傳感器課程設(shè)計智能家居系統(tǒng)設(shè)計說明

1、 WORD PAGE- 12 - / NUMPAGES13傳感器原理與應(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： 教 師：目錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc7317 一、 引言 PAGEREF _Toc7317 - 2 - HYPERLINK l _Toc9532 二、 溫濕度檢測系統(tǒng) PAGEREF _Toc9532 - 3 - HYPERLINK l _Toc20465 （一） SHTll簡介 PAGEREF _Toc20465 - 3 - HYPERLINK l _Toc26056

2、（二） 基于SHTll溫濕度傳感器的測控系統(tǒng)設(shè)計 PAGEREF _Toc26056 - 3 - HYPERLINK l _Toc30350 1 硬件電路設(shè)計 PAGEREF _Toc30350 - 3 - HYPERLINK l _Toc20684 2 系統(tǒng)軟件設(shè)計 PAGEREF _Toc20684 - 4 - HYPERLINK l _Toc21007 （三） 小結(jié) PAGEREF _Toc21007 - 5 - HYPERLINK l _Toc15685 三、 燃?xì)庑孤秷缶到y(tǒng) PAGEREF _Toc15685 - 5 - HYPERLINK l _Toc4564 （一） 傳感器的選

3、擇 PAGEREF _Toc4564 - 5 - HYPERLINK l _Toc26624 （二） 特點 PAGEREF _Toc26624 - 5 - HYPERLINK l _Toc26277 四、 火災(zāi)報警系統(tǒng) PAGEREF _Toc26277 - 6 - HYPERLINK l _Toc12586 （一） 傳感器的選用 PAGEREF _Toc12586 - 6 - HYPERLINK l _Toc24690 （二） 主要電參數(shù) PAGEREF _Toc24690 - 7 - HYPERLINK l _Toc16259 （三） 報警電路圖 PAGEREF _Toc16259 - 7

4、 - HYPERLINK l _Toc20292 （四） 電路原理 PAGEREF _Toc20292 - 8 - HYPERLINK l _Toc32277 （五） 數(shù)據(jù)記錄與查詢系統(tǒng) PAGEREF _Toc32277 - 8 - HYPERLINK l _Toc26777 五、 報警系統(tǒng) PAGEREF _Toc26777 - 9 - HYPERLINK l _Toc20627 1. 蜂鳴器 PAGEREF _Toc20627 - 9 - HYPERLINK l _Toc15554 2. 報警主機(jī) PAGEREF _Toc15554 - 9 - HYPERLINK l _Toc31699

5、 六、 結(jié)論 PAGEREF _Toc31699 - 10 - HYPERLINK l _Toc9203 七、 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc9203 - 11 - HYPERLINK l _Toc27396 八、 致 PAGEREF _Toc27396 - 11 -智能家居系統(tǒng)Xxx,xxx,xxx（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)合的一個系統(tǒng)。本文通過設(shè)計溫濕度檢測、燃?xì)庑孤稒z測和火災(zāi)報警系統(tǒng)，從預(yù)防的角度來講基本達(dá)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

6、出信號，在報警主機(jī)中進(jìn)行簡單的編程，使得數(shù)據(jù)可以與時準(zhǔn)確的發(fā)向預(yù)設(shè)的多個單元發(fā)送報警信號并可以實時監(jiān)測。關(guān)鍵詞：智能，家居，溫濕度，燃?xì)猓馂?zāi)，設(shè)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 inte

7、grated 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 intellige

8、nt home furnishing system.By HYPERLINK app:ds:analyseanalysing 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

9、,home,temperature and humidity,gas,fire hazard,design引言智能HYPERLINK :/baike.baidu /view/646017.htm t _blank 家居是以住宅為平臺，利用HYPERLINK :/baike.baidu /view/16242.htm t _blank 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)計方案 HYPERLINK :/baike.baidu /view/699328.htm t _blank 安全防技術(shù)、HYPERLINK :/baike.baidu /view/181860.htm t _blank 自

10、動控制技術(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)計了三個獨立檢測的系統(tǒng)，最終由報警主機(jī)對于獲得的信號進(jìn)行簡要分析并實時傳輸?shù)礁鱾€終端，達(dá)到實時監(jiān)測的目的。溫濕度檢測系統(tǒng)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(biāo)定、免外圍電路與全互換等特點。該傳感器的外形與管腳示意圖如圖1所示。 SHTll傳感器默認(rèn)的測量溫度和相對濕度的分辨率分別為14位、

11、12位，通過狀態(tài)寄存器可降至12位、8位。濕度測量圍是0100RH，對于12位的分辨率為00300RH；測溫圍為一40+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(biāo)定，校準(zhǔn)系數(shù)以程序形式儲存在OTP存中，在測量過程中可對相對濕度自動校準(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)生相對濕度、溫度的信號；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；再通過二線串行接口將相對濕度與溫度的數(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。 基于SHTll溫濕度傳感器的測控系統(tǒng)設(shè)計硬件電路設(shè)計測控系統(tǒng)的硬件電路包括采樣電路、鍵

