时间：2023-01-26 17:11:46
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇智能技术论文，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
关键词：直接数字合成功率超声功率放大阻抗匹配
功率超声设备利用超声波的能量改变材料的某些状态，需要产生相当大或比较大的功率。超声波功率源(或称发生器)向超声换能器提供连续的电能量，其性能特点直接影响着各种功率超声的研究工作。近年来，我国关于功率超声的研究十分热门，尤其是超声化学和超声的生物效应，更是声学研究的热点。上述研究需要超声波具有高分辨率、高稳定性、大功率、频率大范围可调等特点，为此，研制了一种基于DDS技术的超声波功率源，并已将其应用在实际的声学研究中。
1系统原理及特点
系统原理如图1所示。用单片机AT89C51控制DDS芯片AD9850产生频率为1kHz～1MHz的波形信号；功率放大采用半桥放大方式，其中，功率开关使用MOSFET模块；通过输出变压器和电感组成的匹配网络驱动压电换能器激发超声波。
本系统的主要特点有：
(1)采用数字DDS技术产生波形信号，分辨率高、稳定性好、频率范围大，系统频率不会随工作时间出现漂移。
(2)功率放大器件采用大功率的MOSFET模块，功率可达2000W以上。
(3)采用变压器输出，通过串联谐振提高换能器两端电压，提高了电能的利用率。
(4)系统通过单片机串行口接收反馈或者其它数据的输入，利用编程实现智能控制。
2系统硬件实现
2．1DDS原理及电路实现
2．1．1008电路工作原理
DDS技术是一种用数字控制信号的相位增量技术，具有频率分辨率高、稳定性好、可灵活产生多种信号的优点。基于DDS的波形发生器是通过改变相位增量寄存器的值phase(每个时钟周期的度数)来改变输出频率的。如图2所示，每当N位全加器的输出锁存器接收到一个时钟脉冲时，锁存在相位增量寄存器中的频率控制字就和N位全加器的输出相加。在相位累加器的输出被锁存后，它就作为波形存储器的一个寻址地址，该地址对应的波形存储器中的内容就是一个波形合成点的幅度值，然后经D/A转换变成模拟值输出。当下一个时钟到来时，相位累加器的输出又加一次频率控制字，使波形存储器的地址处于所合成波形的下一个幅值点上。最终，相位累加器检索到足够的点就构成了整个波形。
DDS的输出信号频率由下式计算：
Fout=(phase×FCLK)/2N(1)
DDS的频率分辨率定义为：
Fout=FCLK/2N(2)
由于基准时钟的频率一般固定，因此相位累加器的位数决定了频率分辨率，位数越多，分频率越高。本文采用的DDS芯片AD9850支持的时钟输入最高为125MHz，频率控制字的位数为32位［1］。由式(2)可以计算出在125MHz时钟输入时分辨率为0．0219Hz。
图4
2．1．2DDS信号发生电路
波形信号发生电路原理框图如图3所示。整个电路以单片机AT89C51为控制核心，用并行输入的方式实现AD9850控制字的写入，同时实时处理键盘输入的各种命令，并控制显示输出。
图5
AD9850的输入时钟采用80MHz的晶振，根据式(2)可知系统的分辨率为0．0186Hz，频率范围可以从几Hz到几十MHz，但是整个系统的输出频率范围由后级功率放大电路中的一些时间常数决定。将单片机的I／O口P1连接到AD9850的并行输入口，P3．4和P3．5联合控制单片机对AD9850的输入输出。AD9850控制字写完之后，便输出相应频率的方波信号QOUT。图4为单片机与AD9850的电路连接图。
2．2半桥功放电路及其驱动
AD9850产生的信号电流小，驱动能力弱，需经MOSFET栅极驱动芯片IR21844驱动后才能控制MOSFET模块。由于系统输出功率大，为提高驱动能力，并联使用四片IR21844。图5(a)为电路原理图。AD9850产生的信号QOUT经过一个三级管放大后输入IR21844，IR21844输出HO和LO两路反向信号，如图5(b)所示。Td为死区时间，防止半桥电路出现直通，通过电阻R7可以调节Td的大小，即调节开关管的开通关断时间，从而调节系统的输出功率。
图6所示为系统的半桥功率放大电路，R1、R2为桥平衡电阻；C1、C2为桥臂电容；R3、R4、C3、C4、D1、D2为桥开关吸收电路元件。其工作原理如下：两个反相的方波激励信号分别接到两个开关管的基极，当HO为高电平，LO为低电平时，即t1时刻，J1导通，J2关闭，电流通过J1至变压器初级向电容C2充电，同时C1上的电荷向J1和变压器初级放电，从而在输出变压器次级感应一个正半周期脉冲电压；当到达t2时刻时，J2被触发导通，J1关闭，电流通过电容C1和变压器初级充电，而C2的电荷也经由变压器初级放电，在变压器次级感应一个负半周期脉冲电压，从而形成一个工作频率周期的功率放大波形。由于功放管工作在伏安特性曲线的饱和区或截止区，集电极功耗降到最低限度，从而提高了放大器的能量转换效率，使之可达90％以上［2］。
功率开关器件选用日立公司的N通道功率MOSFET模块PM50502C，其具有高功率、高转换速度、低导通阻抗、低驱动电流等特点，耐压值为500V，最大工作电流为100A(每一模块封装了两个独立的小模块，每一小模块的最大工作电流为50A［3］。开关频率可达到500kHz。吸收电路采用RCD吸收电路，具有吸收效果好、电路相对简单等特点。
2．3匹配网络设计
在功率超声设备中，发生器与换能器的匹配设计非常重要，在很大程度上决定了超声设备能否正常、高效地工作。超声波发生器与换能器的匹配包括两个方面：阻抗匹配和调谐匹配。匹配电路如图6虚线框中所示，半桥逆变输出经变压器耦合后通过电感连接到换能器上，匹配设计即为输出变压器和匹配电感的设计。
2．3．1阻抗匹配
阻抗匹配使换能器的阻抗变换为最佳负载，即起阻抗变换作用。在电源电压给定的条件下，电源输出的功率大小主要取决于等效负载阻抗。本文的半桥功率放大器与串联电压开关型D类功率放大器原理相同，晶体管都工作在开关状态，一般变压器初级等效负载RL′，上的输出功率表达式为：
式中，Vcc为电源电压，Vces，为功放管饱和压降。
本文采用48V开关电源给半桥电路供电。根据实验需要，希望功率源输出功率为1500W，换能器采用多个并联的方式，等效阻抗RL约0．5Ω，由公式n／m=RL/RL′(m、n分别为变压器初、次级匝数)可以计算出输出变压器的匝数比n／m=3。
2．3．2调谐匹配
调谐匹配使换能器两端的电压和电流同相，从而使效率最高，同时串联谐振可以提高换能器两端电压，有利于对压电换能器激励。由于压电换能器存在静电电容C0，在换能器谐振状态时，换能器上的电压VRL与电流IRL间存在着一相位角ψ，其输出功率P0=VRLIRLcosψ。由于ψ的存在，输出功率达不到最大值，要使电压VRL与电流IRL同相，可通过在换能器上并联或串联一个电感乙。来实现。
需要指出，换能器的相关参数皆在小信号状态下测得，与高电压下的实际应用有所差异，需要在实际工作中进行实验调节。
经过调谐匹配，换能器在超声功率源驱动下达到谐振。图7为用TDS1002示波器采集的换能器的激励电压波形(因量程所限，图示为正半周)。可见获得了纯净的正弦波，其峰—峰值接近1000V。
伴随着数字化和网络化的进程，智能化浪潮席卷了世界的每一个角落，成为势不可挡的历史大趋势，其中正在兴起的智能家居建设热潮，就是在这种形势下应运而生的。
但是现代家庭中，弱电线缆越来越多，如电话线、有线电视线、宽带网络线、防盗报警信号线等，带来线缆多、乱的麻烦，因此，家庭弱电系统需要进行统一、规范的管理。然而，传统家庭布线方式因为施工不规范、维护和使用方便等因素，已不能适应当前家庭装修的需要，更无法满足未来智能家居生活的更高要求。蓝牙技术的出现，正发解决了这个问题，使智能家居中的无线控制成为可能。
2蓝牙技术
2.1蓝牙简介
蓝牙技术是Ericsson移动通信公司在1994年开始启动的，其目的是实现最高数据传输速率1Mb/s（有效传输速率为721kb/s）、最大传输距离为10m的无线通信。
“蓝牙（Bluetooth）是一个开放性的、短距离无线通信技术标准，也是目前国际上最新的一种公开的无线通信技术规范。它可以在较小的范围内，通过无线连接的方式、安全、低成本、低功耗的网络互联，使得近距离内各种通信设备能够实现无缝资源共享，也可以实现在各种数字设备之间的语音和数据通信。由于蓝牙技术可以方便地嵌入到单一的CMOS芯片中，因此，特别选用于小型的移动通信设备，使设备去掉了连接电缆的不便，通过无线建立通信。
蓝牙技术工作在全球通用的2.4GHzISM频段。从理论上讲，以2.4GHzISM频段运行的技术能使用距30m以内的设备互相连接，但实际上很难达到。现阶段，蓝牙的发射范围可达10m，可以同时实现8台设备的相互联通。当检测到距离小于10m时，接收设备可动态地调节功能；当业务量减小或停止时，蓝牙设备即可进入低功耗工作模式。
2.2蓝牙中的关键技术
2.2.1跳频技术
