传感器在智能家居中的应用(DOC)

传感器在智能家居中的应用

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摘要：本文以智能家居为背景，主要讨论了温度传感器、光传感器和气敏传感器这三种传感器在智能

家居中的应用。首先对系统进行了需求分析，明确了系统要实现的功能，在本文中主要测温度、亮度

和气体这三个量。其次对每种传感器的选型进行了详细的方案对比，然后选定一种较合适的传感器，

最后对选定的传感器进行介绍，包括原理、电路图，精度分析等。最后对对智能家居目前存在的问题

进行了简单描述以及对本文的一个总结。

关键词：智能家居；温度传感器；光传感器；气敏传感器

Sensors in the smart home

Abstract: In this paper,I mainly discussed the temperature sensors, light sensors and gas sensors in the smart home. Firstly, I analysised the smart home system and defined the function of system，primarily measured the temperature, the brightness and the amount of gas。Secondly, the selection of each sensor for a detailed comparison have been included in

this paper, and then I select a more suitable sensor,introduced it，including the principle, schematics, precision analysis. Finally, I gave a simple description of problems in smart home and a summary of this paper.

Key words: smart home；temperature sensors；light sensors；gas sensors

一、智能家居简介

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。

一个比较完善的智能家居的示意图如图1所示：

图1 智能家居示意图

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、系统需求分析

要实现智能家居的基本功能，主要涉及到以下3个物理量的测量：

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。因为是测室内温度，精度不需要太高，精度满足在±1℃即可

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.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、测量方案

3.1设计思路

在设计这几个传感器的时候，应考虑到它是用在智能家居中，应满足如下几个总体要求：（1）体积小巧、可拆卸更换

（2）对检测信号响应速度快，重复性好

（3）长期工作稳定性好

（4）使用寿命长制造成本低，使用与维护方便

针对各个不同的传感器，还有如下具体要求：

温度传感器：因为是测室内温度，测温范围不需要很大，测温范围在-55-100℃即可。

光传感器：选定的光传感器应该要能根据室内光线强弱自动调节灯光的强弱和开关。

气体传感器:第一，除了检测氧气、二氧化碳、水蒸气这些常见气体外，还要能检测甲烷、一氧化碳等这些在家里可能出现的危险气体；第二，能选择性地检测某种单一

气体，而对共存的其它气体不响应或低响应；第三，对被测气体具有较高的灵

敏度，能有效地检测允许范围内的气体浓度。

3.2方案论证与比较

3.2.1温度传感器的设计

常用的温度传感器有四类：即热电偶、热电阻RTD、热敏电阻及集成电路温度传感器；每一类温度传感器有自己独特的温度测量范围，有自己适用的温度环境；没有一种温度传感器可以通用于所有的用途：热电偶的可测温度范围最宽，而热电阻的测量线性度最优，热敏电阻的测量精度最高。因为热电阻RTD一般价格较昂贵，在这里不予考虑。

（1）方案比较

方案一：使用热电偶传感器，热电偶传感器的测温范围为-270-1800℃，测温精度为±0.5℃。

线性度：需要至少是四次多项式或是等效的对照表。

鲁棒性：热电偶线径较粗，使得这种传感器较为坚实，加之外表绝缘皮进一步增强其强度

激励方式：不需要

输出形式：电压

外形轮廓：圆柱尺寸=5倍线径

价格：70-350元

方案二：使用热敏电阻传感器，热敏电阻传感器的测温范围为-100-150℃，测温精度为±

0.1℃。

线性度：需要至少是三次多项式或是等效的对照表

鲁棒性：热敏电阻封装方式较多，密封性、稳定性最好的封装方式是玻璃封装。热敏电阻的处置稍难，但它不受冲击和振动的影响

激励方式：电压源

输出形式：电阻

外形轮廓：2.5×2.5毫米

价格：14-70元

方案三：使用集成电路温度传感器，集成电路温度传感器的测温范围为-55-150℃，测温精