傳感器原理及應用課題研究 課題名稱： 智能家居系統 院 系： 機械與電子控制工程學院 專 業： 測控技術與儀器 姓 名： 學 號： 教 師： 目錄一、 引言- 2 -二、 溫濕度檢測系統- 3 -（一） SHTll簡介- 3 -（二） 基于SHTll溫濕度傳感器的測控系統設計- 3 -1 硬件電路設計- 3 -2 系統軟件設計- 4 -（三） 小結- 5 -三、 燃氣泄露報警系統- 5 -（一） 傳感器的選擇- 5 -（二） 特點- 5 -四、 火災報警系統- 6 -（一） 傳感器的選用- 6 -（二） 主要電參數- 7 -（三） 報警電路圖- 7 -（四） 電路原理- 8 -（五） 數據記錄與查詢系統- 8 -五、 報警系統- 9 -1. 蜂鳴器- 9 -2. 報警主機- 9 -六、 結論- 10 -七、 參考文獻- 11 -八、 致謝- 11 -智能家居系統Xxx,xxx,xxx（北京交通大學，機電學院，機電xxxx班）摘要：目前通常把智能家居被定義為利用電腦、網絡和綜合布線技術，通過家庭信息管理平臺將與家居生活有關的各種子系統有機地結合的一個系統。本文通過設計溫濕度檢測、燃氣泄露檢測和火災報警系統，從預防的角度來講基本達到了智能家居對于突發情況的要求。通過四種傳感器的輸出信號，在報警主機中進行簡單的編程，使得數據可以及時準確的發向預設的多個單元發送報警信號并可以實時監測。關鍵詞：智能，家居，溫濕度，燃氣，火災，設計 Smart home systemXxx,xxx,xxx(Beijing Jiaotong University,School of Mechanical, Electronic and Control engineering,Class xxxx) Abstract: At present, we used to defining smart home as a system by using computer,internet with integrated wiring technology via the family information management platform and combining all the sub-systems organically.In this paper,by designing temperature and humidity detection system,gas leak detection system and fire alarm system,we basically matched the need of prevention part of the intelligent home furnishing system.By analysing the signal from the four sensor and doing some simple programming on the alarm machine,data can be send both directly and timely to several unit which are preset and it can monitor the condition of the house as well.keywords: intelligent,home,temperature and humidity,gas,fire hazard,design1、 引言智能家居是以住宅為平臺，利用綜合布線技術、網絡通信技術、智能家居系統設計方案安全防范技術、自動控制技術、音視頻技術將家居生活有關的設施集成，構建高效的住宅設施與家庭日程事務的管理系統，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術性，并實現環保節能的居住環境。本文根據家居需要，選擇了適當的傳感器設計了三個獨立檢測的系統，最終由報警主機對于獲得的信號進行簡要分析并實時傳輸到各個終端，達到實時監測的目的。2、 溫濕度檢測系統（1） SHTll簡介SHTll為具有二線串行接口的單片全校準數字式新型相對濕度和溫度傳感器，可用來測量相對濕度、溫度和露點等參數，具有數字式輸出、免調試、免標定、免外圍電路及全互換等特點。該傳感器的外形及管腳示意圖如圖1所示。 SHTll傳感器默認的測量溫度和相對濕度的分辨率分別為14位、12位，通過狀態寄存器可降至12位、8位。濕度測量范圍是0100RH，對于12位的分辨率為00300RH；測溫范圍為一40+1238，對于14位的分辨率為001。每個傳感器芯片都在極為精確的濕度室中標定，校準系數以程序形式儲存在OTP內存中，在測量過程中可對相對濕度自動校準，使SHTll具有100的互換性。