蓝牙工作的频段是全球通用的2.4GHzISM频段。该频段对所有无线电系统都开放，因此，蓝牙在使用过程中经常会遇到不可预测的干扰源，例如手机、无绳电话、微波炉等。这使得蓝牙系统的传送错误率远远高于实际应用水平，为此，采用跳频技术是避免干扰的一项有效措施。
所谓跳频技术，就是将整个频带分成若干跳频信道（HopChannel）。在一次连接中，蓝牙芯片所控制的收发器按照一定的码序列，不断地从一个信道跳转到另一个信道；而接收方也是按照相同的跳转规律进行通信。这实际上属于一种硬件加密手段，除非第三方掌握了接收双方的切换信道干什么，否则，从理论上计野外法完整获得信息的，而干扰源也是不可能按同样的规律进行干扰的。跳频的瞬时带宽很窄，但通过扩展频谱技术，可以使这个窄带宽被成倍地扩展成宽频带，使扰的可能性变得很小，由此就可以保证传送的完整性和系统的稳定性。
2.2.2纠错技术
在蓝牙技术中使用了三种纠错方案：1/3比例前向纠错码（1/3FEC）、2/3比例前向纠错码（2/3FEC）和用于数据的自动请求重发（ARQ）方式。
1/3比例前向纠错码是一种较简单的纠错码方式，属于重复码，实现时对每位信息重复三次。2/3比例前向纠错码是一种（15，10）精简的汉明码表示方法，用于部分分组。
使用ARQ方式，在一个时隙中传送的数据必须在下一个时隙得到确认（或超时）信息。只有数据在接收端通过了报头错误检测和循环冗余检测，被认为无错后，才向发送端反回确认信息；否则，返回一个错误信息。
2.2.3微微网
蓝牙支持点对点和点对多点的通信，其最基本的网络组成是微微网。微微网是通过蓝牙技术连接起来的一种微型网络，由一个主设备（Master）和若干个从设备（Slave）组成，且从设备最多为7台。主设备负责通信协议的动作，而从设备则受控于主设备。一个微微网可以是2台相连的设备，也可以是8台连在一起的设备，所有设备单元均采用同一跳频序列。主从设备的拓扑结构如图1所示。
蓝牙给每个微微网都提供了特定的跳转模式，因此，它允许大量的微微网同时存在。同一区域内，多个微微网互联形成了分散网。不同的微微网信道有不同的主单元，因而存在不同的跳转模式。
2.2.4安全性
蓝牙技术的无线传输特性使它非常容易受到攻击，因此，安全机制在蓝牙技术中显得尤为重要。虽然蓝牙系统所采用的跳频技术已经提供了一定的安全保障，但蓝牙技术仍然需要在应用层和链路层上提供安全措施。该措施将用于对等环境，即蓝牙系统每个单元中设备的匹配和加密规则都将以同样的方法实现。在链路层，蓝牙的使用四个参数来保证系统的安全性：每个用户唯一的48位地址、用户的128位验证密钥、用户的8～128位加密密钥、设备产生的一个128位随机数RAND。
蓝牙的低层安全是通过基带和链路管理中的鉴权、匹配和加密完成的。
鉴权基于“竞争-应答”算法，是蓝牙系统中的关键部分，它允许用户为个人的蓝牙设备建立一个信任域。校验器发送一个LMP-au-randPDU分组给请求者，该PDU（协议数据单元）分组含有一个随机数。请求者根据获取的分组计算出应答值，然后将应发回给校验器，验证应答值是否正确。
当两台设备无共用链接字时，则基于个人识别码PIN和随机数创建初始化字Kinit，这一过程为匹配。Kinit字在校验器向请求者发出LMP-in-rand时创建，然后进行鉴权，共计算过程基于Kinit字，而不是链接字。通过鉴权后，链接字即被创建。
加密被用来保护连接中的个人信息，密钥由程序的高层来管理。网络传送协议和应用程序，可以为用户提供一个较强的安全机制，需要注意的是，加密字节全不同于鉴权字。鉴权字具有静态性，而一旦建立加密字，就由运行在蓝牙设备上的具体应用，来决定什么时候和是否需要修改加密字。
3智能家居系统
智能家居的概念起源于美国。它依靠3C技术（ComputerTechnology、Communicati
onTechnology和ControlTechnology），并结合信息家电的发展，为用户提供了一种更加安全、舒适、方便、快捷的智能化和信息化生活空间。其内涵就是“在具有个性化的住宅家庭中，将多元网络信息、多样化的自动化控制以及节能环保等功能，整合到一体化的家庭智能信息管理与自动化监控平台上”。
智能家居是将家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器和家庭保安装置，通过家庭总线技术连接到一个家庭智能化系统上，进行集中的或异地的监视、控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调。这些功能都是通过家庭控制器来实现的。家庭控制器具有家庭总线系统，通过家庭总线系统提供各种服务功能，能和住宅以外的外部世界相连接。所以说，家庭控制器是智能住宅的核心。
智能家居中的信息传输介质，可以分为电话线、电源线、双绞线、电缆和无线技术，其中无线方式是目前最热门的发展方向。
4蓝牙技术在智能家居系统中的应用
正是由于蓝牙技术的低成本、低功耗、高速率、高可靠性和兼容性等特点，使得基于蓝牙技术的智能家居系统能为人们所接受。
（1）家庭环境控制
智能家居的一个重要功能就是对居住环境的控制，即自动或远程控制家庭的温度、湿度、光照、空气质量和热水器等。如今，环境问题已经成为一个直接关系到人们身体健康，乃至生命安全的至关重要的问题，家庭环境也不容忽视。智能家居系统，可以改善人们的生存条件，也可以提高家庭的生活质量。
（2）能源监视与管理
主要是指家庭中的水、电、燃气和供暖的定时开关等。可以自动关灯和关闭电器，节省开支；家中没有人时，可以调节供暖的温度；在电费较低的时段开启电器。
（3）家庭流量计费
目前，大多数远传计量系统采用如下方式：在各个房间内的远传表，通过专用的布线系统连接至各个节点流量控制器，再汇总到物业管理中心进行上位管理。在智能家居系统中如果采用了蓝牙技术，就会出现新的三表远传流量计费系统的局面。
通过在支持蓝牙的微芯片中置入相应程序，并置入流量表中，可以去掉流量表与节点控制器之间的连线，使每个计量末端采用无线方式，降低系统由于线路损坏而带来的系统故障，提高了系统的可靠性。
（4）安防系统
智能家居的基本目标为人们提供一个舒适、安全、方便和高效率的生活环境。这就需要一个安全的家庭体系，其中既包括人身和家庭财产的安全，也包括家庭设备的安全。为了实现这种安全体系，需要配备相关的防卫措施，例如电子门禁、对讲系统、电子防盗系统、玻璃破检测报警系统、室内跑水检测与报警系统、室内有毒/害气体的检测等。
报警控制器连接至社警铃、报警指示灯、电话、若报警，可按预先设置的若干个电话号码，自动拔通进行报警，并报出家中具体是哪个系统报警了。
目前在我国，安防系统是一般智能家居的主要控制内容。
先进的通信、信息技术是智能电网关键技术的基础，更灵活、清洁、安全及经济是“智能电网”技术所追求的目标。有助于实现实时信息快速处理和大电网大区域信息交互，做到实时掌握自身系统的各种反应系统稳定特征的参数变化，诊断预测故障，增强系统的稳定性。
1.1智能电网通信技术
实现智能电网的前提条件是实现通信技术的智能化，进一步实现各种不同信息相互之间的联系，通过这样的一个智能化通信系统可以建立一个高度的智能电网。也就是说集成度高、灵敏性好，双向快速反应的通信系统是智能电网实现的基础，缺少这样的通信系统的支持，也就无从谈起电网的智能化。因此要建设智能电网，我们首先就必须的建立这样的通信系统。
1.2参数量测技术
在智能电网基本的组成部件中参数量测技术显得尤为重要，智能电网中的各项数据信息可以通过先进的参数量测技术获得，这些信息可以在智能电网的各方面使用。智能电网中使用的是智能固态表计，智能固态表计的好处与作用是可以使电力公司与用户进行很好的双向通信技术，提高包括功率因数、相位关系（WAMS）、电能质量、表计损坏、设备状况和故障的定位、线路负荷、变压器和关键元件停电确认、电能消费、预测和温度等数据。
1.3高级的电力电子设备
目前的电能损耗比较严重，其中电力电子设备的使用是其中原因之一，落后的电力电子设备会损耗相当多的电能。而要提高电能的有效利用率的措施之一便是对电力电子设备的改善。高级、先进的电力电子设备可以为用户提供高质量的电能，提高电能的利用率，能满足各种不同的电力需求。高级、先进的电力电子设备设备技术，可以极大地提高输配电系统的性能，提高功率密度和电力生产的效率。高级的电力电子设备有着重要的作用在发电和输电以及配电、用电的过程中。
1.4先进的电力电子技术
有关研究显示先进的电力电子技术的节能效果可达10%～40%，对电能的控制和变换不在采取传统的方法，而是采取更先进的电力电子器件进行变换和控制。电力电子技术的不断发展，为电能的控制和变换提供了硬件条件。目前对电力系统运行要求的不断提高，导致电力电子技术大范围的应用于电力系统发、输、配、用等各个环节。当前电力电子市场上出现了SVC为基础的柔流输电技术；高压变频电气传动技术；新型超高压输电技术；智能开关同步开断技术和静止无功发生器、动态电压恢复器的电力技术等。
二、智能电网的展望
