物联网产业与技术论导结课报告.docx
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物联网产业与技术论导结课报告
物联网产业与技术导论
结课报告
题目物联网在智能楼宇的应用
班级网络S14-2
姓名
学号06
摘要
智能楼宇属于物联网范畴，是以楼宇为平台，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、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构架高效的楼宇设施与楼宇日程事务的管理系统，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。
其发展历程始于1984年，美国联合科技公司首次将建筑设备信息化、整合化概念应用于实际中，从此诞生了世界上第一座智能楼宇。
具备高速上网的专线，通过计算机控制所有的门窗、灯具、电器，并且拥有一个服务器作为管理整个系统的后台。
目前我国智能楼宇产业走过了10余年历史，但目前尚未形成具备一定权威性的智能楼宇大品牌，而西方国家作为现代科技的发源地已逐渐产生了一系列享誉世界的知名智能楼宇品牌。
不得不承认，智能楼宇行业涉及的核心技术几乎都源于西方国家，并且当前所有的技术革新几乎都由他们领导，国内技术水平仍旧处于跟随的状态，再说产品质量，国内品牌或许在实验室环境看起来一切都好，但走入市场后容易出现各类问题，如网络环境、温湿度等。
但是智能楼宇的前景却像家用电器和手机、电脑一样，是一个极具发展潜力的阳光行业，需要一个慢慢兴起的过程。
随着经济的发展和人们生活质量的提高，智能楼宇产品会越来越被大众所接受。
关键词：
智能楼宇，方案设计，物联网，系统原理
目录
一.绪论1
1.1背景1
1.2研究目标1
二.智能楼宇技术分析1
2.1硬件技术分析1
2.1.1传感器的种类1
2.1.2继电器的原理及运用1
2.2通讯技术分析2
2.2.1.RS-4852
2.2.2.ZigBee2
2.2.3.Wi-Fi2
2.2.4.蓝牙3
2.2.5.Z-Wave3
三.智能楼宇项目分析4
3.1项目应用领域4
3.2实际案例分析4
3.2.1功能清单4
3.2.2方案配置及价格5
3.2.3实现效果7
四.智能楼宇项目流程8
4.1项目施工流程8
4.2项目施工注意事项8
4.2.1明确业主需求8
4.2.3.集控箱预埋9
4.2.4.管线预埋敷设9
4.3售前及售后10
五.智能楼宇技术的不足10
5.1红外不能穿墙导致产品设备的增加及成本的增加10
5.2无线产品信号的不稳定10
5.2.1无线信号的干扰10
六.结论11
七.参考文献11
一.绪论
1.1背景
随着物联网发展的不断深入，智能楼宇业务的需求会越来越多，运营商可提供的服务也逐渐丰富。
智能楼宇发展的初期，主要有安防、环境控制和娱乐等需求[4]。
楼宇安防主要通过门禁系统、监控系统、烟雾传感器、可燃气体探测、人体微波探测、水浸探测等系统实现楼宇的防火、减灾、防非法闯入等功能，这是智能楼宇必备的基本功能，使楼宇环境的控制更加便捷，楼宇娱乐主要指视频和音响等控制系统，为楼宇生活提供更多的乐趣[5]。
1.2研究目标
明确智能楼宇软件及硬件技术的类别及优缺点；研究如何设计一套完整的智能楼宇应用解决方案。
二.智能楼宇技术分析
2.1硬件技术分析
2.1.1传感器的种类
现阶段智能楼宇中运用到的传感器有：
人体探测器、红外幕帘、环境光感探测器、烟雾探测器、PM2.5探测器、温湿度探测器、360度红外探测器、可燃气体探测器、甲醛探测器、水浸探测器[6]。
2.1.2继电器的原理及运用
继电器是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。
它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。
通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。
故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用[7]。
智能楼宇中的产品都需要连接到继电器上来实现产品的使用。
如传感器模块、开关及插座面板都需要连接到继电器模块上。
现在市面上的产品有将继电器模块直接集成到开关、插座面板上，其他产品大多需要单独连接继电器模块[8]。
2.2通讯技术分析
2.2.1.RS-485
RS-485通讯协议在要求通信距离为几十米到上千米时，广泛采用RS-485串行总线标准。
RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。
