传感器在智能家居中的应用

智能家居中的传感器应用

智能家居中的传感器应用

一、 智能家居概述

智能家居就是通过综合采用先进的计算机、通信和控制技术（3C），建立一个由家庭安全防护系统、网络服务系统和家庭自动化系统组成的家庭综合服务与管理集成系统，从而实现全面的安全防护、便利的通讯网络以及舒适的居住环境的家庭住宅。智能家居是IT技术（特别是计算机技术），网络技术、控制技术向传统家电产业渗透发展的必然结果。

相信很多人对一些美国科幻电影中的镜头印象深刻：主人公回到家中，随着门锁被开启，家中的安防系统自动解除警戒，廊灯缓缓点亮，空调、通风系统自动启动，动听的背景交响乐轻轻奏起。主人公坐在家中沙发上，手拿一个外观精美的遥控器，就能控制家中所有的电器。晚上，主人公上床休息，在他躺下的一刻，所有的窗帘都自动关闭，入睡前，床头边的面板上，晚安的灯光按钮亮起，所有需要关闭的灯光和电器设备自动关闭，同时安防系统自动开启处于警戒状态。主人公外出的时候，只要按一个键就可以关闭家中所有的灯和电器。

在科技高速发展的今天，这已经不仅仅是只能在科幻电影中看到的情景了。随着智能家居逐渐走进我们的生活，这样的场景也许不久就会在您身边变成现实。

现代科技进入家居的带来的变化令人啧啧称奇，给人们的家居生活带来了极大的便利。上文所描绘的这些场景，都是是智能家居将要带给您的“神奇”体验，而这一切，不过是智能家居控制系统能为您做的事情中的一小部分。

智能化志在必行是发展的趋势，因为这个世界显然是为懒人设计的。智能家居的概念并不是一个新东西，其实早在10年前，智能家居的概念就从国外引入到国内，从最初的梦想到真正进入我们今天的生活，智能家居在随着科技的发展，经历了一个既热闹又艰难的发展过程的同时，也完成了在中国的跨越式发展。

那么到底什么是智能家居呢？智能家居并没有一个精确地定义，我们大家通常所说的智能家居就是以住宅为平台，兼备建筑、网络通信、信息家电、设备自动化，集系统、结构、服务、管理为一体的高效、舒适、安全、便利、环保的居住环境。智能家居系统可以为您提供家电控制、照明控制、窗帘控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、以及可编程定时控制等多种功能和手段，使您的生活更加舒适、便利和安全。

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换功能，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，增强家居生活的安全性，甚至为各种能源费用节约资金。

由于每个家庭成员的职业、经历、喜好、教育程度、家庭背景千差万别，智能家居不仅是产品的设计安装和功能实现，更重要的是个人风格的体现。同时，智能家居高度的智能化和舒适化正是为了达到家居生活中的高度人性化，使用户个人感官在智能家居系统中得到淋漓尽致的舒展。在这样的趋势下，让智能家居中的人性化应用，成为智能家居得以发展普及的重心。

二、 需要检测的物理量

1、 温度

系统可以自动启动家中的降温或取暖设备，让你每天都能享受最舒适的温度。

2、 亮度

系统根据主人的需要达到最理想的亮度，而且当外界环境发生变化时还能自动调节，还能达到节约电能的效果。

3、 声音

很多家中的电器设备可以通过你的声音来开启，不需要你去按开关。

4、 气体

如果家中出现大的烟雾，可以自动启动通风器。如果发生火灾，系统可以自动启动家中的火警系统，

三、 需要的传感器及原理图

1、 温度传感器

a.原理：将两种不同材料的导体或半导体A和B焊接起来，构成一个闭合电路，当导体A和B的两个执着点1和2之间存在温差时，两者之间便产生电动势，因而在回路中形成一个大小的电流，这种现象称为热电效应。温度传感器热电偶就是利用这一效应来工作的。、

b.特点：（1）测量精度高。因温度传感器热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。

（2）测量范围广。常用的温度传感器热电偶从负50度到1600度均可边续测量，某些特殊温度传感器热电偶最低可测到负269度，最高可达到2800度。

（3）构造简单，使用方便。温度传感器热电偶通常是两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。

c.原理图：

2、 可见光传感器

a.原理：ISL29004是新一代光一数字传感器，集成了电流放大器、用于消除人为光闪烁的50Hz/60Hz抑制滤波器和16位adc，能将光照度转化成简便易用的16位、I2C标准数字输出信号，为用户提供了单芯片解决方案。ISL29004内部有2个光敏二极管，二极管1检测环境中可见光和红外光总的照度，二极管2只检测环境中红外光照度，两个二极

管的光谱响应是互不依赖的。用户可以通过编程控制adc的工作模式，既可以仅输出光敏二极管1或2的检测结果，在模式2下还可以输出经内部减函数计算的滤除红外光影响的结果。ISL29004内有8个8位的寄存器，1个命令寄存器，1个控制寄存器，2个中断阈值寄存器，4个只读数据寄存器。命令寄存器可以设定ADC的工作模式以及分辨率；控制寄存器可以调整增益从而选择照度检测范围；只读数据寄存器LSB_Sensor和MSB_Sensor可以读取ADC最近的数字输出；只读数据寄存器LSB_timer和MSB_timer可以读取ADC最近一次积分的周期数。8个寄存器的地址依次为00H～07H。