其測量原理：首先利用2只傳感器分別產生相對濕度、溫度的信號；然后經過放大，分別送至AD轉換器進行模數轉換、校準和糾錯；再通過二線串行接口將相對濕度及溫度的數據送至微控器；最后利用微控器完成非線性補償和溫度補償。 （2） 基于SHTll溫濕度傳感器的測控系統設計1 硬件電路設計 測控系統的硬件電路包括采樣電路、鍵盤顯示電路、電源電路和電器驅動電路。測控系統以SM89C51為主機，由SHTll實現溫度和濕度的測量。具體電路原理如圖所示。SM89C51是臺灣新茂(SyncMos)公司生產的8位MCU，內含4 KB FLASH ROM、128 B RAM、擴展IO，自帶看門狗定時器、低EMI、DBANK尋址、片內WDT RC振蕩器、PWM等。因此本系統不需要外擴ROM，也不必用外置的看門狗電路。 SM89C51與SHTll連接只需用2條IO口線分別作為數據線DATA和時鐘線SCK，并在DATA端接入1只上拉電阻，同時在Vcc及GND端接入1只去耦電容，通過相應的軟件設計，即可完成數據的采集與傳輸。顯示器件選用南京國顯的圖形液晶顯示模塊GXMl2864。它內含KS0108BHD61202控制器，是一種采用低功耗CMOS技術實現的點陣圖形LCD模塊，有8位的微處理器接口，通過內部的12864位映射DDRAM，實現128點、64點大小的平板顯示。它的主要功能是分2行同時顯示現場節點的溫度和濕度。LCD顯示模塊與單片機的接口電路如圖所示。另外，為完成預定值的設置，系統設有4個預設按鍵，分別為加1鍵、減1鍵、設定功能選擇鍵和設定完成確定鍵。電器驅動電路控制的設備主要包括風機、吸濕機等，可分別采用固態繼電器控制工作。通過開關風機或加濕系統的工作狀態，實現對測控系統的實時控制。繼電器采用交流固態繼電SSR(SolidState Releys)HCA2550。交流固態繼電器是一種無觸點通斷電子開關，為四端有源器件，其中兩端為輸入控制端，另外兩端為輸出受控端，中間采用光電隔離，作為輸入輸出之間的電氣隔離(浮空)，有效避免電磁干擾。當單片機檢測到溫度或濕度值超出預設范圍時，Io口P12輸出控制信號觸發繼電器啟動電器工作，從而實現對相應設備的控制。設計時應注意各個電器不應同時啟動，以免沖擊電網，這部分工作由軟件延時完成。2 系統軟件設計 系統軟件程序基于KEILC 70開發平臺，采用C51語言編寫。該部分程序采用模塊化設計方法，主要包括以下幾個模塊：(1) 主程序初始化 主要完成系統上電后進行定時器和LCD液晶模塊、通信電路的初始化，包括關掉TO外的所有中斷、設定計數初值等，斷開各電器設備的電源，設定各個數據的存儲單元地址。初始化完成后，系統將正常運行，并進行鍵盤掃描及溫度的控制等操作。(2) 鍵盤掃描、顯示子程序 提供人機信息交換接口，完成溫度的上、下限值的設定與顯示功能，并將2個限值存入到固定單元中。(3) 溫度測量、控制子程序 微控制器首先發布1個啟動傳輸時序，接著調用寫時序發布溫度或濕度(取決于入口參數，03H為測量溫度，05H為測量濕度)的測量命令，然后延時等待測量的完成。在完成測量后，再調用讀時序讀回測量結果，進行溫濕度的計算，最后將實際溫度值存儲于固定單元中。SM89C51比較溫度預設值和實際值的大小，產生各個電器設備的啟停及聲光報警信號。（3） 小結SHTll是單片集成的數字溫濕度傳感器，所有信號的調理都在芯片內部完成，采用12C總線實現通信，完成數據和時鐘的傳輸，而且直接輸出數字信號。這樣不僅節省了單片機的IO口線，而且減少了AD器件，降低了成本。因此該器件具有極高的性能價格比，在溫濕度測量控制系統中的應用前景非常地廣闊?；跀底譁貪穸葌鞲衅鱏HTll的溫濕度測控系統電路結構簡單、檢測準確、穩定性好，實現了對溫濕度參數的測量。3、 燃氣泄露報警系統（1） 傳感器的選擇氣敏傳感器TGS813（2） 特點它對氫氣、一氧化碳、丙烷、乙醇等一般可燃性氣體均有較高的靈敏度；后期電路簡單；長壽命、低功耗。電路電壓：24V（AC/DC）,工作電壓為9V 測量范圍：500-10,000ppm 靈敏度（電阻比）：0.55-0.65 加熱器電壓：5V0.2V（AC/DC）（3） 報警電路圖（4） 報警電路的組成報警電路有電源電路、檢測電路、電壓比較電路和指示電路四部分組成。電源電路：220V經降壓變壓器T后變換為交流9V，經二極管VDI整流、電容C1濾波后輸出直流電壓，分別供給蜂鳴器和穩壓集成電路IC1。9V和隔離二極管VD2為停電時的備用電源。指示電路：由集成閃爍發生器IC2和發光二極管LED1組成，它指示氣敏元件在額定的供電電壓下正處于工作狀態。當IC1輸出電壓低于5V時，IC3電壓檢測器輸出低電平，使晶體管VT1截止，從而使IC2停止LED1閃爍來說明供電電壓不正常。檢測電路：TGS813和R1組成檢測電路。在20時，設置甲烷濃度0.5%時為報警點，此時R1壓降為2.5V。