智能家居人體傳感器技術(shù)報(bào)告

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評(píng)審記錄對(duì)《TSPS-0102V1.00技術(shù)報(bào)告V1.00120727》的評(píng)審意見上述問題修改驗(yàn)證后，由驗(yàn)證后，本文件即可發(fā)布。評(píng)審人員簽字：問題修改驗(yàn)證結(jié)果驗(yàn)證人簽字：時(shí)間：年月日變更日志編號(hào)版本修改內(nèi)容修改人修改日期目錄1. 概述 11.1 適用范圍 11.2 技術(shù)定位 12. 設(shè)計(jì)方案 22.1方案概述 22.2硬件架構(gòu) 22.2.1 CPU板 22.3軟件架構(gòu) 53. 主要功能 63.1 General功能 63.2 照明通道 63.3 存在通道 63.4 恒照度控制器 63.5 監(jiān)視器 63.6 繼電器輸出 64. 技術(shù)先進(jìn)性 74.1外觀工藝 74.2人機(jī)界面 74.3硬件平臺(tái)。 74.4可靠性設(shè)計(jì) 74.5使用靈活 74.6元件可靠性 75. 關(guān)鍵技術(shù) 85.1EIB/KNX標(biāo)準(zhǔn) 85.2人體動(dòng)作傳感電路 85.3靈活的功能配置 86. 技術(shù)參數(shù) 96.1額定參數(shù) 96.2技術(shù)指標(biāo) 96.3機(jī)械性能 106.4電磁兼容 10TSPS-0102V1.00技術(shù)報(bào)告PAGE10概述適用范圍TSPS-0102存在傳感器是TS-BUS的一個(gè)組成部分，吸納國際先進(jìn)技術(shù)，所推出的一種能和不同廠家基于KNX協(xié)議的模塊、軟件無縫兼容的輸入模塊。該模塊可以感應(yīng)到人體的移動(dòng)或動(dòng)作和環(huán)境照度信息，可以做到人來開燈開空調(diào)，人走關(guān)燈關(guān)空調(diào)，開關(guān)延時(shí)時(shí)間都是可以調(diào)整的，還具有恒照度控制功能。模塊可以使用在辦公室、會(huì)議室、圖書館等公共場所，也可以使用在樓梯、走廊、門廳及衣帽間等場所。技術(shù)定位該產(chǎn)品在硬件平臺(tái)和軟件設(shè)計(jì)以及提供的實(shí)現(xiàn)功能幾個(gè)方面，都處于國內(nèi)領(lǐng)先的地位。設(shè)計(jì)方案2.1方案概述裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計(jì)都依據(jù)模塊化的設(shè)計(jì)思路，客戶可以根據(jù)自己的需求來選擇安裝方式和功能，這樣生產(chǎn)和維護(hù)調(diào)試都比較方便。2.2硬件架構(gòu)硬件電路由一塊CPU板和一塊RELAY板構(gòu)成。這塊CPU板主要由以下幾部分構(gòu)成：EIB通訊模塊，CPU控制模塊，人體移動(dòng)傳感電路，紅外遙控接收電路，人機(jī)界面模塊和電源轉(zhuǎn)換模塊。其中EIB通訊模塊主要負(fù)責(zé)EIB總線電源的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)CPU與總線的通訊，是整個(gè)硬件電路的重要基礎(chǔ)。CPU模塊負(fù)責(zé)所有的控制和通訊任務(wù)，是整個(gè)硬件電路的核心部分。人體移動(dòng)傳感電路將人體的移動(dòng)信息放大成CPU能識(shí)別的模擬信號(hào)。紅外遙控接收電路用來接收遙控器的遙控信號(hào)。RELAY板由繼電器輸出模塊構(gòu)成，繼電器輸出模塊控制繼電器的開閉輸出。硬件平臺(tái)框圖如下：圖2-1裝置硬件框圖CPU板功能介紹此板件為本模塊的核心，負(fù)責(zé)所有任務(wù)的處理和調(diào)度。板件上的元件安裝大部分采用SMT貼片工藝，以此提高抗干擾能力和大批量生產(chǎn)能力。板件上使用了超低功耗單片機(jī)MSP430F249，可以降低系統(tǒng)的整機(jī)功耗，減少裝置對(duì)總線上能量的消耗。板件上還提供了人體移動(dòng)傳感電路，采集人體的移動(dòng)信息，通過人體的移動(dòng)信息來控制驅(qū)動(dòng)設(shè)備的開關(guān)。板件上還有一路紅外遙控接收電路，用來接收遙控信號(hào)，來觸發(fā)編程狀態(tài)。