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傳感器原理及應(yīng)用課題研究 課題名稱: 智能家居系統(tǒng) 院 系: 機(jī)械與電子控制工程學(xué)院 專 業(yè): 測控技術(shù)與儀器 姓 名: 學(xué) 號(hào): 教 師: 目錄一、 引言- 2 -二、 溫濕度檢測系統(tǒng)- 3 -(一) SHTll簡介- 3 -(二) 基于SHTll溫濕度傳感器的測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)- 3 -1 硬件電路設(shè)計(jì)- 3 -2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)- 4 -(三) 小結(jié)- 5 -三、 燃?xì)庑孤秷?bào)警系統(tǒng)- 5 -(一) 傳感器的選擇- 5 -(二) 特點(diǎn)- 5 -四、 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)- 6 -(一) 傳感器的選用- 6 -(二) 主要電參數(shù)- 7 -(三) 報(bào)警電路圖- 7 -(四) 電路原理- 8 -(五) 數(shù)據(jù)記錄與查詢系統(tǒng)- 8 -五、 報(bào)警系統(tǒng)- 9 -1. 蜂鳴器- 9 -2. 報(bào)警主機(jī)- 9 -六、 結(jié)論- 10 -七、 參考文獻(xiàn)- 11 -八、 致謝- 11 -智能家居系統(tǒng)Xxx,xxx,xxx(北京交通大學(xué),機(jī)電學(xué)院,機(jī)電xxxx班)摘要:目前通常把智能家居被定義為利用電腦、網(wǎng)絡(luò)和綜合布線技術(shù),通過家庭信息管理平臺(tái)將與家居生活有關(guān)的各種子系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合的一個(gè)系統(tǒng)。本文通過設(shè)計(jì)溫濕度檢測、燃?xì)庑孤稒z測和火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng),從預(yù)防的角度來講基本達(dá)到了智能家居對(duì)于突發(fā)情況的要求。通過四種傳感器的輸出信號(hào),在報(bào)警主機(jī)中進(jìn)行簡單的編程,使得數(shù)據(jù)可以及時(shí)準(zhǔn)確的發(fā)向預(yù)設(shè)的多個(gè)單元發(fā)送報(bào)警信號(hào)并可以實(shí)時(shí)監(jiān)測。關(guān)鍵詞:智能,家居,溫濕度,燃?xì)?,火?zāi),設(shè)計(jì) 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(tái),利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案安全防范技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關(guān)的設(shè)施集成,構(gòu)建高效的住宅設(shè)施與家庭日程事務(wù)的管理系統(tǒng),提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術(shù)性,并實(shí)現(xiàn)環(huán)保節(jié)能的居住環(huán)境。本文根據(jù)家居需要,選擇了適當(dāng)?shù)膫鞲衅髟O(shè)計(jì)了三個(gè)獨(dú)立檢測的系統(tǒng),最終由報(bào)警主機(jī)對(duì)于獲得的信號(hào)進(jìn)行簡要分析并實(shí)時(shí)傳輸?shù)礁鱾€(gè)終端,達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)測的目的。2、 溫濕度檢測系統(tǒng)(1) SHTll簡介SHTll為具有二線串行接口的單片全校準(zhǔn)數(shù)字式新型相對(duì)濕度和溫度傳感器,可用來測量相對(duì)濕度、溫度和露點(diǎn)等參數(shù),具有數(shù)字式輸出、免調(diào)試、免標(biāo)定、免外圍電路及全互換等特點(diǎn)。該傳感器的外形及管腳示意圖如圖1所示。 SHTll傳感器默認(rèn)的測量溫度和相對(duì)濕度的分辨率分別為14位、12位,通過狀態(tài)寄存器可降至12位、8位。濕度測量范圍是0100RH,對(duì)于12位的分辨率為00300RH;測溫范圍為一40+1238,對(duì)于14位的分辨率為001。每個(gè)傳感器芯片都在極為精確的濕度室中標(biāo)定,校準(zhǔn)系數(shù)以程序形式儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中,在測量過程中可對(duì)相對(duì)濕度自動(dòng)校準(zhǔn),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(chǎn)生相對(duì)濕度、溫度的信號(hào);然后經(jīng)過放大,分別送至AD轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、校準(zhǔn)和糾錯(cuò);再通過二線串行接口將相對(duì)濕度及溫度的數(shù)據(jù)送至微控器;最后利用微控器完成非線性補(bǔ)償和溫度補(bǔ)償。 (2) 基于SHTll溫濕度傳感器的測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 硬件電路設(shè)計(jì) 測控系統(tǒng)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(qū)動(dòng)電路。測控系統(tǒng)以SM89C51為主機(jī),由SHTll實(shí)現(xiàn)溫度和濕度的測量。