信息科学与技术导论之电子信息技术

1、信息科学与技术导论 电子信息技术 信息学院 马利一、走进电子信息技术一、走进电子信息技术二、收音机中蕴含的知识二、收音机中蕴含的知识三、电子系统应用举例三、电子系统应用举例智能家居智能家居一、走进电子信息技术一、走进电子信息技术 电子信息科学技术是借助电子科学技电子信息科学技术是借助电子科学技术手段，实现信息科学技术目标的理论、术手段，实现信息科学技术目标的理论、技术和方法，是信息科学技术中应用最广、技术和方法，是信息科学技术中应用最广、影响最深的一个领域。影响最深的一个领域。一、走进电子信息技术一、走进电子信息技术 其归属：技术科学和应用科学。其归属：技术科学和应用科学。 电子信息技术是研究

2、开发、设计、生产、电子信息技术是研究开发、设计、生产、维护和管理电子信息产品和系统的理论与技维护和管理电子信息产品和系统的理论与技术；也是工业实现信息化的技术。术；也是工业实现信息化的技术。电子信息技术的定义：电子信息技术的定义： 电子信息技术属于电子信息技术属于“技术科学技术科学”和和“应用科学应用科学”范畴，范畴，它是它是“工学工学”大类各学科中大类各学科中涵盖面最广、渗透力最强的学科。涵盖面最广、渗透力最强的学科。它和强电结合，产生了它和强电结合，产生了“电力电子电力电子”，它同机械结合，产生了，它同机械结合，产生了“机械电子机械电子”。什么是电子信息技术什么是电子信息技术一、走进电子信

3、息技术一、走进电子信息技术从技术角度从技术角度信息获取信息获取信息传输信息传输信息服务信息服务存储存储智能智能软件工程软件工程传感传感信息处理信息处理信息获取信息获取信息传输信息传输信息处理信息处理信息存储信息存储信息利用信息利用语音获取语音获取图像获取图像获取物理参数物理参数获取获取遥感技术遥感技术雷达雷达GPS定位定位等等编码、调编码、调制、检测制、检测固定通信固定通信移动通信移动通信光纤传输光纤传输电波天线电波天线微波中继微波中继等等语音处理语音处理图像处理图像处理文字处理文字处理信号处理信号处理信息处理信息处理神经网络神经网络模式识别模式识别等等磁存储磁存储光存储光存储半导体存半导体存

4、储储网络存储网络存储纳米存储纳米存储等等控制控制显示显示信息服务信息服务网络信息网络信息检索检索等等内容内容什么是电子信息技术什么是电子信息技术一、走进电子信息技术一、走进电子信息技术电子信息科学是最具活力的年轻学科电子信息科学是最具活力的年轻学科电的通信技术是从发明电报、电话开始的电的通信技术是从发明电报、电话开始的 1837年莫尔斯发明电报 1876贝尔发明电话贝尔电话构思模型贝尔电话构思模型最早期打电话情形，图中为贝尔最早期打电话情形，图中为贝尔传送第一句语传送第一句语音的液体话筒音的液体话筒最早使用的听筒最早使用的听筒从此世界进入电子时代从此世界进入电子时代!弗莱明弗莱明电子信息科学是

5、最具活力的年轻学科电子信息科学是最具活力的年轻学科1904年弗莱明年弗莱明(英）英）发明发明的电真空二极的电真空二极管管 在电灯炮中加一金属板1906年弗雷斯特（美年弗雷斯特（美.物）物）发明发明的电真空三极管的电真空三极管 在二极管中加一金属网电子管原理结构电子管原理结构电子管实物照片电子管实物照片1946年年美美宾州大学用宾州大学用18800个电子管作的世界上第一个电子管作的世界上第一台计算机。重台计算机。重30吨，占地约两间教室大，耗电吨，占地约两间教室大，耗电174千瓦千瓦时，运算速度时，运算速度5000次加法次加法/秒。秒。第一只晶体管第一只晶体管技术进步技术进步晶体管发明者：晶体管

6、发明者：巴丁、布拉坦和肖克利巴丁、布拉坦和肖克利电子管体积大，耗电多（一个普通电子电子管体积大，耗电多（一个普通电子管阴极灯丝耗电约管阴极灯丝耗电约6W）！）！1947年年美美贝尔实验室三位科学家巴丁、布拉坦和肖克利（贝尔实验室三位科学家巴丁、布拉坦和肖克利（美国物理学家）美国物理学家）制制造出了世界上第一只点接触型锗晶体三极管造出了世界上第一只点接触型锗晶体三极管晶体管实物晶体管实物晶体管内部原理结构晶体管内部原理结构 晶体管相对于电子管体积小、重量轻、耗电省，晶体管相对于电子管体积小、重量轻、耗电省， 是电子技术划时代的发明！是电子技术划时代的发明！电子管体积大，耗电多（一个普电子管体积大

7、，耗电多（一个普通电子管阴极灯丝耗电约通电子管阴极灯丝耗电约6W）！）！世界第一片集成电路（世界第一片集成电路（1958）1971年世年世 界界 上上 第第 一一 个个 商商 用用 微微 处处 理理 器：英特尔器：英特尔4004，晶，晶 体体 管管 数数 目目 ： 2300 ，速，速 度度 ： 108kHz 基尔比基尔比1958年设年设计集成电路草稿计集成电路草稿1958年年美美德州仪器公司工程师杰克德州仪器公司工程师杰克基尔比在一块基尔比在一块6.45平方毫米硅片上集成了平方毫米硅片上集成了12个元件，研制出了一个个元件，研制出了一个RC移相振荡器。这是世界上第一块集成电路芯片，它标志移相振