根据现阶段我国的国情，在一些远距离特高电压输送上相对落后，智能电网建设必须要解决好这个问题。同时可以通过智能电网的建设，能更进一步加强地区配电网自动化水平，实现多地区的电网共用，建设灵活、安全、有效、坚固的配电网络，实现对传统的电网结构的优化升级，满足未来社会与经济的发展。3.1分布式能源的接入分布式能源接入改变以往单线的接入方式，采用一种新型的接入方式，通过建立混合树状、网状等接入方式，这样的接入方式可以使每个点既可作为负荷消耗也可作为负荷提供，电力资源的交换得以双向交换。比如风力发电太阳能发电这样的，发电量不大，分布在负荷附近的发电形式叫做分布式能源。与传统的火电、核电、水电集中上网，然后在分布给负荷这种形式相对应的能源接入，节省输电网的投资，提高全系统可靠性，为系统运行提供了很高的灵活性。如电网遇到大风暴和冰雪天气，即使遭到严重破坏，但是其中的分布式电源可自行形成孤岛或微网，向交通枢纽、医院和广播电视等提供应急供电。3.2建立坚强、灵活的电网结构我国能源分布与生产力布局很不平衡，目前急需解决的问题就是如何进一步、优化特高压和各级电网规划。当前全球各国都在努力发展清洁能源，然而由于清洁能源间歇性、不确定性、随机性等本身的特点，因此电网的建设不得不加以考虑，这些因素会带来了极大挑战给电网的安全运行。解决这一问题的关键，在于通过对电网结构的运用灵活，通过电网结构灵活运用可以使电网结构安全可靠，就算是遇到自然灾害和社会灾害等突发灾害性也能保证电网的安全运行。而我们现实智能电网的主要目的便是在于提高电力体系安全性与可靠性，希望实现提高清洁能源规划与电网规划的协调性，能够更好的将新能源介入电网的运行以及并网的运行控制。
关键词：蓝牙技术微微网智能家居系统
1概述
伴随着数字化和网络化的进程，智能化浪潮席卷了世界的每一个角落，成为势不可挡的历史大趋势，其中正在兴起的智能家居建设热潮，就是在这种形势下应运而生的。
但是现代家庭中，弱电线缆越来越多，如电话线、有线电视线、宽带网络线、防盗报警信号线等，带来线缆多、乱的麻烦，因此，家庭弱电系统需要进行统一、规范的管理。然而，传统家庭布线方式因为施工不规范、维护和使用方便等因素，已不能适应当前家庭装修的需要，更无法满足未来智能家居生活的更高要求。蓝牙技术的出现，正发解决了这个问题，使智能家居中的无线控制成为可能。
2蓝牙技术
2.1蓝牙简介
蓝牙技术是Ericsson移动通信公司在1994年开始启动的，其目的是实现最高数据传输速率1Mb/s（有效传输速率为721kb/s）、最大传输距离为10m的无线通信。
“蓝牙（Bluetooth）是一个开放性的、短距离无线通信技术标准，也是目前国际上最新的一种公开的无线通信技术规范。它可以在较小的范围内，通过无线连接的方式、安全、低成本、低功耗的网络互联，使得近距离内各种通信设备能够实现无缝资源共享，也可以实现在各种数字设备之间的语音和数据通信。由于蓝牙技术可以方便地嵌入到单一的CMOS芯片中，因此，特别选用于小型的移动通信设备，使设备去掉了连接电缆的不便，通过无线建立通信。
蓝牙技术工作在全球通用的2.4GHzISM频段。从理论上讲，以2.4GHzISM频段运行的技术能使用距30m以内的设备互相连接，但实际上很难达到。现阶段，蓝牙的发射范围可达10m，可以同时实现8台设备的相互联通。当检测到距离小于10m时，接收设备可动态地调节功能；当业务量减小或停止时，蓝牙设备即可进入低功耗工作模式。
2.2蓝牙中的关键技术
2.2.1跳频技术
蓝牙工作的频段是全球通用的2.4GHzISM频段。该频段对所有无线电系统都开放，因此，蓝牙在使用过程中经常会遇到不可预测的干扰源，例如手机、无绳电话、微波炉等。这使得蓝牙系统的传送错误率远远高于实际应用水平，为此，采用跳频技术是避免干扰的一项有效措施。
所谓跳频技术，就是将整个频带分成若干跳频信道（HopChannel）。在一次连接中，蓝牙芯片所控制的收发器按照一定的码序列，不断地从一个信道跳转到另一个信道；而接收方也是按照相同的跳转规律进行通信。这实际上属于一种硬件加密手段，除非第三方掌握了接收双方的切换信道干什么，否则，从理论上计野外法完整获得信息的，而干扰源也是不可能按同样的规律进行干扰的。跳频的瞬时带宽很窄，但通过扩展频谱技术，可以使这个窄带宽被成倍地扩展成宽频带，使扰的可能性变得很小，由此就可以保证传送的完整性和系统的稳定性。
2.2.2纠错技术
在蓝牙技术中使用了三种纠错方案：1/3比例前向纠错码（1/3FEC）、2/3比例前向纠错码（2/3FEC）和用于数据的自动请求重发（ARQ）方式。
1/3比例前向纠错码是一种较简单的纠错码方式，属于重复码，实现时对每位信息重复三次。2/3比例前向纠错码是一种（15，10）精简的汉明码表示方法，用于部分分组。
使用ARQ方式，在一个时隙中传送的数据必须在下一个时隙得到确认（或超时）信息。只有数据在接收端通过了报头错误检测和循环冗余检测，被认为无错后，才向发送端反回确认信息；否则，返回一个错误信息。
2.2.3微微网
蓝牙支持点对点和点对多点的通信，其最基本的网络组成是微微网。微微网是通过蓝牙技术连接起来的一种微型网络，由一个主设备（Master）和若干个从设备（Slave）组成，且从设备最多为7台。主设备负责通信协议的动作，而从设备则受控于主设备。一个微微网可以是2台相连的设备，也可以是8台连在一起的设备，所有设备单元均采用同一跳频序列。主从设备的拓扑结构如图1所示。
蓝牙给每个微微网都提供了特定的跳转模式，因此，它允许大量的微微网同时存在。同一区域内，多个微微网互联形成了分散网。不同的微微网信道有不同的主单元，因而存在不同的跳转模式。
2.2.4安全性
蓝牙技术的无线传输特性使它非常容易受到攻击，因此，安全机制在蓝牙技术中显得尤为重要。虽然蓝牙系统所采用的跳频技术已经提供了一定的安全保障，但蓝牙技术仍然需要在应用层和链路层上提供安全措施。该措施将用于对等环境，即蓝牙系统每个单元中设备的匹配和加密规则都将以同样的方法实现。在链路层，蓝牙的使用四个参数来保证系统的安全性：每个用户唯一的48位地址、用户的128位验证密钥、用户的8～128位加密密钥、设备产生的一个128位随机数RAND。
蓝牙的低层安全是通过基带和链路管理中的鉴权、匹配和加密完成的。
鉴权基于“竞争-应答”算法，是蓝牙系统中的关键部分，它允许用户为个人的蓝牙设备建立一个信任域。校验器发送一个LMP-au-randPDU分组给请求者，该PDU（协议数据单元）分组含有一个随机数。请求者根据获取的分组计算出应答值，然后将应发回给校验器，验证应答值是否正确。
当两台设备无共用链接字时，则基于个人识别码PIN和随机数创建初始化字Kinit，这一过程为匹配。Kinit字在校验器向请求者发出LMP-in-rand时创建，然后进行鉴权，共计算过程基于Kinit字，而不是链接字。通过鉴权后，链接字即被创建。
加密被用来保护连接中的个人信息，密钥由程序的高层来管理。网络传送协议和应用程序，可以为用户提供一个较强的安全机制，需要注意的是，加密字节全不同于鉴权字。鉴权字具有静态性，而一旦建立加密字，就由运行在蓝牙设备上的具体应用，来决定什么时候和是否需要修改加密字。
3智能家居系统
智能家居的概念起源于美国。它依靠3C技术（ComputerTechnology、CommunicationTechnology和ControlTechnology），并结合信息家电的发展，为用户提供了一种更加安全、舒适、方便、快捷的智能化和信息化生活空间。其内涵就是“在具有个性化的住宅家庭中，将多元网络信息、多样化的自动化控制以及节能环保等功能，整合到一体化的家庭智能信息管理与自动化监控平台上”。
智能家居是将家庭中各种与信息相关的通信设备、家用电器和家庭保安装置，通过家庭总线技术连接到一个家庭智能化系统上，进行集中的或异地的监视、控制和家庭事务性管理，并保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调。这些功能都是通过家庭控制器来实现的。家庭控制器具有家庭总线系统，通过家庭总线系统提供各种服务功能，能和住宅以外的外部世界相连接。所以说，家庭控制器是智能住宅的核心。
智能家居中的信息传输介质，可以分为电话线、电源线、双绞线、电缆和无线技术，其中无线方式是目前最热门的发展方向。
4蓝牙技术在智能家居系统中的应用
正是由于蓝牙技术的低成本、低功耗、高速率、高可靠性和兼容性等特点，使得基于蓝牙技术的智能家居系统能为人们所接受。
（1）家庭环境控制
智能家居的一个重要功能就是对居住环境的控制，即自动或远程控制家庭的温度、湿度、光照、空气质量和热水器等。如今，环境问题已经成为一个直接关系到人们身体健康，乃至生命安全的至关重要的问题，家庭环境也不容忽视。智能家居系统，可以改善人们的生存条件，也可以提高家庭的生活质量。
（2）能源监视与管理
主要是指家庭中的水、电、燃气和供暖的定时开关等。可以自动关灯和关闭电器，节省开支；家中没有人时，可以调节供暖的温度；在电费较低的时段开启电器。
（3）家庭流量计费
目前，大多数远传计量系统采用如下方式：在各个房间内的远传表，通过专用的布线系统连接至各个节点流量控制器，再汇总到物业管理中心进行上位管理。在智能家居系统中如果采用了蓝牙技术，就会出现新的三表远传流量计费系统的局面。
通过在支持蓝牙的微芯片中置入相应程序，并置入流量表中，可以去掉流量表与节点控制器之间的连线，使每个计量末端采用无线方式，降低系统由于线路损坏而带来的系统故障，提高了系统的可靠性。
