新型工業化，加快建設制造強國、質量強國、航天強國、交通強國、網絡強國、數字中國的進程，我國的科學技術得到了高速的發展。這種帶有科幻色彩的生活場景，已經逐漸走進了人們的生活。小到智能電燈、智能門鎖，大到智能臥室、智能廚房，各種各樣的智能產品已經漸漸地融入了我們的生活，這些就是同學們將在本書學習的內容——智能家居。
教學目標：
知識與技能目標:
1.掌握與用戶進行智能家居設計溝通的方法，學會需求分析。
2.根據用戶的需求，懂得基本的智能家居功能規劃。
教學內容分析:
第一章從與同學們生活密切相關的典型實例開始，通過調查、討論等活動，使同學們了解智能家居的系統特征及技術標準，感悟智能科技應用對家庭生活方式的影響，形成親近、運用智能科技的積極情感。
第二章通過對物聯網技術的技術構成、結構特征、技術標準及傳感器的介紹，使同學們了解物聯網通信標準在智能家居領域的應用，并通過簡單的物聯網系統的設計，了解物聯網的應用，理解智能家居與物聯網的關聯性。
第三章通過實例展示了各種智能家居產品，并讓同學們親歷一個智能家居產品的設計過程，掌握簡易智能家居產品的安裝與調試，同時理解組網、通信和傳感器等的原理和功能。
第四章是一個較為完整的智能家居的設計、優化與搭建過程，通過情景描述的方式，使同學們掌握與用戶進行溝通的方法，并學會需求分析。通過本章的學習，同學們還會學到智能家居的設計原則及對方案進行優化的方法。
學情分析:
學生對智能家居產品設計設計和實現認識有限，他們需要學習有關智能家居產品設計的知識。
智能家居綜合設計是整個項目實施的關鍵環節，需要整合用戶需求分析、功能選項、設備選項、系統集成、數據采集、信息傳輸、施工實施等多方技術、方式、方法，從而達到滿足用戶智能家居生活需求的目的。
智能家居系統設計與實現的流程包括用戶需求分析、功能設計、方案設計、方案優化、系統搭建實現等。
教學重難點:
掌握與用戶進行智能家居設計溝通的方法，學會需求分析。
根據用戶的需求，懂得基本的智能家居功能規劃。
教學策略:
始終強調實踐，在書中設置了“討論”“分析”“思考”“知識窗”等欄目。這些欄目的設置，為同學們自主學習、合作學習和探究學習提供了方便。
教學準備:
展示用的圖片、其他技術產品、多媒體課件。
教學過程:
情景導入:
老師：本節課我們學習《通用技術》選擇性必修6：智能家居應用設計　第四章智能家居系統設計與實現 第 一 節 確定需求。
一、需求分析
隨著我國社會主義現代化的逐步推進，人們對家居的要求也越來越高，家居智能化的設計和建設將變得越來越重要。
智能家居系統設計的核心內容是滿足不同用戶群體對智能家居生活的需求，設計的對象住宅包括豪華別墅、普通別墅、大平層住宅、普通住宅等。
小陳是某智能科技有限公司的職員。主管劉經理給小陳分配了一項任務：本市某小區業主張先生計劃給家里安裝智能家居系統。張先生家是五年前裝修的，戶型是三房兩廳（圖4-1）（參見教材P63），現計劃投入資金用于智能化改造。劉經理安排小陳與客戶張先生聯系，充分溝通后為張先生設計一套智能家居方案。
討論
1．如何向用戶介紹智能家居與傳統家居的區別？
2．以小組為單位，討論如何與用戶溝通才能明確用戶對智能家居生活的需求。
案例
用戶的需求多種多樣，主要有安全需求、健康需求和提高生活品質需求等。
（1）安全需求包括人身安全需求和財產安全需求。人身安全需求主要有針對老人、嬰幼兒的安全看護和防止非法入侵；財產安全需求包括財產監護和防盜。
