傳感器在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用

朱海棠，管芳景

（無(wú)錫城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院 物聯(lián)網(wǎng)工程學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214000）

近年來(lái)，隨著社會(huì)的發(fā)展與科技的進(jìn)步，人們的居住環(huán)境得到了極大的改善，各種智能家居產(chǎn)品紛至沓來(lái)，家居的現(xiàn)代化和智能化是當(dāng)前的潮流和趨勢(shì)。其中，將各種不同類(lèi)型的傳感器應(yīng)用于智能家居系統(tǒng)，是目前研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。

1 智能家居系統(tǒng)

眾所周知，智能家居系統(tǒng)是融合計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通訊和綜合布線等技術(shù)，將家庭安防、燈光控制、窗簾控制、電視機(jī)控制、地暖控制和溫濕度控制等各方面有效結(jié)合在一起，通過(guò)智能控制網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)便捷生活。圖1為智能家居系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖1 智能家居系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

如圖1所示，傳感器可采集家居設(shè)備的各種信息（如：溫度、濕度和煙霧濃度等），經(jīng)過(guò)處理后，通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)傳遞到網(wǎng)絡(luò)中，主機(jī)發(fā)出相應(yīng)的指令到控制端；控制端根據(jù)指令，做出相應(yīng)的動(dòng)作。在智能家居系統(tǒng)中，傳感器是基本單元，使用不同類(lèi)型的傳感器準(zhǔn)確采集各種信號(hào)尤為重要。

2 傳感器技術(shù)

在智能家居系統(tǒng)中，要用各種不同類(lèi)型的傳感器來(lái)監(jiān)視和控制各參數(shù)，使設(shè)備工作在正常狀態(tài)，甚至是最佳狀態(tài)。傳感器是能感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的器件或裝置，能完成信息獲取任務(wù)，并轉(zhuǎn)換成便于傳輸、轉(zhuǎn)換、處理和顯示的電信號(hào)。在智能家居系統(tǒng)中，主要使用運(yùn)動(dòng)傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、氣敏傳感器、紅外傳感器和流量傳感器等。

（1）運(yùn)動(dòng)傳感器。在家庭安防中，防盜是非常重要的環(huán)節(jié)。運(yùn)動(dòng)傳感器能夠感受到移動(dòng)的人與物，當(dāng)有人非法進(jìn)入屋里，運(yùn)動(dòng)傳感器可以把采集到的信號(hào)直接發(fā)送到主人的手機(jī)上或者控制終端上，根據(jù)監(jiān)控探頭拍攝的畫(huà)面，主人可實(shí)時(shí)了解家里的情況，做出決策。

（2）溫度傳感器。智能家居系統(tǒng)中，溫度控制需要及時(shí)和精準(zhǔn)。根據(jù)不同季節(jié)、不同氣候，系統(tǒng)可以自動(dòng)調(diào)節(jié)并達(dá)到適宜的溫度，以滿(mǎn)足人們的需求。在日常生產(chǎn)和生活中，可使用熱電偶、金屬熱電阻或熱敏電阻，進(jìn)行測(cè)溫。在智能家居系統(tǒng)中，測(cè)量的溫度，目前最常用的是溫度傳感器DS18B20。DS18B20數(shù)字溫度傳感器是DALLAS公司生產(chǎn)的集成元件，具有線路簡(jiǎn)單、體積小、適用電壓寬和價(jià)格便宜等特點(diǎn)。測(cè)量溫度范圍為-55～+125℃。在測(cè)溫過(guò)程中，以“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。DS18B20溫度傳感器外形及引腳圖如圖2所示。

圖2 DS18B20溫度傳感器外形及引腳圖

（3）濕度傳感器。環(huán)境污染加劇，霧霾時(shí)有發(fā)生，氣候變化頻繁，如同溫度測(cè)量一樣，濕度的測(cè)量越來(lái)越受到人們的關(guān)注。濕度是最難準(zhǔn)確測(cè)量的參數(shù)之一，因此對(duì)室內(nèi)環(huán)境濕度的測(cè)量顯得特別重要。家具、家用電器，風(fēng)濕，咳嗽和哮喘等，都和濕度有著重大關(guān)系。環(huán)境濕度的變化，導(dǎo)致濕敏傳感器的電容量發(fā)生改變，并且電容的變化量與相對(duì)濕度成正比。智能家居系統(tǒng)中，常采用集成濕度傳感器HS1101，由法國(guó)Humirel公司生產(chǎn)，其測(cè)量范圍是0%～100%RH，電容量變化范圍為162pF～200pF，誤差不大于±2%RH，響應(yīng)時(shí)間小于 5s。HS1101濕度傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便等特點(diǎn)。圖3為HS1101實(shí)物圖。

