信息技术11.pptx

《信息技术11.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《信息技术11.pptx（23页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第十一章第十一章 智能家居与智能汽车智能家居与智能汽车11.1 家庭自动化-智能家居11.1.1 家庭自动化的基本概念和发展概况就总体目标而言，家庭自动化就是要给人们创造一个安全、高效、优雅、舒适、节能和环保的居住环境；就其技术手段而言，家庭自动化就是要充分利用计算机、通信、检测、人工智能、自动控制、机器人等现代科技，通过对环境的自动监测，对信息的综合处理和各种服务功能的优化组合来有效地管理和控制家中的各种设备，使其更好地为人们服务。就具体内容而言，家庭自动化就是为家庭生活服务的自动化和为家庭信息服务的自动化两大类型，几乎涉及家庭生活的每个细节，包括照明、采光、通风、气温调节、安全控制、医疗保

2、健、家务劳动、家政管理、电子商务、休闲娱乐、花草及草坪灌溉等。家庭自动化系统家庭自动化技术的发展已有30年的历史。日本的一些公司最早提出了“家庭自动化”这一概念，于1978年提出了家庭自动化的基本方案，并于1983年发布了住宅总线系统（Home Bus System）的第一个标准。美国1979年推出了实用性很强的X10系统，利用每个家庭都有的电力传输线进行数据传输和设备互联，可以“即插即用”，因而得到了迅速推广，产生了较大的影响，并在其后针对住宅网络与控制制定了一系列标准。欧洲各国、东南亚的新加坡、中国等很多国家都相继开展了家庭自动化或智能家居的研究，推出了多种标准、技术和产品。由于家庭自动化

3、面向千家万户，具有强大的市场发展潜力，因而竞争非常激烈，发展也异常迅猛。目前最具有代表性的智能家居是微软创始人比尔盖茨（Bill Gates）的高科技住宅“未来之屋”（见图11.2）。这个耗费巨资、花费数年建造起来的湖滨别墅，堪称当今智能家居的经典之作，被誉为“世界上最聪明的家”。在这座房子里共铺设了83km的电缆，分布着长达几千米的光纤数据线。它们将房内所有电器设备连接成一个标准的家庭网络。同时，房间内外到处都装有各种类型的传感器（检测装置），以及可以触摸、感应的开关，并由计算机统一协调地控制房间的灯光、通风、温度、湿度和音乐等。大部分设备都是完全自动地运行和进行调节，当然在需要时也可以进行

4、人工干预和操作。11.1.2 家庭自动化的主要功能特点安全监控及防灾报警自动化家电设施自动化例1：全自动智能洗衣机例2：智能冰箱例3：智能微波炉环境调节与节能自动化信息服务自动化家庭安全监控系统的组成一种网络化的智能家电控制系统示意图11.1.3 未来的家庭自动化-智能家居可以想象一下，未来高度自动化的家居生活会是以下这样一个情景。清晨，当你还在酣睡时，家里的很多电气设备已经开始工作了，为你准备洗浴热水和早餐。到了起床时间，电子时钟会用一首轻快动听的乐曲唤醒你，自动窗帘缓缓拉开，暖暖的阳光照入卧室。洗漱完毕后，电动健身器材会“招呼”你去健身锻炼，你的健康指数会随时显示在健身器材上，提醒你加强身

5、体某个部位的锻炼。当你大汗淋漓地走进浴室时，浴室的照明设备自动启动，温度适宜的热水已准备好，水温还可根据你的需要随时调节。洗浴完毕，美味可口的早餐已经在等着你了。在你用餐时，音响或影视系统会根据你的爱好自动播放音乐、天气预报或早间新闻。出门时，语音装置会向你提示一天工作日程安排及应携带的物品。当你离开后系统会自动关闭不需要的电源，还会自动检查水和煤气的安全性，并启动防盗报警装置。数字门锁会“忠实”地为你把守大门，它可以根据声音、长相、人体气味等识别家人，决定是否开门。当你不在家时，基于中央控制系统的“虚拟管家”会为你管理一切事务，包括安全防范、洗衣服、给花浇水施肥、通过服务机器人自动打扫房间卫

