傳感器課程設(shè)計智能家居系統(tǒng)設(shè)計

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"1-5"\h\z一、 弓丨言 -2-\o"CurrentDocument"二、 溫濕度檢測系統(tǒng) -3-（一） SHTII簡介 -3-\o"CurrentDocument"（二） 基于SHTII溫濕度傳感器的測控系統(tǒng)設(shè)計.…… -3-\o"CurrentDocument"硬件電路設(shè)計 -3-\o"CurrentDocument"系統(tǒng)軟件設(shè)計 -4-（三） 小結(jié) -5-\o"CurrentDocument"三、 燃氣泄露報警系統(tǒng) -5-\o"CurrentDocument"（一） 傳感器的選擇 -5-\o"CurrentDocument"（二） 特點 -5-\o"CurrentDocument"四、 火災(zāi)報警系統(tǒng) -6-\o"CurrentDocument"（一）傳感器的選用 -6-\o"CurrentDocument"（二）主要電參數(shù) -7-\o"CurrentDocument"（三） 報警電路圖 -7-\o"CurrentDocument"（四） 電路原理 -8-\o"CurrentDocument"（五） 數(shù)據(jù)記錄與查詢系統(tǒng) -8-\o"CurrentDocument"五、 報警系統(tǒng) -9-\o"CurrentDocument"1.蜂鳴器 -9-2.報警主機 -9-六、 結(jié)論 -10-七、 參考文獻 -11-八、 致謝 -11-智能家居系統(tǒng)Xxx,xxx,xxx（北京交通大學(xué)，機電學(xué)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(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)有機地結(jié)合的一個系統(tǒng)。本文通過設(shè)計溫濕度檢測、燃氣泄露檢測和火災(zāi)報警系統(tǒng)，從預(yù)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(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，燃氣，火災(zāi)，設(shè)計SmarthomesystemXxx,xxx,xxx(BeijingJiaotongUniversity,SchoolofMechanical,ElectronicandControl

engineering,Classxxxx）Abstract: Atpresent,weusedtodefiningsmarthomeasasystembyusingcomputer,internetwithintegratedwiring technologyviathe familyinformationmanagementplatformandcombiningallthesub-systemsorganically.lnthispaper,bydesigningtemperatureandhumiditydetectionsystem,gasleakdetectionsystemandfirealarmsystem,webasicallymatchedtheneedofpreventionpartoftheintelligenthomefurnishingsystem.Byanalysingthesignalfromthefoursensoranddoingsomesimpleprogrammingonthealarmmachine,datacanbesendbothdirectlyandtimelytoseveralunitwhicharepresetanditcanmonitortheconditionofthehouseaswell.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(luò)通信技術(shù)、智能家居系統(tǒng)設(shè)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(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。、溫濕度檢測系統(tǒng)（一）SHTll簡介GNDDATANCNCGNDDATANCNCNCSHTll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—弗行數(shù)推引制fSCK—簾斤時聊端入SISHTll外形及管腳梓列示意圖12位、8位。濕度測量范圍是0?100%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0.01C。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內(nèi)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A/D轉(zhuǎn)換器進行模數(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?；赟HTll溫濕度傳感器的測控系統(tǒng)設(shè)計1.硬件電路設(shè)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偽主機，由SHTll實現(xiàn)溫度和濕度的測量。具體電路原理如圖所示。SM89C51是臺灣新茂(SyncMos)公司生產(chǎn)的8位MCU內(nèi)含4KBFLASHROM128BRAM擴展I/O,自帶看門狗定時器、低EMI、DBAN尋址、片內(nèi)WDTR(振蕩器、PWh等。因此本系統(tǒng)不需要外擴ROM也不必用外置的看門狗電路2*恤SHTllU?kPAIAiDW.KPWPllri:PUPHnsritKI7FNTILMXJ二亠T2*恤SHTllU?kPAIAiDW.KPWPllri:PUPHnsritKI7FNTILMXJ二亠T41-r：.i気一忖袖-4TVXIGNDrnjr—T顋牯盤TLsMgyc}!SM89C51與SHTll連接.只需用2條I/O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及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。顯示器件選用南京國顯的圖形液晶顯示模塊GXMI2864它內(nèi)含KS0108/HD61202控制器，是一種采用低功耗CMO戰(zhàn)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128X64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(yù)鍵、減1鍵、設(shè)定功能選擇鍵和設(shè)定吸濕機等，可分別采用固態(tài)繼電定值的設(shè)置，系統(tǒng)設(shè)有4個預(yù)設(shè)按鍵，分別為加完成確定鍵。電器驅(qū)動電路控制的設(shè)備主要包括風(fēng)機、器控制工作。通過開關(guān)風(fēng)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(SolidStateReleys)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)單片機檢測到溫度或濕度值超出預(yù)設(shè)范圍時，I／o口P1.2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。2．系統(tǒng)軟件設(shè)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(shè)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，包括關(guān)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(shè)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(yù)設(shè)值和實際值的大小，產(chǎn)生各個電器設(shè)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A/D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。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：〈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：5V±0.2V（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(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。檢測電路：TGS813和R1組成檢測電路。在20T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。四、火災(zāi)報警系統(tǒng)（一）傳感器的選用UD-02（一）傳感器的選用UD-02型離子感煙傳感器。（二）主要參數(shù)在20土5C清潔空氣條件下，收集電極（即C電極）的平衡電位為5.0?5.6V;有煙霧時，收集電極的電位變化可達1.1?1.2V。極間電容為4PF,AM241放射源為0.81?0.99uCi;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440?480E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1UD—02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3煙霧含量（mg/m）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（三）報警電路圖（四）電路原理在無煙幕時VDV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，VDV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)動揚聲器丫發(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(shè)備等。其參數(shù)如下表所示：型號SFB-55

2?報安有線防（可擴至16+99個線防無線自習(xí)編自帶編鍵盤，作簡便主機狀行布防、撤周界配額定電壓（V2?報安有線防（可擴至16+99個線防無線自習(xí)編自帶編鍵盤，作簡便主機狀行布防、撤周界配額定電壓（V）12消耗電流（mA160電壓范圍（V）8?16最大功率（W12聲音電平（dB）>110工作溫度「C）-20~+50儲存溫度（C）-20?■60重量（g）80警主機工作電流w200mA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AD-288顏色淺灰色量》85dBm昭八、、明功能無爾達AD-288GSM雙網(wǎng)報警主機/\|7??8區(qū)展個無區(qū)學(xué)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(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，每組用戶可單獨進行布防等操作兩組可設(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(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ContactID\ANERDA通信格式?電話掉線自動檢測?報警時可通過GSM網(wǎng)絡(luò)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(yīng)用范圍：金融系統(tǒng)、別墅、學(xué)校、商店和企業(yè)等重要場所安全防范?報警通訊方式：通過GSM和PSTN電話網(wǎng)撥號傳送報警信號?報警通信協(xié)議：ContactID、ANERDA99個無線防區(qū)?防區(qū)數(shù)量：8個有線防區(qū)，可擴展至1699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(yīng)時間：w0.8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?語音錄入：10秒分段或不分段?無線接收：315MHz（316MHz遠距可選）學(xué)習(xí)對碼?安裝方式：壁掛式?機箱材料：優(yōu)質(zhì)鋼板?產(chǎn)品尺寸：260m（長）X225m（寬）X77m（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免維護蓄電池?保險裝置額定電流：500mA?待機電流：30mA±15%（不含顯示背光、外接負載和擴展部分）?報警電流：200mA±25%，（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：室內(nèi)使用，溫度-10C~55C，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?/p>