傳感器在智能家居系統中的應用

朱海棠，管芳景

（無錫城市職業技術學院 物聯網工程學院，江蘇 無錫 214000）

近年來，隨著社會的發展與科技的進步，人們的居住環境得到了極大的改善，各種智能家居產品紛至沓來，家居的現代化和智能化是當前的潮流和趨勢。其中，將各種不同類型的傳感器應用于智能家居系統，是目前研究的熱點和重點。

1 智能家居系統

眾所周知，智能家居系統是融合計算機、網絡通訊和綜合布線等技術，將家庭安防、燈光控制、窗簾控制、電視機控制、地暖控制和溫濕度控制等各方面有效結合在一起，通過智能控制網絡，實現便捷生活。圖1為智能家居系統結構圖。

圖1 智能家居系統結構圖

如圖1所示，傳感器可采集家居設備的各種信息（如：溫度、濕度和煙霧濃度等），經過處理后，通過無線通信技術傳遞到網絡中，主機發出相應的指令到控制端；控制端根據指令，做出相應的動作。在智能家居系統中，傳感器是基本單元，使用不同類型的傳感器準確采集各種信號尤為重要。

2 傳感器技術

在智能家居系統中，要用各種不同類型的傳感器來監視和控制各參數，使設備工作在正常狀態，甚至是最佳狀態。傳感器是能感受規定的被測量并按照一定的規律轉換成可用信號的器件或裝置，能完成信息獲取任務，并轉換成便于傳輸、轉換、處理和顯示的電信號。在智能家居系統中，主要使用運動傳感器、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）運動傳感器。在家庭安防中，防盜是非常重要的環節。運動傳感器能夠感受到移動的人與物，當有人非法進入屋里，運動傳感器可以把采集到的信號直接發送到主人的手機上或者控制終端上，根據監控探頭拍攝的畫面，主人可實時了解家里的情況，做出決策。

（2）溫度傳感器。智能家居系統中，溫度控制需要及時和精準。根據不同季節、不同氣候，系統可以自動調節并達到適宜的溫度，以滿足人們的需求。在日常生產和生活中，可使用熱電偶、金屬熱電阻或熱敏電阻，進行測溫。在智能家居系統中，測量的溫度，目前最常用的是溫度傳感器DS18B20。DS18B20數字溫度傳感器是DALLAS公司生產的集成元件，具有線路簡單、體積小、適用電壓寬和價格便宜等特點。測量溫度范圍為-55～+125℃。在測溫過程中，以“一線總線”的數字方式傳輸，提高了系統的抗干擾能力。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。環境污染加劇，霧霾時有發生，氣候變化頻繁，如同溫度測量一樣，濕度的測量越來越受到人們的關注。濕度是最難準確測量的參數之一，因此對室內環境濕度的測量顯得特別重要。家具、家用電器，風濕，咳嗽和哮喘等，都和濕度有著重大關系。環境濕度的變化，導致濕敏傳感器的電容量發生改變，并且電容的變化量與相對濕度成正比。智能家居系統中，常采用集成濕度傳感器HS1101，由法國Humirel公司生產，其測量范圍是0%～100%RH，電容量變化范圍為162pF～200pF，誤差不大于±2%RH，響應時間小于 5s。HS1101濕度傳感器具有結構簡單，使用方便等特點。圖3為HS1101實物圖。

圖3 HS1101實物圖

（4）氣敏傳感器。一氧化碳中毒、可燃氣體泄漏等時刻危害人們的生活。家用燃氣報警器，可以對空氣中的可燃氣體濃度進行檢測，當濃度超過一定范圍時，發出報警信號。氣敏傳感器可以用來檢測氣體類別、濃度和成分，將氣體種類及濃度等有關信息轉換成電信號。使用時，可以將氣敏傳感器與家里的換氣扇或排風扇連接在一起，當發現濃度超標時，報警器開始工作且換氣扇自動啟動。在智能家居系統中，多采用MQ-2氣敏傳感器，對液化氣和天然氣靈敏度高，是一款適合多種應用的低成本傳感器。MQ-2氣敏傳感器由微型Al2O3陶瓷管、SnO2敏感層、測量電極和加熱器構成的敏感元件，固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。圖4為氣敏傳感器結構圖及實物圖。MQ-2氣敏傳感器可以將可燃氣體的濃度變化轉變成電阻值的變化，一般工作在200℃以上，需要加熱器進行加熱。

圖4 MQ-2氣敏傳感器結構圖及實物圖

（5）紅外傳感器。智能家居系統中，自動門和自動感應燈的使用隨處可見。為了檢測人體目標，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平衡結構，由敏感元件、場效應管、濾光窗等組成，其特點是只對運動的人體敏感，當溫度變化趨于穩定時，無信號輸出。一般來說，為了增大傳感器的檢測范圍，通常在熱釋電紅外傳感器外面覆蓋一層菲涅爾透鏡。當人體在透鏡的監視視野范圍中運動時，熱釋電單元將輸出一系列的交變信號。在智能家居系統中，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成熱釋電紅外開關，BISS0001能自動快速啟動自動門、各類白熾燈、電風扇和烘干機等裝置。

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，用于檢測熱水器的水流量。當熱水器工作時，流量傳感器可以將水壓的大小轉換為電信號，然后傳遞給調節閥門，從而達到調節水溫的目的。流量傳感器具有反應靈敏，壽命長，安全可靠和使用方便等特點。

3 結語

智能家居的出現極大地方便了人們的生活，家居產品的舒適性、現代化和智能化是人們追求的目標。在智能家居系統中，使用傳感器進行信號的采集是基本環節，也是最重要的步驟之一。文章主要研究了智能家居系統的基本組成，在智能家居系統中使用的各種不同類型的傳感器，根據使用場合和不同需求，合理選擇傳感器，具有一定的實用性。

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