8、荡器。这是世界上第一块集成电路芯片，它标志着电路制作上的一次革命性进展。着电路制作上的一次革命性进展。 1961年仙童公司年仙童公司集成电路集成电路从此开创了微电子新时代！从此开创了微电子新时代！晶体管体积仍较大！晶体管体积仍较大！一块芯片内一块芯片内可集成可集成10万万以上的元器以上的元器件，从此电件，从此电子信息技术子信息技术跨入了飞速跨入了飞速发展的新时发展的新时代代！电子管发明至今只约电子管发明至今只约100年，集年，集成电路发明不过成电路发明不过50年！年！电子信息科学是最具活力的年轻学科！电子信息科学是最具活力的年轻学科！当今集成电路的制造水平：当今集成电路的制造水平：线宽线宽45

9、纳米，一片集成电路就是一个电子系统纳米，一片集成电路就是一个电子系统！386CPU芯片芯片芯片内部布线芯片内部布线1906年年第一只第一只电真空电真空三极管三极管诞生诞生 至至2006年年电子管电子管发明发明100周周年！年！为纪念电子管发明为纪念电子管发明100周年制作的电子管、晶体管、集成电路混装周年制作的电子管、晶体管、集成电路混装PC主板主板电子信息技术的发展历程电子信息技术的发展历程没有电子信息技术，人类只能没有电子信息技术，人类只能停留在工业化时期。停留在工业化时期。1906年年电子管发明开电子管发明开启启电子时代电子时代无线广播、无无线广播、无线通信诞生线通信诞生1947年年晶体

10、三极管发明开晶体三极管发明开启启固体电子学固体电子学时代时代雷达、电视诞生雷达、电视诞生1958年年集成电路诞生开集成电路诞生开启了启了微电子时代微电子时代移动通信、移动通信、彩色电视、彩色电视、大发展大发展1964年年激光发明开启激光发明开启光电子时代光电子时代大规模集成电路、卫星、大规模集成电路、卫星、个人电脑、互联网、进个人电脑、互联网、进入知识经济时代入知识经济时代电子信息技术的发展历程电子信息技术的发展历程大量使用电子管的持续期，只有约大量使用电子管的持续期，只有约5070年年大量使用晶体管的持续期，只有约大量使用晶体管的持续期，只有约2030年年80、90年代大量使用的软盘己被闪存

11、取代。年代大量使用的软盘己被闪存取代。磁带录音机、磁带录像机己被磁带录音机、磁带录像机己被MP3、MP4、VCD、DVD取代。取代。固定电话作为主要通话工具将让位给移动电话、网络电话；固定电话作为主要通话工具将让位给移动电话、网络电话；电灯泡将被半导体照明取代电灯泡将被半导体照明取代新的技术取代老的技术，意味着原有的生产线得关闭，知识陈旧新的技术取代老的技术，意味着原有的生产线得关闭，知识陈旧的技术人员将失业。只有与时俱进，不断学习，才能跟上技术发的技术人员将失业。只有与时俱进，不断学习，才能跟上技术发展的步伐，企业才能生存发展！展的步伐，企业才能生存发展！曾流行一时的产品曾流行一时的产品电子

12、信息产业的主要领域计算机硬件计算机硬件曙光超级曙光超级计算机计算机笔记本电脑笔记本电脑微电子产业微电子产业半导体材料半导体材料集成电路集成电路集成电路集成电路生产装备生产装备固定通信固定通信 移动通信移动通信软件产业软件产业通用软件通用软件专业软件专业软件互联网产品互联网产品数字家电产业数字家电产业光电子产业光电子产业电视机电视机摄相机摄相机DVD播放机播放机光网络光网络光纤光纤光缆光缆光设备光设备光存储介质光存储介质激光照明激光照明路由器路由器交换机交换机网卡网卡调制解调器调制解调器集线器集线器信息服务业信息服务业通信产业通信产业卫星卫星通信通信微波通信微波通信信息检索、电子信息检索、电子商

13、务和娱乐等商务和娱乐等产业分类产业分类电子信息科学技术研究的主要技术问题 信息获取信息获取5信息传输信息传输信息处理信息处理信息存储信息存储信息检索信息检索电子信息科学技术研究的主要技术问题5（一）信息获取（一）信息获取1）语音是人类使用最频繁、使用最多的交流信息的工具。语音获取使用最多。）语音是人类使用最频繁、使用最多的交流信息的工具。语音获取使用最多。语音获取方法语音获取方法获取的语音波形获取的语音波形4磁体磁体线圈线圈纸盒纸盒送话器送话器电子信息科学技术研究的主要技术问题（一）信息获取（一）信息获取2）图像信息获取方法：光电摄像、）图像信息获取方法：光电摄像、CCD成像、红外成像、微波成

14、像、成像、红外成像、微波成像、 X光医学图像等光医学图像等。光电摄像管光电摄像管CCD成像器件成像器件多光谱地面多光谱地面成像照片成像照片X光医学图像光医学图像电子信息科学技术研究的主要技术问题（一）信息获取（一）信息获取3）物理参数：如温度、压力、张力、变形、流量（液体或气体）、）物理参数：如温度、压力、张力、变形、流量（液体或气体）、流速等流速等。采用相应的参数传感器，广泛用于各工业、工程和国防控制系统中。采用相应的参数传感器，广泛用于各工业、工程和国防控制系统中。温度传感器温度传感器压力传感器压力传感器流量传感器流量传感器传感器是将物理参数变成电信号。传感器是将物理参数变成电信号。（二）

15、信息传输（二）信息传输通信系统的模型通信系统的模型电话、广播、电视、互联网，都是信息传输系统。也称电话、广播、电视、互联网，都是信息传输系统。也称通信系统。通信系统。消息：指语音、文字、数据或图像非电信消息：指语音、文字、数据或图像非电信号号电子信息科学技术研究的主要技术问题电子信息科学技术研究的主要技术问题5（二）信息传输（二）信息传输4单工单工双工双工通信系统类型通信系统类型半双工半双工无线集群通信固定电话移动电话广播电视注：广播、电视数字化后，用户可上传信息（如点播节目），但这是利注：广播、电视数字化后，用户可上传信息（如点播节目），但这是利用上传通道（另一通道）实现的。这不叫双工，互联