板件還有兩路繼電器輸出模塊來控制燈光的開關(guān)。電源模塊MSP430F249單片機(jī)正常工作時(shí)需要3.3V的電源電壓，而通訊芯片只能提供5V的電源，所以需要進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，由于系統(tǒng)的功耗比較低，所以選用了輸出電流為150mA，封裝體積也比較小的線性穩(wěn)壓芯片LD2985XX33為了減小電壓轉(zhuǎn)換時(shí)的損耗，LD2985XX33的電路如下圖所示：圖2-2電源電路原理圖。CPU模塊CPU的處理模塊主要有MSP430F249單片機(jī)以及其必要的外圍電路組成。AX1為CPU提供工作時(shí)鐘。SAVE端為CPU提供掉電和保存信號(hào)。邏輯器件AU4用來將串口發(fā)送端的3.3V電平轉(zhuǎn)換成5V電平和通訊芯片接口。單片機(jī)的VREF和VeREF管腳上接的電容用來給內(nèi)部AD電壓參考源濾波，使輸出結(jié)果更加穩(wěn)定。AD1和AR22是為了將通訊芯片接收端的5V電平轉(zhuǎn)換成3.3V的電平，當(dāng)URXD端為高電平時(shí)，二極管截止，P4.1管腳被上拉到3.3V上，單片機(jī)檢測到高電平，當(dāng)URXD為低電平時(shí)，二極管導(dǎo)通，P4.1通過二極管連到低電平上，此時(shí)單片機(jī)檢測到低電平。AJ3為MSP430F249的標(biāo)準(zhǔn)JTAG調(diào)試口。具體電路如下圖所示：圖2-3MSP430F249最小系統(tǒng)原理圖EIB通訊模塊EIB通訊模塊主要由EIB通訊芯片F(xiàn)ZE1066構(gòu)成，該芯片可以分離出總線上的通訊數(shù)據(jù)信號(hào)和電源，同時(shí)可以把需要發(fā)送的數(shù)據(jù)發(fā)送到總線上，芯片為系統(tǒng)提供了5V（VCC）和20V的電源分別用于電路的供電和繼電器的驅(qū)動(dòng)電路的電源，芯片的通訊數(shù)據(jù)線連接到主控單片機(jī)的I/O管腳上進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。SAVE管腳連接到CPU的I/O管腳上進(jìn)行總線掉電保存。具體電路如下圖所示：圖2-4EIB通訊電路原理圖繼電器輸出模塊該電路由2路雙線圈的繼電器和驅(qū)動(dòng)電路組成。驅(qū)動(dòng)電路由兩個(gè)三極管和一個(gè)儲(chǔ)能電容組成。兩個(gè)二極管用來給繼電器線圈提供續(xù)流回路。具體電路如下圖所示：圖2-5繼電器輸出模塊原理圖人體移動(dòng)傳感電路該模塊電路采用有源帶通濾波、放大電路組成。運(yùn)算放大器選用LMV324。運(yùn)放和電容組成高通濾波放大電路，AR40、AC25、AR33和AC24組成二階低通濾波電路，讓電壓在VDD33/2的基礎(chǔ)上放大，如果有人移動(dòng)，則輸出會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的電壓波動(dòng)，用AD采集出波動(dòng)的電壓。具體電路如下圖所示：圖2-6人體移動(dòng)傳感電路原理圖制作工藝要求采用經(jīng)過多年現(xiàn)場考驗(yàn)的硬件電路，工藝和質(zhì)量有可靠保證。2.3軟件架構(gòu)軟件任務(wù)介紹：AD采集：實(shí)時(shí)采集當(dāng)前的照度及人體移動(dòng)等信息；內(nèi)部應(yīng)用程序初始化函數(shù)任務(wù)：初始化應(yīng)用程序中的一些功能、狀態(tài)及變量等；內(nèi)部應(yīng)用程序主函數(shù)任務(wù)：實(shí)現(xiàn)模塊的大部分應(yīng)用功能（主要包含常規(guī)通道、照明通道、存在通道、監(jiān)視器通道、恒照度控制通道及2路繼電器輸出通道功能）。主要功能General功能探測區(qū)域選擇用來選擇使能哪幾個(gè)傳感器。暫停功能當(dāng)接收到相應(yīng)的報(bào)文時(shí)，傳感器在一段時(shí)間內(nèi)停止運(yùn)行。照度來源選擇選擇照度是來源于內(nèi)部的傳感器還是外部的傳感器。照度校準(zhǔn)校準(zhǔn)測量到的照度值。照度值循環(huán)發(fā)送選擇循環(huán)發(fā)送實(shí)際的亮度值。總線復(fù)位后狀態(tài)選擇總線復(fù)位后，選擇是否開啟幾個(gè)通道的功能及繼電器的位置。照明通道該通道自動(dòng)控制一路照明通道的工作。