圖3 HS1101實(shí)物圖

（4）氣敏傳感器。一氧化碳中毒、可燃?xì)怏w泄漏等時(shí)刻危害人們的生活。家用燃?xì)鈭?bào)警器，可以對(duì)空氣中的可燃?xì)怏w濃度進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)濃度超過(guò)一定范圍時(shí)，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。氣敏傳感器可以用來(lái)檢測(cè)氣體類(lèi)別、濃度和成分，將氣體種類(lèi)及濃度等有關(guān)信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。使用時(shí)，可以將氣敏傳感器與家里的換氣扇或排風(fēng)扇連接在一起，當(dāng)發(fā)現(xiàn)濃度超標(biāo)時(shí)，報(bào)警器開(kāi)始工作且換氣扇自動(dòng)啟動(dòng)。在智能家居系統(tǒng)中，多采用MQ-2氣敏傳感器，對(duì)液化氣和天然氣靈敏度高，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。MQ-2氣敏傳感器由微型Al2O3陶瓷管、SnO2敏感層、測(cè)量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件，固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。圖4為氣敏傳感器結(jié)構(gòu)圖及實(shí)物圖。MQ-2氣敏傳感器可以將可燃?xì)怏w的濃度變化轉(zhuǎn)變成電阻值的變化，一般工作在200℃以上，需要加熱器進(jìn)行加熱。

圖4 MQ-2氣敏傳感器結(jié)構(gòu)圖及實(shí)物圖

（5）紅外傳感器。智能家居系統(tǒng)中，自動(dòng)門(mén)和自動(dòng)感應(yīng)燈的使用隨處可見(jiàn)。為了檢測(cè)人體目標(biāo)，采用熱釋電人體紅外傳感器。熱釋電紅外傳感器一般采用差動(dòng)平衡結(jié)構(gòu)，由敏感元件、場(chǎng)效應(yīng)管、濾光窗等組成，其特點(diǎn)是只對(duì)運(yùn)動(dòng)的人體敏感，當(dāng)溫度變化趨于穩(wěn)定時(shí)，無(wú)信號(hào)輸出。一般來(lái)說(shuō)，為了增大傳感器的檢測(cè)范圍，通常在熱釋電紅外傳感器外面覆蓋一層菲涅爾透鏡。當(dāng)人體在透鏡的監(jiān)視視野范圍中運(yùn)動(dòng)時(shí)，熱釋電單元將輸出一系列的交變信號(hào)。在智能家居系統(tǒng)中，常常選用RE200B熱釋電紅外傳感器，其外形圖如圖5所示，配以BISS0001處理芯片和外接少量元件就可構(gòu)成熱釋電紅外開(kāi)關(guān)，BISS0001能自動(dòng)快速啟動(dòng)自動(dòng)門(mén)、各類(lèi)白熾燈、電風(fēng)扇和烘干機(jī)等裝置。

圖5 熱釋電紅外傳感器外形圖

（6）流量傳感器。流量傳感器利用霍爾元件的霍爾效應(yīng)，用于檢測(cè)熱水器的水流量。當(dāng)熱水器工作時(shí)，流量傳感器可以將水壓的大小轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后傳遞給調(diào)節(jié)閥門(mén)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)水溫的目的。流量傳感器具有反應(yīng)靈敏，壽命長(zhǎng)，安全可靠和使用方便等特點(diǎn)。

3 結(jié)語(yǔ)

智能家居的出現(xiàn)極大地方便了人們的生活，家居產(chǎn)品的舒適性、現(xiàn)代化和智能化是人們追求的目標(biāo)。在智能家居系統(tǒng)中，使用傳感器進(jìn)行信號(hào)的采集是基本環(huán)節(jié)，也是最重要的步驟之一。文章主要研究了智能家居系統(tǒng)的基本組成，在智能家居系統(tǒng)中使用的各種不同類(lèi)型的傳感器，根據(jù)使用場(chǎng)合和不同需求，合理選擇傳感器，具有一定的實(shí)用性。

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