智能家居中傳感器的應用

侯聰 胡威 李九慧

摘要：隨著近些年科技的迅速發展，物聯網這一新名詞逐漸進入到國人的視野中。物聯網指的是將物體通過互聯網聯系起來，進行信息的互通，即物物相息。而現今物聯網其中一個重要的表現形式就是智能家居。智能家居指的是通過物聯網將許多家居設備聯系起來，從而實現智能化管理。而智能家居之所以能實現許多智能化的操作，除了人工智能的輔助之外，傳感器在其中的廣泛應用可謂功不可沒。因此作為智能家居中從外界接收信息的工具，了解傳感器在智能家居中的應用對傳感器以及智能家居的發展都有著重大意義。

關鍵詞：物聯網；智能家居；傳感器

引言：

智能家居作為一種新的家庭生活方式，是在互聯網的影響下物聯網的體現，智能家居可以將照明系統、安防系統、空調系統等等通過物聯網技術連接起來，來實現許多家居控制功能，比如智能家電控制，電動窗簾控制，燈光智能控制，煙霧報警自動控制，遠程手機控制等等，并且憑借其舒適性、便利性、智能性已經被越來越多的家庭所認可。

在智能家居市場中，很多先進的智能家居都有一個共性，就是采用了大量的傳感器，以此來達到環境信息的快速采集和分析。現代的智能家居在設計時需要在每個單元安裝很多種類的傳感器包括溫度傳感器、煙霧傳感器、光線傳感器、距離傳感器等等來測量、分析和控制智能家居系統。因此了解傳感器在智能家居中的應用可以使我們對智能家居的工作原理有更好的認識。下面介紹了傳感器在智能家居中的幾個典型應用。

1.溫度傳感器

溫度傳感器是智能家居中應用最多的一種傳感器，例如：溫度傳感器可以采集室內的溫度，并且將溫度信號轉化為電信號輸出給智能家居系統的處理器，系統將信號處理后根據人的需求偏好輸出相應的指令給中央空調系統，進而完成對室內溫度的調節，使室內保持在一個較為適宜的溫度環境下。并且，溫度傳感器在其他方面也對智能家居起著關鍵性的作用。比如浴缸的水溫的自動調節，湯鍋溫度的控制，甚至可以在夜晚時根據室內溫度的變換來防盜賊。現在可以用于溫度檢測的傳感器有很多，包括熱電偶傳感器、熱電阻以及熱敏電阻。三種傳感器的工作原理近似，但是精度、反應速度和使用方法大不相同。而現在用于室內溫度感應的傳感器大都采用NTC型熱敏電阻（指的是隨著溫度升高，電阻下降的熱敏電阻），熱敏電阻是用一些金屬氧化物，按一定的比例混合進行研磨，摻入一定的粘合劑成型，再經高溫燒結而成。熱敏電阻的優點包括①電阻溫度系數大，靈敏度高，②結構簡單，體積小，熱慣性小，可以測量點溫度以及變化溫度③因為是采用半導體摻雜技術，可以測量42-100k之間的溫度，測溫范圍廣，且使用壽命長。由于這種優點，熱敏電阻被廣泛地用于智能家居的各個角落。

2.煙霧傳感器

煙霧傳感器可以檢測空氣中的煙霧濃度，可用來檢測炒菜時的油煙甚至防止家庭電路失火。目前常用的氣體傳感器依據檢測原理的不同分為兩種：離子式煙霧傳感器和光電式煙霧傳感器。其中離子式煙霧傳感器的工作原理是利用放射性元素镅241，其在電離狀態下產生的正負離子會在電場的作用下移動進而產生穩定的電壓和電流，但是這種移動很容易受到干擾，如果氣體分子進入到傳感器內部，就會影響正負離子的正常移動，導致電壓和電流發生改變。而光電式煙霧傳感器也分為兩種：減光式和散射光式。兩種都是依靠其內部的紅外發射源和光敏材料工作。減光式煙霧傳感器跟離子式煙霧傳感器的原理類似，當沒有煙霧擾動時，光敏材料產生穩定的光電流，而在有煙霧擾動時，接收到的光照減少，產生的光電流減小。而散射光式煙霧傳感器內部有一個光學迷宮，在正常情況下受光元件是無法接收到紅外光的，而在有煙霧進入傳感器時，光線通過氣體粒子的漫射，會有少量的漫射光被受光元件所接收，產生光電流。

不管是離子式煙霧傳感器還是光電式煙霧傳感器，在檢測到煙霧時都會產生一定的電信號改變量，這些改變量輸入到處理器中通過一定的分析和計算，就可以得到氣體的濃度，如果濃度過大，就會產生報警，如果是安裝在室內就會觸發滅火裝置，從而保護人身和財產安全，提高智能家居的安全性和可靠性。

3.光線傳感器

在人們的日常生活中，有時在外出出行或者在白天光照充足的情況下，會忘記關燈，造成電量的浪費。或者在深夜時電視機或者電燈的光照過亮，給人刺眼的感覺，也是一種浪費。而現在在智能家居中就可以大大避免這種情況的發生。光線傳感器的內部有光敏材料，光線傳感器可以通過光電效應將外界的光信號轉換成電信號輸出。因此當光線傳感器檢測到外界環境光照良好時，計算機會自動關閉一些燈光，而臥室的光線傳感器檢測到光照刺眼時，計算機會自動的拉上窗簾，來提高住戶的舒適性。

4.距離傳感器

智能家居中距離傳感器被安裝在客廳、臥室等個個位置，其在智能家居中起到的作用是“人來燈亮，人走燈暗”。距離傳感器可大致分為兩種：光學距離傳感器和超聲波距離傳感器，二者的工作方式雖不相同但是工作原理十分類似。這兩種傳感器都是依靠向外發射脈沖信號，在接觸到物體后反射，再被傳感器所接收，通過分析計算脈沖的傳播速度、往返時間以及角度信息來得到被測物體的距離。在晚上當人們回到臥室后，距離傳感器結合光線傳感器就會將檢測到的信息發送給計算機處理系統，計算機進而控制臥室中的燈光亮度，來實現燈光的智能化操作。

結語：

目前我國鼓勵智能終端產品的創新發展，加快實施智能終端產業化的工程。對移動互聯網、云計算、大數據等技術，智能手機、智能電視等終端產品的發展呈積極推進態勢，其中，智能家居作為智能化產業發展的一員，也在迅猛的發展中。而傳感器作為整個智能家居控制系統的“脈絡”，相當于是智能家居的“中樞神經”，對信息的收集、分析和傳遞都有著重要意義。因此傳感器的發展對于智能家居的舒適性、安全性、可靠性和智能性起著十分關鍵的作用。

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（作者單位：鄭州大學）