传感器课程设计智能家居系统设计

1、传感器原理及应丿课题研究课题名称：智能家居系统系:机械与电子控制工程学院业:测控技术与仪器名:口号:师:目录引言 温湿度检测系统（一） SHTII 简介 （二） 基于SHTII温湿度传感器的测控系统设计1.硬件电路设计 2.系统软件设计（三）小结燃气泄露报警系统（一） 传感器的选择 - 5 -（二） 特点 - 5 -四、火灾报警系统 - 6 -（一） 传感器的选用 - 6 -（二） 主要电参数 - 7 -（三） 报警电路图 - 7 -（四） 电路原理 - 8 -（五） 数据记录与查询系统 .- 8 -五、报警系统 - 9 -1. 蜂鸣器 - 9 -2. 报警主机 - 9 -、六、结论 - 10

2、 -七、参考文献 - 11 -八、致谢 - 11 -智能家居系统Xxx,xxx,xxx（北京交通大学，机电学院，机电 xxxx 班）摘要： 目前通常把智能家居被定义为利用电脑、网络和综合布线技术，通过家庭信 息管理平台将与家居生活有关的各种子系统有机地结合的一个系统。本文通过设计温湿 度检测、燃气泄露检测和火灾报警系统，从预防的角度来讲基本达到了智能家居对于突 发情况的要求。通过四种传感器的输出信号，在报警主机中进行简单的编程，使得数据 可以及时准确的发向预设的多个单元发送报警信号并可以实时监测。 关键词：智能，家居，温湿度，燃气，火灾，设计Smart home systemXxx,xxx,x

3、xx(Beijing Jiaotong University,School of Mechanical, Electronic and Controlengin eeri ngQass xxxx）Abstract:At p rese nt, we used to defi ning smart home as a system by usingcompu ter ,in ter net with in tegrated wiri ngtech no logy via thefamily in formatio nmanagement platform and combiningall the

4、sub-systemsorga ni cally .Inthispap er,by desig ning temp eratureandhumiditydetecti onsystem,gas leakdetection system and fire alarm system,we basically matched the need of p reve nti on p art of the in tellige nt home furnishing system.By an alys ing the sig nal from the four sensor and doing some

5、simple programming on the alarm machine,data can be send both directly and timely to several unit which are p reset and it can mon itor the con diti on of the house as well.keywords: in tellige nt,home,te mp erature and humidity,gas,fire hazard,desig n、引言智能家居是以住宅为平台，利用综合布线技术、网络通信技术、智能家居系统设计 方案安全防范技术

6、、自动控制技术、音视频技术将家居生活有关的设施集成，构建高效 的住宅设施与家庭日程事务的管理系统，提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性， 并实现环保节能的居住环境。本文根据家居需要，选择了适当的传感器设计了三个独立 检测的系统，最终由报警主机对于获得的信号进行简要分析并实时传输到各个终端，达 到实时监测的目的。、温湿度检测系统（一） SHTll 简介SCGKDDATANtNCNC恤SHTll为具有二线串行接口的单片全校准数字 式新型相对湿度和温度传感器，可用来测量相对湿 度、温度和露点等参数，具有数字式输出、免调试、 免标定、免外围电路及全互换等特点。该传感器的 外形及管脚示意图如图1所示。

7、SHTll传感器默认的测量温度和相对湿度的分 辨率分别为14位、12位，通过状态寄存器可降至串行S据引脚bSCK弗fi时辙輸人 圈I sHTi外枚管isiftw示意a12位、8位。湿度测量范围是0100% RH对于12位的分辨率为0. 0300RH测温范围 为一 40+123. 8C,对于14位的分辨率为0. 01C。每个传感器芯片都在极为精确的 湿度室中标定，校准系数以程序形式储存在OTP内存中，在测量过程中可对相对湿度自动校准，使SHTII具有100%的互换性。其测量原理：首先利用2只传感器分别产生相对湿度、温度的信号；然后经过放大， 分别送至A/D转换器进行模数转换、校准和纠错；再通过二

8、线串行接口将相对湿度及温 度的数据送至微控器；最后利用微控器完成非线性补偿和温度补偿。(二) 基于SHTII温湿度传感器的测控系统设计1 .硬件电路设计测控系统的硬件电路包括采样电路、键盘显示电路、电源电路和电器驱动电路。测 控系统以SM89C5伪主机，由SHTII实现温度和湿度的测量。具体电路原理如图所示。 SM89C51是台湾新茂(SyncMos)公司生产的 8 位 MCU 内含 4 KB FLASH ROM 128 B RAM 扩展I /O,自带看门狗定时器、低 EMI、DBAN寻址、片内WDT RCB荡器、PWM|。因 此本系统不需要外扩ROM也不必用外置的看门狗电路。丄 n -r年