（4）安防系统
智能家居的基本目标为人们提供一个舒适、安全、方便和高效率的生活环境。这就需要一个安全的家庭体系，其中既包括人身和家庭财产的安全，也包括家庭设备的安全。为了实现这种安全体系，需要配备相关的防卫措施，例如电子门禁、对讲系统、电子防盗系统、玻璃破检测报警系统、室内跑水检测与报警系统、室内有毒/害气体的检测等。
报警控制器连接至社警铃、报警指示灯、电话、若报警，可按预先设置的若干个电话号码，自动拔通进行报警，并报出家中具体是哪个系统报警了。
目前在我国，安防系统是一般智能家居的主要控制内容。
1物联网技术在智能图书馆的应用
1．1物联网技术在借还书自助服务中的应用在物联网中应用了射频识别系统，该系统能够辅助借阅者自助借书、还书。这样的服务方式就实现了自助效果，大大节省了读者借还书的时间，读者借还书过程中完全实现了智能化和自动化，只要借阅者把自己所需要的图书放置在借阅感应器之上，物联网技术系统中的射频识别系统就会自动识别出该书的信息。图书馆使用了物联网技术还可以开展为预借的书提供帮助模块，该模块的具体应用为在读者放取借书证以后，能够帮助读者把他们想要借到的书籍提取出来，这种方式实现了24小时不间断服务［8］。
1．2物联网技术在图书馆库存清点中的应用在传统图书馆图书管理中，清点库存，会需要大量的时间、人力、物力等，甚至还需要闭馆，这种库存清点方式对各个方面造成的不良影响都非常大。而物联网技术的应用只需要对书架上的书进行扫描就可以获得书的数量信息，操作方式简便，这种方式不但没有影响图书馆的正常工作，而且还提高了库存清点的准确性。通过射频识别系统，书的具体信息都会传入到图书馆的数据库当中，在数据库中就可以对这些信息整理分析，从而确定馆中图书状况，对于借阅和归还的数据信息还可以进行对比，并形成一定的统计数据，最重要的是，物联网技术系统可以实现多个平台同时进行库存清点，甚至还支持离线工作，这就大大提高了图书馆图书管理的智能化。
2物联网关键技术及未来发展
2．1感知、识别技术该技术是对实际世界内容进行感知的基础，感知技术所依靠的是一种传感器，在该传感器的作用下，能够对其范围内物体的信息进行整合。识别技术的代表为RFID技术，该技术是一种现代技术的集合，包括通信技术、数据技术等。当前，该技术主要是以高频与低频为主，超高频技术正在发展中，尚未成为主流技术，但是，在未来物联网技术的发展中，该技术是主要方向。和过去的条形码标签比起来，这种标签是有特定的元件和芯片组成的，每个标签都有独一无二的电子编码。该技术的应用，对于智能图书馆的建立具有非常重要的促进作用。
2．2节结点技术在物联网中的结点有两种表现形式，一种是感知结点，另一种是网关结点。这些结点所处的使用环境不同，其产品的表现方式也是不同的，但是，从技术上来看，其囊括了软件技术和硬件技术，软件指的是各种操作系统、控制软件，而硬件则是指技术应用所借助的各种设备。这种技术的使用，可以把图书馆内所有的资源和读者的通信协议进行交换和共享，读者需要什么不用动身通过网络就能够完成。这种网络的分析和记忆能力也超乎我们的想象，它还能智能化地分析读者的需求和个人爱好，同时为读者提供相应的数据库信息，对于读者所需求的信息和文献资源还能够进行追踪服务，在进行追踪服务的基础上，通过智能化的分析来寻找读者的潜在需求，这样就能够通过这个网络来为读者提供人性化和个性化的各种信息，这样就丰富和发展了图书馆的信息。这些技术都是当前在物联网技术中应用比较广泛的，其中有些技术现在已经是成熟状态，而有些技术则处于研究状态，这些处在研究状态中的技术就是物联网技术未来的发展方向，也是物联网技术创新发展的关键点，在市场经济条件下，物联网技术应该朝着应用方向发展，让先进的技术为我国人民的生产生活提供更多的方便。
作者：杨丹丁文伍单位：湖南图书馆长春市图书馆
目前，随着我国各城市不断推进“智慧城市”建设，对于建筑能源的管理已经从原来的单个建筑的管理发展到面向整个城市建筑的能源综合性管理。目前，不管是城市的有关管理部门还是能量使用单位，都需要建立有效的建筑能源管理体系，在对建筑能源消耗监测的基础上进行能源的审计，最终实现建筑的节能。
2物联网技术
物联网，简单的理解就是物与物之间相连的网络。物联网是信息技术和工业化时展的产物。物联网技术主要由传感技术、控制技术和信息通信技术融合而成，能够借助互联网将生活中的一切物品的识别、定位、远程控制和管理等通过专用的传感器设备进行互联互通。物联网技术是对互联网的一种拓展和延伸，是一种在21世纪全面互联互通的智能化网络。在如今，由于不断有各种不同领域的物联网解决方案的形成，促进了物联网技术的发展。在智能建筑的能源管理中，应用物联网技术之后，进一步提升了建筑的能源管理能力，节约了更多的能源资源。
3智能建筑能源管理系统与物联网的融合
智能建筑作为信息技术在建筑领域广泛应用而产生的一种新型产物，主要是以建筑物为平台，依靠相关的建筑设备和对象，借助智能化的技术，为人们提供一种全方位的舒适的建筑环境，体现了建筑的安全性、高效性、节能性和环保性。时代的发展，对于建筑智能化集成管理就必须对建筑的能源进行管理，将各种系统进行综合、协调和控制，实现对建筑的统一管理，提升建筑内整体的能耗水平的下降。在智能建筑中，能源管理系统的结构主要为三层结构，分别为现场层、网络层和管理层。在现场层中，主要包含的是现场采用的各种设备，如传感器、智能仪表等。在现场层中，通信一般采用的是现场总线标准。网络层则是现场层与管理层之间进行有效通信的桥梁，实现设备的采集指令的发送和采集信息的传送功能。管理层则主要是实现对现场设备统一的监视、控制和管理，并将现场采集到的各种信息数据进行保存，此外，还具备报警功能。智能建筑能源管理系统的三层结构，对于实现智能建筑能源管理系统与物联网的融合奠定基础。现场层能够采用物联网技术所需的各种智能化设备。网络层能够实现不同方式的通信，满足物联网的远程监控和管理需求。管理层能够有效采用物联网技术中的云计算技术进行数据的处理。在物联网技术与智能建筑能源管理系统进行良好融合的过程中，一方面需要对当前智能建筑能源管理系统进行分析然后采取措施进行完善，另一方面需要将完善后的智能建筑能源管理系统接入到物联网平台，这样才能有效发挥出物联网技术的优势，实现智能建筑能源管理系统与物联网技术的融合。
4物联网技术在智能建筑能源管理系统中的有效运用实例
物联网技术作为当前最新型的技术，在智能建筑的能源管理系统中，目前已经得到了较为广泛的应用。从前文论述可知，物联网技术能够与能源管理系统的三层结构进行有效的融合，在实践过程中，也验证了上述说法。本文以某小区的能源管理系统为例，分析物联网技术在智能建筑能源管理系统中的有效运用。
4.1能源管理应用方案架构
某科技园区的能源管理应用方案进行分析。其能源管理系统的架构图如图1所示。
4.2能源管理系统功能
在此能源管理系统中，能够按照三层架构模式进行设计，实现了如下几个方面的工作。（1）能够对建筑物内的各分项能耗进行计量，例如对水、电、煤气、温度、湿度、冷热流量等信息的采集。（2）对建筑能耗进行公示。在数据采集之后，一方面将数据传入能源管理系统供有关人员分析并提出合理的节能措施，另一方面，能够将相关信息借助显示屏显示，方便唤起公众对建筑能耗的关注。（3）对建筑的环境以及重点的设备进行监控。引入相关的传感器设备，实现对建筑内的给排水、空调、照明、电梯等系统的运行进行监控，方便远程进行节能诊断。（4）便于进行能耗审计。（5）对节能效果进行评估分析并远程控制有关设备的运行状况。
4.3应用效果
1.1电力通信技术在输电领域的应用
在智能电网系统中输电系统也是不可缺少的，如今的输电系统已经彻底改变了传统输电模式，开始建设一批特高压电网骨干网架，可以在很大程度上满足电能输送，还可以降低电能损耗，进一步实现了电力系统的升级。而在建设特高压电网骨干网架的过程中，必须要强化输送能力和电网监控水平，这就要求将完善可靠的电力通信技术应用到智能电网的构建之中。这样不仅可以采用不同方式的接入机构，还可以在电网运行控制程度上得到提升，电力通讯技术的出现可以在电网继电保护和调度控制上起到很大的作用，可以确保各个模块之间的正常通信，实现信息共享。随着电力通讯技术的变革，越来越多的通讯功能开始应用到输电系统中，可以实现安全预警和可视化检测，这样就可以在很大程度上减少电网出现故障的几率。
1.2电力通信技术在变电领域的应用
在智能电网系统中变电系统也至关重要，电力通信技术在变电领域也得到了广泛应用，无论从组成机制上还是运行机制上都起到了不可或缺的作用，智能变电站想要实现电能转变、效率分析、电量统计就必须要采用电力通信技术，只有电力通信技术才能实现变电系统中的信息采集、测量、控制、保护等基本功能，同时电力通信技术的应用对于智能变电站运行和控制都提供了丰富的数据，这些数据可以对变电系统起到保护和协调作用，进一步提高变电站的工作效率。
1.3电力通信技术在配电领域的应用
