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页数:504

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出版时间:2010-4

价格:79.00元

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isbn号码:9787115221773

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《智能家居系统设计与实践》 一、 核心内容与定位 本书是一本面向广大电子技术爱好者、嵌入式系统开发者、物联网工程师以及智能家居行业从业者的技术专著。它深入浅出地介绍了智能家居系统的核心理论、关键技术、设计方法以及实践应用，旨在帮助读者全面理解智能家居的构成要素，掌握系统的设计与开发流程，并能够独立完成具备一定复杂度的智能家居项目。本书注重理论与实践的结合，通过丰富的案例分析和代码示例，引导读者从概念到实现，逐步构建属于自己的智能家居系统。 本书内容涵盖了从底层硬件选型到上层应用开发的全过程，力求为读者提供一个完整、系统的学习路径。我们不局限于单一的某个技术点，而是着眼于整个智能家居系统的生态构建，强调不同模块之间的协同工作和互联互通。本书的目标是让读者不仅能理解“是什么”，更能掌握“怎么做”，并具备“为什么”的深刻认知。 二、 章节概要与深度分析 第一章：智能家居系统概述 本章将为读者构建一个关于智能家居的宏观认识。我们将首先探讨智能家居的定义、发展历程、市场现状以及未来趋势，分析智能家居对人们生活方式的深刻影响。接着，我们将详细解析智能家居系统的基本架构，包括感知层、网络层、平台层和应用层。通过对各个层次功能的介绍，读者将对智能家居的整体框架有一个清晰的脉络。此外，本章还将讨论智能家居安全与隐私的重要性，以及相关的挑战与应对策略。 第二章：物联网通信技术基础 物联网通信是智能家居系统的基石。本章将深入讲解支撑智能家居互联互通的关键通信技术。我们将详细介绍Wi-Fi、蓝牙（BLE）、Zigbee、Z-Wave等主流的无线通信协议，分析它们的优缺点、适用场景以及在智能家居中的具体应用。对于每种协议，我们将从物理层、数据链路层、网络层等角度进行阐述，并对比其在功耗、传输速率、通信距离、网络拓扑等方面的差异。同时，本章还将涉及NB-IoT、LoRa等LPWAN技术在智能家居远距离、低功耗场景下的应用潜力。 第三章：嵌入式硬件平台选择与开发 智能家居的“大脑”和“神经末梢”离不开强大的嵌入式硬件。本章将聚焦于嵌入式硬件平台的选择与开发。我们将重点介绍主流的嵌入式微控制器（MCU）和单板计算机（SBC），如ESP32、STM32系列、树莓派（Raspberry Pi）等。对于每种平台，我们将分析其处理器架构、内存、接口资源、功耗特性以及生态系统支持。在此基础上，我们将详细讲解如何进行嵌入式硬件的选型，并介绍常用的开发工具链，如Keil、PlatformIO、Arduino IDE等。通过实际操作示例，读者将学会如何在选定的硬件平台上进行基础的程序开发，实现传感器数据的采集和执行器的控制。 第四章：传感器技术与应用 传感器是智能家居感知环境信息的重要载体。本章将全面介绍智能家居常用的传感器类型及其应用。我们将讲解温度传感器、湿度传感器、光照传感器、人体红外感应器、门窗磁传感器、气体传感器、声音传感器等的工作原理、技术参数和选型要点。此外，我们还将深入探讨图像传感器（摄像头）在智能安防、智能监测等方面的应用，并介绍相关的图像处理基础知识。本章将通过具体的应用场景，如温湿度自动调节、智能照明、安全入侵检测等，展示传感器在构建智能生活中的关键作用。 第五章：智能家居执行器与控制 执行器是智能家居实现“智能”行为的关键。本章将详细讲解各类智能家居执行器的技术原理、接口方式和控制方法。我们将覆盖继电器、电机驱动、LED驱动、舵机、电磁阀等常用执行器。重点将放在如何通过嵌入式系统精确控制这些执行器，实现灯光开关与亮度调节、窗帘开合、家电控制、门锁开启等功能。本章还将介绍PWM（脉冲宽度调制）技术在模拟控制中的应用，以及如何通过I2C、SPI等接口与各类执行器进行通信。 第六章：主流智能家居通信协议与标准 为了实现不同厂商、不同设备之间的互联互通，行业内涌现出多种通信协议和标准。本章将深入剖析当前主流的智能家居通信协议与标准，包括MQTT、CoAP、HTTP等应用层协议，以及Matter、HomeKit、MIoT等生态系统标准。我们将详细讲解MQTT协议的发布/订阅模式、主题机制、QoS等级等，并介绍其在智能家居中的应用优势。对于Matter标准，我们将阐述其跨平台、跨协议的互操作性理念，以及其对未来智能家居发展的影响。读者将了解如何选择和应用合适的通信协议，构建开放、兼容的智能家居系统。 