6、生、检查食品和日用品是否充足并通过网上订购等。无论你在哪里办公或出差，打开手机或计算机就可以知晓家中的全部情形，可以核实空调是否已经关闭，所需物品是否已经采购，住宅内是否安全等。一旦家中有“不速之客”或发生意外事件，系统便会“全程跟踪”，并发出警报，通知主人及相关部门进行处理。下班回家途中，你只需要通过手上的移动电话或掌上计算机向家里的电器发出指令，相关电器设备就会有条不紊地工作。空调器先清洁室内的空气并自动把室内湿度调到最佳，在天色已晚时自动窗帘会徐徐拉上，电饭煲、微波炉等厨房设备开始准备晚餐。11.1.4 家庭自动化发展中值得注意的问题家是人们居住的地方，在发展家庭自动化的过程中，应当特别

7、重视环保与健康、人与电器的和谐等。一方面要注意保持居住环境的温馨和安静，不能将家变成一个充满机器和嘈杂的地方；另一方面在充分享受电磁波带来的方便的同时，也要注意避免它的负面效应。最大的问题还是产品的价格和实用性。要使家庭自动化在一般的家庭真正普及起来，就必须考虑老百姓的经济承受能力，注重产品的经济实用性，不能变相成为“有钱人的游戏”，人“举手之劳”就能完成的事情就没有必要自动化，应当只让真正需要自动化的事情实现自动化。除此之外，在产品设计阶段就应充分考虑人的作用，不应当将人完全置身于家庭自动化系统之外，一切事情都由自动化系统代劳，这样做必然会导致成本攀升到大部分家庭都无法接受的程度，而且也不利

8、于人的身心健康。人应当与自动化系统融为一体，作为其中的有机组成部分去发挥自己的作用11.2 汽车中的自动化系统智能汽车11.2.1 汽车自动化系统概述1.开发汽车自动化系统的目的和开发汽车自动化系统的目的和意义意义随着现代生活节奏的加快，汽车的社会拥有量快速增长，由于汽车行驶的快速性与驾驶人员处理行驶中各种各样情况的反应速度过慢的固有矛盾，道路中各种各样的情况频频发生，使得道路拥堵现象比比皆是，交通事故也时有发生，汽车碰撞、翻车等所导致的安全事故频发。如何最大限度地预防和减少交通事故的发生已经成为现代交通面临的一大难题。2.自动化技术在汽车中的自动化技术在汽车中的应用应用（1）汽车动力及传动装

9、置自动控制 汽车发动机自动控制 汽车变速器自动控制（2）汽车车辆自动控制（或称为汽车底盘自动控制）制动控制 转向控制 悬架控制 巡航控制（3）汽车车身自动控制 安全性：主要包括车身稳定控制系统、安全气囊控制系统、座位安全带自动缚紧装置等。舒适性：主要包括汽车空调自动控制系统、车内噪声控制、太阳能通风装置控制、电子式仪表板、信息显示系统等。方便性：主要包括电子灯光自动控制系统、无钥匙车门及车门锁定、自动刮水器、自动开闭式车窗、自动扰流器等。（4）汽车信息传递3.汽车自动控制系统的基本组成和运行汽车自动控制系统的基本组成和运行原理原理车中的大部分自动控制系统都属于计算机反馈控制，即根据检查到的汽车

10、运行参数，经计算机运算后作用于执行机构，从而控制或调节汽车的运行状态。以转向、制动等控制为例，汽车自动控制系统的基本组成结构如图所示，主要由传感器、控制器和执行器3部分组成。传感器检测汽车发动机、变速器、制动系统、转向系统或悬挂系统等运行状况信号，经滤波、放大等处理后，再经A/D转换器等转换为数字信号输送到以单片机、嵌入式系统为核心的计算机控制器部分，将这些状态信息与给定输入进行比较判断，如果汽车的实际转向、制动等运行状况与指令的要求之间有差异，则控制器将该差异通过运算后进行控制决策，计算出应该给予执行器的控制信号并将控制信号传送给执行器，从而调节汽车的转向、制动等，使执行结果与指令一致。这就

11、是汽车自动控制系统对其运行状况进行自动调节的最基本原理。4.汽车自动控制系统设计开发的汽车自动控制系统设计开发的基本原则基本原则（1）功能完备性与性能优良性（2）相关性与整体性（3）层次性与协调性（4）随机性与适应性（5）可靠性11.2.2 汽车中的自动控制系统1发动机发动机自动控制系统自动控制系统汽车发动机自动控制系统最主要、最通用、最核心的部分是电子控制燃油喷射系统（Electronic Fuel Injection，EFI），该装置能够实现启动喷油量控制、暖车工况喷油量控制和伺服喷油量控制。若在该系统中再增加相应的装置，则同时还能完成空燃比反馈控制（Air-fuel Ratio Cont

