玻璃破碎傳感器

【實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)】實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)2學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握智能家居中玻璃破碎傳感器的工作原理?學(xué)會(huì)使用ZigBee節(jié)點(diǎn)對(duì)玻璃破碎傳感器進(jìn)行控制實(shí)驗(yàn)環(huán)境PC機(jī)一臺(tái)（內(nèi)安裝IAR平臺(tái)）無(wú)線路由一個(gè)智能網(wǎng)關(guān)一個(gè)ZigBee節(jié)點(diǎn)1ZigBee節(jié)點(diǎn)9ZigBee仿真器一套【實(shí)驗(yàn)原理】一.玻璃破碎傳感器應(yīng)用原理原理壓電陶瓷是一種能夠?qū)C(jī)械能和電能互相轉(zhuǎn)換的功能陶瓷材料，屬于無(wú)機(jī)非金屬材料，這是一種具有壓電效應(yīng)的材料，可作為無(wú)源傳感器件。所謂壓電效應(yīng)是指某些介質(zhì)在力的作用下，產(chǎn)生形變，引起介質(zhì)表面帶電，這是正壓電效應(yīng)。反之，施加激勵(lì)電場(chǎng)，介質(zhì)將產(chǎn)生機(jī)械變形，稱逆壓電效應(yīng)。利用壓電陶瓷片的壓電效應(yīng)，可以制成玻璃破碎入侵傳感器。對(duì)高頻的玻璃破碎聲音（10k?15kHZ）進(jìn)行有效檢測(cè)，而對(duì)lOkHZ以下的聲音信號(hào)（比如說(shuō)話、走路聲）有較強(qiáng)的抑制作用。玻璃破碎聲發(fā)射頻率的高低、強(qiáng)度的大小同玻璃厚度、面積有關(guān)。使用石英玻璃在25攝氏度，濕度25%時(shí)的破碎頻率為12KH.分類玻璃破碎傳感器按照工作原理的不同大致分為兩大類：一類是聲控型的單技術(shù)玻璃破碎傳感器，它實(shí)際上是一種具有選頻作用（帶寬10到15KHz）的具有特殊用途（可將玻璃破碎時(shí)產(chǎn)生的高頻信號(hào)驅(qū)除）的聲控報(bào)警傳感器。另一類是雙技術(shù)玻璃破碎傳感器，其中包括聲控-震動(dòng)型和次聲波-玻璃破碎高頻聲響型。聲控-震動(dòng)型是將聲控與震動(dòng)探測(cè)兩種技術(shù)組合在一起，只有同時(shí)探測(cè)到玻璃破碎時(shí)發(fā)出的高頻聲音信號(hào)和敲擊玻璃引起的震動(dòng)，才輸出報(bào)警信號(hào)。次聲波-玻璃破碎高頻聲響雙技術(shù)傳感器是將次聲波探測(cè)技術(shù)和玻璃破碎高頻聲響探測(cè)技術(shù)組合到一起，只有同時(shí)探測(cè)敲擊玻璃和玻璃破碎時(shí)發(fā)出的高頻聲響信號(hào)和引起的次聲波信號(hào)才觸發(fā)報(bào)警。玻璃破碎傳感器內(nèi)的壓電陶瓷敏感元件多是由鋯鈦酸一類材料制成的。由壓電效應(yīng)，當(dāng)在壓電陶瓷片上加上音頻電壓時(shí)，壓電陶瓷片就會(huì)發(fā)聲(一般作為發(fā)聲片或壓電喇叭)，同樣，使壓電陶瓷產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，它能輸出一定電壓，玻璃破碎傳感器正是利用這一特性制成的。玻璃破碎傳感器中與壓電陶瓷并聯(lián)的一只15-25千歐的電阻作用是降低傳感器內(nèi)部的阻抗。壓電陶瓷的用途非常廣泛。壓電陶瓷具有敏感的特性，可以將極其微弱的機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),頻率穩(wěn)定性好，精度高及適用頻率范圍寬，而且體積小、不吸潮、壽命長(zhǎng)。傳感器的監(jiān)測(cè)范圍為一整個(gè)房間(與窗戶多少無(wú)關(guān))。同時(shí)它的靈敏度連續(xù)可調(diào),保證可以根據(jù)環(huán)境情況設(shè)定一個(gè)最佳工作點(diǎn)——防誤報(bào)而不減靈敏度。特點(diǎn)玻璃破碎傳感器的特點(diǎn)包括以下幾點(diǎn)：全音頻及次聲波段頻率分析，能精確區(qū)分金屬，小片玻璃的碎聲及真正的玻璃碎聲。7個(gè)特殊頻率數(shù)字濾波器，數(shù)字放大增益和頻率振幅分析。可分析振動(dòng)和沖擊的波動(dòng)?？闺姶鸥蓴_及輻射。在我們的智能家居實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)中在選用了聲控-震動(dòng)型玻璃破碎傳感器，主聲控-震動(dòng)型玻璃破碎傳感器在檢測(cè)到有玻璃破碎時(shí)會(huì)在信號(hào)線輸出低點(diǎn)平，我們將ZigBee節(jié)點(diǎn)的信號(hào)線與其相連接。然后將節(jié)點(diǎn)和傳感器的地線連接到一起，就可以得到兩種狀態(tài)，當(dāng)信號(hào)線獲得高電平時(shí)為正常檢測(cè)狀態(tài)，若變?yōu)榈碗娖絼t說(shuō)明有報(bào)警信息，所以我們只需要模擬這兩種不同的狀態(tài)信息就能模擬主動(dòng)式紅外對(duì)射傳感器在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用。圖7-1玻璃破碎傳感器【實(shí)驗(yàn)步驟】本實(shí)驗(yàn)以對(duì)ZigBee節(jié)點(diǎn)的高低電平輸入玻璃破碎傳感器所產(chǎn)生的報(bào)警信號(hào)，具體操作將在實(shí)驗(yàn)中說(shuō)明。

