壓力檢測(cè)技術(shù)在智能樓宇技術(shù)中的應(yīng)用

彭輝

摘要： 關(guān)鍵詞： 中圖分類號(hào)： 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)： 2095-2163（2017）06-0076-03

Abstract： The Internet of things application technology is the most promising industry. Intelligent building control technology is the important constituent， and various detection technology is the key to the intelligent building technology. As one of the important part of the detection technologies， the paper selects and researches the pressure detection technology， and uses NEWLab experiment box to complete the test task.

0引言

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的快速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)正走入高速發(fā)展的通道，智能樓宇技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)的重要組成部分，時(shí)下，智能建筑正日趨普及，智能樓宇技術(shù)也尤顯重要，并已得到高度關(guān)注。本文即通過NEWLab實(shí)驗(yàn)箱來設(shè)計(jì)展開壓力檢測(cè)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)，從而研究論述智能樓宇技術(shù)中的壓力檢測(cè)技術(shù)。

1壓力檢測(cè)技術(shù)

在智能樓宇技術(shù)中，需要不斷地檢測(cè)智能樓宇，用于有選擇地實(shí)現(xiàn)信號(hào)轉(zhuǎn)換。檢測(cè)技術(shù)就是針對(duì)復(fù)雜問題的檢測(cè)方法、檢測(cè)結(jié)構(gòu)及檢測(cè)信號(hào)處理等方面的綜合研究。

壓力傳感器是通過測(cè)量目標(biāo)沿著地面所產(chǎn)生的壓力變化來發(fā)現(xiàn)和測(cè)定目標(biāo)的偵測(cè)設(shè)備，這是一種能夠檢測(cè)壓力值并提供遠(yuǎn)傳信號(hào)的裝置。常見的壓力傳感器種類有應(yīng)變式、壓阻式、電容式、壓電式等。壓力傳感器在受到外部壓力時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變形或位移，進(jìn)而將這種變化轉(zhuǎn)換為電特性的波動(dòng)，生成相應(yīng)的電信號(hào)。

在這些壓力傳感器中，壓電式壓力傳感器的使用較為常見，壓電式傳感器是將被測(cè)量變化轉(zhuǎn)換成材料受機(jī)械力產(chǎn)生靜電電荷或電壓變化的傳感器，是一種典型的、有源的、雙向機(jī)電能量轉(zhuǎn)換型傳感器或自發(fā)電型傳感器。壓電元件是機(jī)電轉(zhuǎn)換元件，可以測(cè)量最終能變換為力的非電物理量，例如力、壓力、加速度等。壓電效應(yīng)是指某些介質(zhì)在力的作用下，產(chǎn)生形變，引起介質(zhì)表面帶電，這是正壓電效應(yīng)；如果施加激勵(lì)電場，介質(zhì)將產(chǎn)生機(jī)械變形，稱為逆壓電效應(yīng)。

2智能樓宇控制技術(shù)

所謂智能樓宇是指以建筑物為平臺(tái)，搭載各種信息化的設(shè)備，形成公共安全系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)、信息化應(yīng)用系統(tǒng)以及信息設(shè)施系統(tǒng)等等，將原本相互獨(dú)立的建筑結(jié)構(gòu)、設(shè)備管理等等整合為一個(gè)統(tǒng)一的整體，在建筑物為人們構(gòu)建基本的辦公、工作和生活環(huán)境的同時(shí)，又能夠提供通訊自動(dòng)化、建筑設(shè)備自動(dòng)化、辦公自動(dòng)化、火災(zāi)報(bào)警與消防聯(lián)動(dòng)自動(dòng)化、安全防范自動(dòng)化等功能，如此則既保證了人們生活所需的各項(xiàng)服務(wù)外，還能夠最大限度地節(jié)約人力和物力，進(jìn)而打造現(xiàn)代節(jié)能、高效和便捷的生活方式。