第七章：智能家居云平台与数据分析 云平台是智能家居系统实现远程访问、数据存储、智能分析和设备管理的中心。本章将介绍主流的智能家居云平台，如阿里云IoT、腾讯云IoT、AWS IoT等，分析它们的架构、功能和服务。我们将讲解如何将嵌入式设备连接到云平台，实现数据的上传和指令的下发。此外，本章还将探讨物联网数据的采集、存储、清洗和可视化技术，并初步介绍数据分析在智能家居中的应用，如用户行为分析、设备故障预测、能耗优化等。 第八章：智能家居软件架构与开发 本章将引导读者从软件层面构建智能家居系统。我们将讨论智能家居软件的典型架构，包括设备端软件、网关端软件和云端软件。我们将重点介绍在嵌入式设备上进行固件开发的方法，包括RTOS（实时操作系统）的应用、设备驱动的编写、网络通信模块的实现等。对于网关和云端开发，我们将介绍常用的编程语言（如Python、Java、Node.js）和开发框架，以及如何设计RESTful API、WebSocket接口等，以实现设备管理、用户交互和数据处理。 第九章：智能家居应用场景设计与实现 理论结合实践，本章将通过多个典型的智能家居应用场景，引导读者将所学知识付诸实践。我们将详细设计并实现以下场景： 智能照明系统： 包括灯光亮度、色温、定时控制，以及根据环境光和人体感应自动调节。 智能安防系统： 集成门窗磁、人体红外、摄像头等传感器，实现远程监控、报警推送。 智能环境监测与调节系统： 结合温湿度、空气质量传感器，自动控制空调、加湿器、新风系统。 智能影音娱乐系统： 实现电视、音响的语音控制、场景联动。 智能家电远程控制系统： 通过红外遥控或Wi-Fi控制传统家电。 每个场景都将包含详细的设计思路、硬件选型、软件实现步骤，并提供可运行的代码示例。 第十章：智能家居系统集成与安全加固 将分散的智能设备整合成一个统一、易用的系统是智能家居成功的关键。本章将深入探讨智能家居系统的集成方法，包括设备发现与配网、场景联动规则的设置、用户界面的设计等。同时，我们还将高度重视智能家居系统的安全加固，从设备端、通信端到云端，全方位讲解如何防范潜在的安全风险，如数据泄露、非法访问、设备劫持等。我们将介绍加密技术、身份认证、访问控制等安全措施，并分享一些安全实践经验。 第十一章：未来智能家居发展展望 本章将跳出当前的技术范畴，对智能家居的未来发展进行展望。我们将探讨人工智能（AI）在智能家居中的深度融合，如语音助手、个性化推荐、主动式服务等。还将讨论边缘计算、联邦学习等新兴技术如何赋能更智能、更隐私的家居体验。此外，我们还将分析智能家居与其他领域（如智慧社区、智慧医疗、智慧出行）的融合趋势，勾勒出未来智慧生活的美好蓝图。 三、 学习目标与收益 通过学习本书，读者将能够： 1. 建立完整的智能家居系统认知： 理解智能家居的构成、工作原理、技术挑战及发展趋势。 2. 掌握关键物联网通信技术： 熟悉Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee等协议，并能应用于实际项目中。 3. 熟练运用嵌入式开发： 掌握ESP32、树莓派等主流嵌入式平台的硬件选型、开发环境搭建与基础编程。 4. 理解并应用传感器与执行器： 能够根据需求选择合适的传感器和执行器，并实现精确控制。 5. 了解并应用主流通信协议与标准： 能够使用MQTT等协议，并理解Matter等未来标准的重要性。 6. 构建智能家居云平台应用： 能够连接设备到云平台，实现数据管理和远程控制。 7. 设计和实现完整的智能家居应用： 能够独立完成智能照明、安防、环境监测等实际项目。 8. 掌握智能家居系统的集成与安全实践： 能够有效集成各类智能设备，并保障系统安全。 9. 展望智能家居未来发展： 了解AI等前沿技术在智能家居中的应用前景。 四、 目标读者 电子技术爱好者： 对智能硬件、物联网技术充满兴趣，希望动手实践的个人。 嵌入式系统开发者： 需要将嵌入式技术应用于智能家居领域的工程师。 物联网工程师： 寻求深入了解智能家居应用、平台构建的专业人士。 软件工程师： 希望跨界学习嵌入式和物联网技术，为智能家居应用开发提供后端支持。 硬件设计师： 需要了解智能家居产品的硬件需求和技术方案。 在校学生： 学习物联网、嵌入式、计算机科学等相关专业的学生，作为课程实践或毕业设计的参考。 智能家居行业从业者： 希望系统性提升专业技能，了解最新技术动态的销售、市场、产品经理等。 五、 本书特色 系统性强： 从理论基础到实践应用，覆盖智能家居设计的全流程。 实践性高： 提供大量代码示例、硬件配置和案例分析，鼓励读者动手实践。 前沿性： 关注最新的技术发展和行业标准，如Matter协议。 通俗易懂： 采用清晰的语言和图示，降低技术门槛，适合不同基础的读者。 解决实际问题： 聚焦于智能家居实际应用场景，帮助读者解决开发中的痛点。 《智能家居系统设计与实践》将是您开启智能家居开发之旅的理想选择，它将帮助您掌握构建未来智慧生活的关键技能。