參照實(shí)驗(yàn)2中對(duì)于ZigBee節(jié)點(diǎn)程序下載的方法(注意調(diào)試小組所分配的信道，以防止各個(gè)實(shí)驗(yàn)組之間干擾)，將實(shí)驗(yàn)7程序下載到ZigBee節(jié)點(diǎn)9中，ZigBee節(jié)點(diǎn)9的工程文件在“實(shí)驗(yàn)程序\實(shí)驗(yàn)7\Projects\zstack\Samples\Sensor1.25\CC2430DB”內(nèi)。程序驗(yàn)證首先將ZigBee協(xié)調(diào)器和網(wǎng)關(guān)相連接，打開(kāi)智能網(wǎng)關(guān)和ZigBee協(xié)調(diào)器開(kāi)關(guān)，然后打開(kāi)ZigBee節(jié)點(diǎn)9,等待幾秒鐘后觀察節(jié)點(diǎn)上的4個(gè)指示燈，4個(gè)燈都亮?xí)r表示節(jié)點(diǎn)正在搜索網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)LED3、LED4熄滅時(shí)說(shuō)明節(jié)點(diǎn)已經(jīng)加入到了ZigBee協(xié)調(diào)器所搭建的網(wǎng)絡(luò)中。在智能網(wǎng)關(guān)中，找到'‘我的設(shè)備一NandFlash-WSN-智能網(wǎng)關(guān).exe”文件雙擊執(zhí)行。進(jìn)入智能家居控制軟件，選擇左側(cè)節(jié)點(diǎn)9。選擇LED3按鈕，同時(shí)觀察ZigBee節(jié)點(diǎn)9上4個(gè)LED燈的變化，如下圖節(jié)點(diǎn)上的LED3閃爍，說(shuō)明ZigBee節(jié)點(diǎn)接收到了網(wǎng)關(guān)所發(fā)出的控制信號(hào)，學(xué)生可以自己控制網(wǎng)關(guān)上其他3個(gè)LED按鈕并觀察效果。llirtHHiir圖7-2信息采集類llirtHHiir圖7-2信息采集類ZigBee節(jié)點(diǎn)在前面的實(shí)驗(yàn)原理中我們已經(jīng)介紹了玻璃破碎傳感器的工作原理，所以我們只需要模擬出紅外感應(yīng)器報(bào)警系統(tǒng)在正常工作狀態(tài)下持續(xù)發(fā)出的低電平信號(hào)和其在報(bào)警狀態(tài)下的信號(hào)輸出，就可以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。打開(kāi)PC機(jī)端的智能家居控制軟件(運(yùn)行軟件前需保證ZigBee節(jié)點(diǎn)9在網(wǎng)絡(luò)中，而智能網(wǎng)關(guān)和協(xié)調(diào)器都工作正常)，點(diǎn)擊鏈接網(wǎng)關(guān)(若智能網(wǎng)關(guān)工作不正常電腦會(huì)提示)，在控制軟件的列表里會(huì)顯示有多少個(gè)節(jié)點(diǎn)在工作。

圖7-3圖7-3智能家居控制中心截圖首先將實(shí)驗(yàn)箱中的短接線插座連接到ZigBee節(jié)點(diǎn),插座上預(yù)留的兩根線(一根是地線，一根是信號(hào)線)，當(dāng)信號(hào)線與地線斷開(kāi)時(shí)報(bào)警，說(shuō)明有玻璃破碎的超聲波和次聲波被傳感器感應(yīng)到；當(dāng)信號(hào)線與地線短接產(chǎn)生低電平信號(hào)不產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。KteOHM'信號(hào)線_^--■IKteOHM'信號(hào)線_^--■I■■地線b4圖7-4ZigBee節(jié)點(diǎn)+此時(shí)學(xué)生觀察網(wǎng)關(guān)中LED5、LED6按鈕的勾選是否消除，同時(shí)觀察PC機(jī)控制軟件是否提示“玻璃破碎請(qǐng)注意！”。溫度0MAC地址E濕度0X肛5&5CDK￡7