16、网有类似情况。用上传通道（另一通道）实现的。这不叫双工，互联网有类似情况。电子信息科学技术研究的主要技术问题（三）信息处理（三）信息处理语音信息处理语音信息处理语音数据压缩语音数据压缩语音识别语音识别语音合成语音合成主要用于智能机器人、翻译机和智能主要用于智能机器人、翻译机和智能玩具等玩具等从从64千比千比/秒（固定电话）己降至秒（固定电话）己降至1.2kbit/s（CDMA移动电话）移动电话）数字图像处理数字图像处理图像数据压缩图像数据压缩图像增强图像增强图像复原图像复原图像重建图像重建图像分割图像分割主要用于机器视觉、工业生产监主要用于机器视觉、工业生产监控、公安交通、医疗卫生、资源控、公

17、安交通、医疗卫生、资源勘探、武器制导、农业估产、灾勘探、武器制导、农业估产、灾害评估等等害评估等等评：数字图像处理技术己应用评：数字图像处理技术己应用十分广泛！十分广泛！电子信息科学技术研究的主要技术问题（三）信息处理（三）信息处理印刷体汉字识别印刷体汉字识别汉字识别汉字识别联机手写体联机手写体汉字识别汉字识别脱机手写体脱机手写体汉字识别汉字识别手写体汉字识别手写体汉字识别尚在发展中。尚在发展中。用于手机、计算机用于手机、计算机汉字输入。已较成汉字输入。已较成熟。熟。语义识别（自然语言语义识别（自然语言处理、自然语言理解）处理、自然语言理解）基于推理、人工智能；用作不同语言的翻译机。基于推理、

18、人工智能；用作不同语言的翻译机。正迅速发展。正迅速发展。电子信息科学技术研究的主要技术问题（四）信息存储（四）信息存储硬盘硬盘光盘光盘闪存闪存/SD卡卡1.5英寸英寸摄像机中使用摄像机中使用。 2.5英寸英寸笔笔记本电脑使用。记本电脑使用。 3.5英寸英寸台式机使用。台式机使用。主流硬盘容量为主流硬盘容量为120500GB，已有，已有1000GB产品产品。DVD容量：容量：4.78.3GB纳米存储器纳米存储器容量可达容量可达16GB（USB移动存储器）、移动存储器）、SD卡容量更大。卡容量更大。21世纪新的存储器件（正大力研究）世纪新的存储器件（正大力研究）信息存储器件信息存储器件硬盘硬盘光盘

19、光盘USB闪存、闪存、SD卡卡45SD电子信息科学技术研究的主要技术问题45（五）信息检索（五）信息检索信息利用能力：信息利用能力：信息无处不在，它既存在于网络，也存在于人们的周围。信息无处不在，它既存在于网络，也存在于人们的周围。 是否善于利用外部信息资源，对外部信息的利用效率与质量，是否善于利用外部信息资源，对外部信息的利用效率与质量， 反映了一个人的信息利用能力，它决定了一个人的发展空间反映了一个人的信息利用能力，它决定了一个人的发展空间 与成就大小。与成就大小。网络时代：网络时代：给信息传播和人们获取信息提供了前所未有的优越条件。给信息传播和人们获取信息提供了前所未有的优越条件。 网络

20、信息检索是介绍从网络中获取信息的方法。网络信息检索是介绍从网络中获取信息的方法。信息利用领域：信息利用领域：电子商务、网络经济、远程教育、远程医疗、影视制作、电子商务、网络经济、远程教育、远程医疗、影视制作、 各类信息服务业等各类信息服务业等。搜索引擎，浏览器：搜索引擎，浏览器：电子信息产品生产技术的演进（一）生产技术的进步（一）生产技术的进步早期人工插装、手工焊接或波峰焊接。早期人工插装、手工焊接或波峰焊接。插装流水线插装流水线工人在流水线上插元件工人在流水线上插元件电子信息产品生产技术的演进通孔通孔PCB自动插装、暖风回流焊接。自动插装、暖风回流焊接。通孔通孔PCB板板暖风使锡熔化实现焊接

21、暖风使锡熔化实现焊接注：当前在电力电子设备大功率注：当前在电力电子设备大功率PCB板生产中仍采用板生产中仍采用。电子信息产品生产技术的演进贴片机生产技术贴片机生产技术贴片机贴片机贴片机贴片机电子信息产品生产技术的演进贴片机生产技术贴片机生产技术某手机贴片机产品某手机贴片机产品电路板的截图电路板的截图,原板尺寸：原板尺寸：40毫米毫米 37毫米毫米电子信息产品生产技术的演进贴片机生产技术贴片机生产技术我国中兴通讯公司的一个贴片电我国中兴通讯公司的一个贴片电路板生产车间路板生产车间电子信息技术的发展走向浅析（一）集成电路：（一）集成电路： 当前集成电路总体技术水平表现为：当前集成电路总体技术水平表

22、现为：65nm技术已成熟，技术已成熟，45nm技术基本完备，技术基本完备，32nm技术正在前行。技术正在前行。 在纳米级集成电路加工技术的支撑下，集成电路产品正从特大规模集成电路在纳米级集成电路加工技术的支撑下，集成电路产品正从特大规模集成电路(ULSI，集成度（，集成度（107109 )阶段向极大规模集成电路阶段向极大规模集成电路(GLSI,集成度集成度109 以上以上)阶段阶段迈进。迈进。CPU作为最具有代表性的集成电路产品目前已经进入了多核时代。作为最具有代表性的集成电路产品目前已经进入了多核时代。(二二)软件：软件： 软件从单一产品竞争转向平台竞争（软件平台是把用户所需的功能模块整软件

