1.3--智能家居感知与控制系统常用技术简介

智能家居感知与控制系统常用技术简介1智能家居感知与控制系统常用技术简介烟雾传感器烟雾传感器是通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范的，烟雾报警器内部采用离子式烟雾传感器，它是一种技术先进、工作稳定可靠的传感器，被广泛运用到各种消防报警系统中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器。在它的内外电离室里面有放射源镅241。电离产生的正、负离子，在电场的作用下各自向正负电极移动。在正常的情况下，内外电离室的电流、电压都是稳定的。一旦有烟雾窜逃外电离室。干扰了带电粒子的正常运动，电流，电压就会有所改变，破坏了内外电离室之间的平衡，于是无线发射器发出无线报警信号，通知远方的接收主机，将报警信息传递出去。常用的烟雾探测方式有离子感烟探测、光电感烟探测方式。2常用传感器介绍烟雾传感器离子感烟探测方式的内电离室是密封的，烟雾进不去，当没有烟雾时离子能到达对面电极，内、外电离室电压、电流平衡；有烟雾进入外电离室，烟雾阻挡了离子到达对面电极，外电离室电场失去平衡，报警器探测到后发出警报。光电式感烟探测器主要利用红外线探测，分前向反射式、后向反射式。后向反射式探测器对黑烟、灰烟不够敏感。3常用传感器介绍智能家居感知与控制系统常用技术简介烟雾传感器如今社会环保意识越来越强，开发绿色、环保产品已经成为各大公司追求的目标。2010年最新推出的MQ-X系列气体传感器也是为适应市场需求而设计的，此款烟雾传感器采用MQ-2型气敏元件，可以很灵敏地检测到空气中的烟雾以及甲烷气体。通过连接与编程，结合其他实验模块，可以制作烟雾报警器、甲烷泄露报警器、自动烟雾排风机等产品，是使室内的空气达到环保标准的理想传感器。如图所示。烟雾传感器广泛应用在城市安防、学校、小区、公司、工厂、家庭、仓库、别墅、资源、化工、石油、燃气输配等众多领域。4常用传感器介绍智能家居感知与控制系统常用技术简介人体红外传感器人体红外传感器是一种能检测人体发射的红外线的新型高灵敏度红外探测元件。它能以非接触的形式检测出人体辐射的红外线能量变化，并将其转换为电信号输出。将输出的电压信号加以放大，便可驱动各种控制电路，适用于楼道、走廊、车库、仓库、地下室、洗手间等场所的自动照明、抽风等用途，真正体现楼宇智能化及物业管理的现代化，其功能特点：1）基于红外线技术的自动控制产品，当有人进入感应范围时，传感器探测到人体红外光谱发生变化，开关自动接通负载用电器。人不离开并且在活动，开关持续导通；人离开后，开关延时自动关闭负载，人到灯亮，人离灯熄，亲切方便，安全节能。5常用传感器介绍智能家居感知与控制系统常用技术简介人体红外传感器2）具有过零检测的功能：无触点电子开关，延长负载使用寿命。3）应用光敏控制，开关自动测光，光线强时不感应。6常用传感器介绍智能家居感知与控制系统常用技术简介人体红外传感器常见人体红外感应装置红外感应自动水龙头红外感应干手器7常用传感器介绍智能家居感知与控制系统常用技术简介光照度传感器光照度传感器选用专业的光伏控测器，对于可见光频段光谱吸收后转换成电信号。根据电信号的大小对应光照度的强弱。内装有滤光片，使可见光以外的光谱不能到达光接收器，内部放大电路有可调放大器，用于调制光谱接收范围，从而可实现不同光强度的测量。由于光电二极管的输出与照度（光流量/感光面积）成比例，因此可以构成照度传感器（其它光度值测量都可以采取相应办法将其变换为感光面的照度进行测量）；再将光电流通过通用运放进行电流—电压转换。8常用传感器介绍智能家居感知与控制系统常用技术简介光照度传感器生活中常见的利用到光照传感器的装置有很多，例如用到光敏电阻的路灯，根据白天黑夜的光照强度改变电阻值，从而达到控制电路通断的目的。如图所示是一些常见的光照度传感器。