配电系统是智能电网中最为重要的一个环节，可以将电能分配到千家万户，实现电能的使用，在这个过程中信息量十分庞大，配电系统必须必备很强的兼容性，这时也就少电力通讯技术起作用的时候了。电力通信技术在配电运行过程中将计算机软硬件设备和各种传感器设备进行协调，将电能变得更为优质，同时电力通信技术在配电网络出现故障时可以进行自动修复，抵御各种外来影响因素的破坏。
2当前我国电力通信技术在智能电网应用过程中存在的一些问题
2.1电网运行不够稳定
在电网运行过程中经常会出现电力系统不稳定的情况，这主要是由于受到了外来影响因素的干扰，但是在目前我国电力系统中电力运行不稳定已经成为普遍存在的问题，在电网正常运行时有很多因素会出现，这些因素的产生直接影响到电网功率高低，造成电网功率不平衡，而且目前没有办法将这些干扰因素彻底消除，唯一能做的就是在一定程度上抑制干扰程度。
2.2安全管理质量存在缺陷
由于智能电网在运行过程中需要高度的安全性，这时电力通信技术的存在就弥补了这一点，当智能电网出现电力故障时通信系统可以在一定程度上做出抵御，但是对于一些大型电力故障电力通讯系统还是无法进行控制，这时如果没有问题反馈系统就有可能造成更大的事故。当前我国电力系统在电力通信管理方面工作的质量还有待提高，甚至可以说是存在一些缺陷。首先在协同管理方面智能电网系统中的网络信息并不安全，很多情况下不能实现网络管理机制。其次是缺乏一个能够与实际情况相适应的科学合理的管理机制，在智能化电网的建设和发展过程中，我们一直在强调的都是电力通信技术创新和应用工作，而往往是忽略对相应管理措施的探索和研究，使得管理工作一直滞后于技术的发展，没有形成一个切实科学的管理办法和规章制度，导致在实际的管理和维护过程中对某些问题和隐患表现得束手无策，有时候甚至是只能任凭问题的发生和事故的扩大化。
2.3相关岗位人员能力素质还有待提高
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基于Cortex—M3的智能家居监控系统的设计
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关键词:人工智能;理论传授;实验训练;科研训练
人工智能(Artificial Intelligence,AI)是计算机科学与技术专业的一门重要专业课程,是一门研究运用计算机模拟和延伸人脑功能的综合性学科。它研究如何用计算机模仿人脑所从事的推理、证明、识别、理解、设计、学习、思考、规划以及问题求解等思维活动,并以此解决需要人类专家才能处理的复杂问题,例如咨询、诊断、预测、规划等决策性问题[1]。人工智能是一门涉及数学、计算机、控制论、信息学、心理学、哲学等学科的交叉和综合学科。目前,人工智能很多研究领域,如自然语言处理、模式识别、机器学习、数据挖掘、智能检索、机器人技术、智能计算等都走在了信息技术的前沿,有许多研究成果已经进入并影响了人们的生活。
2003年12月5日,国内第一个“智能科学与技术”本科专业在北京大学诞生[2],它标志着我国智能科学与技术本科教育的开始,对我国智能科学技术人才培养和智能科学与技术学科建设起到极大的带动作用。目前,人工智能课程的教学存在几个问题:首先,注重讲授理论知识,实验环节滞后,这不利于培养学生的实践能力,更谈不上实践创新。其次,人工智能是交叉学科,内容比较繁杂,各种教材的内容不一样,授课没有统一的体系,学生学习时抓不住重点,不能理解人工智能的根本方法和思想。一般说来,计算机专业的其他课程,如网络技术、数据库技术、算法分析与设计等,都是求解结构化问题的基本技术,而人工智能技术则是解决非结构化、半结构化问题的有效技术。最后,人工智能科学与技术飞速发展,但目前人工智能只被视为一门专业课,课程讲授和人工智能没有作为一个研究方向结合起来,也没有把传授课本知识和引导启发创新结合起来。
适应知识经济发展的高等教育,要把培养创造精神和创新能力摆在突出的位置。创新是基础研究的生命,而高等学校的教学只有与科研紧密结合,才能在培养学生的创新精神方面有所作为。为此,针对人工智能的课程特点,我们积极开展研究型教学、研究型学习,提高大学生的学习能力、实践能力和创新能力的研究与实践。在教材上,我们选用了清华大学出版社出版、马少平等编写的《人工智能》。我们的教学研究与实践的主要内容包括三个方面:启发式传授人工智能解决问题的非结构化的思想;成体系的实验训练;以及与毕业论文,学校大学生科研项目资助计划,国家大学生创新性实验计划相对接的科研训练。这三个主要方面,层层递进、环环相扣,是体系完整的创新型人工智能教学实践。下面,我们就这三个方面内容展开探讨。
1启发式传授人工智能解决问题的非结构化思想
现实世界的问题可以按照结构化程度划分成三个层次[1]:1)结构化问题,能用形式化(或称公式化)方法描述和求解的一类问题;2)非结构化问题,难以用确定的形式来描述,主要根据经验来求解;3)半结构化问题,介于上述两者之间。一般说来,计算机专业的其他课程如网络技术、数据库技术、算法分析与设计等,都是求解结构化问题的基本技术。而人工智能技术则是解决非结构化、半结构化问题的有效技术。人工智能的教学可以让学生在体验、认识人工智能知识与技术的过程中获得对非结构化、半结构化问题的解决过程的了解,从而达到培养学生多角度思维的目的。
我们使用的教材主要内容包括搜索和高级搜素、谓词逻辑和归结原理、知识表示、不确定性推理方法、机器学习等。这些主要内容也可以相应地归结为若干个典型算法,如启发式A*搜索算法、 剪枝算法、元启发式算法(模拟退火,遗传算法)、谓词逻辑归结算法、贝叶斯网络、决策树、神经网络(BP算法、自组织网络和Hopfield神经网络算法)。元启发式算法是一种启发式的随机算法,是用来解决非结构化问题的典型算法,其思想和传统的决定性算法如动态规划、分支限界完全不一样。学生在刚一接触到这些元启发式算法一时难以接受和理解其机理,对算法的有效性往往半信半疑。根据非结构化、半结构化问题的特点,讲解和演示算法在解决此类问题的具体步骤和详细过程,从而让学生掌握人工智能算法的基本思想。在讲解不同的元启发式算法的时候,学生会问,是模拟退火算法强,还是遗传算法强;在讲到机器学习算法的时候,学生会问到底哪个分类算法最好,这时候我们可以把搜索(优化)领域和机器学习领域的“没有免费午餐”定理进行适当的讲解和解释,从而把具体算法实现层面之上的一些人工智能的哲学思想进行传授。
在人工智能的具体教学中,采用问题教学法和参与式教学法。在问题教学法中,围绕人工智能的知识模块,在引导学生发现各种各样问题的前提下,传授知识。教学活动中,尝试使人工智能知识围绕实际问题而展现,使问题不仅成为激发学生求知欲的前提,也成为学生期盼、理解和吸收知识的前提,以此激发学生的创造动机和创造性思维。在参与式教学中,打破人工智能算法的枯燥、沉闷的传统教学法,尝试开放式教学内容;提问式讲课;无标准答案的课程设计;查找文献,分组动手实现人工智能算法等参与式教学方法,培养和发扬学生的参与意识,通过参与式教学提高学生学习的主动性、积极性和效率,培养学生的动手能力和创新能力。
2成体系的实验训练
独立开展人工智能实验课程,开发一批新型、富有创意的实验案例库,搭建一个创新实验和虚拟学习社区平台。人工智能实验课程的特点是应用各种人工智能方法,根据问题的约束、结构、信息进行表示建模和计算机上实现,是与人工智能原理同步的实验课程。学生必须掌握的人工智能的基本原理和计算机操作技能,它对于学生的知识、能力和综合素质的培养与提高起着至关重要的作用,在整个教学过程中占有非常重要的地位,是计算机软件、计算机应用、计算机网络、软件工程等专业的一门重要的必修专业课程。通过实验,学生得到严格的训练,能规范地掌握人工智能的基本理论和主要方法、基本问题求解技术,熟悉各种计算环境的基本使用。
在培养学生掌握实验的基本操作、基本技能和基本知识的同时,努力培养学生的创新意识与创新能力。为实现这一目标,在课程内容安排上采用适量基本原理与方法的实验内容为基本内容,增加一系列综合性实验和开放性创新实验问题,在实验内容方面更注重研究性实验中的创新问题。实验内容方面分为三个层次:基本原理的基础性实验、综合实验和研究性实验。在后两个层次的实验中,部分引入人工智能课程小组团队的最新科研成果,目的在于通过完成这些研究性实验,培养学生独立解决实际问题的能力,以提升学生的科研素质与创新意识。我们将这些设计实验称为新型实验案例库,它被放在人工智能课程小组网站上,以此搭建一个创新实验和虚拟学习社区平台。通过实验课程的学习和训练,学生应达到下列要求。
1) 掌握人工智能方法的优点及其在实际中的应用。
2) 学会对人工智能问题进行分析建模和应用各种计算工具实现问题求解,熟悉对实验现象的观察和记录,实验数据的获取与设计,最佳实验条件的判断和选择,实验结果的分析和讨论等一套严谨的实验方法。
3) 巩固并加深对人工智能原理课程的基本原理和概念的理解,培养学生勤奋学习,求真求实的科学品德,培养学生的动手能力、观察能力、查阅文献能力、思维能力、想象能力、表达能力。
4) 通过完成综合研究性实验,培养学生独立解决实际问题的能力,提高学生的科研素质与创新意识。
在培养学生掌握实验的基本操作、基本技能和基本知识的同时,进一步培养学生分析问题和解决问题的能力,培养学生的创新意识、创新精神和创新能力,为学生今后从事科研、教学或企事业单位的分析检验以及新技术的研发工作打下扎实的基础。
