普通高中教科书·通用技术选择性必修6 智能家居应用设计.pdf

河南科学技术出版社通用技术通用技术普通高中教科书河南科学技术出版社普通高中教科书 通 用 技 术 选择性必修 选择性必修智能家居应用设计智能家居应用设计河南省基础教育教学研究室河 南 科 学 技 术 出 版 社组编ISBN 978-7-5349-9648-1绿色印刷产品智能家居应用设计普通高中教科书 通用技术 选择性必修定价：7.38 元通用技术通用技术普通高中教科书选择性必修智能家居应用设计河南科学技术出版社郑州河南省基础教育教学研究室河 南 科 学 技 术 出 版 社组编总 主 编：傅水根本册主编：姚国才核心编者：王田苗 刘 荣责任编辑：孙 彤美术编辑：张 伟责任校对：徐小刚普通高中教科书通用技术（选择性必修）智能家居应用设计高中二年级河南省基础教育教学研究室河 南 科 学 技 术 出 版 社 组编河南科学技术出版社出版发行（郑州市郑东新区祥盛街 号）邮政编码：电话：（）河南日报报业集团有限公司彩印厂印刷全国新华书店经销开本：印张：字数：千字 年 月第 版 年 月第 次印刷 定价：元著作权所有，请勿擅用本书制作各类出版物，违者必究如发现印、装质量问题，影响阅读，请与出版社联系调换电话：（）1前言尊敬的老师们，亲爱的同学们：你们好！新版的“通用技术”系列教材与大家见面了。这套新教材是在习近平新时代中国特色社会主义思想和社会主义核心价值观指导下，遵循教育部 2017 年新颁布的课程标准编写的。高中阶段为什么要开设通用技术课程呢？通用技术是与专业技术有所区别的技术，在当代技术体系中较为基础，在日常生活与生产中应用较为普遍。通用技术课程以立德树人、提高学生的技术学科核心素养为主旨，是一门来自生活与生产、面向全体学生、立足实践、注重创新、体现综合、科学技术与人文相统一的课程，着眼于培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人。每本教材的编写，都有高中教师的积极参与。纵观我国科技的发展，从群钻的发明、人工合成牛胰岛素，到治疗疟疾的青蒿素，再到为世界粮食安全做出重大贡献的超级水稻，以及为我国通信安全做出重大贡献的量子通信卫星，都说明我们中国人在科技领域开始走在世界的前列。要使我国由制造大国转变为制造强国，为中华民族的振兴和世界的繁荣做出更大的贡献，我们的基础教育和高等教育还需要深化改革，以培养出更多高素质、强能力和富于创造性的年轻一代。当前，我国社会主义建设进入新时代。应用本套教材，我们将深刻理解技术，初识并感受设计的魅力，体验设计的创造乐趣；我们将认识设计中采用的 CAD/CAM 等软件和图样表达技术，在物化过程中采用的车工、铣工、钳工等常规制造工艺技术，先进的数控加工技术、激光雕刻技术、三维打印技术、机器人技术、无人机技术和智能家居技术等，会接触到互联网、大数据、云计算、物联网、人工智能和绿色生态技术。从难以忘怀的学习和历练中，同学们会受到创新意识、工程思维、工程素养和工匠精神的感染与熏陶，提高服务国家和人民的社会责任感，增强勇于探索的创新精神和解决复杂问题的能力。通过情景导入、思维导图和设计任务引领，本教材充分展现“做中学”与“学中做”这一教育改革理念，并为此特意增添了“做中学”栏目。这里的“学”是在核心素2养指导下，亲身经历将创意转化为设计的过程，培养学生在实践基础上的动手能力、实践能力或物化能力；而其中的“做”，就是“设计结合实践”。这种“做”不是盲目的，而是在完成具体项目的复杂过程中，以学生为中心，以教师为主导，体现出团队的合作与交流，旨在实现从思维创意到设计，再到产品物化的不间断的、系统的、完整的迭代与优化。在学生的亲身经历和体验中，既有丰富、活跃、探究式的深度学习与能力转化过程，也有进一步思考与挖掘技术背后隐含的设计思想、思维方法和价值观等问题。学生亲身经历的、与“项目”或“任务”密切关联的实践活动，在人才培养中具有非常重要的多种转化功能，即将知识转化为能力，将潜力转化为实力，将自疑转化为自信，将历练转化为素质，将聪明转化为智慧。