2.2.2.ZigBee
ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。
根据国际标准规定，ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。
这一名称（又称紫蜂协议）来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飞翔和“嗡嗡”（zig）地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。
其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。
主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。
简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术[9]。
ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协议。
ZigBee协议从下到上分别为物理层（PHY）、媒体访问控制层（MAC）、传输层（TL）、网络层（NWK）、应用层（APL）等。
其中物理层和媒体访问控制层遵循IEEE802.15.4标准的规定。
ZigBee技术在智能楼宇中运用于无线产品中，是现在主流的无线技术。
2.2.3.Wi-Fi
Wi-Fi是一种允许电子设备连接到一个无线局域网（WLAN）的技术，通常使用2.4GUHF或5GSHFISM射频频段。
连接到无线局域网通常是有密码保护的；但也可是开放的，这样就允许任何在WLAN范围内的设备可以连接上。
无线保真是一个无线网络通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟所持有。
目的是改善基于IEEE802.11标准的无线网路产品之间的互通性。
有人把使用IEEE802.11系列协议的局域网就称为无线保真。
甚至把无线保真等同于无线网际网路（Wi-Fi是WLAN的重要组成部分）[10]。
在智能楼宇的远程操作中都是通过Wi-Fi协议来控制的。
2.2.4.蓝牙
蓝牙（ Bluetooth® ）：
是一种无线技术标准，可实现固定设备、移动设备和楼宇个人域网之间的短距离数据交换（使用2.4—2.485GHz的ISM波段的UHF无线电波）。
蓝牙技术最初由电信巨头爱立信公司于1994年创制，当时是作为RS232数据线的替代方案。
蓝牙可连接多个设备，克服了数据同步的难题。
部分智能楼宇产品用到了蓝牙技术。
2.2.5.Z-Wave
Z-Wave是一种新兴的基于射频的、低成本、低功耗、高可靠、适于网络的短距离无线通信技术。
工作频带为908.42MHz（美国）~868.42MHz（欧洲），采用FSK（BFSK/GFSK）调制方式，数据传输速率为9.6kbps，信号的有效覆盖范围在室内是30m，室外可超过100m，适合于窄带宽应用场合。
随着通信距离的增大，设备的复杂度、功耗以及系统成本都在增加，相对于现有的各种无线通信技术，Z-Wave技术将是最低功耗和最低成本的技术，有力地推动着低速率无线个人区域网.
Z-Wave技术设计用于楼宇、照明商业控制以及状态读取应用，例如抄表、照明及家电控制、HVAC、接入控制、防盗及火灾检测等。
Z-Wave可将任何独立的设备转换为智能网络设备，从而可以实现控制和无线监测[11]。
Z-Wave技术在最初设计时，就定位于智能楼宇无线控制领域。
采用小数据格式传输，40kb/s的传输速率足以应对，早期甚至使用9.6kb/s的速率传输。
与同类的其他无线技术相比，拥有相对较低的传输频率、相对较远的传输距离和一定的价格优势。
三.智能楼宇项目分析
3.1项目应用领域
智能楼宇现主要运用与平层、别墅、商铺和办公室[12]。
3.2实际案例分析
3.2.1功能清单
智能楼宇系统各区域功能清单（实现功能见打✔）
区域
功能
描述
选择
进门区域
入户及进门灯光微波控制
通过人体微波触发灯光，无需触摸开关，人走自动关灯，同时可以设置安防模式，如有人闯入，推送报警消息至业主手机
✔
离家情景设置
通过协议开关设置，离家一键关闭家里所有灯光及关闭窗帘
✔
智能门锁
用智能门锁对接平台，可以实现远程控制
✔
门外高清摄像头
远程视频监控可以随时看到家门口区域情况，如是家人，更可远程给家人开门。
✔
餐厅
灯光控制
通过485通讯协议布线通讯，远程/触摸控制该区域的回路灯
✔
客厅区域
电器控制
通过360度红外转发器＋温湿度传感器，对电视等红外遥控设备进行控制，并能实时显示房间温湿度。
✔
双层窗帘单独控制