一般認(rèn)為，智能樓宇技術(shù)主要是信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的高度結(jié)合，這種結(jié)合衍生了信息基礎(chǔ)設(shè)施，并將人們帶入安全、舒適、便利、高效、節(jié)能的生活和工作環(huán)境，使人們處理多元信息將更加簡捷、便利。智能樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)的核心技術(shù)也稱之為計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，該技術(shù)是自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的提煉與升華。智能樓宇技術(shù)中的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要構(gòu)成如圖1所示。

3智能樓宇技術(shù)應(yīng)用的開展

智能樓宇技術(shù)是本校物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的專業(yè)課程，而物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)則是該校重點(diǎn)創(chuàng)立的自治區(qū)級(jí)一流專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目，2016年廣西壯族自治區(qū)財(cái)政廳對(duì)本校該專業(yè)撥款300萬元，主要用于實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)基地建設(shè)、師資隊(duì)伍建設(shè)等等。目前，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)作為一個(gè)新興行業(yè)，市場前期甚是可觀，該專業(yè)吸取了計(jì)算機(jī)、電子、通信等多門專業(yè)的內(nèi)容精華，但是專業(yè)人才奇缺，而要實(shí)現(xiàn)該專業(yè)的扎實(shí)建造，專業(yè)課程的配設(shè)則突顯出其關(guān)鍵地位與作用。具體來說，智能樓宇技術(shù)作為該專業(yè)的專業(yè)課程，在學(xué)院該專業(yè)的教學(xué)體系中屬于第二階段的教學(xué)任務(wù)。

學(xué)院將該專業(yè)課程體系分成兩個(gè)階段。其中，第一階段主要是進(jìn)行專業(yè)基礎(chǔ)及專項(xiàng)能力訓(xùn)練；第二階段是進(jìn)行工程綜合能力訓(xùn)練。第二階段統(tǒng)指的是第4、5學(xué)期。主要是立足于技術(shù)綜合應(yīng)用能力的訓(xùn)練培養(yǎng)。這個(gè)階段就是將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)的主題核心內(nèi)容以及專業(yè)課程，凝練集結(jié)為5門核心能力模塊課程。這些課程體現(xiàn)了本專業(yè)的理論知識(shí)、職業(yè)技能和職業(yè)素養(yǎng)，并與企業(yè)的工程項(xiàng)目拓展融入了協(xié)同、整合、以及全方位提升。智能樓宇技術(shù)課程是一門綜合能力較強(qiáng)的應(yīng)用能力訓(xùn)練課程，地位不僅醒目、而且突出。該課程主要包含智能建筑模塊、樓宇智能化的關(guān)鍵技術(shù)模塊、智能建筑設(shè)備自動(dòng)化系統(tǒng)模塊、安全防范系統(tǒng)模塊、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)模塊、智能建筑通信自動(dòng)化系統(tǒng)模塊、智能樓宇音頻系統(tǒng)模塊、智能樓宇辦公系統(tǒng)模塊等。

4壓力檢測(cè)技術(shù)在智能樓宇技術(shù)中的應(yīng)用

4.1壓電式傳感器的測(cè)量電路

壓電元件是一類有源電容器，因而也存在與電容式傳感器相同的問題，即內(nèi)阻抗很高，而輸出的信號(hào)微弱，因此一般不能直接顯示和記錄。

電壓放大器中，如果壓電元件受到交變正弦力的作用，壓電系數(shù)為d，則在壓電元件上產(chǎn)生的電壓為：U=dFmCasin ωt（1）此時(shí)，在放大器輸入端形成的電壓為：Ui≈dCi+Cc+CaF（2）電荷放大器輸出電壓可以表示為：Uo=-QCf（3）電荷放大器的靈敏度為：K=UoQ=-1Cf（4）教學(xué)中的實(shí)驗(yàn)設(shè)備采用的是新大陸公司的NEWLab實(shí)驗(yàn)箱來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量，檢測(cè)傳感器技術(shù)的應(yīng)用。研究中，將重點(diǎn)通過上文提到的壓電傳感器，來設(shè)計(jì)構(gòu)建壓力傳感器檢測(cè)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，深度剖析壓力傳感器的工作原理，使學(xué)生明白了解壓力傳感器的工作特點(diǎn)及控制理論，熟知壓力傳感模塊的原理及其測(cè)量方法，從而確切掌握對(duì)壓力檢測(cè)技術(shù)在智能樓宇技術(shù)課程中的作用。endprint