那么，如何实现这些转化呢？那就是在实践中观察，在观察中思考，在思考中领悟，在领悟中成长。本教材将“技术意识、工程思维、创新设计、图样表达、物化能力”这一核心素养贯穿始终，力求在实践中做到：符合现代科技发展的实际情况；体现学科交叉与融合的时代特征；与丰富的生活紧密联系，结构合理，满足学生多样化发展的需要；立足融合科学、工程、数学、技术、人文和社会的视野，体现劳动教育，突出创新精神、创新思维、实践能力和工程素养的培养。在科技发展日新月异的今天，具备良好的核心素养、知识视野、实践能力和创新思维，是未来攻坚克难，成为国家栋梁的必备基础。我们会发现，身边到处充满着技术与设计的应用，到处展现着创造与发明的魅力，到处都有新时代青年施展才华的舞台。本分册由融合了物联网、人工智能、大数据、自动控制等先进技术，学生在学习和实践中，可以深刻地感受先进技术对现代家庭智能化生活的影响，并通过各种先进技术在家庭生活中的运用，为学生提供了一个集通信、计算、控制于一体的应用窗口，从而增强学生对机械技术、电子技术、控制技术等的综合运用能力。尽管本套教材的编者们付出了极大努力，但囿于编者水平，仍会存在不足甚至错误之处，恳请广大师生在教与学的过程中，运用批判性思维方法，积极思考，发现问题，提出宝贵意见，以便在修订时加以改进与完善。编 者 2019 年 3 月21第一章 智能家居架构与功能1第一节走进智能家居 2 一、智能家居的含义 2 二、智能家居的基本特征 3 三、智能家居与传统家居的对比 4四、生活中的家用智能产品 4第二节智能家居系统架构 5 一、智能家居系统的组成 5 二、智能家居系统的控制方式 8 第三节智能家居的发展脉络 10 一、智能家居的起源与发展 10 二、智能家居的发展问题 11 三、智能家居的发展趋势 12第二章 智能家居与物联通信 14第一节物联网的基础认知 15 一、物联网的定义 15 二、物联网的构成 15 三、物联网的应用 16 第二节常见的物联网通信技术 17 一、总线技术 17 二、电力线载波技术 18 三、无线组网技术 18第三节物联网通信的技术实现 19 一、物联网传感器 20 二、物联网控制器 20目录2三、物联网云平台 25 四、物联网的框架设计 35第三章智能家居简易产品设计37第一节灯光控制产品设计 38一、声控 LED 灯设计制作38二、功能拓展：光强自动检测功能 42第二节 家电控制产品设计 45 一、红外控制风扇设计制作 45 二、功能拓展：风速手动调节功能 49第三节安防控制产品设计 53 一、烟雾报警器设计制作 53 二、功能拓展：远程监控烟雾浓度 57第四节环境控制产品设计 60一、远程控制空气加湿器设计制作60二、功能拓展：远程监控室内温湿度64第四章智能家居系统设计与实现 70 第一节家庭智能照明系统设计 71 一、典型设备 71 二、需求调研 71 三、设计方案 73四、技术路线 73第二节家用电器控制系统 78 一、典型设备 78 二、需求调研 78 三、设计方案 79四、技术路线 79 第三节家庭安防报警系统 81 一、典型设备 8123 二、需求调研 82 三、设计方案 83四、技术路线 84 第四节家庭环境监控系统 85 一、典型设备 86 二、需求调研 86三、设计方案 87四、技术路线 88 第五节智能家居设计任务 89 一、项目说明 89 二、项目评价 90附录部分中英文词汇对照表92第一章智能家居架构与功能导 言同学们，请想象这样一个场景：清晨，卧室的窗帘自动地徐徐拉开，阳光透过窗户照了进来。与此同时，音响系统开始播放柔和的音乐，全自动咖啡机和面包机也为我们准备好了丰盛的早餐。等我们用完早餐，自动洗碗机开始清洗用过的餐具，扫地机器人开始清扫各个房间的地面。为了防止不速之客的到来，安防管家自动进入警备状态，任何陌生人闯入禁区，安防系统都会立即发出警报，并向我们的手机发送实时图像。