通道的主要功能如下：主從功能如果一個(gè)房間比較大，這時(shí)就需要多個(gè)探測器。在這種情況下，可以將其中一個(gè)探測器作為主機(jī)而其他的作為從機(jī)。當(dāng)從機(jī)檢測到動(dòng)作信息時(shí)，會(huì)循環(huán)發(fā)送ON的報(bào)文給主機(jī)，主機(jī)這時(shí)會(huì)根據(jù)設(shè)置對(duì)室內(nèi)的照明設(shè)備進(jìn)行控制。發(fā)送報(bào)文選擇可以選擇的控制報(bào)文的類型有開關(guān)、絕對(duì)調(diào)光、強(qiáng)制操作和場景號(hào)。全自動(dòng)功能當(dāng)人走進(jìn)房間時(shí)，房間的設(shè)備會(huì)自動(dòng)動(dòng)作不需要手動(dòng)控制；當(dāng)人離開房間后，房間的設(shè)備也會(huì)自動(dòng)動(dòng)作也不要手動(dòng)控制。半自動(dòng)功能當(dāng)人走進(jìn)房間時(shí)，房間的設(shè)備不會(huì)自動(dòng)動(dòng)作需要手動(dòng)控制；當(dāng)人離開房間后，房間的設(shè)備會(huì)自動(dòng)動(dòng)作不要手動(dòng)控制。照度門限控制模塊會(huì)實(shí)時(shí)檢測室內(nèi)的照度，通過實(shí)際照度和設(shè)定的照度門限比較決定是不是要開燈。用戶可以通過參數(shù)設(shè)定或者通訊對(duì)象來屏蔽這個(gè)功能。探頭靈敏度調(diào)節(jié)用戶可以設(shè)置模塊的靈敏度，High是最高，Low是最低，middle是中間狀態(tài)。恒照度開關(guān)功能模塊可以判斷燈光開啟后環(huán)境照度的變化，如果環(huán)境照度大于設(shè)定門限，則模塊會(huì)關(guān)閉輸出。存在通道該通道用來設(shè)置人存在和離開時(shí)控制其他設(shè)備的工作情況。報(bào)文類型包括：ON/OFF，1bytevalue,forcedoperation,up/down,heatingmode，scene。恒照度控制器該通道和調(diào)光器結(jié)合起來使用，可以將室內(nèi)的照度自動(dòng)控制在一個(gè)設(shè)定的照度之上。用戶可以根據(jù)自己的需求通過調(diào)光對(duì)象手動(dòng)調(diào)節(jié)燈光的亮度，同時(shí)還可以將當(dāng)前的照度作為設(shè)定照度，也可以通過通訊對(duì)象來設(shè)定模塊的設(shè)定照度值。如果用戶手動(dòng)控制室內(nèi)的燈光，則通道關(guān)閉，直到房間里沒人并且延時(shí)時(shí)間過后通道才會(huì)被自動(dòng)開啟?？梢栽O(shè)置控制照度的變化速度的快慢。監(jiān)視器監(jiān)視器功能是當(dāng)檢測到動(dòng)作信息時(shí)循環(huán)發(fā)送一個(gè)報(bào)文，當(dāng)檢測結(jié)束時(shí)循環(huán)發(fā)送另一個(gè)報(bào)文。這個(gè)報(bào)文的類型是1bit或者1byte。監(jiān)視器被使能后延時(shí)恢復(fù)時(shí)間過后進(jìn)入監(jiān)視模式。繼電器輸出該模塊提供2路繼電器輸出，用來控制燈光的開關(guān)。可以選擇正常輸出，還可以選擇樓梯燈輸出。輸出可以任意配置成是否根據(jù)亮度進(jìn)行輸出。這兩路的繼電器都可以被自動(dòng)控制或者手動(dòng)控制。手動(dòng)控制后，通道關(guān)閉；需要在房間里沒人后延時(shí)過后通道才會(huì)被重新開啟。技術(shù)先進(jìn)性4.1外觀工藝TSPS-0102的機(jī)殼結(jié)構(gòu)采用塑料結(jié)構(gòu)拼接而成，所有部件都采用模具制作，具有尺寸統(tǒng)一，體積短小，外觀工藝精湛，設(shè)計(jì)美觀的特點(diǎn)，整體工藝效果達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先的水平。4.2人機(jī)界面TSPS-0102提供一個(gè)編程按鍵、一個(gè)編程指示燈和一個(gè)綠色動(dòng)作指示燈，用戶可以通過這個(gè)按鈕來下載設(shè)備的物理地址，指示燈則指示現(xiàn)在在下載設(shè)備的物理地址。4.3硬件平臺(tái)。