實(shí)驗(yàn)中，壓電傳感模塊場景模擬界面主要包括5個(gè)部分，分別可描述為：模擬場景、壓電特性曲線、放大信號(hào)和靈敏度調(diào)節(jié)信號(hào)AD值、模擬車速檢測(cè)的參數(shù)、比較器輸出狀態(tài)。

4.2振動(dòng)實(shí)驗(yàn)?zāi)K的啟動(dòng)

1）將NEWLab實(shí)驗(yàn)硬件平臺(tái)通電并與電腦連接。

2）將壓電傳感模塊置放在NEWLab實(shí)驗(yàn)平臺(tái)實(shí)驗(yàn)?zāi)K的一個(gè)插槽上。

3）將模式選擇調(diào)整到“自動(dòng)”模式，按下電源開關(guān)，啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，使壓電傳感模塊開始工作。

4）啟動(dòng)NEWLab實(shí)驗(yàn)上位機(jī)軟件平臺(tái)，選擇壓電傳感器。

5）選擇硬件連接說明，上位機(jī)軟件平臺(tái)檢測(cè)硬件通過。

6）選擇場景模擬實(shí)驗(yàn)，上位機(jī)軟件測(cè)試硬件平臺(tái)的壓電傳感模塊正常工作，并進(jìn)入工作界面。

4.3實(shí)驗(yàn)測(cè)量

1）設(shè)置壓力靈敏度閾值。測(cè)量J10靈敏度調(diào)節(jié)信號(hào)電壓值，顯示2.455 V。

2）測(cè)試壓電傳感模塊的波形。當(dāng)并未受力時(shí)，J7傳感器信號(hào)接口的波形信號(hào)和J4電荷信號(hào)接口的波形信號(hào)情況正常，如圖2所示。

敲擊壓電振動(dòng)傳感器，給壓電傳感器施加一定的壓力，從實(shí)驗(yàn)儀器中可以看出，在實(shí)驗(yàn)設(shè)備中，J7傳感器信號(hào)接口的波形信號(hào)和J4電荷信號(hào)接口的波形信號(hào)情況則如圖3所示。

敲擊壓電振動(dòng)傳感器，給壓電傳感器施加一定的壓力，從實(shí)驗(yàn)儀器中可以看出，在實(shí)驗(yàn)設(shè)備中，此時(shí)J7傳感器信號(hào)接口的波形信號(hào)和J6放大信號(hào)接口的波形信號(hào)情況如圖4所示。而從上述3張圖中，就可以分析出壓電傳感器具備并發(fā)揮的作用。

基于此，即可準(zhǔn)確測(cè)量不受力時(shí)的參數(shù)。測(cè)量J6放大信號(hào)的電壓，顯示為2.196 V。測(cè)量J3比較輸出信號(hào)電壓為131.9 V。（下轉(zhuǎn)第82頁）

5結(jié)束語

通過對(duì)壓力傳感器的原理闡析，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測(cè)量，這一設(shè)計(jì)過程應(yīng)用在教學(xué)中就可全面展現(xiàn)壓力檢測(cè)技術(shù)在智能樓宇技術(shù)課程中的作用以及如何進(jìn)行相關(guān)的檢測(cè)，從而研究推進(jìn)了智能樓宇技術(shù)課程的理論和實(shí)踐教學(xué)，進(jìn)一步提升、且完善了學(xué)生由該課程中能夠得到的從事實(shí)際工程所需的知識(shí)和技能。

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