b．特点：（1）大量程测量兼有高分辨力。

（2）先进的A/D转换技术和智能滤波算法，在满量程的情况下仍可保证输出码的稳定。

（3）采用A/D转换电路、数字化信号传输和数字滤波技术，传感器的抗干扰能力增加，信号传输距离远，提高了传感器的稳定性。

c．原理图：

系统构成框图如图1所示。单片机P87LPC768作为I2C总线的主控器，ISL29004作为被控器，4个ISL29004的设备地址依次为：44H～47H，通过ISL29004的地址引脚A1，A0进行设置。在系统中，使用了准双向I2C总线缓冲器P82896对I2C总线进行驱动扩展，实现I2C总线的远距离传输，拓展了照度采集距离；P87LPC768的I2C总线经P82896缓冲器扩展后通过双绞线和远端的P82896以及ISL29004连接。与4组照度采集电路相对应，调光控制电路也有4组，与P87LPC768的4个PWM引脚相连。

3、 声控传感器

a. 原理：声控灯是一种声控电子照明装置，由音频放大器、选频电路、延时开启电路和可控硅电路组成。它提供了一种控制灵敏的声控灯，它采用人嘴发出约1秒的控制信号“嘶”声，即可方便及时地打开和关闭声控照明装置，并有防误触发而具有的自动延时关闭功能，并设有手动开关，使其应用更加方便。声控灯由话筒、音频放大器、选频电路、倍压整流电路、鉴幅电路、恒压源电路、延时开启电路、可控延时开关电路、可控硅电路组成。

b. 特点：（1）操作简便、灵活

（2）抗干扰能力强

c. 原理图

4、 气体传感器

a.原理：

气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理仪表显示部分

b.特点：

（1）稳定性：稳定性是指传感器在整个工作时间内基本响应的稳定性，取决于零点漂移和区间漂移零点漂移是指在没有目标气体时，整个工作时间内传感器输出响应的变化区间漂移是指传感器连续置于目标气体中的输出响应变化，表现为传感器输出信号在工作时

间内的降低理想情况下，一个传感器在连续工作条件下，每年零点漂移小于10%

（2）灵敏度：灵敏度是指传感器输出变化量与被测输入变化量之比，主要依赖于传感器结构所使用的技术大多数气体传感器的设计原理都采用生物化学、电化学、物理和光学首先要考虑的是选择一种敏感技术，它对目标气体的阀限制(TLV-thresh-old limit value)或最低爆炸限(LEL-lower explosive limit)的百分比的检测要有足够的灵敏性

（3）选择性：选择性也被称为交叉灵敏度可以通过测量由某一种浓度的干扰气体所产生的传感器响应来确定这个响应等价于一定浓度的目标气体所产生的传感器响应这种特性在追踪多种气体的应用中是非常重要的，因为交叉灵敏度会降低测量的重复性和可靠性，理想传感器应具有高灵敏度和高选择性

（4）抗腐蚀性：抗腐蚀性是指传感器暴露于高体积分数目标气体中的能力在气体大量泄漏时，探头应能够承受期望气体体积分数10~20倍在返回正常工作条件下，传感器漂移和零点校正值应尽可能小。

d. 原理图：

如图所示为可燃易爆气体报警电路。该电路由电桥、运算放大器F012、互补多谐振荡器BG1与BG2、热敏元件R、报警灯DX、电源电路等组成。

图中r1外观呈白色，其在桥路中起补偿作用。以补偿气体热传导、风速、空气速度及电源电压变化对桥路输出的影响。r2外观呈黑褐色，作为载体催化元件，当被测气体与加到工作温度的r2接触时，在r2表面进行催化氧化反应，使元件温度升高，其内阻相应发生变化，这种变化与可燃性气体的浓度成比例关系。随着可燃性气体浓度的增加，r2的阻

值相应增加，结果使运算放大器F012的输出由低电平转变为高电平，从而使互补多谐振荡器BG1、BG2发生振荡，推动报警灯DX闪亮。同时。可以?莶煌?掷嗟目扇夹云?謇吹鹘诘缜鸥ㄖ?凵系牡缥黄鱓1，以达到不同的报警点。辅助臂中二极管D1(2AP9)用以补偿电源电压变化对报警点的影响，热敏电阻R用以对报警点进行温度补偿。

四、 小结

通过本次课程设计，让我对智能家居以及传感器的原理应用有了一个很好的认识和了解。平时在生活中看到的一些应用只会觉得它很方便，但是对它一点都不了解。例如，很多楼道中的声控灯，只要说话或者走路发出声音就可以让灯点亮，记得第一次接触到还感到很神奇，现在通过这学期传感器的学习，也懂得了它的原理。还有很多生活中常见的应用都与传感器有关，只是平时我们接触太少，我相信以后大家通过一定的学习都会了解的。

平时我们看电影的时候，会出现很多智能化的东西，让每个人都很羡慕，都在想要是自己以后家里也可以像那样就好了。但是，现在的科技如此发达，一切都不是梦想，那些“神奇”的东西在现实中都可以实现。其实很多生活条件优越的人都已经享受到了那样的

生活。你可以在任何地方，只要一个遥控器就可以控制你家里的所有东西，还可以随时随地监视家里的情况。不仅可以方便自己的生活，还可以有防盗的作用。

传感器的应用非常广泛，在各种航天器上，利用多种传感器测定和控制航天器的飞行参数、姿态和发动机工作状态，将传感器获取的种种信号再输送到各种测量仪表和自动控制系统，进行自动调节，使航天器按人们预先设计的轨道正常飞行。