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我是一位资深射频工程师，手头已经有好几本关于电磁兼容和噪声抑制的专业书籍，但坦白说，大部分都偏理论化，读起来像是在啃教科书。然而，拿到这本《XXXX》后，我惊喜地发现它提供了一个完全不同的视角——**应用驱动**。这本书最让我赞赏的一点是它对各种测试设备的实际操作流程描述得极其细致。它不像那些只停留在公式推导上的书，而是非常务实地讲解了如何正确设置频谱分析仪的RBW、VBW，以及如何校准矢量网络分析仪的端口。书中专门用了一整个章节来讨论“接地气”的工程挑战，比如如何在复杂的电磁环境中避免杂散辐射的干扰，以及如何设计一个能够通过EMC预测试的样机布局。那些关于示波器探头选择和阻抗匹配的技巧，都是我过去在实际工作中踩过很多坑才总结出来的宝贵经验，这本书却几乎白送给了我。它真正做到了把实验室里的理论知识，平滑地过渡到生产线上的实际操作层面，对于需要快速解决现场问题的工程师来说，简直是救命稻草。

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我是一个工程管理人员，关注的重点是如何提高测试效率和降低测试成本。这本书在**自动化测试和流程优化**方面的论述，对我来说价值连城。它没有过多纠缠于某个特定语言的脚本编写，而是聚焦于测试策略的制定。作者提出了一个非常实用的“分级测试”模型，即根据产品成熟度，采用不同精度的测试方法来平衡速度与准确性。例如，在研发初期使用高分辨率但耗时的测试，而在量产阶段则建议采用基于关键参数的快速“Go/No-Go”测试流程，并详细说明了如何利用统计过程控制（SPC）来监控这些快速测试的有效性。更重要的是，书中关于测试资源分配和仪器校准周期的管理建议，都是基于多年一线经验的总结，非常具有操作性。这本书让我明白了，高效的测试不是盲目地堆砌昂贵的设备，而是要建立一套科学、可重复、且经济的验证体系，对我们项目管理层的决策提供了坚实的理论支持。

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我主要从事通信协议的软件开发工作，一直觉得硬件和测试领域离我比较远，但这本书改变了我的看法。书中关于**协议栈与物理层互动的案例分析**非常具有启发性。特别是关于时序和同步机制的章节，作者通过图表展示了数据包在传输过程中可能出现的抖动（Jitter）和漂移（Drift），以及这些微小的时间误差是如何被底层的物理层仪表捕捉到的。这让我深刻理解了，为什么软件层面上看似完美的帧结构，在实际物理传输中会因为时钟同步问题导致大量丢包。书中用一个很经典的LTE下行链路的例子，展示了当基站发射功率和用户设备接收灵敏度在特定边界值时，信道质量指示（CQI）是如何波动的。这对于我们软件工程师理解底层硬件限制和优化调度算法至关重要，它让我学会了用“物理世界的眼光”去审视代码的健壮性，而不是仅仅停留在逻辑判断层面。

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说实话，我对这类技术书籍的期待值通常不高，很多都只是对现有标准的简单罗列或者对某个新标准的粗略介绍。这本书却给人一种“构建知识体系”的扎实感。它最精彩的部分在于对**系统级性能评估**的论述。作者没有局限于单一模块的测试指标，而是将视角拔高到整个通信链路的性能上去考量。比如，在讲解误码率（BER）测试时，它不仅解释了BER的定义，更深入地分析了在不同信噪比（SNR）条件下，调制解调器（Modem）的实际性能曲线会如何变化，并解释了为什么在实际多径衰落环境中，理论上的香农极限往往难以达到。这种宏观与微观相结合的分析方式，极大地拓宽了我的思路。我过去可能只关注于优化某个放大器的线性度，但这本书让我意识到，如果系统的整体时延控制不佳，所有的线性度优化都可能事倍而功半。它提供了一套完整的思维框架，指导我们如何从系统设计的源头去预防测试中可能出现的问题。

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这本书的封面设计真是太抓人眼球了，那种深邃的蓝色调配上简洁的几何线条，立刻就能让人联想到高科技和精密仪器的感觉。我本来对这个领域了解不多，抱着试试看的心态买了它。翻开第一页，我就被作者那种深入浅出的叙述方式给吸引住了。他没有一开始就抛出一堆晦涩难懂的专业术语，而是从最基础的信号是如何在空气中传播讲起，用了很多生动的比喻来解释复杂的物理现象。比如，他把电磁波的衰减比作在嘈杂环境中听远处说话的声音，这个类比非常形象，让我一下子就理解了为什么信号强度会随着距离增加而减弱。书中的图示也做得非常精良，那些复杂的电路图和频谱分析图都清晰明了，标注得一丝不苟。尤其是关于天线设计的那一章，作者详细讲解了不同类型天线的特性和适用场景，甚至还配上了很多实际工程案例的对比数据，看得出来作者在实际应用层面下了很大的功夫。这本书读起来完全没有枯燥感，更像是在听一位经验丰富的老工程师在给你做一对一的辅导，让人忍不住想一口气读完。

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