23、从单一产品竞争转向平台竞争（软件平台是把用户所需的功能模块整合在一起，具有独立性、开放性、标准化、集成性、可扩展性特点）。软件合在一起，具有独立性、开放性、标准化、集成性、可扩展性特点）。软件正从产品转变成服务，软件产业正在变成服务业。正从产品转变成服务，软件产业正在变成服务业。 集成电路专用设备是实现产品制造的必要保障，其中最具代表性的光刻设备。集成电路专用设备是实现产品制造的必要保障，其中最具代表性的光刻设备。软件外包是软件产业发展最快的领域之一。软件外包是软件产业发展最快的领域之一。电子信息技术的发展走向浅析(三三)新型平板显示：新型平板显示：2006年液晶显示约占平板显示年液晶显示约占

24、平板显示75%的市场份额，等离的市场份额，等离子显示约占子显示约占20%。 液晶显示面板面积在加大：液晶显示面板面积在加大：45英寸、英寸、52英寸与英寸与108英寸等。我国平板显示英寸等。我国平板显示产业面临着严峻形势，产业链不完整，面板材料、零部件和专用设备国产化产业面临着严峻形势，产业链不完整，面板材料、零部件和专用设备国产化程度较低甚至缺乏。程度较低甚至缺乏。 2007年底全球平板显示产值突破年底全球平板显示产值突破1000亿美元。亿美元。(五五)音视频：音视频：音视频正向数字化、高清化和融合化发展。数字电视时代开音视频正向数字化、高清化和融合化发展。数字电视时代开始全面到来。移动电视

25、发展潜力巨大。知识产权问题显得尤为突出。始全面到来。移动电视发展潜力巨大。知识产权问题显得尤为突出。(四四)移动电话：移动电话：智能移动电话将是发展方向；移动互联网将成为重要应用；智能移动电话将是发展方向；移动互联网将成为重要应用；移动电话正逐步从一个简单的语音通信工具，变成一种普及型移动信息收集和移动电话正逐步从一个简单的语音通信工具，变成一种普及型移动信息收集和处理平台。处理平台。 移动电话的产业核心是芯片移动电话的产业核心是芯片(数字基带芯片、模拟基带芯片、应用处理器、数字基带芯片、模拟基带芯片、应用处理器、射频芯片、电源管理芯片等射频芯片、电源管理芯片等)和软件和软件(系统控制软件、操

26、作系统、应用软件等系统控制软件、操作系统、应用软件等)。系统级芯片系统级芯片(System-on-a-chip，SoC)手机手机已成为重要趋势。已成为重要趋势。 移动电话是年产值超过移动电话是年产值超过1000亿美元的重点电子产品。亿美元的重点电子产品。电子信息技术的发展走向浅析(六六)计算机：计算机：世界计算机产业进入平稳增长期，市场逐渐成熟。世界计算机产业进入平稳增长期，市场逐渐成熟。 笔记本市场规模扩大的速度要远远高于其他主要的计算机产品。笔记本市场规模扩大的速度要远远高于其他主要的计算机产品。 计算机技术和产品的发展重心从计算机技术和产品的发展重心从“高性能高性能”进到进到“高效能高效

27、能”，从，从“以性能以性能为导向为导向”过渡到过渡到“以应用为导向以应用为导向”。 服务器端处理器已经全面进入双核时代，四核处理器主要应用于高端。刀服务器端处理器已经全面进入双核时代，四核处理器主要应用于高端。刀片服务器的快速发展。高性能计算机在追求更高并行计算能力的同时，己更片服务器的快速发展。高性能计算机在追求更高并行计算能力的同时，己更加注重低功耗技术。加注重低功耗技术。(七七)太阳能电池：太阳能电池：电池效率不断提高，单晶硅太阳能电池的实验室效率已电池效率不断提高，单晶硅太阳能电池的实验室效率已经提高至经提高至24.7%，多晶硅电池的实验室效率也达到了，多晶硅电池的实验室效率也达到了2

28、0.3%，非晶硅薄膜电，非晶硅薄膜电池实验室效率达到了池实验室效率达到了13%。 硅片厚度持续降低，从硅片厚度持续降低，从20世纪世纪70年代的年代的450500m降低到目前的降低到目前的180240m。(八）物联网八）物联网物联网的定义是通过物联网的定义是通过射频识别射频识别（RFID）、红外感应器、）、红外感应器、全球定位系统全球定位系统、激光激光扫描器扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的信息交换和通信，以实现对物品的智能化识别、定位、

29、跟踪、监控和管理的一种网络。一种网络。 注：上述七项是当前电子信息技术的产品的几个最重要的发展领域。注：上述七项是当前电子信息技术的产品的几个最重要的发展领域。一个简单的电子制作例子l光控报警器1、电池2、电阻3、光敏电阻4、电位器5、开关6、三极管7、蜂鸣器例：设计一个简易的测谎仪 一般人说谎的时候，都会产生紧张心理，其外在表现为出汗，皮肤电阻降低。利用说谎时皮肤电阻变化这一特点可以设计一个趣味测谎仪。二、收音机里蕴含的知识二、收音机里蕴含的知识1、解密电磁波 所谓“电磁波”，就是电场与磁场交互作用，而在空中产中产生的行进波动。其行进的模式类似海浪前进的波浪状。这样的定义，可能仍有人不能体会

30、。这样的定义，可能仍有人不能体会。我们在日常生活中，常说的紫外线、阳光、红外线、收音机的、调频的、电视波、军用的雷达波、用来侦测天气的气象用雷达波，或在夜晚我们站在山上向下看城市的万家灯火之光线、 X光、伽玛射线、核能电厂产生之幅射线等等皆是电磁波。 调幅制无线电广播分为长波、中波和短波三个大波段，分别由相应波段的无线电波传送信号。我国只有中波和短波两个大波段的无线电广播。中波广播使用的频段大致为550kHz-1600kHz，主要靠地波传播，也伴有部分天波；短波广播使用的频段约为2MHz-24MHz，主要靠天波传播，近距离内伴有地波。调频制无线电广播多用超短波(甚高频)无线电波传送信号，使用频