9、hV st世巴罠KSI .a.1Q UI I 1 P旧PH PO FMP 4 P JP A kl7UireiSfl_15 HU KVDr聞宰T孙F tvi 丄一Itr:ffl-aWk定值的设置, 完成确定键。h赴HSU Iff-rNTi i LNTOTl 1 rv2L1j冲生17SM89C51与SHTII连接.只需 用2条I/O 口线分别作为数据线 DATA和时钟线SCK并在DATA端 接入1只上拉电阻，同时在Vcc及 GND端接入1只去耦电容，通过相 应的软件设计，即可完成数据的采 集与传输。显示器件选用南京国显 的图形液晶显示模块GXMI2864 它 内含 KS0108B/HD61202控

10、制器， 是一种采用低功耗CMO战术实现 的点阵图形LCD模块，有8位的微 处理器接口，通过内部的 128X 64 位映射DDRAM实现128点、64点 大小的平板显示。它的主要功能是 分2行同时显示现场节点的温度和 湿度。LCD显示模块与单片机的接 口电路如图所示。另外，为完成预 键、减1键、设定功能选择键和设定 吸湿机等，可分别采用固态继电系统设有4个预设按键，分别为加 电器驱动电路控制的设备主要包括风机、器控制工作。通过开关风机或加湿系统的工 作状态，实现对测控系统的实时控制。继电 器采用交流固态继电SSR(SoIidState Releys)HCA2550。交流固态继电器是一种无 触点通

11、断电子开关，为四端有源器件，其中 两端为输入控制端，另外两端为输出受控端， 中间采用光电隔离，作为输入输出之间的电气隔离（浮空），有效避免电磁干扰。当单片机检测到温度或湿度值超出预设范围时， I o 口 P12 输出控制信号触发继电器启动电器工作， 从而实现对相应设备的控制。 设计时 应注意各个电器不应同时启动，以免冲击电网，这部分工作由软件延时完成。2系统软件设计系统软件程序基于KEILC7. 0开发平台，采用C51语言编写。该部分程序采用模块 化设计方法，主要包括以下几个模块：（1）主程序初始化主要完成系统上电后进行定时器和 LCD液晶模块、通信电路的初始化，包括关掉 TO 外的所有中断、

12、设定计数初值等，断开各电器设备的电源，设定各个数据的存储单元地 址。初始化完成后，系统将正常运行，并进行键盘扫描及温度的控制等操作。（2）键盘扫描、显示子程序提供人机信息交换接口，完成温度的上、下限值的设定与显示功能，并将 2 个限值 存入到固定单元中。（3）温度测量、控制子程序微控制器首先发布 1 个启动传输时序， 接着调用写时序发布温度或湿度 （ 取决于入口 参数，03H为测量温度，05H为测量湿度）的测量命令，然后延时等待测量的完成。在完 成测量后，再调用读时序读回测量结果，进行温湿度的计算，最后将实际温度值存储于 固定单元中。SM89C5比较温度预设值和实际值的大小，产生各个电器设备的

13、启停及声光 报警信号。三）小结SHTll 是单片集成的数字温湿度传感器，所有信号的调理都在芯片内部完成，采用 12C总线实现通信，完成数据和时钟的传输，而且直接输出数字信号。这样不仅节省了单 片机的I/O口线，而且减少了 A/D器件，降低了成本。因此该器件具有极高的性能价 格比，在温湿度测量控制系统中的应用前景非常地广阔。基于数字温湿度传感器 SHTll 的温湿度测控系统电路结构简单、检测准确、稳定性好，实现了对温湿度参数的测量。三、燃气泄露报警系统一）传感器的选择气敏传感器 TGS813二）特点它对氢气、一氧化碳、丙烷、乙醇等一般可燃性气体均有较高的灵敏度；后期电路 简单；长寿命、低功耗。电

14、路电压：24V（ AC/DC ,工作电压为9V测量范围：500-10,000ppm灵敏度（电阻比）：0.55-0.65加热器电压：5V 0.2V（ AC/DCm 3 - 31町燃性气怖泄窩1隽薜电（三）报警电路图（四）报警电路的组成报警电路有电源电路、检测电路、电压比较电路和指示电路四部分组成。电源电路：220V经降压变压器T后变换为交流9V,经二极管VDI整流、电容C1滤 波后输出直流电压，分别供给蜂鸣器和稳压集成电路 IC1。9V和隔离二极管VD2为停电 时的备用电源。指示电路：由集成闪烁发生器IC2和发光二极管LED1组成，它指示气敏元件在额定 的供电电压下正处于工作状态。当IC1输出电

15、压低于5V时，IC3电压检测器输出低电平， 使晶体管VT1截止，从而使IC2停止LED1闪烁来说明供电电压不正常。检测电路：TGS813和R1组成检测电路。在20r时，设置甲烷浓度0.5%时为报警点， 此时R1压降为2.5V。TGS813与R1分压输出的电压加到电压比较器IC4的同电压比较电路：由检测电路 相端，反相输入端的参考电压由 R2/R3/R4/热敏电阻R8共同决定。TGS813勺电阻下降，比较器IC4的2脚电压上升，当当有可燃性气体超量出现时， 达到2, 5V以上时，IC4输出高电平，晶体管VT2导通，从而激励蜂鸣器发声报警。四、火灾报警系统（一）传感器的选用UD-02型离子感烟传感