該模塊采用超低功耗的單片機(jī)MSP430F249作為CPU。該單片機(jī)作為數(shù)據(jù)處理，任務(wù)調(diào)度，通訊和人機(jī)界面的控制中心，配合高穩(wěn)定性的人體動(dòng)作信號(hào)采集電路及繼電器輸出電路。系統(tǒng)集成度高，降低了硬件和軟件開發(fā)成本。該模塊的通訊接口采用標(biāo)準(zhǔn)的EIB/KNX雙絞線通訊接口，可以和其他廠家的同標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品無縫隙的兼容。大大的改善了通訊復(fù)雜的問題，同時(shí)該通訊的抗干擾能力相當(dāng)強(qiáng)大。4.4可靠性設(shè)計(jì)可靠性設(shè)計(jì)主要包括硬件本身的性能和抗EMC設(shè)計(jì)及軟件的穩(wěn)定性。該模塊硬件上通過了CE的認(rèn)證，軟件上通過了歐洲KNX協(xié)會(huì)的一致性測試。可以說硬件和軟件都是相當(dāng)?shù)目煽俊?.5使用靈活用戶可以根據(jù)自己的需求配置不同的功能。該模塊提供7個(gè)通道的功能，每個(gè)通道功能中還包括很多的子功能供用戶選擇。另外的模塊的安裝方式是多樣的，可適應(yīng)各種安裝需求。4.6元件可靠性TSPS-0102所使用到的元器件都采用國內(nèi)或國際上的知名品牌，質(zhì)量有保證。高標(biāo)準(zhǔn)的原材料使用保障了裝置的可靠運(yùn)行。關(guān)鍵技術(shù)5.1EIB/KNX標(biāo)準(zhǔn)國內(nèi)有很多關(guān)于智能家居的產(chǎn)品，由于EIB/KNX標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)起來相當(dāng)復(fù)雜，所以幾乎都是基于485或者CAN總線來通訊的，這種產(chǎn)品的使用靈活性很差、功能單一，不同廠家之間的產(chǎn)品之間兼容性很差，而且通訊的穩(wěn)定性也很差。該模塊解決了上面的難題，實(shí)現(xiàn)了基于EIB/KNX總線通訊，這樣大大地提高產(chǎn)品的競爭力。這些技術(shù)在國內(nèi)是處于領(lǐng)先水平的。5.2結(jié)構(gòu)和外觀TSPS-0102采用臺(tái)灣進(jìn)口菲涅爾透鏡，具有質(zhì)地好、可靠性高及范圍廣的特點(diǎn)，提升了產(chǎn)品的美觀效果。結(jié)構(gòu)采用模塊化思想設(shè)計(jì)，符合現(xiàn)場的各種安裝方式要求，增加了產(chǎn)品的使用場合。5.3靈活的功能配置TSPS-0102提供了7個(gè)不同的功能通道供用戶選擇，用戶只要通過上位機(jī)軟件ETS設(shè)置自己需要功能下載到模塊內(nèi)部，模塊就可以實(shí)現(xiàn)用戶所設(shè)置的功能。這些技術(shù)在國內(nèi)是處于領(lǐng)先水平的。技術(shù)參數(shù)6.1額定參數(shù)EIB總線電源輸入范圍21～30VDC總線最大工作電流15mA功率消耗KNX/EIB不大于150mW輸出額定交流輸出路數(shù)2路額定頻率50/60HZUn額定電壓250VACIn額定電流10A最大負(fù)載下功率損耗<1W開關(guān)壽命>100000次6.2技術(shù)指標(biāo)EIB總線電源輸入范圍21～30VDCKNX電流消耗≤15mA輸出額定交流輸出路數(shù)2路額定頻率50/60HZUn額定電壓250VACIn額定電流10A最大負(fù)載下功率損耗<1W開關(guān)壽命>100000次連接KNX總線連接終端輸出端子螺絲接線終端操作和顯示部件紅色LED和按鍵用來下載物理地址綠色LED指示動(dòng)作信息保護(hù)類型IP20依據(jù)EN60529安全等級(jí)III依據(jù)EN61140溫度范圍運(yùn)行–20°C——+45°C存儲(chǔ)–25°C——+55°C運(yùn)輸–25°C——+70°C設(shè)計(jì)安裝方式吸頂/嵌入式安裝嵌入式安裝開孔尺寸直徑90mm薄底座尺寸115×14mm(Φ×H)厚底座尺寸115×29mm(Φ×H)模塊尺寸100×58mm(Φ×H)安裝位置安裝在房間的頂部。注意：不能靠近空調(diào)通風(fēng)口安裝。不能安裝在陽光或者燈光直射的地方。不能安裝在加熱設(shè)備附近。安裝高度2-4m探測角度360°探測范圍直徑12m（安裝高度3米）存在探測范圍直徑6m（安裝高度3米）照度測量范圍5–1500Lux環(huán)境條件濕度<93%