傳感器課程設計智能家居系統(tǒng)設計

1、傳感器原理及應用課題研究課題名稱：智能家居系統(tǒng)院系：機械與電子控制工程學院專業(yè)：測控技術(shù)與儀器姓名：學號：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)設計.-3-1 .硬件電路設計-3-2 .系統(tǒng)軟件設計-4-（三）小結(jié)-5-3、 燃氣泄露報警系統(tǒng)-5-（1） 傳感器的選擇-5-（2） 特點-5-4、 火災報警系統(tǒng)-6-（1） 傳感器的選用-6-（2） 主要電參數(shù)-7-（3） 報警電路圖-7-（4） 電路原理-8-（5） 數(shù)據(jù)記錄與查詢系統(tǒng)-8-5、 報警系統(tǒng)-9-1. 蜂鳴器-9-2. 報警主機-9-6、 結(jié)論-10-7

2、、 參考文獻-11-8、 致謝-11-智能家居系統(tǒng)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(wǎng)絡和綜合布線技術(shù)，通過家庭信息管理平臺將與家居生活有關的各種子系統(tǒng)有機地結(jié)合的一個系統(tǒng)。本文通過設計溫濕度檢測、燃氣泄露檢測和火災報警系統(tǒng)，從預防的角度來講基本達到了智能家居對于突發(fā)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(shù)據(jù)可以及時準確的發(fā)向預設的多個單元發(fā)送報警信號并可以實時監(jiān)測。關鍵詞：智能，家居，溫濕度，燃氣，火災，設計SmarthomesystemXxx,xxx,xxx（BeijingJiaoton

3、gUniversity,SchoolofMechanical,ElectronicandControlengineering,Classxxxx)Abstract:Atpresent,weusedtodefiningsmarthomeasasystembyusingcomputerinternetwithintegratedwiringtechnologyviathefamilyinformationmanagementplatformandcombiningallthesub-systemsorganically.Inthispaper,bydesigningtemperatureandhu

4、miditydetectionsystem,gasleakdetectionsystemandfirealarmsystem,webasicallymatchedtheneedofpreventionpartoftheintelligenthomefurnishingsystem.Byanalysingthesignalfromthefoursensoranddoingsomesimpleprogrammingonthealarmmachine,datacanbesendbothdirectlyandtimelytoseveralunitwhicharepresetanditcanmonito

5、rtheconditionofthehouseaswell.keywords:intelligent,home,temperatureandhumidity,gas,firehazard,design一、引言智能家居是以住宅為平臺，利用綜合布線技術(shù)、網(wǎng)絡通信技術(shù)、智能家居系統(tǒng)設計方案安全防范技術(shù)、自動控制技術(shù)、音視頻技術(shù)將家居生活有關的設施集成，構(gòu)建高效的住宅設施與家庭日程事務的管理系統(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?shù)膫鞲衅髟O計了三個獨立檢測的系統(tǒng)，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?shù)礁鱾€終端，達到實時監(jiān)測的目的

6、。（一）SHTll 簡介二、溫濕度檢測系統(tǒng)SHTll為具有二線串行接口的單片全校準數(shù)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(shù)，具有數(shù)字式輸出、免調(diào)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(tài)寄存器可降至DATA一串行他據(jù)引腳iWK一吊行時件瑜人圖】SHTU外柩及管腳棒列示京圖12位、8位。濕度測量范圍是0100%RH對于12位的分辨率為0.0300RH測溫范圍為一40+123.8C,對于14位的分辨率為0.01Co每個傳感器芯片都在極為精確的濕度室中標定，校準

7、系數(shù)以程序形式儲存在OTP內(nèi)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(chǎn)生相對濕度、溫度的信號；然后經(jīng)過放大，分別送至A/D轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)送至微控器；最后利用微控器完成非線性補償和溫度補償。（二）基于SHTll溫濕度傳感器的測控系統(tǒng)設計1 .硬件電路設計測控系統(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)動電路。測控系統(tǒng)以SM89C5仍主機，由SHTll實現(xiàn)溫度和濕度的測量。具體電路原理如圖所示。SM89C5建臺灣新茂（SyncMos）公司生產(chǎn)的8位MCU內(nèi)含4

8、KBFLASHROM128BRAM擴展I/O,自帶看門狗定時器、低EMI、DBANK址、片內(nèi)WDTR靛蕩器、PWMH。因此本系統(tǒng)不需要外擴ROM也不必用外置的看門狗電路- SHTll U?PAIANt iD W.KUIit1,IMF23SM8MCSIHr刖占 D3U K m vo 網(wǎng)VtE 口乃, ICST DD6 B定值的設置，系統(tǒng)設有4個預設按鍵，分別為加完成確定鍵。電器驅(qū)動電路控制的設備主要包括風機、SM89C51與SHTll連接.只需 用2條I/O 口線分別作為數(shù)據(jù)線 DATAffi時鐘線SCK并在DATA 接入1只上拉電阻，同時在Vcc及 GNW接入1只去耦電容，通過相 應的軟件設計

9、，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 KS0108B/HD61202控制器， 是一種采用低功耗CMOSfc術(shù)實現(xiàn) 的點陣圖形LCD模塊，有8位的微 處理器接口，通過內(nèi)部的128X 64 位映射DDRAM實現(xiàn)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(xiàn)場節(jié)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 鍵、減1鍵、設定功能選擇鍵和設定 吸濕機等，可分別采用固態(tài)繼電器控制工作。通過開關風機或加濕系統(tǒng)的工作狀態(tài)，實現(xiàn)對測控系統(tǒng)的實時控制。繼電器采用交流固態(tài)繼電SSR（SolidStateR