具體電路原理如圖所示。SM89C51是臺(tái)灣新茂(SyncMos)公司生產(chǎn)的8位MCU,內(nèi)含4 KB FLASH ROM、128 B RAM、擴(kuò)展IO,自帶看門狗定時(shí)器、低EMI、DBANK尋址、片內(nèi)WDT RC振蕩器、PWM等。因此本系統(tǒng)不需要外擴(kuò)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(shù)據(jù)線DATA和時(shí)鐘線SCK,并在DATA端接入1只上拉電阻,同時(shí)在Vcc及GND端接入1只去耦電容,通過相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì),即可完成數(shù)據(jù)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(nèi)含KS0108BHD61202控制器,是一種采用低功耗CMOS技術(shù)實(shí)現(xiàn)的點(diǎn)陣圖形LCD模塊,有8位的微處理器接口,通過內(nèi)部的12864位映射DDRAM,實(shí)現(xiàn)128點(diǎn)、64點(diǎn)大小的平板顯示。它的主要功能是分2行同時(shí)顯示現(xiàn)場節(jié)點(diǎn)的溫度和濕度。LCD顯示模塊與單片機(jī)的接口電路如圖所示。另外,為完成預(yù)定值的設(shè)置,系統(tǒng)設(shè)有4個(gè)預(yù)設(shè)按鍵,分別為加1鍵、減1鍵、設(shè)定功能選擇鍵和設(shè)定完成確定鍵。電器驅(qū)動(dòng)電路控制的設(shè)備主要包括風(fēng)機(jī)、吸濕機(jī)等,可分別采用固態(tài)繼電器控制工作。通過開關(guān)風(fēng)機(jī)或加濕系統(tǒng)的工作狀態(tài),實(shí)現(xiàn)對(duì)測控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制。繼電器采用交流固態(tài)繼電SSR(SolidState Releys)HCA2550。交流固態(tài)繼電器是一種無觸點(diǎn)通斷電子開關(guān),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(dāng)單片機(jī)檢測到溫度或濕度值超出預(yù)設(shè)范圍時(shí),Io口P12輸出控制信號(hào)觸發(fā)繼電器啟動(dòng)電器工作,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)設(shè)備的控制。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意各個(gè)電器不應(yīng)同時(shí)啟動(dòng),以免沖擊電網(wǎng),這部分工作由軟件延時(shí)完成。2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件程序基于KEILC 70開發(fā)平臺(tái),采用C51語言編寫。該部分程序采用模塊化設(shè)計(jì)方法,主要包括以下幾個(gè)模塊:(1) 主程序初始化 主要完成系統(tǒng)上電后進(jìn)行定時(shí)器和LCD液晶模塊、通信電路的初始化,包括關(guān)掉TO外的所有中斷、設(shè)定計(jì)數(shù)初值等,斷開各電器設(shè)備的電源,設(shè)定各個(gè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)單元地址。初始化完成后,系統(tǒng)將正常運(yùn)行,并進(jìn)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(jī)信息交換接口,完成溫度的上、下限值的設(shè)定與顯示功能,并將2個(gè)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(fā)布1個(gè)啟動(dòng)傳輸時(shí)序,接著調(diào)用寫時(shí)序發(fā)布溫度或濕度(取決于入口參數(shù),03H為測量溫度,05H為測量濕度)的測量命令,然后延時(shí)等待測量的完成。在完成測量后,再調(diào)用讀時(shí)序讀回測量結(jié)果,進(jìn)行溫濕度的計(jì)算,最后將實(shí)際溫度值存儲(chǔ)于固定單元中。SM89C51比較溫度預(yù)設(shè)值和實(shí)際值的大小,產(chǎn)生各個(gè)電器設(shè)備的啟停及聲光報(bào)警信號(hào)。(3) 小結(jié)SHTll是單片集成的數(shù)字溫濕度傳感器,所有信號(hào)的調(diào)理都在芯片內(nèi)部完成,采用12C總線實(shí)現(xiàn)通信,完成數(shù)據(jù)和時(shí)鐘的傳輸,而且直接輸出數(shù)字信號(hào)。這樣不僅節(jié)省了單片機(jī)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(jià)格比,在溫濕度測量控制系統(tǒng)中的應(yīng)用前景非常地廣闊。基于數(shù)字溫濕度傳感器SHTll的溫濕度測控系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡單、檢測準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好,實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫濕度參數(shù)的測量。