电动窗帘，可以手机控制、面板控制、远程控制，停电也可以使用。
✔
灯光控制
通过485通讯协议布线通讯，远程/触摸控制该区域的回路灯
✔
高清摄像头
远程视频监控可以随时看到客厅、门口区域情况，特别是老人、小孩的活动情况。
✔
次卫生间微波控制
通过人体微波触发灯光，无需触摸开关，人走自动关灯。
✔
办公区
灯光控制
通过485通讯协议布线通讯，远程/触摸控制该区域的回路灯。
✔
酒店
灯光控制
通过485通讯协议布线通讯，远程/触摸控制该区域的回路灯。
✔
主卧室及卫生间
灯光控制
通过485通讯协议布线通讯，远程/触摸控制该区域的回路灯。
✔
家电控制
通过家电控制面板线控家中空调和地暖设备。
✔
卫生间微波控制
通过人体微波设定时间区间感应灯光自动开关。
✔
衣帽间
通过485通讯协议布线通讯，远程/触摸控制该区域的回路灯。
✔
双层窗帘单独控制
电动窗帘，可以手机控制、面板控制、远程控制，停电也可以使用。
✔
次卧室及卫生间
灯光控制
通过485通讯协议布线通讯，远程/触摸控制该区域的回路灯。
✔
阳台灯光控制
通过486通讯协议布线通讯，远程/触摸控制该区域的回路灯。
✔
楼梯
灯光控制
台阶处设计感应灯，通过人体微波出发脚灯。
✔
影音室
智能楼宇影院
通过控制面板控制楼宇影院中的音响、电动幕布等设备。
✔
表3.1各区域功能清单
3.2.2方案配置及价格
户型智能化系统材料价格清单
序号
设备名称
型号
单位
数量
单价
合价
主机、总控、继电器
智能楼宇中控主机
THTF-H8311
台
1
6480
6480
8路网络可编程强弱电继电器
THTF-PN8
台
4
3250
13000
485总线通信主机
THTF-RS5
台
4
3460
13840
485通讯触摸开关
一位触摸控制面板（485）
THTF-H-K1-02
个
12
580
6960
二位触摸控制面板（485）
THTF-H-K2-02
个
28
630
17640
三位触摸式控制面板（485）
THTF-H-K3-02
个
28
680
19040
传感器
360度红外转发器＋温湿度传感器
THTF-THIR
个
4
980
3920
PM2.5传感器
THTF-PM
个
1
1960
1960
人体探测感应器
THTF-THB
个
16
770
12320
无线AP
无线AP
TP-Link
个
12
150
1800
地暖控制
地暖控制网关
定制
个
16
568
9088
配套设备
高清网络摄像头
THTF-HD
个
8
850
6800
电超静音窗帘电机
THTF-BHQ
个
16
690
11040
窗帘导轨
THTF
米
120
120
14400
窗帘触摸控制面板
THTF-CL-CM
个
16
569
9104
配套材料
电线
BV2.5
卷
4
500
2000
联通网线
UTP5（超5类）
卷
4
500
2000
路由器
自选
无线
4
500
2000
开关电源
双路开关电源5V/12V双组输出
4
317
1268
集中控制弱电箱
中央控制箱
1
1200
1200
A
材料费
155860.00
B
工程费=A*10%
15586.00
C
设计及软件授权费=A*2%
3117.20
D
工程税费=（A+B）*5%
8572.30
合计=A+B+C+D
183135.50
表3.2智能楼宇配置清单
3.2.3实现效果
指纹密码锁：
用户不需要再随身携带钥匙，只要提前将允许进入的人员的指纹录入或将门锁的密码记到即可进入家里。
可视对讲：
站在门内即可看到门外敲门的是哪位访客，并可实现视频对讲。
保障楼宇的安全。
感应灯：
设置在进门的位置，可以自动感应到人的进入而亮起来。
主机：
连接控制整个楼宇中的智能设备。
可燃气体探测器：
监测房间内可燃气体的浓度。
电动机械手：
当传感器检测到有可燃气体或水泄露时可以自动关闭可燃气体和水的开关。
窗帘控制面板：
控制窗帘的开合程度，面板形式符合大众的习惯需求。
窗帘道轨、窗帘电机：
手机app操控实现窗帘的自动开合。
楼宇影院：
主人在家中可以身临其境的体验看电影、听音乐、打游戏等娱乐活动。
人体红外探测器：
当房间没有人时自动开启，若在主人不在期间有人进入房间会通过手机向客户报警。
红外转发器+温湿度传感器：
实现控制楼宇中的设备，如电视、空调等。
并可以根据温湿度传感器探测到室内温湿度的变化，从而对设备进行相应的改变。
3路控制面板：
整个楼层灯光的一键式控制。
高清摄像头（可对讲）：
实现整栋楼的安防视频随时手机、电脑、平板的实时查看。
可记录、保存视频一定的时间，实现随时调取视频、语音资料。
烟雾传感器：
监测室内烟雾的浓度，保护室内人员的人身安全。
紧急按钮：
当发生紧急情况时，用户可以一键按下进行自救，提高自我保护系数。