9常用传感器介绍智能家居感知与控制系统常用技术简介燃气传感器监测可燃性气体泄漏的警报器广泛地用于煤矿和工厂，如今也逐渐在家庭里开始普及。用来监测瓦斯，液化石油气，一氧化碳有无泄漏，以预防气体泄漏引起的爆炸以及不完全燃烧引起的中毒。这些警报器的核心部分就是燃气传感器，它是气体传感器的一种。从作用机理来看，燃气传感器主要分两种：半导体气体传感器和接触燃烧传感器。10常用传感器介绍智能家居感知与控制系统常用技术简介燃气传感器半导体气体传感器主要是由SnO2等n型氧化物半导体加入白金或钯等贵金属构成的。可燃性气体在其表面发生反应，就能引起SnO2电导率的变化，从而感知可燃性气体的存在。这种反应需要在特定的温度下才能发生，所以还要用电阻丝对传感器进行加热。接触燃烧传感器是指可燃性气体与催化剂接触时发生燃烧，使得白金线圈的电阻发生变化从而感知燃气的存在。这种传感器，是由载有白金或钯等贵金属催化剂的多孔氧化铝涂覆在白金线圈上而构成的。11常用传感器介绍智能家居感知与控制系统常用技术简介燃气传感器常见的有MQ-5型燃气传感器，它属于半导体气体传感器。如图所示。MQ-5气体传感器所使用的敏感材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ-5气体传感器对丁烷、丙烷、甲烷的灵敏度高，能够较好地兼顾甲烷和丙烷。这种传感器可检测多种可燃性气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。12常用传感器介绍智能家居感知与控制系统常用技术简介温湿度传感器不管是从物理量本身还是人们实际的生活，温度与湿度都有着非常密切的关系，所以温湿度一体的传感器应运而生。温湿度传感器是指能将温度量和湿度量转换成容易被处理的电信号的设备或装置。市场上的温湿度传感器一般是测量温度量和相对湿度量。温湿度传感器可分为很多种类，常见的有无线温湿度传感器、风管式温湿度传感器、管道式温湿度传感器。本次实验当中使用的是数字式无线温湿度传感器。如图所示。13常用传感器介绍智能家居感知与控制系统常用技术简介温湿度传感器无线温湿度传感器主要用于探测室内、室外温湿度。虽然绝大多数空调都有温度探测功能，但由于空调的体积限制，它只能探测到空调出风口附近的温度，这也正是很多消费者感觉其温度不准的重要原因。有了无线温湿度探测器，你就可以确切地知道室内准确的温湿度，其现实意义在于当室内温度过高或过低时能够提前启动空调调节温度，比如当你在回家的路上，家中的无线温湿度传感器探测出房间温度过高则会启动空调自动降温，等你回家时，家中已经是一个宜人的温度了。另外无线温湿度传感器对于你早晨出门也有着特别意义，在空调房间时，对户外的温度是没有感觉的，这时候装在墙壁外的温湿度传感器就可以发挥作用，告诉用户现在户外的实时温度，根据这个准确温度就可以确定自己的穿着了，而不会出现出门后才发现穿多或者穿少的尴尬了。14常用传感器介绍智能家居感知与控制系统常用技术简介PM2.5传感器作为环境监测中很重要的一环，PM2.5传感器必须要强大的技术力量作为支撑，它在智能家居系统中发挥着独到的作用，一方面它可以联动物联网传感智能家居系统中的声光报警器进行报警，一旦检测到PM2.5的值超标，报警器就可以自动报警到软件里，用户可以随时随地了解空气质量，除此之外，它可以联动新风系统、空调等设备对所检测的区域及时进行通风换气，让消费者的生活远离尘埃，每天都能生活在新鲜的空气之中，让健康得到保证。15常用传感器介绍智能家居感知与控制系统常用技术简介PM2.5传感器如图所示为激光PM2.5传感器，它采用激光散射的原理：当激光照射到通过检测位置的颗粒物时会产生微弱的光散射，在特定方向上的光散射信号波形与颗粒直径有关，通过不同粒径的波形分类统计及换算公式可以得到不同粒径的实时颗粒物的数量浓度，按照标定方法得到与官方单位统一的质量浓度。16常用传感器介绍智能家居感知与控制系统常用技术简介气压传感器气体压力传感器是主要用于测量气体绝对压强的转换装置，可用于血压、风压、管道气体等方面的压力测量。