在实验组织方面,根据各实验的目的和要求,学生分为5人1组,指定一个组长,每组选择1套实验题目。基础实验题目要求达到27学时、综合性实验题目选择1题和研究性实验题目选择1题,基础实验题目要求在规定时间内,小组独立完成实验测定、数据处理,并撰写实验报告。实验过程中, 要求学生勤于动手, 敏锐观察, 细心操作, 开动脑筋, 分析钻研问题, 准确记录原始数据, 经教师检查,实验及其原始数据记录才有效。同时,团队作业,需要多人分工合作、相互帮助,这样可以提高人际交往和沟通能力,学会与他人合作,培养团队创新能力。
3课程学习与毕业论文,科研训练相结合
人工智能技术在一定程度上代表着信息技术的前沿和未来,通过学习和体验人工智能的知识和技术,学生能够在一定程度上了解信息技术发展的前沿知识,这有助学生开阔视野、培养兴趣,为今后继续深造或走向社会奠定坚实的基础[3-4]。
人工智能的理论和方法广泛应用于数据挖掘、机器学习、模式识别、图像处理中,这些内容既是高年级的后续课程,又是现在热门的研究方向。学习和深刻理解人工智能的理论、方法和应用,对后续课程学习以及今后的研究具有重要的意义。
我院规定大学三年级的学生开始联系毕业论文指导导师,同时确定毕业论文的研究方向,提前进行科研实践,以培养实践能力和研究素质。人工智能课程正好是大三高年级开设的专业课,因此,我们把课程实验及设计与同学的兴趣相结合,引导学生,并提炼和形成学生的毕业选题和课外的科研方向,它是提高本科生研究创新能力的有效手段。
基于新的教学实践,很多学生的选题都与上述归纳的人工智能若干算法相关,如算法本身的研究和改进,或是算法在各领域,如数据挖掘、图像处理等的应用。在我们的科研能力训练计划中,一批项目和课题,如混合神经网络的研究与应用、差分演化算法研究与应用、基于协同训练的推荐系统等,分别受到国家和学校本科生科研项目立项资助。一批三四年级的本科生以第一作者身份在国内核心期刊、国际会议和期刊上发表学术论文,这激发了学生的科研兴趣,使学生体会到了创新的乐趣。
总之,课程学习与毕业论文、学校大学生科研项目资助计划、国家大学生创新性实验计划相对接的科研训练,极大地提升了学生的创新能力和科研基本素质。
4结语
针对人工智能的课程特点,我们积极开展研究型教学、研究型学习,提高大学生的学习能力、实践能力和创新能力的研究与实践。我们的教学研究与实践主要内容包括三个方面:启发式传授人工智能解决问题的非结构化的思想;成体系的实验训练;以及与毕业论文、学校大学生科研项目资助计划、国家大学生创新性实验计划相对接的科研训练。这三个主要方面,层层递进、环环相扣,是体系完整的创新型人工智能教学实践,新的改革和实践在教学中取得了令人满意效果。
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Reform and Practice of Innovative Teaching in Artificial Intelligence
WANG Jia-hai, YIN Jian, LING Ying-biao
(Department of Computer Science, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510006, China)
关键词：社交商务智能；商务智能；合作博弈
一、绪论
引用维基百科的定义，社会化商务智能（social BI）是指经由云技术的终端用户实现的对顾客业务分析报告和显示盘的创建、推介和分享，社会化商务智能使得基于用户生成的分析和基于专业人士的商业分析和数据挖掘分析二者实现协同发展。它是对传统商务智能（BI）所涉范围的拓展，将商务智能的决策支持功能延伸到企业视角，使得企业商务决策的来源、方法和标准不再局限于单个企业，是更多企业决策能力的协同。Spotfire的市场总监Mark Lorion把社会化商务智能看作是“更为协作型的分析”。对于一个企业，它意味着跨企业协作时代的来临，即利用建立在核心商务智能工具上的商务智能功能在社会化程度上的 “互动”。直观上讲，社会化商务智能的价值在于扩大了信息来源的范围，优化了分析方法，使得商务决策更加合理有效。同时，它还对企业的经济行为产生影响，基于社会化商务智能背景下的企业必须调整自身行为，扩大企业网络，以更好地参与市场竞争。
二、文献回顾
Fei-Yue Wang et al（2007）认为社会信息学向社会智能的转移是通过对社会行为的建模分析、提取人类社会动力学因素以及认为创立社会机构并产生可行的社会认知而形成的。James E. Powell（2011）收集了如何将社会化媒体整合到商务智能的分析之中，并对其为企业带来的效益增加作了阐述。Lynn Wu（2013）则考察了社交网络效应对员工的生产效率和工作保障的影响，并将该用户间的效应关系分为两个独立方面，工具性关系和表达性关系。
在此，基于企业间协同的社会化商务智能把企业看作社交网络中的结点，联系企业间的相互关系来传递客户信息和决策分析方法等，以此提升行业的整体运营效率。然而，理性的企业个体更多地是考虑自身的利益，而非集体利益，这就有可能在协同企业间产生囚徒困境（Prisoner's dilemma）的结果。为此，分析不同企业间的策略是独具价值的。
三、社会化商务智能下的企业竞争行为分析
1、企业竞争行为的变革
社会化商务智能的作用在于提高企业间的协作，由这种协同效用而推动整个企业集团的发展提高。然而，由于现实中的企业行为难以观测，往往只是等到个别企业采取不合作策略之后才能发觉其破坏行为。这对于合作次数有限的企业来说无疑造成了机会损失。由此，在社会化商务智能的环境下，企业间订立合理的信息披露标准和统一的考量标准，使得企业间的行为更加透明，信息更加对称。这样，就可以从技术角度上杜绝个别企业的毁约行为。
2、博弈分析
考量企业集团内企业间的行为普遍的是两个企业间的互动。更加实时透明的企业行为使得社会化商务智能背景下的企业行为由非合作博弈转向合作博弈（见图1）。
示例图 1 两个企业时的策略性行动
情况（1）和（2）表示采用社会化商务智能前后，企业集团间的状况；参与者A和参与者B分别代表由社会化商务智能而互动起来的两类能力和规模均相同的企业或企业集团。C代表真实披露企业信息和检测手段；N则代表有意误报信息。支付矩阵中的支付值仅用于说明情况（策略（N，N）表示博弈回到采用社会化商务智能前的情况），不代表具体某些具体支付。
显然，从上述支付举证中可以看出，采用社会化商务智能后，两个企业集团间的状况转变为正和博弈，其最优结果由一个纳什均衡解（C，C）构成，即在采用社会化商务智能手段后，企业集团间的行为为双方都合作时，企业彼此均达到最优情况，形成双赢局面。
四、总结与展望
通过以上对于社会化商务智能的分析探讨，论文前瞻性的对社会化商务智能进行了介绍。同时，分析了在社会化商务智能的背景下企业的策略，并得出结论，在社会化商务智能的大背景下，企业集团间的竞争行为由原先的零和博弈转变为正和博弈，合作有利于参与者双方。所以，“社交”产生的协同效应为企业合作带来了新的利益增长点。而商务智能则使得市场中信息不对称程度大大降低。综合这两个方面，社会化商务智能提高了企业运营效率，优化了企业间的行为，促使社会福利增加，最终提升了市场效率。
尽管论文为商务智能研究提供了新的视角，但是其中也不乏些许不足之处。一方面，对社会化商务智能的探讨还不够深入，在分析中难以深入社会化商务智能的核心，量化社会化因素。另一方面，对于企业集团的策略行为分析及其分析模式没有很具有说服力的来源。而以上这些都可以成为论文进一步研究的切入点。（作者单位：云南财经大学）
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智慧城市不仅能够对信息进行机器理性的智能化处理，还应拥有情感智能,并能根据环境的情景感知与人们的情感需求,提供更加人性化的服务。因此，从技术层面和实现城市管理与服务的方式来看，“情景感知”与“情感智能”是通往“智慧城市”的智慧之门。
自从2009年IBM公司首次提出“智慧城市”的概念及其技术体系架构以来，欧盟、美国、日本、加拿大、新加坡、澳大利亚等世界发达国家和中国台湾地区都围绕着上述主题展开了热烈的讨论与研究，并给出了各自的发展规划。在中国，据不完全统计，已有超过100个智慧城市（镇）的建设方案出台，智慧城市已成为实现城市科学发展和为人们创造智慧新生活的美好蓝图。
智慧城市是城市信息化发展的高级阶段，不仅要以智慧的方式来深入思考城市的包容性发展，还应通过新一代智慧技术促进城市管理与服务的深刻变革及其技术基础体系的提升，带动新一轮智慧产业的发展，更好地实现以人为本的终极发展目标。我们认为，城市的信息化发展可以划分为信息城市、数字城市、智能城市和智慧城市四个阶段。智慧城市不仅对信息能够进行机器理性的智能化处理，还应拥有情感智能并能根据环境的情景感知与人们的情感需求提供更加人性化的服务。因此，从技术层面和实现城市管理与服务的方式来看，“情景感知”与“情感智能”是通往上述“智慧城市”的智慧之门。
一、智慧城市的智慧特征
