智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)

實(shí)用傳感器技術(shù)教程2024/4/51智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)家居有害氣體檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.2第9章智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)智能家居安防系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)9.19.2家居溫濕度檢測(cè)傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)9.4火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)傳感器選擇與設(shè)計(jì)9.32024/4/52智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬別，同一個(gè)物理量，可以有多種不同測(cè)量原理的傳感器可供選擇，同一種傳感器，也可以用來測(cè)量多種不同的物理量。如何根據(jù)具體的測(cè)量目的、測(cè)量對(duì)象以及測(cè)量環(huán)境合理地選用傳感器，是在具體場合進(jìn)行某個(gè)量的測(cè)量時(shí)首先要解決的問題。當(dāng)傳感器確定之后，與之相配套的測(cè)量方法和測(cè)量設(shè)備也隨之確定，因而測(cè)量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)既有溫濕度檢測(cè)、有害氣體檢測(cè)等檢測(cè)功能，又有火災(zāi)報(bào)警和防盜報(bào)警等控制功能，是一個(gè)典型的多傳感器的測(cè)控系統(tǒng)。本章以智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)作為傳感器綜合設(shè)計(jì)實(shí)例，介紹傳感器應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中的如何選擇、計(jì)算以及安裝傳感器，同時(shí)給出各種傳感器的實(shí)際應(yīng)用電路。

2024/4/53智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)9.1智能家居安防系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)智能家居指的是一個(gè)居住環(huán)境，是指以住宅為平臺(tái)安裝有智能家居系統(tǒng)的居住環(huán)境，又稱智能住宅。通俗地說，它是融合了自動(dòng)化控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)于一體的網(wǎng)絡(luò)化智能化的家居控制系統(tǒng)，本節(jié)重點(diǎn)介紹家庭安防系統(tǒng)和環(huán)境控制系統(tǒng)傳感器的選擇和使用。2024/4/54智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)9.1.1家居防盜報(bào)警系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)防盜報(bào)警系統(tǒng)是指在防范現(xiàn)場探測(cè)到有入侵者時(shí)能發(fā)出相應(yīng)報(bào)警信號(hào)的專用電子系統(tǒng)。它通過相關(guān)信號(hào)探測(cè)傳感器器，在建筑物中進(jìn)行周界或定方位的探測(cè)和保護(hù)。1.常用防盜報(bào)警器的種類及特點(diǎn)（1）門磁傳感器：門磁傳感器是一種在保安監(jiān)控、安全防范系統(tǒng)中常用的器件，其優(yōu)點(diǎn)是體積小，工作可靠，可以通過無線工作，使用起來非常方便。門磁是接近開關(guān)的一種，可以是光電的，也可以是永磁的。門磁傳感器通常安裝在居室門窗上，當(dāng)門窗緊閉時(shí)，門磁傳感器不報(bào)警，當(dāng)門窗無論何種原因被打開時(shí)，門磁傳感器立即報(bào)警。2024/4/55智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)

常用防盜報(bào)警器的種類及特點(diǎn)

（2）超聲波傳感器：超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器，超聲波報(bào)警裝置的有效性取決于能量在保安區(qū)域內(nèi)多次反射后的能量大小，像墻壁、桌子和文件柜等硬表面物體對(duì)聲波有很好的反射作用，而地毯、窗簾和布等軟質(zhì)材料則是聲波的不良反射體。因此在充滿軟質(zhì)材料的區(qū)域應(yīng)該避免使用超聲波傳感器。2024/4/56智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)

常用防盜報(bào)警器的種類及特點(diǎn)

（3）微波雷達(dá)傳感器：微波雷達(dá)探測(cè)器是一種將微波收、發(fā)設(shè)備合置的探測(cè)器，采用多普勒雷達(dá)的原理，將微波發(fā)射天線與接受天線裝在一起，通過檢測(cè)活動(dòng)目標(biāo)產(chǎn)生的反射波頻差進(jìn)行報(bào)警。微波入侵探測(cè)器的主要缺點(diǎn)是安裝要求高，微波段的電磁波由于波長較短，故穿透力強(qiáng)，所以在安裝時(shí)不要面對(duì)室外。另外金屬物體對(duì)微波反射較強(qiáng)，因而在探測(cè)器防范區(qū)域內(nèi)不要有大面積（或體積較大）物體存在，如鐵柜等，否則其后面的陰影部分會(huì)形成探測(cè)盲區(qū)，造成防范漏洞。其另一個(gè)缺點(diǎn)是會(huì)發(fā)出對(duì)人體有害的微量能量，因此使用時(shí)必須將能量控制在對(duì)人體無害的水平。

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常用防盜報(bào)警器的種類及特點(diǎn)