它的性能稳定可靠，主要适用于与气体压强相关的物理实验，如气体定律等，也可以在生物和化学实验中测量干燥、无腐蚀性的气体压强。空气压缩机的气压传感器主要由薄膜、顶针和一个柔性电阻器来完成对气压的检测与转换功能。薄膜对气压强弱的变化异常敏感，一旦感应到气压的变化就会发生变形并带动顶针动作，这一系列动作将改变柔性电阻的电阻值，将气压的变化转换为电阻阻值的变化以电信号的形式呈现出来，之后对该电信号进行相应处理并输出给计算机呈现出来。17常用传感器介绍智能家居感知与控制系统常用技术简介气压传感器有些气压传感器利用变容式硅膜盒来完成对气压的检测。当气压发生变化时引发变容式硅膜盒发生形变并带动硅膜盒内平行板电容器电容量的变化，从而将气压变化以电信号形式输出，经相应处理后传送至计算机得以展现。如图所示为几种常见的气压传感器。18常用传感器介绍智能家居感知与控制系统常用技术简介Zigbee技术Zigbee简介ZigBee又称紫峰协议，其名称来源于蜜蜂的舞蹈，由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。蜂群里蜜蜂的数量众多，所需食物不多，与设计初衷十分吻合，故命名为ZigBee。Zigbee是一种标准，该标准定义了短距离、低速率传输速率无线通信所需要的一系列通信协议。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，ZigBee就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。19常用无线通信网络技术智能家居感知与控制系统常用技术简介Zigbee技术Zigbee技术发展ZigBee的发展基础是IEEE802.15.4标准，它是一种新型的短距、低速、低功耗的无线通信技术，其前身是INTEL、IBM等产业巨头发起的“HomeRFLite”无线技术。•负责起草IEEE802.15.4标准的工作组于2000年成立，2002年美国摩托罗拉（Motorola）公司、荷兰菲利普斯（Philips）公司、英国Invensys公司、日本三菱电器公司等发起成立了ZigBee联盟。到目前为止，ZigBee联盟已有200多家成员企业，而且还在迅速壮大中。这些企业包裹半导体生产商、IP服务提供商以及消费类电子厂商等，而这些公司都参加了IEEE802.15.4工作组，为ZigBee物理和媒体控制层技术标准的建立做出了它们的贡献。20常用无线通信网络技术智能家居感知与控制系统常用技术简介Zigbee技术Zigbee技术发展2004年ZigBee1.0（又称ZigBee2004）诞生，它是ZigBee的第一个规范，这使得ZigBee有了自己的发展基本标准。但是由于推出比较仓促存在很多不完善的地方，因此在2006年进行了标准的修订，推出了ZigBee1.1（又称ZigBee2006），但是该协议与ZigBee1.0是不兼容的。ZigBee1.1相较于ZigBee1.0做了很多修改，但是ZigBee1.1仍无法达到最初的设想，于是在2007年再次修订（称为ZigBee2007/PRO），能够兼容之前的ZigBee2006，并且加入了ZigBeePRO部分，此时ZigBee联盟更专注于以下三种应用类型的拓展：家庭自动化（HA）、建筑/商业大楼自动化（BA）以及先进抄表基础建设（AMI）。21常用无线通信网络技术智能家居感知与控制系统常用技术简介Zigbee技术Zigbee技术特点ZigBee是一种短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线网络技术。ZigBee采取了IEEE802.15.4强有力的无线物理层所规定的全部优点：省电、简单、成本又低的规格；ZigBee增加了逻辑网络、网络安全和应用层。ZigBee的主要应用领域包括无线数据采集、无线