31、率约为88MHz-108MHz，主要靠空间波传送信号。 目前，地面的广播电视分做VHF(甚高频或称米波)和UHF(特高频或称分米波)两个频段。在我国，VHF频段电视使用的频率范围是48.5MHz-3MHz，划分成1-12频道，UHF频段使用的频率范围是470MHz-956MHz，划分成：3-68频道。它们基本上都是靠空间波传播的。2、小功率无线发射机电声元件：将声音信号转换成电信号。话筒（麦克风）扬声器：将电信号转换成声音信号的换能器 超重低音单元：专门用于40Hz-几KHz信号的放大。耳机：微型扬声器（2）简易扩音器电路 3、调制与解调 只要天线中有变化的电流，就会产生并传播电磁波，电视和广

32、播的节目信号都以电磁波的形式发射，但并不是直接发射的声音或图像信号，而是将这些信号调制后发射。（1）调制的原因 主要原因：这些信号的频率比较低，频率越低，所需发射的天线尺寸就越大。C为光速，f为信号频率。例如发射信号的频率为1KHz,可得其波长为 fcfcfcfcfckm30010110335=（2）模拟信号调制的方式幅度调制（amplitude modulation ,AM）频率调制（frequency modulation ,FM）幅度调制（phase modulation ,PM）(3)进行声音信号的调制 “嫁接”即把低频信号和高频周期性信号进行某种“结合”。这个结合过程就是调制的过程。

33、 高频周期性信号就像一个搬运工把低频信号“背”在身上并送到其他地方。在电子学中，把高频周期性信号称为“载波”。（4）解调 与调制的过程相反，把“嫁接”在一起的低频信号和高频周期性信号拆散，提取其中的低频信号。4、天线：发射或接收电磁能的换能器。 把变化的电流以电磁波的形式发送出去，反之亦可把天空中的电磁波接收下来形成变化的电流。根据用途分为发射天线和接收天线。（1）发射天线 偶极天线：偶极天线由两根导体组成，每根为1/4波长，即天线总长度为半波长。垂直天线实际上是一种偶极子天线。抛物面天线：一般用于SHF频段信号的发射，在锅盖焦点上有一个小型的偶极天线，它向各个方向发射的电磁波经过锅盖后形成一

34、束朝向锅盖口的平行波束。（2）接收天线 接收天线从介质（空气）中接受的电磁波信号一般都非常微弱，只有几皮瓦，所以常见的FM收音机的天线中添加铁氧体磁心以提高接收信号的能力。中波或短波频率的广播用拉杆天线 天线工作原理：电磁波遇到导体（天线）就会在其上感应出变化的电流，这个变化的电流“运载”了声音、图像信号，收音机把天线感应到的电流信号进行调谐、检波和放大等处理后就可将原始信号还原出来。4、AM和FM幅度调制（amplitude modulation ,AM）：以高频载波的幅度来反映低频信号的有用信号的方法，调制之后的融合了低频有用信号的高频载波成了信号。频率调制（frequency modul

35、ation ,FM）：利用高频载波的频率变化来反映低频有用信号，常用于城市广播喝完电视节目信号的传播。智能家居1、智能家居概述 l1.1 智能家居起源智能家居起源 l1.2 智能家居概念智能家居概念 l1.3 智能家居功能智能家居功能 l1.4 智能家居特点智能家居特点 1.1 智能家居起源 l未来学家沃尔夫伦森曾说，人类在经过农耕、未来学家沃尔夫伦森曾说，人类在经过农耕、工业、电气化等时代后，将进入关注梦想、精工业、电气化等时代后，将进入关注梦想、精神和生活情趣的新社会。按这一推论，轻松的神和生活情趣的新社会。按这一推论，轻松的家务劳动是解放人的前提。智能家电的出现，家务劳动是解放人的前提。

36、智能家电的出现，让这样的生活场景成为现实，您想象过这样的让这样的生活场景成为现实，您想象过这样的生活吗：用一台计算机监控器，就能对家中的生活吗：用一台计算机监控器，就能对家中的家电、照明、窗帘、浴缸、报警求助装置进行家电、照明、窗帘、浴缸、报警求助装置进行智能控制。手机一打或计算机一敲，空调会为智能控制。手机一打或计算机一敲，空调会为你调置最佳温度，洗衣机会洗涤你留下的衣物，你调置最佳温度，洗衣机会洗涤你留下的衣物，冰箱会通过网络到超市要求进货冰箱会通过网络到超市要求进货。 l智能家居概念的起源甚早，但一直未有具智能家居概念的起源甚早，但一直未有具体的建筑案例出现，直到体的建筑案例出现，直到1

37、984年美国联合年美国联合科技公司（科技公司（United Techno1ogies Building System）将建筑设备信息化、）将建筑设备信息化、整合化概念应用于美国康乃迪克州整合化概念应用于美国康乃迪克州（Conneticut)哈特佛市（哈特佛市（Hartford）的）的City Place Building时，才出现了首栋的时，才出现了首栋的智能型建筑智能型建筑，从此也揭开了全世界争相，从此也揭开了全世界争相建造智能家居的序幕。建造智能家居的序幕。 l最著名的智能家居要算比尔盖茨的豪宅。最著名的智能家居要算比尔盖茨的豪宅。比尔盖茨在他的比尔盖茨在他的“未来之路未来之路”一书中以一