（2）健康需求包括人體健康需求和環境健康需求。人體健康需求主要有人體健康數據采集、健康指導和健康信息互動；環境健康需求包括戶內環境健康質量監測和戶內環境健康控制和調節。
（3）提高生活品質需求包括生活舒適度需求和生活便捷性需求。生活舒適度需求主要有空氣質量、溫濕度等環境質量是否滿足用戶的健康和生活習慣；生活便捷性需求主要有自動感應控制、自動程序控制、本地集中控制、本地遙控和遠程控制等。
小陳接到任務后與張先生取得了聯系，并到張先生家實地考察與溝通。
小陳：張先生，您好！我是某智能科技有限公司的售前工程師小陳，很高興為您服務。
張先生：小陳，您好！我家是三口人，有個4歲的女兒。我這房子是五年前裝修的，現在流行智慧生活，我也計劃將家里改造得舒適、安全、智能一些。不知道你們有哪些家庭智能化改造的方案？
小陳：我們公司提供的智能化改造方案一般有總線解決方案與無線通信解決方案。總線解決方案穩定、可靠，但價格較高，一般工程價格為8萬～10萬元，適合未裝修過的房子。而無線通信解決方案則比較適合您的家庭情況。無線通信解決方案也有很多種，這需要根據您的具體需求來確定，如您的投入預算、期望實現的功能、房間數量等。
張先生：我的預算約2萬元。我家是三房兩廳，總面積大概100 m 2 ，希望你們在施工的過程中不破壞原有的裝修，盡量少布線，施工工期不要太長，以免影響我們的正常生活。我希望在家庭生活的便捷性、舒適性、安全性方面進行提高。
小陳：按照我們以往的工程實施經驗，實施一套無線通信解決方案的智能家居系統預算估計在5萬元左右。若您的預算只有2萬元，我們在部分功能上可能需要進行取舍。請填一下這份表格（表4-1），這樣我們可以較清晰地了解您對智能家居的綜合需求。我回去后會根據您的需求設計一份智能家居系統方案……
表4-1 智能家居生活需求
基本信息 位置 戶型 家庭人員組成 預算
1. 安全需求
需求分析 監控對講 家人安全看護 緊急按鈕 煙霧報警 可燃氣體探測
迫切需求
一般需求
沒有需求
2. 健康需求
需求分析 PM2.5等空氣質量 溫濕度 電動開窗 空氣凈化 通風
迫切需求
一般需求
沒有需求
3. 提高生活品質需求
需求分析 照明控制 家電控制 家庭影院 背景音樂 個性化
迫切需求
一般需求
沒有需求
說明：迫切需求（√），一般需求（△），沒有需求（×）
討論
1．除了表4-1中的需求分析外，還可以增加哪些方面的需求？
2．如果是別墅項目，該如何設計、修改表4-1？
二、功能規劃
智能家居功能規劃的主要依據是對用戶需求的分析。經過前面章節的學習，我們知道智能家居是一個龐大而復雜的系統，涉及的功能非常多。下面是智能家居中最基礎的幾個子系統。
（一）智能照明系統
家庭照明系統設計主要實現對家庭內外的燈光進行各種智能控制與管理，其基本功能有：
（1）在任何一個地方的終端均可控制不同地方的燈，或者是在不同地方的終端可以控制同一個燈。
（2）在會客、看電視、聽音樂或看電影時，能夠調節不同燈光的亮度或色溫，營造或舒適、或寧靜、或熱鬧的氣氛。
（3）整個照明系統可以實現一鍵全開或一鍵全關的功能。當入睡或者回家之前，可以按一下全關或全開按鈕，就可以實現全部照明的關閉或打開，并能記憶上一次開燈時所設置的亮度，下次開燈時自動恢復。
（4）通過日程管理程序，可以對燈實現定時開關。例如，在深夜自動關閉全部的燈光照明。
（5）通過軟件編程，可以實現一個按鍵控制一組燈，以及多路燈光情境的設置和轉換，或者實現燈光和電器的組合情境，如回家模式、離家模式、會客模式、餐飲模式、影院模式等。