（4）玻璃破碎探測(cè)器：利用壓電陶瓷片的壓電效應(yīng)（壓電陶瓷片在外力作用下產(chǎn)生變形時(shí)將會(huì)在其表面產(chǎn)生電荷），可以制成玻璃破碎入侵探測(cè)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)10kHZ以下的聲音信號(hào)（如說話、走路聲）則有較強(qiáng)的抑制作用。但該產(chǎn)品靈敏度非常難調(diào)，靈敏度過高，則室外的風(fēng)吹雨打所也能導(dǎo)致報(bào)警；靈敏度過低，則會(huì)因盜賊輕輕拉開窗戶力度過輕而未感測(cè)到振動(dòng)而產(chǎn)生漏報(bào)警。2024/4/58智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)常用防盜報(bào)警器的種類及特點(diǎn)（5）主動(dòng)式紅外發(fā)射／接收傳感器：主動(dòng)式紅外發(fā)射／接收傳感器由主動(dòng)紅外光發(fā)射器和接收器兩部分組成。紅外光在人眼看不見的光譜范圍，經(jīng)過光束聚焦，在收發(fā)器之間形成紅外光束，當(dāng)有人經(jīng)過這條無形的封鎖線時(shí)，必然全部或部分遮擋紅外光束。接收端由于紅外光束產(chǎn)生變化將自動(dòng)識(shí)別是否報(bào)警。2024/4/59智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)（6）被動(dòng)式熱釋電紅外傳感器被動(dòng)式紅外入侵探測(cè)器采用熱釋電紅外探測(cè)元件來探測(cè)移動(dòng)目標(biāo)。只要物體的溫度高于絕對(duì)零度，就會(huì)不停地向四周輻射紅外線，被動(dòng)式熱釋電紅外傳感器利用移動(dòng)目標(biāo)(如人、畜、車)自身輻射的紅外線進(jìn)行探測(cè)。

常用防盜報(bào)警器的種類及特點(diǎn)2024/4/510智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)與其它類型的保安設(shè)備相比，被動(dòng)式紅外入侵探測(cè)器具有以下特點(diǎn)：1)不需要在保安區(qū)域內(nèi)安裝任何設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制；2)由于是被動(dòng)式工作，不產(chǎn)生任何類型的輻射，故保密性強(qiáng)，能有效執(zhí)行保安任務(wù)；3)與環(huán)境照度無關(guān)，可以晝夜工作，特別適宜在夜間或黑暗條件下工作；4)由于無能量發(fā)射，沒有容易磨損的活動(dòng)部件，因而功耗低、結(jié)構(gòu)牢固、壽命長、維護(hù)簡便、可靠性高。2024/4/511智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)2.

基于分離元件的被動(dòng)式熱釋電紅外傳感器報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1）被動(dòng)式熱釋電紅外傳感器的結(jié)構(gòu)原理2024/4/512智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)1）光學(xué)系統(tǒng)：主要由菲涅耳透鏡構(gòu)成，菲涅耳透鏡是根據(jù)菲涅耳原理制成，其作用主要有兩個(gè)：一是聚焦作用，即將探測(cè)空間內(nèi)的紅外線有效地集中到熱釋電傳感器上。二是將探測(cè)區(qū)域內(nèi)分為若干個(gè)明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入探測(cè)區(qū)域的移動(dòng)物體能以溫度不斷變化的形式在熱釋電紅外傳感器上產(chǎn)生變化的熱釋紅外信號(hào)，這樣熱釋電紅外傳感器就可以產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，圖9-2為菲涅耳透鏡外觀圖。2024/4/513智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)2）熱釋電傳感器：熱釋電紅外傳感器是報(bào)警器的核心器件，它可以把人體的紅外線信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)以供信號(hào)處理部分使用。

熱釋電紅外傳感器通常采用3引腳金屬封裝，3個(gè)引腳分別為電源端（內(nèi)部開關(guān)管D極），信號(hào)輸出端（內(nèi)部開關(guān)管S極），接地端（GROUND），其外形及引腳見圖9-3：2024/4/514智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)雙元熱釋電紅外檢測(cè)元件LHI968內(nèi)部電路圖如圖9-4所示

:2024/4/515智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)3）信號(hào)處理電路：信號(hào)處理主要是把熱釋電傳感器輸出的微弱電信號(hào)進(jìn)行放大、濾波、延遲和比較，為報(bào)警功能的實(shí)現(xiàn)打下基礎(chǔ)。如圖9-5所示

2024/4/516智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)3.