38、书中以很大篇幅描绘他正在华盛顿湖建造的私人很大篇幅描绘他正在华盛顿湖建造的私人豪宅。他描绘他的住宅是豪宅。他描绘他的住宅是“由硅片和软件由硅片和软件建成的建成的”并且要并且要“采纳不断变化的尖端技采纳不断变化的尖端技术术”。经过。经过7年的建设，年的建设，1997年，比尔年，比尔盖茨的豪宅终于建成。他的这个豪宅完全盖茨的豪宅终于建成。他的这个豪宅完全按照智能住宅的概念建造，不仅具备高速按照智能住宅的概念建造，不仅具备高速上网的专线，所有的门窗、灯具、电器都上网的专线，所有的门窗、灯具、电器都能够通过计算机控制，而且有一个高性能能够通过计算机控制，而且有一个高性能的服务器作为管理整个系统的后台。

39、的服务器作为管理整个系统的后台。 l智能家居是智能家居是IT技术（特别是计算机技术）、技术（特别是计算机技术）、网络技术、控制技术向传统家电产业渗透网络技术、控制技术向传统家电产业渗透发展的必然结果。发展的必然结果。l由社会背景层面来看，近年来信息化的高由社会背景层面来看，近年来信息化的高度进展，通讯的自由化与高层次化、业务度进展，通讯的自由化与高层次化、业务量的急速增加与人类对工作环境的安全性、量的急速增加与人类对工作环境的安全性、舒适性、效率性要求的提高，造成家居智舒适性、效率性要求的提高，造成家居智能化的需求大为增加此外在科学技术方能化的需求大为增加此外在科学技术方面，由于计算机控制技术

40、的发展与电子信面，由于计算机控制技术的发展与电子信息通讯技术之成长，也促成了智能家居的息通讯技术之成长，也促成了智能家居的诞生。诞生。 1.2 智能家居概念 l智能家居，或称智能住宅，智能家居，或称智能住宅，在英文中常用在英文中常用Smart Home、Intelligent home，与此含，与此含义相近的还有家庭自动化义相近的还有家庭自动化（Home Automation）、）、电子家庭（电子家庭（Electronic Home、E-home）、数字）、数字家园（家园（Digital family）、）、网络家居（网络家居（Network Home），智能建筑），智能建筑（Intellig

41、ent Building）。）。l智能家居是以住宅智能家居是以住宅为平台，兼备建筑、为平台，兼备建筑、网络通讯、讯息家网络通讯、讯息家电、设备自动化，电、设备自动化，集系统、结构、服集系统、结构、服务、管理为一体的务、管理为一体的高效、舒适、安全、高效、舒适、安全、便利、环保的居住便利、环保的居住环境。环境。l智能家居是在家庭产品自动化，智能化智能家居是在家庭产品自动化，智能化的基础上，通过网络按拟人化的要求而的基础上，通过网络按拟人化的要求而实现的。实现的。l智能家居可以定义为一个过程或者一个智能家居可以定义为一个过程或者一个系统，利用先进的计算机技术、网络通系统，利用先进的计算机技术、网络

42、通讯技术、综合布线技术、将与家居生活讯技术、综合布线技术、将与家居生活有关的各种子系统，有机地结合在一起。有关的各种子系统，有机地结合在一起。l与普通家居相比，由原来的被动静止结与普通家居相比，由原来的被动静止结构转变为具有能动智能的工具，提供全构转变为具有能动智能的工具，提供全方位的讯息交换功能，帮助家庭与外部方位的讯息交换功能，帮助家庭与外部保持讯息交流畅通。保持讯息交流畅通。 l智能家居强调人的主观能智能家居强调人的主观能动性，要求重视人与居住动性，要求重视人与居住环境的协调，能够随心所环境的协调，能够随心所欲地控制室内居住环境。欲地控制室内居住环境。l因此，具有相当于住宅神因此，具有相

43、当于住宅神经的经的家庭网络家庭网络、能够通过、能够通过这种这种网络提供的各种服务网络提供的各种服务、能与能与Internet相连接相连接是构是构成智能化家居的三个基本成智能化家居的三个基本条件。条件。 l应该注意，家居智能化与家居讯息化和家居自动应该注意，家居智能化与家居讯息化和家居自动化，家庭的网络化等有一定的区别。化，家庭的网络化等有一定的区别。l在住宅中为住户提供一个宽带上网接口，家居讯在住宅中为住户提供一个宽带上网接口，家居讯息化的条件即已具备，但这做不到家居智能化息化的条件即已具备，但这做不到家居智能化l电饭煲可定时烧饭煲汤，录象机可定时预录预定电饭煲可定时烧饭煲汤，录象机可定时预录

44、预定频道的电视节目，这些仅仅是家电自动化。频道的电视节目，这些仅仅是家电自动化。l讯息化和自动化是家居智能化的前提和条件，实讯息化和自动化是家居智能化的前提和条件，实现智能化还需对记录、判别、控制、反馈等过程现智能化还需对记录、判别、控制、反馈等过程进行处理，并将这些过程在一个平台实现集成，进行处理，并将这些过程在一个平台实现集成，能按人们的需求实现远程自动控制。智能化应服能按人们的需求实现远程自动控制。智能化应服务于人们的居家生活，因此应更全面、更富有人务于人们的居家生活，因此应更全面、更富有人性化。性化。 1.3 智能家居功能 典型的智能家居具有以下功能：典型的智能家居具有以下功能： 1

45、家居安全监控：各种报警探家居安全监控：各种报警探测器的讯息报警测器的讯息报警 2 家电控制：利用计算机、移家电控制：利用计算机、移动电话、动电话、PDA通过高速宽带通过高速宽带接入接入Internet，并对电灯、空，并对电灯、空调、冰箱，电视等家用电器调、冰箱，电视等家用电器进行远程控制进行远程控制 3 家居管理：远程三表家居管理：远程三表(水、电、水、电、煤气煤气)传送收费传送收费4 家庭教育和娱乐：如远程教学、家庭影院、家庭教育和娱乐：如远程教学、家庭影院、无线视频传输系统、在线视频点播、交互无线视频传输系统、在线视频点播、交互式电子游戏等式电子游戏等 5 家居商务和办公：实现网上购物、网