12、rol）、怠速控制（Idle Speed Control，ISC）、点火期控制（Electronic Spark Advance，ESA）和排气再循环控制（Exhaust Gas Recirculation，EGR）以及二次空气供给控制等功能。更先进的汽车发动机制动控制系统还具备智能控制、自适应控制及故障自诊断等智能功能。2变速器变速器自动控制系统自动控制系统汽车变速器自动控制系统的主要作用是自动变速，除此之外，还可以扩展为自动巡航功能、手动变速功能、上坡辅助功能、自动诊断功能、支撑功能以及显示功能等。汽车变速器自动控制系统通过分布于汽车各个部位的各种传感器，分别检测汽车运行过程中的有关汽车车

13、速、发动机转速、发动机水温、节气门的开度、自动变速器液压油油温等参数，将其输入控制系统的计算机中。计算机根据这些参数确定汽车运行的状态，并与预先设定的换挡规律相比较，经计算、分析、决策，向换挡执行机构发出控制信号，经电磁阀、油压或气动或电动伺服机构等实施相应动作，完成自动换挡的功能，以适应汽车运行过程中不断变化的状况。也就是说，变速器自动控制系统可以自动获得最佳的挡位和最佳的换挡时机。3制动防抱死制动防抱死自动控制系统自动控制系统制动功能的好坏是衡量汽车安全性能的主要指标之一。由于制动故障所造成的车祸在交通事故中占有相当大的比例，因此，近年来很多汽车生产厂商花大力气开发了在制动方面有极大功效的

14、制动防抱死系统（Anti-lock Braking System，ABS），该系统目前已成为绝大部分汽车的标配。汽车制动防抱死自动控制系统的组成如图所示。4汽车驱动防滑汽车驱动防滑自动控制系统自动控制系统现代具备大功率高速行驶性能的汽车，如果在附着系数相对较小的路面（如雨、雪潮湿路面或冰凌路面）上行驶，常常会发生因车轮不规则旋转（如猛踩油门突然加速或快速制动等）而造成打滑空转，从而大大降低车轮与地面之间的附着力，最终导致失去方向控制能力。这种现象是很危险的，极易造成车祸事故。因此，为了确保汽车在低附着系数的路面上行驶的安全性，应采取自动调节的措施防止汽车驱动轮空转打滑的现象发生。汽车驱动防滑自

15、动控制（Acceleration Slip Regulation，ASR）系统是为解决这一难题应运而生的。ASR系统能够最大限度地避免汽车在不规则加速、减速过程中打滑、空转现象的发生，从而使汽车失控现象减小，由此提高汽车行驶中的方向稳定性和平顺性。ASR系统与ABS的控制机制类似，都是以控制车轮和路面的滑移率为着重点，但两个系统在控制车轮滑移方面方向刚好相反，且两者分别是解决运行稳定性与制动稳定性的。由于两者有许多共同点，所以很多汽车常常将这两个系统合二为一，以进一步增强汽车的安全性能，同时还可共用许多共通的系统部件。可以说，ASR系统是ABS系统的进一步完善和补充。5动力转向动力转向自动控制

16、系统自动控制系统汽车转向所需力矩与行驶速度和路况等因素有关，如低速时转向力矩大，而高速时转向力矩小。为了使驾驶人员的转向操作无论在什么情况下都能够轻松自如，就需要借助于辅助的力矩控制装置（通常又简称助力装置）。汽车动力转向自动控制系统（Power Steering Control System）自问世以来，由于其具有灵活、轻便、稳定、可靠等一系列优点，因此得到用户的长久青睐。6悬架悬架自动控制系统自动控制系统悬架自动控制系统（Suspension Control System）是根据汽车行驶状况自动调节汽车悬架的刚度与振动阻尼的自动控制系统，有的车还能够自动调整车身高度。该控制系统能让汽车在路