智能照明系統可由控制終端（手機或平板電腦等）、控制主機、傳感器與智能開關等組成，如圖4-2（參見教材P66）所示。
家庭照明的區域一般分為客廳、臥室、餐廳、廚房、書房和衛生間等，在智能家居設計的過程中，智能照明系統根據各個房間的要求，進行燈光設計和控制，實現理想的效果。
知識窗
色 溫
色溫是表示光源光譜成分的一個物理量。通俗地說，色溫就是表示光線顏色的一種標志，而不是指光源的溫度。色溫一般用K（開爾文，溫度單位）表示。
人眼所看到的光線，是由太陽光的紅、橙、黃、綠、青、藍、紫七色光譜混合而成的，由于各光譜混合比例的不同，造就了色彩上的差異，色溫就是描述這種差異的主要指標。
色溫在3 300 K以下時，光色偏紅，給人以溫暖的感覺，故這個區間的色溫通常被稱為“暖調”。色溫在5 000～6 000 K時，顏色最接近于白色，人在此色調下無特別明顯的視覺心理反應，故這個區間的色溫被稱為“中性調”。色溫超過6 000 K時，光色偏藍，容易給人以清冷的感覺，故這個區間的色溫被稱為“冷調”。
（二）智能家電系統
智能家電系統與智能照明系統類似，不同的是受控對象不是燈具而是家用電器，如對家里的空調、電飯煲、飲水機等家用電器進行智能控制。
家用電器的控制一般可分為兩大類，一類是原來可用紅外遙控器控制的家用電器，如電視機、空調等，這類家用電器可在控制主機的“指揮”下，將原來的紅外遙控器的功能“學習”到紅外線中繼轉發器，通過紅外線中繼轉發器去控制家用電器；另一類是由控制主機直接用無線電信號去控制家用電器的電源插座，如熱水器、飲水機等，如圖4-3（參見教材P67）所示。
知識窗
紅外線中繼轉發器和無線智能插座都是很有意義的智能家居產品，它們是把傳統的家用電器轉變為智能家電的基礎。
（1）紅外線中繼轉發器。
紅外線中繼轉發器猶如一個萬能的遙控器，它先要“學習”控制家用電器的原有遙控器的紅外遙控代碼，并存儲在紅外線中繼轉發器內。紅外線中繼轉發器接收到控制主機發出的無線電指令后，根據指令控制的對象，調用對應的紅外遙控代碼，去控制室內的空調、電視機、音響、電動窗簾、有線數字電視機頂盒等紅外線遙控產品。
由于生產廠家不同，紅外線中繼轉發器接收的無線信號的頻率也不同，有的是315 MHz，有的是433 MHz/470 MHz，有的是2.4 GHz的無線信號，但一定要與控制主機的發射頻率匹配一致。
（2）無線智能插座。
目前無線智能插座主要有Wi-Fi無線智能插座和ZigBee無線智能插座兩種。
Wi-Fi無線智能插座不依賴于控制主機，是一個獨立的產品，只要將Wi-Fi無線智能插座插接在原來的電源插座上，就可以通過手機控制插接在它上面的家用電器。這種智能單一的電源插座，可以脫離整個智能家居系統，大大降低了用戶體驗電器智能控制的門檻和購買成本。只要用戶處在Wi-Fi環境中，在任何地方均可開關家用電器。
ZigBee無線智能插座與普通的智能開關的區別是其采用ZigBee協議來通信，并需要在控制主機的控制下工作。在外部網絡斷網的情況下，ZigBee無線智能插座還可以執行控制主機下其他設備的場景動作，具有功耗低、自組網、可持續的特點，適合用于智能家居的套裝產品。
（三）智能環境監測系統
智能家居為用戶提供了一個舒適、溫馨的高品質生活環境，優化了用戶的生活質量。
其中智能環境監測系統起到非常重要的作用。從智能家居目前的發展和未來趨勢來看，智能家居中的智能環境監測系統主要有室內溫濕度監測、室內空氣質量監測、窗外氣候監測和室外噪聲監測等幾個方面，智能家居系統逐步實現全面數字化。