電壓比較電路：由檢測電路TGS813與R1分壓輸出的電壓加到電壓比較器IC4的同相端，反相輸入端的參考電壓由R2/R3/R4/熱敏電阻R8共同決定。當有可燃性氣體超量出現時，TGS813的電阻下降，比較器IC4的2腳電壓上升，當達到2，5V以上時，IC4輸出高電平，晶體管VT2導通，從而激勵蜂鳴器發聲報警。4、 火災報警系統（1） 傳感器的選用UD-02型離子感煙傳感器。（2） 主要參數在205清潔空氣條件下，收集電極（即C電極）的平衡電位為5.05.6V；有煙霧時，收集電極的電位變化可達1.11.2V。極間電容為4PF，AM241放射源為0.810.99uCi；器件重量為12g,主要結構材料為不銹鋼和塑料。用電加熱器加熱到440480時，對不同材料所產生的煙霧，其傳感器收集電極電位變化1.0V時的靈敏度見下表所示：表1 UD02 型離子感煙傳感器對煙霧靈敏度（收集電極電位變化V1.0V）燃燒材料煙霧含量（mg/）陰暗度(%)硅橡膠261.0乙烯基材料291.1紙煙1153過濾紙401.8棉花562.5（3） 報警電路圖（4） 電路原理在無煙幕時VDW導通，VT導通，IC1的adj端與地呈低阻態，輸出端Uo較低，不足以使IC2和KA工作。當發生火災時，VDW截止，VT截止，LM317的adj端呈高阻態，輸出端Uo電壓較高。IC2驅動揚聲器Y發出報警器，且KA吸合。KA外接自動滅火裝置或切斷室內電源。（5） 數據記錄與查詢系統5、 報警系統1. 蜂鳴器蜂鳴器選用宏研公司的SFB-55型報警蜂鳴器。它是一種高聲壓報警蜂鳴器,其特點是聲壓電平高.聲音急促,緊迫感強,體積小,重量輕,適用于各種報警場所,如:防盜,防火,煤氣泄漏,搶險,呼救報警以及需要強提示音的設備等。其參數如下表所示：型號SFB-55額定電壓（V）12消耗電流（mA）160電壓范圍（V）816最大功率（W）12聲音電平（dB）110工作溫度（）-20+50儲存溫度（）-20+60重量（g）802. 報警主機安爾達 AD-288 GSM雙網報警主機工作電流200mA工作電壓交流220V規格260X225X77（mm）適用范圍家用、社區、工廠等型號AD-288顏色淺灰色音量85dBm照明功能無8個有線防區（可擴展至16個）+99個無線防區，無線自學習編碼，自帶編程鍵盤，操作簡便大屏幕液晶顯示屏，可顯示報警狀態、報警記錄、主機狀態、設置狀態、時間、日期和星期等信息可配置4組遙控器，每組遙控器可單獨對報警器進行布防、撤防和緊急情況等操作最多可以設置8組用戶，每組用戶可單獨進行布防、撤防等操作兩組可設置的自動布防/撤防防區可與各種無線探測器、無線按鈕、各種紅外對射和周界配接可自動記錄近250條的報警、故障、布撤防等事件交直流自動轉換，自動充電控制，直接低壓檢測可設置6組電話或手機接警號碼，2組報警中心號碼10秒自動報警語音，可設置為單段或分段，報警時自動回放，異地報警現場監聽布、撤防信息和異地布、撤防信息上傳功能兼容Contact IDANERDA通信格式電話掉線自動檢測報警時可通過GSM網絡撥打接警電話或報警中心電話報警時向接警手機號碼發送警情信息（需運營商支持）自動檢測電話線路和GSM狀態，優先使用電話線路進行報警應用范圍：金融系統、別墅、學校、商店和企業等重要場所安全防范報警通訊方式：通過GSM和PSTN電話網撥號傳送報警信號報警通信協議：ContactID、ANERDA防區數量：8個有線防區，可擴展至16個有線防區，99個無線防區編程和操作方式:本機鍵盤存儲報警電話：6組電話號碼，2組中心號碼報警響應時間：0.8秒用戶密碼管理：8個用戶、2組定時、4組遙控器布撤防方式：遙控器、鍵盤、異地電話、定時事件記錄：255次報警、故障、布防、撤防事件語音錄入：10秒分段或不分段無線接收：315MHz（316MHz、遠距可選）學習對碼安裝方式：壁掛式機箱材料：優質鋼板產品尺寸：260mm（長）X225mm（寬）X77mm（高），（不含天線超出部分）產品凈重：2.6kg（不含備用電池）電源：交流220V（+10%，-15%）50Hz備用電池：12V/4AH或12V/7AH免維護蓄電池保險裝置額定電流：500mA待機電流：30mA15%（不含顯示背光、外接負載和擴展部分）報警電流：200mA25%，（不含聯動）報警（聯動）輸出：開關信號，觸點DC24V/1A（最大值）使用環境：室內使用，溫度-1055，相對濕度40%70%探測器供電總電流：500mA，探測器供電電壓：DC12V-15V6、 結論與普通家居相比，智能家居不僅具有傳統的居住功能，提供舒適安全、高品位且宜人的家庭生活空間；還由原來的被動靜止結構轉變為具有能動智慧的工具，提供全方位的信息交互功能，幫助家庭與外部保持信息交流暢通，優化人們的生活方式，幫助人們有效安排時間，增強家居生活的安全性，甚至為各種能源費用節約資金。本文中設計的