17、面起伏较大的行驶过程中有效地、柔和地吸收路面引起的振动，以减小纵向振动加速度峰值，避免车身发生过大的上下“浮动”，保证汽车行驶中的平顺性和舒适性。尤其是在汽车过度转向的状态下，也能较好地减小车辆的侧滑率，极力保持车身的正常姿态。同时在汽车紧急制动时有利于改善减振效果。对于能够根据车速自动调节悬架以调节车高的汽车，还能够降低风阻系数，降低能耗，增大行驶稳定性。7防撞避撞防撞避撞自动控制系统自动控制系统防撞避撞关键技术有两点：一是对碰撞可能性的预测，二是在碰撞可能发生时的紧急处理（即减速、制动或转向）。目前全球普遍着力开发的主动防撞避撞系统称为前向主动避撞系统（Forword Collision

18、Avoidance System，FCAS）。也有厂家开发了更高级的主动防撞避撞系统，称为自适应巡航控制系统（Adaptive Cruise Control System，ACCS），该系统能够根据周围的车况自动调整车速，规避危险，这种系统在一些较高级的轿车上已有应用。（1）防撞避撞检测技术目前常采用的防撞避撞检测技术有两种：前方障碍物（包括人、车和障碍物等）扫描方法和前方障碍物测距、测速、测方位方法。（2）防撞避撞控制技术更进一步的控制功能是具备自动进行识别、判断、处理和控制的功能，能够根据具体情况准确地使汽车在即将撞车的紧急情况下自动执行减速、避撞、制动等操作。（3）防撞避撞技术存在的问题

19、 车用雷达首先要解决的技术难题就是减少雷达的误报。雷达由于其主要材料价格一直居高不下，成为车用雷达推广应用的一大难题。雷达的电磁兼容性（Electric Magnetic Compatibility，EMC）问题也成为应用中的一大瓶颈。行驶车辆打火线圈的电磁干扰、车用雷达之间的电磁干扰等都会构成严重的干扰。目前解决测距、测速、测方位等问题的算法还相对比较落后，快速性、准确性较差。（4）防撞避撞技术的发展趋势 解决雷达误报问题较好的方法是采用多传感器信息融合技术。专用集成电路的最新发展，使固态收发模块在雷达中的应用达到实用阶段。利用毫米波雷达的衰减特性，可以比较好地解决车用雷达互相干扰的问题。在

20、测距、测速、测方位等方法上，还应当进一步全面采用信息融合技术；在避撞处理的控制策略上，还应当进一步研究自适应方法和智能控制方法。11.2.3 汽车导航信息系统现代导航装置主要采用卫星导航、定位系统，以及地面无线电固定导航台导航、定位系统两类技术。卫星导航、定位系统能够通过测方位、测距、定时的方法告知每一辆装有车载卫星导航、定位系统无线接收机的汽车现在的地理位置和行驶方向等信息。地面无线电固定导航台导航、定位系统的作用与此相似。汽车行驶方向的检测有的采用基于地磁矢量的传感器，有的则使用电子陀螺仪检测系统。通过实时检测汽车的偏转率，结合汽车速度传感器求出汽车速度，计算机就可以算出汽车行进的方向和相

21、对位置。11.2.4 汽车中的先进控制系统-智能汽车无人驾驶的“Stanley”汽车先进控制系统（Advanced Vehicle Control System，AVCS）又称为先进车辆控制系统或汽车综合控制系统。AVCS采用先进、前沿的传感技术、检测技术、通信技术和自动控制技术，为车辆和驾乘人员提供多种形式的防撞、避撞等安全保障功能，以及更现代化的自动驾驶功能和巡航功能。AVCS一般包括行车安全预警报警系统、纵向防撞避撞系统、侧向防撞避撞系统、交叉口防撞避撞系统、视觉强化防撞避撞系统、事故前乘员安全保护系统、自动驾驶系统、自动公路信息系统等子系统。目前AVCS还处于研究开发和摸索试验阶段，很多地方还不成熟。从当前技术的研发情况看，大致体现在以下两个层次。第一层次是车辆安全技术与辅助驾驶技术。第二层次是智能型的自动驾驶系统。习题1简述家庭自动化的主要功能和特点。2家庭自动化的发展过程中有哪些值得注意的问题？3简述开发汽车自动化系统的目的和意义。4简述汽车自动控制系统的基本组成和运行原理。5简述车载自动恒温空调的基本工作原理和实现方法。6简述汽车制动防抱死自动控制系统（ABS）的基本工作原理和实现方法。7简述汽车倒车防撞自动控制系统的基本工作原理和实现方法。