傳感器課程設(shè)計(jì)智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、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(cè)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(cè)系統(tǒng)-3-（一）SHTll簡(jiǎn)介-3-（二）基于SHTll溫濕度傳感器的測(cè)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)-5-3、 燃?xì)庑孤秷?bào)警系統(tǒng)-5-（1） 傳感器的選擇-5-（2） 特點(diǎn)-5-4、 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)-6-（1） 傳感器的選用-6-（2） 主要電參數(shù)-7-（3） 報(bào)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(bào)警系統(tǒng)-9-1. 蜂鳴器-9-2. 報(bào)警主機(jī)-9-6、 結(jié)論-10-7

2、、 參考文獻(xiàn)-11-8、 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(guò)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(guò)設(shè)計(jì)溫濕度檢測(cè)、燃?xì)庑孤稒z測(cè)和火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，從預(yù)防的角度來(lái)講基本達(dá)到了智能家居對(duì)于突發(fā)情況的要求。通過(guò)四種傳感器的輸出信號(hào)，在報(bào)警主機(jī)中進(jìn)行簡(jiǎn)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(cè)。關(guān)鍵詞：智能，家居，溫濕度，燃?xì)?，火?zāi)，設(shè)計(jì)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(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(cè)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(jiǎn)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(cè)的目的

6、。（一）SHTll 簡(jiǎn)介二、溫濕度檢測(cè)系統(tǒng)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(lái)測(cè)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(cè)量溫度和相對(duì)濕度的分辨率分別為14位、12位，通過(guò)狀態(tài)寄存器可降至DATA一串行他據(jù)引腳iWK一吊行時(shí)件瑜人圖】SHTU外柩及管腳棒列示京圖12位、8位。濕度測(cè)量范圍是0100%RH對(duì)于12位的分辨率為0.0300RH測(cè)溫范圍為一40+123.8C,對(duì)于14位的分辨率為0.01Co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)

7、系數(shù)以程序形式儲(chǔ)存在OTP內(nèi)存中，在測(cè)量過(guò)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(cè)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(guò)放大，分別送至A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、校準(zhǔn)和糾錯(cuò)；再通過(guò)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。（二）基于SHTll溫濕度傳感器的測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 .硬件電路設(shè)計(jì)測(cè)控系統(tǒng)的硬件電路包括采樣電路、鍵盤(pán)顯示電路、電源電路和電器驅(qū)動(dòng)電路。測(cè)控系統(tǒng)以SM89C5仍主機(jī)，由SHTll實(shí)現(xiàn)溫度和濕度的測(cè)量。具體電路原理如圖所示。SM89C5建臺(tái)灣新茂（SyncMos）公司生產(chǎn)的8位MCU內(nèi)含4

8、KBFLASHROM128BRAM擴(kuò)展I/O,自帶看門(mén)狗定時(shí)器、低EMI、DBANK址、片內(nèi)WDTR靛蕩器、PWMH。因此本系統(tǒng)不需要外擴(kuò)ROM也不必用外置的看門(mén)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(shè)置，系統(tǒng)設(shè)有4個(gè)預(yù)設(shè)按鍵，分別為加完成確定鍵。電器驅(qū)動(dòng)電路控制的設(shè)備主要包括風(fēng)機(jī)、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(shí)鐘線SCK并在DATA 接入1只上拉電阻，同時(shí)在Vcc及 GNW接入1只去耦電容，通過(guò)相 應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)

9、，即可完成數(shù)據(jù)的采 集與傳輸。顯示器件選用南京國(guó)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(shí)現(xiàn) 的點(diǎn)陣圖形LCD模塊，有8位的微 處理器接口，通過(guò)內(nèi)部的128X 64 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(chǎng)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) 鍵、減1鍵、設(shè)定功能選擇鍵和設(shè)定 吸濕機(jī)等，可分別采用固態(tài)繼電器控制工作。通過(guò)開(kāi)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(cè)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)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(wú)觸點(diǎn)通斷電子開(kāi)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(cè)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KEILC7.0開(kāi)發(fā)平臺(tái)，采用C51語(yǔ)言編寫(xiě)。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

11、，包括關(guān)掉TO外的所有中斷、設(shè)定計(jì)數(shù)初值等，斷開(kāi)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(pán)掃描及溫度的控制等操作。（2） 鍵盤(pán)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(cè)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(xiě)時(shí)序發(fā)布溫度或濕度（取決于入口參數(shù)，03H為測(cè)量溫度，05H為測(cè)量濕度）的測(cè)量命令，然后延時(shí)等待測(cè)量的完成。在完成測(cè)量后，再調(diào)用讀時(shí)序讀回測(cè)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。SM89C5比較溫度預(yù)設(shè)值和實(shí)際值的大小，產(chǎn)生各個(gè)電