10、eleys）HCA2550。交流固態(tài)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(fā)繼電器啟動電器工作，從而實現(xiàn)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(wǎng)，這部分工作由軟件延時完成。2 系統(tǒng)軟件設計系統(tǒng)軟件程序基于KEILC7.0開發(fā)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(tǒng)上電后進行定時器和LCD液晶模塊、通信電路的初始化

11、，包括關掉TO外的所有中斷、設定計數(shù)初值等，斷開各電器設備的電源，設定各個數(shù)據(jù)的存儲單元地址。初始化完成后，系統(tǒng)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(fā)布1個啟動傳輸時序，接著調(diào)用寫時序發(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，然后延時等待測量的完成。在完成測量后，再調(diào)用讀時序讀回測量結(jié)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。SM89C5比較溫度預設值和實際值的大小，產(chǎn)生各個電

12、器設備的啟停及聲光報警信號。（三）小結(jié)SHTll是單片集成的數(shù)字溫濕度傳感器，所有信號的調(diào)理都在芯片內(nèi)部完成，采用12C總線實現(xiàn)通信，完成數(shù)據(jù)和時鐘的傳輸，而且直接輸出數(shù)字信號。這樣不僅節(jié)省了單片機的I/O口線，而且減少了A0D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(tǒng)中的應用前景非常地廣闊。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、檢測準確、穩(wěn)定性好，實現(xiàn)了對溫濕度參數(shù)的測量。三、燃氣泄露報警系統(tǒng)（一）傳感器的選擇氣敏傳感器TGS813（二）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

13、：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（三）報警電路圖（四）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(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

14、，從而使IC2停止LED1閃爍來說明供電電壓不正常。檢測電路：TGS81琳口R1組成檢測電路。在20c時，設置甲烷濃度0.5%寸為報警點，此時R1壓降為2.5V。電壓比較電路：由檢測電路TGS813fR1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(xiàn)時，TGS813勺電阻下降，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(fā)聲報警。四、火災報警系統(tǒng)（一）傳感器的選用UD-02型離子感煙傳感器。（二）主要參數(shù)在205c清潔空氣條件下，收集電極（即C電極）的平衡電

15、位為5.05.6V;有煙霧時，收集電極的電位變化可達1.11.2V。極問電容為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440480c時，對不同材料所產(chǎn)生的煙霧，具傳感器收集電極電位變化1.0V時的靈敏度見下表所示：表1UA02型離子感煙傳感器對煙霧靈敏度（收集電極電位變化V=1.0V）燃燒材料陰暗度（）煙霧含量（mg/）硅橡膠2610乙烯基材料291.1紙煙1153過濾紙401.8棉花562.5（三）報警電路圖（四）電路原理在無煙幕時VD怫通，VT導通，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

16、。當發(fā)生火災時，VDWS止,VT截止，LM317的adj端呈高阻態(tài)，輸出端Uo電壓較高。IC2驅(qū)動揚聲器Y發(fā)出報警器，且KA吸合。KA外接自動滅火裝置或切斷室內(nèi)電源。（五）數(shù)據(jù)記錄與查詢系統(tǒng)五、報警系統(tǒng)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(shù)如下表所示：型號SFB-55額定電壓（V）12消耗電流（mA160電壓范圍（V）816最大功率（W12聲音電平（dB）110工作溫度（C）-20+50儲存溫度（C）-2

17、0+60重量（g）802.報安 有線防 （可擴至 16 +99個 線防 無線自 習 編 自帶編 鍵盤， 作簡便主機狀 行布 防、撤周界配警主機工 作電流200mA工 作電壓交流220V規(guī) 格26 0X225X 77 (mm適 用范圍家 用、社區(qū)、 工廠等型 號AD-288顏 色淺灰 色音 量，85 dBm昭八、 明功能無爾達AD-288 GSM雙網(wǎng)報警主機, 17 8區(qū)展個無區(qū)學碼程操大屏幕液晶顯示屏，可顯示報警狀態(tài)、報警記錄、態(tài)、設置狀態(tài)、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等操作兩組可設置的自

18、動布防/撤防防區(qū)可與各種無線探測器、無線按鈕、各種紅外對射和接可自動記錄近250條的報警、故障、布撤防等事件 交直流自動轉(zhuǎn)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(xiàn)場監(jiān)聽 布、撤防信息和異地布、撤防信息上傳功能兼容ContactIDANERDA通信格式電話掉線自動檢測 報警時可通過GS颯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(fā)送警情信息（需運營商支持） 自動檢測電話線路和GSM犬態(tài)，優(yōu)先使用電話線路進行報警應用范圍：金融系統(tǒng)、別墅、學校、商店和企業(yè)等重要場所安全防范 報警通訊方式

19、：通過GSMf口PSTNt話網(wǎng)撥號傳送報警信號 報警通信協(xié)議：ContactID、ANERDA 防區(qū)數(shù)量：8個有線防區(qū)，可擴展至16個有線防區(qū)，99個無線防區(qū) 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(yōu)質(zhì)鋼板產(chǎn)品尺寸：260mm（長）X225mm（寬）X77mm（高），（不含天線超出部分）2.6kg（不含備用電池）220V（+10%，-15%）50Hz備用電池：12V/4AH或12V/7AH免維護蓄電池500mA30mA15%（不含顯示背光、外接負載和擴展部分）200mA25%，（不含聯(lián)動）報警（聯(lián)動）輸出：開關信號，觸點DC24V/1A（最大值）-1055，相對濕度40%70%探測器供電總電流：500mA探測器供電電壓：DC12V-15V六、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；還由原來的被動靜止結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂心軇又腔鄣墓ぞ?，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間，增強家居生活的安全性，