46、上商家居商务和办公：实现网上购物、网上商务联系，视频会议务联系，视频会议 6 入口控制入口控制(门禁系统门禁系统) ：采用指纹识别、静：采用指纹识别、静脉识别、虹膜识别、智能卡等脉识别、虹膜识别、智能卡等 7 家庭医疗，保健和监护：实现远程医疗和家庭医疗，保健和监护：实现远程医疗和监护，幼儿和老人求救，测量身体的参数监护，幼儿和老人求救，测量身体的参数(如血压，脉搏等如血压，脉搏等) 和化验，自动配置健康和化验，自动配置健康食谱。食谱。 1.4 智能家居特点 l“科技改变生活科技改变生活”。智能家居的应用将对。智能家居的应用将对我们的家庭生活和生活方式带来深远影响。我们的家庭生活和生活方式带来

47、深远影响。 l节省费用节省费用-在不需要时，能源消耗装置可在不需要时，能源消耗装置可以自动关闭，这样可以降低您的费用。以自动关闭，这样可以降低您的费用。l使用方便使用方便 - 自动化系统提供远程遥控接自动化系统提供远程遥控接口。自动化系统还可以把重复的工作自动口。自动化系统还可以把重复的工作自动化。在外出时，还可以通过化。在外出时，还可以通过Internet来调来调整或控制家电。整或控制家电。 l安全性高安全性高 - 一套家庭自动化系统在紧急情一套家庭自动化系统在紧急情况时可以防御坏人或报警。您可以在任何况时可以防御坏人或报警。您可以在任何地方可以监控该安全系统，这样可以保证地方可以监控该安全

48、系统，这样可以保证您的家居安全运行。智能家居可以为人们您的家居安全运行。智能家居可以为人们带来更为惬意轻松的生活在生活工作带来更为惬意轻松的生活在生活工作节奏越来越快的今天，家居智能化也可以节奏越来越快的今天，家居智能化也可以为人们减少繁琐家务提高效率节约时为人们减少繁琐家务提高效率节约时间，让人们有更多的时间去休息教育子间，让人们有更多的时间去休息教育子女锻炼身体和进修，使人们的生活质量女锻炼身体和进修，使人们的生活质量有了很大的提高。有了很大的提高。 l改变生活方式改变生活方式-你可以是穿著你可以是穿著T恤在家办公，恤在家办公，可以在家炒股、进行远程会议，主妇在家可以在家炒股、进行远程会议

49、，主妇在家逛街，孩子在家上课逛街，孩子在家上课，在互联网上能完，在互联网上能完成的工作都可以在家完成。现代化的生活成的工作都可以在家完成。现代化的生活工作方式较以往有了很大区别。工作方式较以往有了很大区别。 2、智能家居结构 2.1 智能家居构造解决方案智能家居构造解决方案 l智能家居的解决方案有不同的方式，智能家居的解决方案有不同的方式，Cisco、Crestron、Echelon、三星等公司、三星等公司都提供相应的智能家居解决方案。但随着都提供相应的智能家居解决方案。但随着Internet的发展和应用，的发展和应用，基于基于Internet的网的网络和控制结构络和控制结构是目前和未来智能家

50、居的主是目前和未来智能家居的主要构造方式。要构造方式。 l整个智能家居结构的核心是整个智能家居结构的核心是Internet。以。以Internet为中心，在家庭网络连接下，结为中心，在家庭网络连接下，结合了多种智能家居功能解决方案，包括家合了多种智能家居功能解决方案，包括家居控制、讯息服务、通讯交流、商务、娱居控制、讯息服务、通讯交流、商务、娱乐、教育、医疗保健、移动通讯。乐、教育、医疗保健、移动通讯。 智能家居构造解决方案 家庭网络 (Home Network Infrastructure) l家庭网络是在住宅范围内将家庭网络是在住宅范围内将PC、家电、安全、家电、安全系统、照明系统等连接并

51、接入系统、照明系统等连接并接入internet的一种的一种技术。当前在家庭网络所采用的连接技术可技术。当前在家庭网络所采用的连接技术可以分为以分为“有线有线”和和“无线无线”两大类。有线方两大类。有线方案主要包括：双绞线或同轴电缆连接、电话案主要包括：双绞线或同轴电缆连接、电话线连接、电力线连接等无线方案主要包括：线连接、电力线连接等无线方案主要包括：红外线连接、无线电连接、基于红外线连接、无线电连接、基于PC的无线连的无线连接等。接等。 l家庭网络相比起传统的办公网络来说，加入家庭网络相比起传统的办公网络来说，加入了很多家庭应用产品和系统，如家电设备、了很多家庭应用产品和系统，如家电设备、照

52、明系统，因此相应技术标准也错综复杂。照明系统，因此相应技术标准也错综复杂。家居控制(Home Control) l家居控制系统是智能家居家居控制系统是智能家居的灵魂，通过它可以控制的灵魂，通过它可以控制各种家用电器。家居控制各种家用电器。家居控制的接口方式一般有两种，的接口方式一般有两种，一种是家庭范围内的基于一种是家庭范围内的基于以太网的控制方式另一以太网的控制方式另一种是可以扩展到家庭之外，种是可以扩展到家庭之外，基于基于Internet的的Web控制控制方式，一般是两种方式的方式，一般是两种方式的结合。结合。家居控制(Home Control) l Cybermanor公司建立的家居控制

53、系统公司建立的家居控制系统及网络结构。在这个系统中，家庭办公计及网络结构。在这个系统中，家庭办公计算机、孩子房间的计算机、厨房中的膝上算机、孩子房间的计算机、厨房中的膝上型计算机、型计算机、PDA、家居控制服务器、家居控制服务器(Home Control Server， 用来控制各种电器用来控制各种电器)、家、家庭影院计算机、无线中枢通过庭影院计算机、无线中枢通过10/100M交交换机连接在一起，交换机经路由器通过无换机连接在一起，交换机经路由器通过无线线Modem和和DSL与与Internet相连。相连。 讯息服务(Information) l通过通过Internet可可以任何时间任何以任何