关于智慧城市的基本概念，各国学者从新一代信息技术的运用和信息的流动特征、全面感知与互联、整合创新和为城市居民创造新生活，以及实现城市社会与经济包容式的“智慧”发展等角度给出了各自的理解与定义。政府相关部门也指出：智慧城市应提升到“以人为本”、“发达的智能”、“有效的运行”三者协调统一的“智慧”高度。但是，在智慧城市的智慧特征及其基本的技术内涵上，尚未形成科学、严格的界定。
按照心理学的定义，将人类感觉、记忆、思维、语言、行为的整个过程称为智能过程，它是智力和能力的表现，可以分别用“智商”和“能商”来描述他们的程度水平。智慧通常指对事物能迅速、灵活、正确地理解和处理的能力，也就是在面对具体环境中的事物时，发挥智能和运用智能的能力。20世纪90年代初，耶鲁大学心理系的Salovey和新罕布什尔大学的Mayer发现智慧与人类的情感有着密切的关系，从而提出了“情感智能”（Emotional Intelligence）的概念。其程度水平的衡量指标就是我们所熟知的“情商”，它可以调整智商和能商的正确发挥，或控制二者恰到好处地发挥它们的作用。因此，如果我们把传统意义上的智力和能力的综合称之为理性智能的话，对“智慧”的理解应侧重于如何通过情感智能来更好地发挥和运用上述理性智能。
自从城市发展进入信息化时代以来，信息的表现形态、传播方式及其开发利用对城市管理与服务所产生的深刻变革已成为区分城市信息化发展不同阶段的重要特征。从上述角度看，城市的信息化发展可以划分为信息城市、数字城市、智能城市和智慧城市四个阶段。其中：信息城市通过电话、传真、电报、远程视频等电子通讯手段为人们提供了全新的信息交流方式；数字城市通过计算机网络等数字通讯手段使得上述信息的表现形态和传播方式进入到了数字化的新阶段；智能城市通过机器的理性智能对上述信息进行深加工处理，以机器学习和知识的运用为基础为人们提供各类智能化的服务；智慧城市将进一步使得机器能够根据对环境情景及人类情绪信息的感知、获取、计算和分析，为人们提供更加人性化的智慧服务。
我们从信息的形态与传播、信息资源开发利用、信息服务关注重点等三个方面，给出了城市信息化发展四个阶段的主要特征，如表1所示。
自情感智能的概念提出以来，相关领域的研究已成为现代心理学、神经科学、信息科学等众多学科共同关注的前沿热点。1997年，美国麻省理工学院的Picard出版了著名的《情感计算》（Affective Computing）一书，阐述了人类的情感能够通过外在表现出的情绪信息在一定程度上被计算机所获取、处理、计算和表达，使得机器能够给出符合人们情感需求的人性化反应，从而具备一定的情感智能。目前，上述技术已经开始应用于城市管理与服务的众多领域，使人们真正体验到了“智慧”的魅力。通过机器的理性智能与情感智能的有机结合来感知人类所处的具体环境及其内在的情感需求，从而为人们提供更加人性化的智慧服务，是智慧城市最基本的“智慧”特征。
二、情景感知与情感智能
从人工智能领域来看，情景感知（Context Awareness）是指通过传感器及其相关的技术使计算机设备能够“感知”到当前的环境信息，从而进一步了解用户的行为和动机，自适应地提供主动式服务。情感智能（Emotional Intelligence）指机器能够“感知”人类的情绪信息，作出人性化的智能反应并提供符合人们情感需求的智能化服务。
关于“情景”的定义，较为广泛接受的是由DeyA.K.等人提出的:“情景是指能够用来刻画一个实体的情形的任何信息，所谓实体是指任何与用户和应用交互相关的人、位置或对象，包含用户和应用本身。”从这个定义看，情景这个概念的范围非常广泛。只要和实体所在的交互过程有关的信息，都可以认为是这个实体的情景。情景不仅包括物理情景，还包括虚拟情景，其感知方式也千差万别。从总体上看，我们可以把“情景”分为以下三大类：自然情景、社会情景和心理情景。其中：自然情景的感知可以通过各类传感装置对具体自然环境中的物理、化学等变量进行测量获得；社会情景的感知需要通过对典型的社会环境及其表征指标的评测来获得；心理情景的感知是通过科学的心理学观测方法来获得的。
人类在受到特定的情景信号刺激时，首先通过选择性注意机制和外周的各种感觉器官及内部感觉通路，在神经生理整合机制作用下，将上述信号传送到大脑边缘系统，由脑机制激发相应的脑活动。大脑边缘系统在结合当事人个人特质的心理属性、生理属性和社会学属性影响之后，产生了快速的第一性情感，形成直觉的情绪反应。然后，再通过大脑边缘系统与大脑皮层的交互活动，并经过大脑的高级认知过程以后，在已有的状态基础上继发第二性情感，形成较为理性的认知反应。第一性情感对不同的人而言一般具有共性，第二性情感与每个人的经验和知识有关，存在着较大的差异。在上述情绪反应的作用下，可能进一步引发各类相应的行为。在上述过程中，为了对人们的行为进行适当的调控，需要设计一系列新的情景刺激信号，以此来进一步调节人们的情绪状态和后续的行为表现。
上述过程可用图1来表示。
人类情绪信息的获取、计算及其情感状态的识别，是机器情感智能中首先需要解决的问题，一般通过脑功能活动实验观测（如：功能性核磁共振f-MRI、脑诱发事件相关电位ERPs）、外周生理信号采集、外部表现及后续行为观测等方法来实现，如图2所示。
传统的情绪测量方法主要采用自我报告测量法，有情感网格（Affect Grid）、ISO项目心境形容词表（MACL）和多种情感形容词核查表（MAACL）等，强调在严格的实验条件下通过被试者对特定情景触发下的主观体验自述来进行情绪的测量，已经形成了一套公认的测量方法和标准，应用于正常人的情绪分析以及心理疾病患者的诊断中。然而，上述情绪测量方法主要依据被试者的主观自述和测量量表的模糊评判结果来确定其情绪的种类，没有给出可通过客观测量手段获取的情绪属性量化参数，因而难以很好地判断情绪的强烈程度，尤其是在多种情绪并存的情况下。
近年来，随着DTI（扩散张量成像）、f-MRI（功能性核磁共振）、ERPs（脑诱发事件相关电位）等先进仪器设备的发展，使得人们可以通过上述技术手段对人类情绪变化的脑功能活动进行更为地直接的探测和定位，并依据其激活水平与静息态水平的比较对情绪的强烈程度进行较为客观的标定。例如，图3是我们针对震惊世界的中国“7?23温州动车事故”网络舆情信息所引发的人们情绪反应的f-MRI实验研究。
通过上述观测，可以发现在不同的情景信息刺激下人类大脑的典型激活模式与激活水平，运用脑功能定位分析技术和认知神经学的分析方法就可以获得公众对上述情景的态度、情绪及行为反应的统计性特征。基于上述研究成果和图1所示的脑活动过程模型，我们提出了突发事件“情景-应对”的脑心理机制模型及情绪调控模型，为政府在突发事件的应急管理中以符合公众心理认知能力及其接受模式的方式来设计上述事件的处置策略提供了科学的方法与依据。例如，在“9?27上海地铁10号线追尾事故”中，通过官方微博及时有关信息、澄清谣言并和网友进行充分沟通交流这一做法就很好地符合了上述“情景-应对”方法的要求，并取得了良好的效果。
人类的情绪变化除了在大脑特定的功能区域产生相应的激活信号以外，还会通过人体的神经系统引发一系列的生理反应，导致人体外周各类生理信号（如：脑电、皮肤电、心电、呼吸、体温等）的变化及外部表现（如：语音、表情、姿态、动作等）的改变，并可能引发后续的行为。通过研究脑功能活动与上述生理信号、外部表现之间的关系，并结合情景感知环境下的后续行为表现分析，就可以在实际应用环境下实现对情绪信息的自动获取及情感状态的计算与识别，还可以对其后续的行为进行预测和调控，从而使得机器具备一定的情感智能。采取多通道、多模态信号的融合识别方法可以获得高达80%以上的情感识别准确率，我们已经将上述技术应用于突发事件应急管理、网络舆情信息分析、施工人员现场情绪观测、银行信贷审核、企业员工情感管理、医生处方行为分析、艺术作品接受分析、广告营销策略设计和社区居民的幸福指数计算等众多的领域，为分析和理解人们的情绪心理与行为模式提供了重要的手段，使得我们的管理与服务更加令人愉悦和更具“智慧”。目前，上述领域的各项研究已经形成了神经管理学这一新兴的交叉学科领域，也必将对城市的管理与服务产生深刻的变革。在智慧城市的建设中，我们必须以前瞻性的战略眼光对上述领域的发展与应用趋势进行深入思考，并纳入到城市建设的顶层设计之中。
三、智慧城市的智慧之门
“城市，让生活更美好”已成为世界各国对城市发展观的共识，创建让人们生活更美好的智慧城市，就必须真正从“以人为本”和关注人的情感需求出发，通过城市的智慧管理与智慧服务，为人们的城市生活提供无比愉悦的情感体验。
情景感知与情感智能技术是通往上述智慧城市的“智慧之门”，在城市管理与服务的各个应用领域都将发挥重要的作用。智慧城市建设的顶层设计、技术基础设施规划与应用体系的构建中，都必须充分考虑到上述技术对相关信息的获取、传输、处理及其应用需求，以新的理念通过上述“智慧之门”，步入智慧城市的美好蓝图。
参考文献：
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[11]胡晓华.基于f-MRI的脑心理机制分析系统设计与实现[D].复旦大学硕士学位论文,2011.