基于集成元件的被動(dòng)式熱釋電紅外傳感器報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)（1）BISS0001介紹2024/4/517智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)（2）由BISS0001組成的熱釋電傳感器信號(hào)處理電路2024/4/518智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)2024/4/519智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)4.熱釋電傳感器應(yīng)用領(lǐng)域及常用型號(hào)參數(shù)目前市場上常見的產(chǎn)品主要有：日本KDS產(chǎn)品：KDS209S，PIS-204S；尼賽拉產(chǎn)品：RE200B，RE03B，PD632；德國海曼產(chǎn)品：LHI958，LH1954，LHI1448，LHI878，LHI778，上海產(chǎn)的SD02、PH5324，美國HAMAMATSU公司產(chǎn)的P2288，日本NIPPONCERAMIC公司的SCA02-1、RS02D等。雖然生產(chǎn)廠商眾多，但因其結(jié)構(gòu)、外型和基本參數(shù)大致相同，大部分可以互換使用。

2024/4/520智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)2024/4/521智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)5熱釋電紅外傳感器的安裝注意事項(xiàng)1）不能安裝在室外。2）紅外線熱釋電傳感器應(yīng)離地面2～2.4米，向下傾斜15度角。3）紅外線熱釋電傳感器遠(yuǎn)離空調(diào),冰箱，火爐等空氣溫度變化敏感的地方。4）紅外線熱釋電傳感器和被探測(cè)的人體之間不得間隔家具、大型盆景、玻璃、窗簾等其他物體。5）紅外線熱釋電傳感器不能直對(duì)門窗及有陽光直射的地方，否則窗外的熱氣流擾動(dòng)和人員走動(dòng)會(huì)引起誤報(bào)，有條件的最好把窗簾拉上。紅外線熱釋電傳感器也不要安裝在有強(qiáng)氣流活動(dòng)的地方。6）安裝探測(cè)器的天花板或墻要堅(jiān)固，不能有晃動(dòng)或震動(dòng)。2024/4/522智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)9.1.2.無線門磁傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.無線門磁傳感器簡介無線門磁傳感器是一種在保安監(jiān)控、安全防范系統(tǒng)中常用的器件，其體積小，工作可靠，通過無線工作，使用起來非常方便。

2024/4/523智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)2.無線門磁傳感器內(nèi)部工作原理2024/4/524智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)3.PT2262介紹2024/4/525智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)9.2家居有害氣體檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)9.2.1.常用氣敏傳感器分類及工作原理氣敏傳感器是一種將檢測(cè)到的氣體類別、成分、和濃度轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器?？捎糜趯?duì)氣體的定性或定量檢測(cè)。氣敏材料與氣體接觸后會(huì)發(fā)生化學(xué)或物理相互作用，導(dǎo)致其某些特性參數(shù)的改變，包括質(zhì)量，電參數(shù)，光學(xué)參數(shù)等。氣敏傳感器利用這些材料作為氣敏元件，把被測(cè)氣體種類或濃度的變化轉(zhuǎn)化成傳感器輸出信號(hào)的變化，從而實(shí)現(xiàn)氣體檢測(cè)目的。2024/4/526智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)9.2.2.基于QM-N5型氣敏元件的家居有害氣體檢測(cè)報(bào)警電路設(shè)計(jì)2024/4/527智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)9.3火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)傳感器選擇與設(shè)計(jì)“火災(zāi)”，是指在時(shí)間和空間上失去控制的燃燒所造成的災(zāi)害。在各種災(zāi)害中，火災(zāi)是最經(jīng)常、最普遍地威脅公眾安全和社會(huì)發(fā)展的主要災(zāi)害之一，

火災(zāi)的發(fā)展過程大致可以分為初期階段、發(fā)展階段和衰減熄滅階段。選擇合適的火災(zāi)探測(cè)器的目的在于：在初燃生煙階段，能自動(dòng)發(fā)出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)，達(dá)到早期預(yù)警的目的。2024/4/528智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)9.3.1.常用的火災(zāi)探測(cè)器種類及原理介紹1.感煙探測(cè)器（1）離子感煙探測(cè)器（2）光電感煙探測(cè)器2.感溫火災(zāi)探測(cè)器