场景控制面板：
通过设置一定的用户专用场景，一键控制家中的用电设备。
声光报警器：
通过与其他设备的联动，为用户提供警报信息。
四.智能楼宇项目流程
4.1项目施工流程
.明确业主需求
．确定设计方案
．集控箱预埋
．管线预埋敷设
．管线主板安装
．安装终端设备
．按接线图接线
.现场检查校对
.软件下载运行
.设备调试校准
4.2项目施工注意事项
4.2.1明确业主需求
．业主基本情况信息
．了解并确定安全需求、健康需求、生活品质三方面
．了解并确定业主个性化需求
．了解楼宇结构及装修设计方案
．了解业主意向及投资意愿
．汇总并确定业主最终需求
4.2.2确定设计方案
．专业设计人员结合业主需求设计图纸
．根据需求首先确定功能设计方案
．根据业主需求确定终端设备配置和集控箱配置
．确定终端设备安装点表
．确定管线设计方案
．确定集控箱和终端设备预埋位置
．确定最终终端配置、管线施工的汇总统计报表
4.2.3.集控箱预埋
．确定集控箱安装位置
．确定集控箱安装方式（明装还是暗装）
．确定集控箱进线方式（是上进线还是下进线）
．集控箱管线预留设计（与弱电箱、强电箱、空调外机等）
4.2.4.管线预埋敷设
．确定管线设计图纸
．根据现场情况校对管线设计方案并进行调整
．终端设备预埋盒及管线预埋施工（根据施工规范标准）
．针对强电回路确定是零火线进设备箱还是火线+分区零线进设备箱
．针对弱电回路确定终端设备采用线型
．重要区域或可遇见的扩展区域增加预留管线
．线缆标识
4.3售前及售后
I.售前要对客户进行操作演示及基本的技术培训
II.售后服务响应速度要及
五.智能楼宇技术的不足
5.1红外不能穿墙导致产品设备的增加及成本的增加
红外传输是一种点对点的传输方式，无线，不能离的太远，要对准方向，且中间不能有障碍物也就是不能穿墙而过，几乎无法控制信息传输的进度。
5.2无线产品信号的不稳定
5.2.1无线信号的干扰
由于无线局域网的无线射频采用的是ISM（工业，科学，医学）无线频段，其中802.11b802.119标准使用的是2.4G频段，802.11a标准使用的是5.8G频段。
因此无线局域网会由于在实际的运行环境当中一些突发的同频段的无线设备的射频干扰而受到影响。
如微波炉、蓝牙手机信号都处在2.4G频段[13]。
所以在无线局域网工作时，在它的区域中突然打开一台微波炉，或者蓝牙手机使用蓝牙耳机，或者突然有其他的同频段的无线设备运行都干扰无线局域网的无线信号，无线网络的物理环境发生变化，如在无线AP和无线客户端之间突然有大的障碍物移动出现等因素，会直接导致无线局域网的网络性能产生突然较大的降低，并且直接导致无线信号中断或速率降低。
5.2.2无线信号覆盖及穿透
楼宇环境中，距离都较短，一般的无线局域网设备都号称传输距离在100米以上，所以信号的传输距离都不是问题。
但是楼宇环境却带来一个新的问题，那就是楼宇的空间都比较拥挤，空间不够开阔，其中房间中的墙壁是最主要的障碍物，由于无线局域网采用的是无线微波频段微波的最大特点就是近乎直线传播，绕射能力非常弱，因此身处在障碍物后面的无线接收设备会接到很微弱的信号，或没有收到信号。
要提高无线信号的穿透隔墙的能力，有效的办法是提高天线的增益，我们在选购无线AP时最好能选择天线增益高的产品，一般至少要2dBi以上为好。
按照经验，2dbi的增益天线信号可以穿透两堵墙，若是房间太多，经过的隔墙比较多，最好是设备是天线可拆，以便配置高增益天线，如改换5dBi的全向天线加以增强[14]。
六.结论
基于物联网的智能楼宇控制系统设计，为智能楼宇控制提供了硬件和软件基础，用户能够实时和控制家居环境，进行照明、温度、湿度的控制，进而保证家居生活环境的舒适、便捷和安全，为人们提供了更加优质的居家服务。
随网络技术和信息技术的不断发展和进步，智能化是未来家居生活的必然趋势，随着监测效率高、覆盖范围大、实时性好的智能楼宇控制系统被设计和研发，对智能化家居的发展有着重要的现实意义。
七.参考文献
[1]田景熙.物联网概论[M].南京:
东南大学出版社,2010.
[2]沈苏彬,范曲立,宗平等.物联网的体系结构与相关技术研究[J].南京邮电大学学报（自然科学版）,2009
[3]程秀华,缪希仁,谢礼龙.数字智能楼宇系统控制技术[J].低压电器,2007
[4]翟雷,刘盛德,胡咸斌.ZigBee技术及应用[M].北京:
北京航空航天大学出版社,2011.
[5]闫哲,杜涛,左海利.智能楼宇控制系统的设计及实现[J].自动化技术及应用,2010
[6]张明杰，韩建亭，胡冰松等.用楼宇网关打造物联网楼宇应用系统[J].电信科学，2010
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