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关键词：商务智能；知识管理；数据仓库；数据挖掘
商务智能（business intelligence，简称bi）的概念最早是gartner group 的howard dresner于1996 年提出来的，我国学者将之翻译为“商业智能”或“商务智能”，本文选用“商务智能”作为business intelligence的中文翻译。近年来，商务智能技术日趋成熟，越来越多的企业决策者意识到需要商务智能来保持和提升企业竞争力。在美国，500强企业里面已经有90%以上的企业利用企业管理和商务智能软件帮助管理者做出决策。国外己经有很多成功实施商务智能的案例。我国的商务智能处于导入期，商务智能应用的程度和实际效果都与国外企业有很大差距。近年来，国内外商务智能供应商和高等院校都开展了广泛的商务智能的基础研究和应用研究。本文主要基于国家图书馆的多库目录检索系统、清华同方全文数据库检索系统等，对国内商务智能的研究现状进行了分析和总结。
一、 文献统计分析
1． 论著统计分析。为了对近年来国内商务智能论著情况有一个比较全面的了解，笔者分别以“商务智能”和“商业智能”（他们指的都是business intelligence，bi）为检索题，通过对国家图书馆的多库目录检索系统进行题名检索，得到近年来相关论著及博硕论文分布情况：国内商务智能专著只有2004年的两本，译著在2003年~2005年间有三本。相对于最早1988年出版、截止2005年已经出版23本的西文专著（含一本日文专著）要少得多。国外2001年~2004年间出版的商务智能专著数量极多，说明经过一段时间的发展，国外商务智能的基础研究和应用研究都比较成熟。而我国从2002年起仅有少量的博士论文，关于商务智能的专著也屈指可数，我国商务智能仅处于导入期，对商务智能的系统研究还有大量工作要做。
2． 论文统计分析。
（1）数量分布统计分析。笔者利用清华同方
2． 微观研究方面。
（1）商务智能的功能。商务智能系统的仪表盘可以剪裁环境以满足用户的特殊需要；用户可以定制主页来展示最关键的图表和报告，并且当商业需求变化时可以改变显示的图表；能基于底层（underlying）数据源的更新自动更新图表；可以根据特定参数或特定条件的变化进行预警；有例外管理能力；仪表盘的资源组件使资源材料与特定的使能过程一致；提供团队协同工作环境等。
（2）商务智能的支撑技术数据仓库、数据挖掘、olap。①数据仓库技术。数据仓库是一个面向主题的、集成的、稳定的及包含历史数据的数据集合，它用于支持经营管理中的决策制定过程。商务智能系统的核心是解决商业问题，它把数据处理技术与商务规则相结合，以提高商业利润减少市场运营风险，是数据仓库技术、决策支持技术和商业运营规则的结合。②数据挖掘技术。数据挖掘（data mining）是从大量的、不完全的、有噪声的、模糊的及随机的实际应用数据中，挖掘出隐含的、先前未知的、对决策有潜在价值的知识和规则的过程。③联机分析处理技术（olap）。olap是一种多维分析工具，目标是满足决策支持或多维环境下特定的查询和报表需求，使分析人员、管理人员或执行人员能够从多个角度对从原始数据中转化出来的、能够真正为用户所理解的并真实反应企业维特性的信息进行快速、一致、交互地存取，从而获得对数据的更深入了解。
三、 国内商务智能应用研究
1． 商务智能的应用行业。商务智能的应用领域非常广泛，典型的有电信、银行、保险、医疗、零售、政府等，以及所有建立了数据仓库的用户。从商务智能应用的论文内容来看，我国的商务智能应用还处于起步阶段，仅在信息化程度偏高的电信、银行、保险、医疗等有少量应用。这一方面因为商务智能是建立在数据仓库基础上的，我国大部分企业的信息化程度偏低，缺乏数据的积累，而数据的积累需要一个较长期的过程。另一方面因为对商务智能的认知度不高，缺乏商务智能方面的人才以及对这些人才的有效管理。
商务智能的应用与行业内信息化的基础状况密切相关，实施商务智能的企业中，以电信、金融行业的使用率较高。刘艳丽认为商务智能能带来较大价值的企业中，以制造型企业最多，超过50%；其次是零售业，为41.2%；而政府机构对商务智能产品或技术的使用价值低于其他软件产品。以目前制造型企业和零售业的低使用率和高预期值来比较，这两个领域将是商务智能不可忽视的新市场。
2． 商务智能在客户关系管理（crm）、信息化与erp、竞争与决策中的应用。统计分析显示商（下转第112页）务智能在客户关系管理、信息化、竞争与决策等方面的研究论文相对较多。著名的商务智能公司business object公司的专家paul clark 在分析商务智能与crm的关系时认为：客户知识是crm重要的核心组成部分，而商务智能是crm的智慧所在，客户知识的获取与保存依赖于商务智能，商务智能是整个crm的基础。
商务智能是架构在erp之上的，而决策支持是在商务智能基础上的再扩展。从基础架构的角度上看，商务智能数据库和erp有许多共通之处。但商务智能和erp绝对不是同一事物或是同一事物体的两个方面，它们是互补的系统。它们最大的共性就是，它们使企业运行得更有效率、响应更及时并易于整合。
商务智能建设的主要目标是企业决策支持。商务智能通过信息技术的运用在不同层面为战略决策提供新的支持：提升决策者洞察力；支持信息获取与分析。
商务智能系统可以从以下方面帮助企业获取更大的竞争优势：显著提升企业决策水平；识别优质客户，改善企业与客户关系；降低企业经营成本；创新业务模式。
3． 商务智能系统、软件工具。目前市场上的商务智能厂商一般分为三大类：一类专门做商务智能软件的厂商如business object、brio、cognos；第二类是继承性的数据库厂商和统计软件厂商，这类公司包括ncr、microsoft、ca、oracle、sybase、ibm、sas等；第三类是一些管理软件厂商，如sap、博科、用友、金蝶等公司。
不同的人对商务智能的理解仍然不同。数据库服务商（如oracle、ibm、sybase）往往认为数据仓库是商务智能的核心，数据展示服务商（如hyperion、bo、cognos）则认为商务智能就是联机分析（olap），而数据分析服务商（如sas、spss）一般认为数据挖掘才是商务智能的核心。
四、 商务智能研究热点及发展趋势
1． 商务智能的研究热点。从商务智能的研究成果分析来看，当前商务智能的研究热点主要有：（1）集成的商务智能体系研究；（2）商务智能的预测功能；（3）商务智能网络的研究；（4）决策支持工具的研究；（5）企业建模方法研究；（6）信息的收集与获取研究。
2．商务智能的主要发展趋势。通过对已检索文章分析，商务智能将呈以下发展趋势：（1）应用领域的探索和扩张；（2）应用行业将更广泛，制造业、零售业将是商务智能应用的热点；（3）与领域、行业知识的结合；（4）实时商务智能系统的研究和应用；（5）不同领域的理论、技术的融合；（6）商务智能系统可视化、交互性；（7）从单独的商业智能向嵌入式商业智能发展。
参考文献：
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