12、盤顯示電路、電源電路和電器驅(qū)動電路。測控系統(tǒng)以SM89C51為主機(jī)，由SHTll實現(xiàn)溫度和濕度的測量。具體電路原理如圖所示。SM89C51是新茂(SyncMos)公司生產(chǎn)的8位MCU，含4 KB FLASH ROM、128 B RAM、擴(kuò)展IO，自帶看門狗定時器、低EMI、DBANK尋址、片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和時鐘線SCK，并在DATA端接入1只上拉電阻，同時在Vcc與GND端接入1只去耦電容，通過相應(yīng)的軟件設(shè)計，即可完成數(shù)據(jù)的采集與傳輸。顯示器件選用國顯的圖

13、形液晶顯示模塊GXMl2864。它含KS0108BHD61202控制器，是一種采用低功耗CMOS技術(shù)實現(xiàn)的點陣圖形LCD模塊，有8位的微處理器接口，通過部的12864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(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(SolidState

14、 Releys)HCA2550。交流固態(tài)繼電器是一種無觸點通斷電子開關(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)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(yīng)設(shè)備的控制。設(shè)計時應(yīng)注意各個電器不應(yīng)同時啟動，以免沖擊電網(wǎng)，這部分工作由軟件延時完成。系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件程序基于KEILC 70開發(fā)平臺，采用C51語言編寫。該部分程序采用模塊化設(shè)計方法，主要包括以下幾個模塊：主程序初始化主要完成系統(tǒng)上電后進(jìn)行定時器和LCD液晶模塊、通信電路的初始化，包括關(guān)

15、掉TO外的所有中斷、設(shè)定計數(shù)初值等，斷開各電器設(shè)備的電源，設(shè)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(jìn)行鍵盤掃描與溫度的控制等操作。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個限值存入到固定單元中。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(jìn)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(yù)設(shè)值和實際值的大小，產(chǎn)生各個電器設(shè)備的啟停與聲光報警

16、信號。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(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?；跀?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，實現(xiàn)了對溫濕度參數(shù)的測量。燃?xì)庑孤秷缶到y(tǒng)傳感器的選擇氣敏傳感器TGS813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 測量圍：5

17、00-10,000ppm 靈敏度（電阻比）：0.55-0.65 加熱器電壓：5V0.2V（AC/DC）報警電路圖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(dāng)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

18、測電路：TGS813和R1組成檢測電路。在20時，設(shè)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(dāng)有可燃性氣體超量出現(xiàn)時，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，IC4輸出高電平，晶體管VT2導(dǎo)通，從而激勵蜂鳴器發(fā)聲報警。火災(zāi)報警系統(tǒng)傳感器的選用UD-02型離子感煙傳感器。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，收集電極的電位變化可達(dá)1.11.2V。極間電

19、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，對不同材料所產(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報警電路圖電路原理在無煙幕時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，VDW截止，VT截止，LM317的adj端呈高阻態(tài)，輸出端Uo電

20、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電源。數(shù)據(jù)記錄與查詢系統(tǒng)報警系統(tǒng)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(qiáng),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,呼救報警以與需要強(qiáng)提示音的設(shè)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（mA）160電壓圍（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）80報警主機(jī)安爾達(dá) AD-288 GSM雙網(wǎng)報警主機(jī)工作電流200mA工作電壓交

21、流220V規(guī)格260X225X77（mm）適用圍家用、社區(qū)、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(qū)（可擴(kuò)展至16個）+99個無線防區(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，可顯示報警狀態(tài)、報警記錄、主機(jī)狀態(tài)、設(shè)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(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，每組用戶可單獨進(jìn)行布防、撤防等操作兩組可設(shè)置的自動布防/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(zhuǎn)換，自動充電控制，直接低壓檢測可設(shè)置6組或手

22、機(jī)接警，2組報警中心10秒自動報警語音，可設(shè)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Contact IDANERDA通信格式掉線自動檢測報警時可通過GSM網(wǎng)絡(luò)撥打接警或報警中心報警時向接警手機(jī)發(fā)送警情信息（需運營商支持）自動檢測線路和GSM狀態(tài)，優(yōu)先使用線路進(jìn)行報警應(yīng)用圍：金融系統(tǒng)、別墅、學(xué)校、商店和企業(yè)等重要場所安全防報警通訊方式：通過GSM和PSTN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(kuò)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(jī)鍵盤存儲報警：6組，2組中心報警響應(yīng)時間：0.8

23、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、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(yuǎn)距可選）學(xué)習(xí)對碼安裝方式：壁掛式機(jī)箱材料：優(yōu)質(zhì)鋼板產(chǎn)品尺寸：260mm（長）X225mm（寬）X77mm（高），（不含天線超出部分）產(chǎn)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(hù)蓄電池保險裝置額定電流：500mA待機(jī)電流：30mA15%（不含顯示背光、外接負(fù)載和擴(kuò)展部分）報警電流：200mA25%，（不含聯(lián)動）報警（聯(lián)動）輸出：開關(guān)信號，觸點DC24V/1A（最大值）使用環(huán)境：室使用，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-15V結(jié)論與普通家居相比