（1）雙金屬片型（2）膜盒型探測(cè)器（3）電子感溫探測(cè)器

2024/4/529智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)9.3.2.火災(zāi)探測(cè)器的選擇火災(zāi)分為兩大類：一類是燃燒過程極短暫的爆燃性火災(zāi)；另一類是具有初始陰燃階段，燃燒過程較長的一般性火災(zāi)。對(duì)于第一類火災(zāi)，必須采用可燃?xì)馓綔y(cè)器實(shí)現(xiàn)災(zāi)前報(bào)警，或采用感光式探測(cè)器對(duì)爆燃性火災(zāi)瞬間產(chǎn)生的強(qiáng)烈光輻射作出快速報(bào)警反應(yīng)。這類火災(zāi)沒有陰燃階段，燃燒過程中煙霧少，用感煙式探測(cè)器顯然不行。燃燒過程中雖然有強(qiáng)熱輻射，但總的來說感溫式探測(cè)器的響應(yīng)速度偏慢，不能及時(shí)對(duì)爆燃性火災(zāi)作出報(bào)警反應(yīng)。一般性火災(zāi)初始的陰燃階段，產(chǎn)生大量的煙和少量的熱，很弱的火光輻射，此時(shí)應(yīng)選用感煙式探測(cè)器。煙霧粒子較大時(shí)宜采用光電感煙式探測(cè)器。煙霧粒子較小時(shí)由于對(duì)光的遮擋和散射能力較弱，光電式探測(cè)器靈敏度降低，此時(shí)宜采用離子式探測(cè)器?；馂?zāi)形成規(guī)模時(shí)，在產(chǎn)生大量煙霧的同時(shí)，光和熱的輻射也迅速增加，這時(shí)應(yīng)同時(shí)選用感煙、感光及感溫式探測(cè)器，把它們組合使用。1.火災(zāi)類型及形成規(guī)律與探測(cè)器的關(guān)系2024/4/530智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)2.根據(jù)建筑物的特點(diǎn)及場合的不同選用探測(cè)器建筑物的室內(nèi)高度的不同，對(duì)火災(zāi)探測(cè)器的選用有不同的要求。房間高度超過12m感煙探測(cè)器不適用，房間高度超過8m則感溫探測(cè)器不適用，這種情況下只能采用感光探測(cè)器。對(duì)于較大的庫房及貨場，宜采用線型激光感煙探測(cè)器，而采用其它點(diǎn)型探測(cè)器則效率不高。在粉塵較多、煙霧較大的場所，感煙式探測(cè)器易出現(xiàn)誤報(bào)警，感光式探測(cè)器的鏡頭易受污染而導(dǎo)致探測(cè)器漏報(bào)。因此，在這種場合只有采用感溫式探測(cè)器。

2024/4/531智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)9.3.3.離子感煙探測(cè)器設(shè)計(jì)1.MC14468介紹2024/4/532智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)2024/4/533智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)2.MC14468應(yīng)用電路圖2024/4/534智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)9.3.4.光電感煙探測(cè)器設(shè)計(jì)物質(zhì)在燃燒初期會(huì)產(chǎn)生大量的煙霧顆粒和一氧化碳等大量有害氣體。煙霧顆粒的大小(以直徑計(jì))一般在0.0l～9um之間。這些煙霧顆粒分布界面極大、性質(zhì)也不穩(wěn)定，容易使光產(chǎn)生散射。光電式煙霧傳感器將煙霧顆粒作為被測(cè)對(duì)象，通過進(jìn)入煙室內(nèi)的煙霧顆粒對(duì)發(fā)光元件發(fā)出的紅外光的散射作用，從而引起接受元件端產(chǎn)生電量的變化，通過判斷電量的變化確定煙霧報(bào)警狀態(tài)。

2024/4/535智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)

1.MC145010介紹2024/4/536智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)2024/4/537智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)2.MC145010應(yīng)用電路2024/4/538智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)9.4家居溫濕度檢測(cè)傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)9.4.1.常用溫度測(cè)量傳感器及原理介紹濕度是表示空氣中水蒸汽含量的物理量，常用絕對(duì)濕度、相對(duì)濕度、露點(diǎn)等表示。絕對(duì)濕度是指單位體積空氣內(nèi)所含水蒸汽的質(zhì)量，一般用mg／L作指標(biāo)。相對(duì)濕度的定義是單位體積空氣內(nèi)實(shí)際所含的水蒸汽的密度（用d1表示）和同溫度下飽和水氣密度（用d2表示）的百分比，即RH%=d1/d2×100%，其中RH%表示相對(duì)濕度，即人們?nèi)粘Ｉ钪兴f的空氣濕度。

2024/4/539智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)濕度測(cè)量方法眾多，目前濕度測(cè)量方案最主要的有兩種：干濕球測(cè)濕法和電子式濕度傳感器測(cè)濕法。一般說來，電子式濕度傳感器的長期穩(wěn)定性和使用壽命不如干濕球濕度傳感器，而且濕度傳感器是采用半導(dǎo)體技術(shù)，因此對(duì)使用的環(huán)境的溫度有要求，超過其規(guī)定的使用溫度將對(duì)傳感器造成損壞，所以電子式濕度傳感器測(cè)濕方法更適合于在潔凈及常溫的家庭環(huán)境中使用。2024/4/540智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)9.4.3.SHT11溫濕度傳感器的管腳、特點(diǎn)及內(nèi)部電路SHT11內(nèi)部結(jié)構(gòu)介紹

2024/4/541智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)SHT11與微處理器的硬件連接2024/4/542智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)2024/4/543智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)SHT11傳感器的軟件設(shè)計(jì)2024/4/544智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)2024/4/545智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器設(shè)計(jì)