3、 燃?xì)庑孤秷?bào)警系統(tǒng)(1) 傳感器的選擇氣敏傳感器TGS813(2) 特點(diǎn)它對(duì)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(bào)警電路圖(4) 報(bào)警電路的組成報(bào)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(jīng)降壓變壓器T后變換為交流9V,經(jīng)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(wěn)壓集成電路IC1。9V和隔離二極管VD2為停電時(shí)的備用電源。指示電路:由集成閃爍發(fā)生器IC2和發(fā)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(tài)。當(dāng)IC1輸出電壓低于5V時(shí),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(shí),設(shè)置甲烷濃度0.5%時(shí)為報(bào)警點(diǎn),此時(shí)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(dāng)有可燃性氣體超量出現(xiàn)時(shí),TGS813的電阻下降,比較器IC4的2腳電壓上升,當(dāng)達(dá)到2,5V以上時(shí),IC4輸出高電平,晶體管VT2導(dǎo)通,從而激勵(lì)蜂鳴器發(fā)聲報(bào)警。4、 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)(1) 傳感器的選用UD-02型離子感煙傳感器。(2) 主要參數(shù)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(shí),收集電極的電位變化可達(dá)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(jié)構(gòu)材料為不銹鋼和塑料。用電加熱器加熱到440480時(shí),對(duì)不同材料所產(chǎn)生的煙霧,其傳感器收集電極電位變化1.0V時(shí)的靈敏度見下表所示:表1 UD02 型離子感煙傳感器對(duì)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(bào)警電路圖(4) 電路原理在無煙幕時(shí)VDW導(dǎo)通,VT導(dǎo)通,IC1的adj端與地呈低阻態(tài),輸出端Uo較低,不足以使IC2和KA工作。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí),VDW截止,VT截止,LM317的adj端呈高阻態(tài),輸出端Uo電壓較高。IC2驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器Y發(fā)出報(bào)警器,且KA吸合。KA外接自動(dòng)滅火裝置或切斷室內(nèi)電源。(5) 數(shù)據(jù)記錄與查詢系統(tǒng)5、 報(bào)警系統(tǒng)1. 蜂鳴器蜂鳴器選用宏研公司的SFB-55型報(bào)警蜂鳴器。它是一種高聲壓報(bào)警蜂鳴器,其特點(diǎn)是聲壓電平高.聲音急促,緊迫感強(qiáng),體積小,重量輕,適用于各種報(bào)警場所,如:防盜,防火,煤氣泄漏,搶險(xiǎn),呼救報(bào)警以及需要強(qiáng)提示音的設(shè)備等。其參數(shù)如下表所示:型號(hào)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(chǔ)存溫度()-20+60重量(g)802. 報(bào)警主機(jī)安爾達(dá) AD-288 GSM雙網(wǎng)報(bào)警主機(jī)工作電流200mA工作電壓交流220V規(guī)格260X225X77(mm)適用范圍家用、社區(qū)、工廠等型號(hào)AD-288顏色淺灰色音量85dBm照明功能無8個(gè)有線防區(qū)(可擴(kuò)展至16個(gè))+99個(gè)無線防區(qū),無線自學(xué)習(xí)編碼,自帶編程鍵盤,操作簡便大屏幕液晶顯示屏,可顯示報(bào)警狀態(tài)、報(bào)警記錄、主機(jī)狀態(tài)、設(shè)置狀態(tài)、時(shí)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(dú)對(duì)報(bào)警器進(jìn)行布防、撤防和緊急情況等操作最多可以設(shè)置8組用戶,每組用戶可單獨(dú)進(jìn)行布防、撤防等操作兩組可設(shè)置的自動(dòng)布防/撤防防區(qū)可與各種無線探測器、無線按鈕、各種紅外對(duì)射和周界配接可自動(dòng)記錄近250條的報(bào)警、故障、布撤防等事件交直流自動(dòng)轉(zhuǎn)換,自動(dòng)充電控制,直接低壓檢測可設(shè)置6組電話或手機(jī)接警號(hào)碼,2組報(bào)警中心號(hào)碼10秒自動(dòng)報(bào)警語音,可設(shè)置為單段或分段,報(bào)警時(shí)自動(dòng)回放,異地報(bào)警現(xiàn)場監(jiān)聽布、撤防信息和異地布、撤防信息上傳功能兼容Contact 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結(jié)論與普通家居相比,智能家居不僅具有傳統(tǒng)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(dòng)靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇?dòng)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(yōu)化人們的生活方式,幫助人們有效安排時(shí)間,增強(qiáng)家居生活的安全性,甚至為各種能源費(fèi)用節(jié)約資金。本文中設(shè)計(jì)的
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