等我们晚上回到家，防盗门通过识别我们的眼睛虹膜自动打开，家里的灯也依次亮起来，电视里播放着我们最喜欢的节目。在冬季或夏季，空调在我们回家前半小时已经开始工作，并调节到了最舒适的温度这是未来的生活场景吗？不，这不是对未来的想象，今天的科学技术已经将这些场景全部变成现实了。通过本课程的学习，我们甚至可以自己动手做出简易的智能家居作品。思维导图智能家居的控制方式有哪些各种控制方式的适用场景有哪些智能家居系统有哪些组成智能家居架构与功能3智能家居的发展历史智能家居发展中存在的问题智能家居的发展趋势智能家居的发展脉络2智能家居系统架构什么是智能家居智能家居的基本特征有哪些智能家居与传统家居有何区别走进智能家居12智能家居应用设计相信同学们在影视作品或者小说中都或多或少见到过一些智能家居的场景，其实这些场景中的一部分已经变成现实。比尔盖茨在华盛顿湖建造的私人豪宅就是一座融合多项顶尖技术的智能建筑。如今，很多酒店利用智能家居技术提高整体服务水平与专业形象，一些新楼盘也整体预装了智能家居系统来作为卖点吸引客户。智能家居已经逐渐走进普通大众的视野。看到这里，同学们一定想要赶快了解一下真正的智能家居了吧！一、智能家居的含义智能家居又称智慧家居或智能住宅，英文名字是Smart Home。智能家居是综合利用先进的计算机技术、传感检测技术、网络通信技术、自动控制技术等高科技手段，来实现同时具备安全性、便利性、舒适性、环保节能性的居住环境。智能家居可以通过控制主机将家里的灯光、音响、电视机、空调、电风扇、电水壶、电动门窗和安防监控设备，甚至燃气管道等所有声、光、电设备连接在一起，并根据用户的生活习惯和实际需求设置成相应的情景模式。无论任何时间和地点，只要有网络就可以通过手机、平板电脑或者个人电脑等来掌控家中的一切，并且能让各种设备按照规定的程序自动工作（图1.1）。1.了解什么是智能家居。2.熟悉智能家居的基本特征。3.能够区分智能家居与传统家居的联系与区别。学习目标第一节走进智能家居图 1.1 智能家居系统23第一章智能家居架构与功能请同学们探讨家居智能化的主要目的是什么。有人认为智能家居产品一般费用比较高，而且长期使用会让人变懒，因此使用智能家居是贪图享乐的高消费行为。请同学们交流对这些观点的看法。探究与交流二、智能家居的基本特征智能家居的出现无疑是人们提高生活品质的福音。但是，智能家居除了做到智能化，还需要具备哪些基本特征才能真正造福人类呢？（一）安装简易性早期的智能家居因为布线复杂，安装起来特别不方便，而且安装成本很高，限制了智能家居的普及。随着物联网技术的发展，智能家居的安装越来越简单，一般情况下不需要进行复杂的布线及破墙等作业，非专业人士在安装说明书的指导下都可以进行简易智能家居系统的安装与调试。（二）接口通用性如果我们需要重新购买新的家电和灯具才能与智能家居系统配合的话，那将会使得布置智能家居的成本提高很多。因此，智能家居系统需要具备接口通用性，可以与我们家中现有的各种家电和灯具进行快速连接。（三）操作便利性智能家居的便利性体现在能够根据实际操作需求，为人们提供多种操作方法，让我们可以在任何时间、任何地点对家中的一切设施进行操控。首先，通过手机应用程序（APP）就可以与智能家居系统的任何终端相连，实现了“掌控一切”的目的；其次，通过场景控制的方式，我们可以把多个设备的控制组合成一个场景，一键实现多个设备的状态切换，省去对单个设备的逐一操作；再次，通过联动控制的方式，还可以利用传感器来检测环境信息并实现自动控制。（四）功能拓展性智能家居的功能拓展性主要表现在可以针对不同类型用户的实际使用需求进行拓展功能订制。例如，若家中有年迈的老人，为了保障老人的安全，可以在地面上安装超声波传感器，在任何时间，在家中的任意位置来检测老人的行动，再配合摄像和医疗报警设备，达到对老人的全方位保护。另外，还可以拓展出自动浇花、自动喂食宠物、自动晾衣服等功能。请同学们查找相关资料并相互分享交流，探讨智能家居还有哪些特征。探究与交流4智能家居应用设计三、智能家居与传统家居的对比智能家居可以在安全、节能、