12、器設(shè)備的啟停及聲光報(bào)警信號(hào)。（三）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(jià)格比，在溫濕度測(cè)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(cè)控系統(tǒng)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、檢測(cè)準(zhǔn)確、穩(wěn)定性好，實(shí)現(xiàn)了對(duì)溫濕度參數(shù)的測(cè)量。三、燃?xì)庑孤秷?bào)警系統(tǒng)（一）傳感器的選擇氣敏傳感器TGS813（二）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(jiǎn)單；長(zhǎng)壽命、低功耗。電路電壓

13、：24V（AC/DC，工作電壓為9V測(cè)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(bào)警電路圖（四）報(bào)警電路的組成報(bào)警電路有電源電路、檢測(cè)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(cè)器輸出低電平，使晶體管VT1截止

14、，從而使IC2停止LED1閃爍來(lái)說(shuō)明供電電壓不正常。檢測(cè)電路：TGS81琳口R1組成檢測(cè)電路。在20c時(shí)，設(shè)置甲烷濃度0.5%寸為報(bào)警點(diǎn)，此時(shí)R1壓降為2.5V。電壓比較電路：由檢測(cè)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(dāng)有可燃性氣體超量出現(xiàn)時(shí)，TGS813勺電阻下降，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。四、火災(zāi)報(bào)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(shí)，收集電極的電位變化可達(dá)1.11.2V。極問(wèn)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(shí)，對(duì)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(shí)的靈敏度見(jiàn)下表所示：表1UA02型離子感煙傳感器對(duì)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(guò)濾紙401.8棉花562.5（三）報(bào)警電路圖（四）電路原理在無(wú)煙幕時(shí)VD怫通，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

16、。當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，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(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。（五）數(shù)據(jù)記錄與查詢系統(tǒng)五、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(chǎng)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（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(chǔ)存溫度（C）-2

17、0+60重量（g）802.報(bào)安 有線防 （可擴(kuò)至 16 +99個(gè) 線防 無(wú)線自 習(xí) 編 自帶編 鍵盤(pán)， 作簡(jiǎn)便主機(jī)狀 行布 防、撤周界配警主機(jī)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(hào)AD-288顏 色淺灰 色音 量，85 dBm昭八、 明功能無(wú)爾達(dá)AD-288 GSM雙網(wǎng)報(bào)警主機(jī), 17 8區(qū)展個(gè)無(wú)區(qū)學(xué)碼程操大屏幕液晶顯示屏，可顯示報(bào)警狀態(tài)、報(bào)警記錄、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)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)行布防等操作兩組可設(shè)置的自

18、動(dòng)布防/撤防防區(qū)可與各種無(wú)線探測(cè)器、無(wú)線按鈕、各種紅外對(duì)射和接可自動(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(cè) 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(yǔ)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(chǎng)監(jiān)聽(tīng) 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(dòng)檢測(cè) 報(bào)警時(shí)可通過(guò)GS颯絡(luò)撥打接警電話或報(bào)警中心電話 報(bào)警時(shí)向接警手機(jī)號(hào)碼發(fā)送警情信息（需運(yùn)營(yíng)商支持） 自動(dòng)檢測(cè)電話線路和GSM犬態(tài)，優(yōu)先使用電話線路進(jìn)行報(bào)警應(yīng)用范圍：金融系統(tǒng)、別墅、學(xué)校、商店和企業(yè)等重要場(chǎng)所安全防范 報(bào)警通訊方式

19、：通過(guò)GSMf口PSTNt話網(wǎng)撥號(hào)傳送報(bào)警信號(hào) 報(bào)警通信協(xié)議：ContactID、ANERDA 防區(qū)數(shù)量：8個(gè)有線防區(qū)，可擴(kuò)展至16個(gè)有線防區(qū)，99個(gè)無(wú)線防區(qū) 編程和操作方式：本機(jī)鍵盤(pán) 存儲(chǔ)報(bào)警電話：6組電話號(hào)碼，2組中心號(hào)碼 報(bào)警響應(yīng)時(shí)間：0.8秒 用戶密碼管理：8個(gè)用戶、2組定時(shí)、4組遙控器 布撤防方式：遙控器、鍵盤(pán)、異地電話、定時(shí) 事件記錄：255次報(bào)警、故障、布防、撤防事件10秒分段或不分段無(wú)線接收：315MHz（316MHz遠(yuǎn)距可選）學(xué)習(xí)對(duì)碼安裝方式：壁掛式機(jī)箱材料：優(yōu)質(zhì)鋼板產(chǎn)品尺寸：260mm（長(zhǎng)）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(hù)蓄電池500mA30mA15%（不含顯示背光、外接負(fù)載和擴(kuò)展部分）200mA25%，（不含聯(lián)動(dòng)）報(bào)警（聯(lián)動(dòng)）輸出：開(kāi)關(guān)信號(hào)，觸點(diǎn)DC24V/1A（最大值）-1055，相對(duì)濕度40%70%探測(cè)器供電總電流：500mA探測(cè)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(lái)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，