16、器。（二）主要参数在20 5C清洁空气条件下，收集电极（即 C电极）的平衡电位为5.05.6V;有烟 雾时，收集电极的电位变化可达 1.11.2V。极间电容为4PF, AM241放射源为0.81 0.99uCi ;器件重量为12g,主要结构材料为不锈钢和塑料。用电加热器加热到440480r时，对不同材料所产生的烟雾，其传感器收集电极电 位变化1.0V时的灵敏度见下表所示：表1 UD 02型离子感烟传感器对烟雾灵敏度（收集电极电位变化V= 1.0V）燃烧材料3烟雾含量（mg/m ）阴暗度（）硅橡胶261.0乙烯基材料291.1纸烟1153过滤纸401.8棉花562.5（三）报警电路图（四）电路原

17、理在无烟幕时VDV导通，VT导通，IC1的adj端与地呈低阻态，输出端 Uo较低，不足 以使IC2和KA工作。当发生火灾时，VDV截止，VT截止，LM317的adj端呈高阻态，输出端Uo电压较高。 IC2驱动扬声器丫发出报警器，且KA吸合。KA外接自动灭火装置或切断室内电源。（五）数据记录与查询系统五、报警系统1.蜂鸣器蜂鸣器选用宏研公司的SFB-55型报警蜂鸣器。它是一种高声压报警蜂鸣器，其特点 是声压电平高.声音急促，紧迫感强，体积小,重量轻,适用于各种报警场所，如：防盗,防火, 煤气泄漏,抢险，呼救报警以及需要强提示音的设备等。其参数如下表所示：SFB-55型号2.报安有线防 （可扩 至

18、+99线16个防无线自 习编 自带编 键盘， 作简便主机状 行布 防、撤周界配额定电压（V）12消耗电流（mA160电压范围（V）816最大功率（W12声音电平（dB） 110工作温度（C）-20+50储存温度（C）-2060重量（g）80警主机工作电流200mA工 作电压交流220V规格260X225X77 (mm适 用范围家 用、社区、 工厂等型号AD-288颜色浅灰 色.音 量85dBm昭明功能无尔达AD-288 GSM双网报警主机8个区 展 个） 无 区, 学 码， 程 操大屏幕液晶显示屏，可显示报警状态、报警记录、 态、设置状态、时间、日期和星期等信息 可配置4组遥控器，每组遥控器可

19、单独对报警器进 防、撤防和紧急情况等操作最多可以设置8组用户，每组用户可单独进行布 防等操作两组可设置的自动布防/撤防防区可与各种无线探测器、无线按钮、各种红外对射和 接可自动记录近250条的报警、故障、布撤防等事件交直流自动转换，自动充电控制，直接低压检测可设置6组电话或手机接警号码，2组报警中心号码 10秒自动报警语音，可设置为单段或分段，报警时自动回放，异地报警现场监听 布、撤防信息和异地布、撤防信息上传功能兼容Con tact IDANERDA通信格式电话掉线自动检测报警时可通过GSM网络拨打接警电话或报警中心电话 报警时向接警手机号码发送警情信息（需运营商支持） 自动检测电话线路和G

20、SM犬态，优先使用电话线路进行报警 应用范围：金融系统、别墅、学校、商店和企业等重要场所安全防范报警通讯方式：通过GSM和PSTN电话网拨号传送报警信号报警通信协议：ContactID、ANERDA防区数量：8个有线防区，可扩展至16个有线防区，99个无线防区编程和操作方式：本机键盘存储报警电话：6组电话号码，2组中心号码报警响应时间：W 0.8秒用户密码管理：8个用户、2组定时、4组遥控器 布撤防方式：遥控器、键盘、异地电话、定时 事件记录：255次报警、故障、布防、撤防事件10 秒分段或不分段315MHz（316MHz远距可选）学习对码壁挂式 优质钢板260m（长）X225m（宽）X77m

21、（高），（不含天线超出部分）2.6kg （不含备用电池）220V（ +10%， -15%） 50Hz12V/4AH或12V/7AH免维护蓄电池500mA语音录入：无线接收：安装方式：机箱材料：产品尺寸：产品净重：电源：交流备用电池：保险装置额定电流：待机电流： 30mA 15%（不含显示背光、外接负载和扩展部分） 报警电流：200mA 25% （不含联动）报警（联动）输出：开关信号，触点 DC24V/1A（最大值）使用环境：室内使用，温度-10 r 55C，相对湿度40%70% 探测器供电总电流：500mA探测器供电电压：DC12V-15V六、结论与普通家居相比，智能家居不仅具有传统的居住功能，提供舒适安全、高品位且宜人的家庭生活空间；还由原来的被动静止结构转变为具有能动智慧的工具，提供全方位 的信息交互功能，帮助家庭与外部保持信息交流畅通，优化人们的生活方式，帮助人们 有效安排时间，增强家居生