（1）室內溫濕度監測：通過溫度傳感器、濕度傳感器采集室內的溫濕度，為空調、暖氣等改變室內環境溫濕度的設備提供控制依據。
（2）室內空氣質量監測：通過空氣質量傳感器等采集室內空氣的污染信息，為空氣凈化器、電動開窗器等提供控制依據，進行自動換氣或去污染操作。
（3）窗外氣候監測：通過太陽光傳感器、窗外風速傳感器、雨滴傳感器等采集室外氣候信息，為電動窗簾等提供控制依據。
（4）室外噪聲監測：通過無線噪聲傳感器等采集室外噪聲信息，為電動開窗器或者背景音樂提供控制依據。
要根據本地的外部居住環境的好壞來設計室內的環境監測系統。例如，居住地處常年氣溫偏低又潮濕的地區，就應以室內溫濕度的監測為主；居住地處空氣污染嚴重的地區，就應當以室內空氣質量監測為主；居住地處常年氣候多變的地區，就應以室外氣候監測為主；居住地處繁華鬧市地區，就應以室外噪聲監測為主。總而言之，設計家庭環境監控系統應以適應性和穩定性為主。
（四）智能安防報警系統
智能家居的核心需求在于安全，因此智能安防報警系統是智能家居中必不可少的子系統，一套完善的智能家居安防報警系統可確保每一個用戶的生命及財產安全，使得用戶生活在更加安全和舒適的環境之中。從硬件上來看，智能安防報警系統由各種傳感器、具有安防功能的產品、網絡及網絡設備等組成，如圖4-4（參見教材P69）所示。
智能安防報警系統主要有以下幾項功能：
（1）通過互聯網，可以用手機或計算機遠程實時觀看監控視頻，并且還可以遠程對家庭進行設防和布防。
（2）家里的監控視頻圖像能夠通過網絡保存，用戶可以通過客戶端軟件隨時觀看監控錄像回放。
（3）如果有人非法闖入，就會觸發各種傳感器。這時智能安防報警系統通過網絡將警情自動報告給指定的人，業主得到報警信息后，可迅速采取應對措施，讓非法闖入者得到相應的制裁。
（4）如果發生煤氣泄漏，氣體傳感器探測到泄漏信號，馬上啟動排氣扇，避免災害發生。同時，智能安防報警系統通過網絡將警情自動報告給指定的人。
（5）家里發生火災時，煙霧傳感器就會探測到煙霧信號，系統會發出警報聲，提醒室內人員，并自動對外報警，以便迅速地處理火情。
（6）若家中不幸遇到搶劫，或者家人突發疾病，無法撥打電話時，受害人只需要按下手中的遙控器或隱蔽的求救按鈕，即可對外報警求救，從而獲得最快支援。
立即行動
結合表4-1張先生對智能家居生活的需求、預算及其家庭基本情況，在表4-2中列出三房兩廳中各個區域的智能家居產品，并從靈活度、便捷性、場景的豐富性等多個方面說明這樣布置的理由。
表4-2 三房兩廳各區域智能家居產品
區域 智能家居產品
大門 網絡攝像頭、門磁傳感器......
客廳
餐廳
主臥
次臥
廚房
衛生間
陽臺
課后作業
習 題
1．用戶對智能家居主要有哪些方面的需求？
2．智能家電系統中，控制家用電器有哪兩種方式？
板書設計
第四章 智能家居系統設計與實現
第 一 節 確定需求
一、需求分析
二、功能規劃
（一）智能照明系統
（二）智能家電系統
（三）智能環境監測系統
（四）智能安防報警系統
教學反思
通用技術
選擇性必修6：智能家居應用設計
普 通 高 中 教 科 書
主 編 劉瓊發
副 主 編：李 榕 周衛星 朱美健 席春玲
本 冊 主 編：謝勝利 周衛星
本冊副主編：肖 明 毛潤政
編 寫 人 員：凌星星 曹宏欽 朱志琦 劉 方
廣東教育出版社
廣東科技出版社

展開更多......

收起↑