54、时间任何地点获得和交换地点获得和交换讯息，讯息传输讯息，讯息传输可以以多种形式，可以以多种形式，从静态文本、图从静态文本、图形到动态的音频、形到动态的音频、视频讯息。视频讯息。 通讯交流(Communication)l在在Internet出现以前，电话通讯是人们交出现以前，电话通讯是人们交流的主要方式。流的主要方式。Internet改变了人们的通改变了人们的通讯交流方式，使人们能通过文本、图形、讯交流方式，使人们能通过文本、图形、多媒体迅速地共享讯息。多媒体迅速地共享讯息。E-mail、短讯息、短讯息、聊天室等通讯方式对生活产生了很大影响聊天室等通讯方式对生活产生了很大影响在旅行中父母可使用聊

55、天工具和视频会在旅行中父母可使用聊天工具和视频会议工具保持和孩子联系。议工具保持和孩子联系。 商务(Commerce) l基于基于Internet的电子商的电子商务使每天的家务变得更务使每天的家务变得更加容易和简单。通过加容易和简单。通过Internet在线安排旅行在线安排旅行计划已经非常普遍在计划已经非常普遍在厨房，通过条形码阅读厨房，通过条形码阅读器记录采购清单，超市器记录采购清单，超市和供货商在线订购，即和供货商在线订购，即使在卧室在家还可以使在卧室在家还可以通过通过Internet理财，你理财，你在家就可以掌握信用卡在家就可以掌握信用卡上的支出和收入情况。上的支出和收入情况。 娱乐(E

56、ntertainment) l娱乐包括电视、收音机、音乐、家庭影院、娱乐包括电视、收音机、音乐、家庭影院、在线点播、游戏等。在智能家居中，娱乐在线点播、游戏等。在智能家居中，娱乐质量将更高，更加方便。数字电视通过机质量将更高，更加方便。数字电视通过机顶盒接入网络，可以进行采购商品，在线顶盒接入网络，可以进行采购商品，在线点播电影，音乐网络收音机可以收听世点播电影，音乐网络收音机可以收听世界各地的新闻、体育、各种音乐在智能界各地的新闻、体育、各种音乐在智能家居中，你可以和家庭成员或其它游戏爱家居中，你可以和家庭成员或其它游戏爱好者通过计算机、电视、甚至可以用好者通过计算机、电视、甚至可以用PDA

57、在线玩各种网络游戏。在线玩各种网络游戏。 教育(Education) l技术的发展极大地影响了教育。网络将课技术的发展极大地影响了教育。网络将课堂带进了家庭，帮助老师巩固课程，激发堂带进了家庭，帮助老师巩固课程，激发孩子们的好奇心。现在学校和家长通过家孩子们的好奇心。现在学校和家长通过家居中的基于居中的基于Internet的教育工具可以合作的教育工具可以合作得更加紧密，并在家庭和课堂之间建立了得更加紧密，并在家庭和课堂之间建立了桥梁。同时，在智能家居中，不管甚么年桥梁。同时，在智能家居中，不管甚么年龄的人都可以享受教育资源，进行终生教龄的人都可以享受教育资源，进行终生教育。育。 医疗保健(He

58、alth) l Internet在智能家居医疗保健中的作用有在智能家居医疗保健中的作用有很大的潜力，不仅使您的身心更加健康，很大的潜力，不仅使您的身心更加健康，而且会降低医疗保健成本。每天，你都可而且会降低医疗保健成本。每天，你都可以在家中将测量的血压、体温、脉搏、葡以在家中将测量的血压、体温、脉搏、葡萄糖含量等参数传递给医疗保健专家，并萄糖含量等参数传递给医疗保健专家，并和医疗保健专家在线咨询和讨论，省去了和医疗保健专家在线咨询和讨论，省去了许多在医院排队等待的麻烦。许多在医院排队等待的麻烦。 移动通讯(Mobility) l人们希望在自由移动中保持联系，思想交流，获人们希望在自由移动中保持

59、联系，思想交流，获得讯息。无线网络技术可以解决这个问题，从手得讯息。无线网络技术可以解决这个问题，从手提电话到提电话到PDA，从无线家庭网络到汽车中的定位，从无线家庭网络到汽车中的定位系统。在智能家居中，可以用手提电话或系统。在智能家居中，可以用手提电话或PDA通通过无线网络收发过无线网络收发E-mail，接受最新的股市行情。，接受最新的股市行情。 3、智能家电 3.1 概述概述 l目前，家电产品的发目前，家电产品的发展主要有在三个方面：展主要有在三个方面：家电的网络化、家电家电的网络化、家电的讯息化、家电的智的讯息化、家电的智能化，对应为网络家能化，对应为网络家电、讯息家电和智能电、讯息家电

60、和智能家电。家电。 l网络家电是将普通家用电器网络家电是将普通家用电器利用数字技术、网络技术设利用数字技术、网络技术设计改进的家电产品。网络家计改进的家电产品。网络家电可以实现互联组成一个家电可以实现互联组成一个家庭内部网络，同时又可以与庭内部网络，同时又可以与Internet相连接。目前认为相连接。目前认为比较可行的网络家电包括网比较可行的网络家电包括网络冰箱、网络空调、网络洗络冰箱、网络空调、网络洗衣、网络微波炉等。衣、网络微波炉等。 类似洗衣机的人体洗澡机类似洗衣机的人体洗澡机 l讯息家电是一种计算机、电信和电子技术讯息家电是一种计算机、电信和电子技术与传统家电相结合的创新产品，讯息家电