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ELECTRONICS WORLD
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技术交流
传感器技术在智能家居系统中的应用研究
胜利第二中学 张宁朔
【摘要】
随着物联网的发展,智能家居系统受到国内外的重视。智能家居融合多种先进技术,将各种家用设备连接到一起并对其进行控制和管
理,从而提高人们的生活质量,其中信息获取是关键。在此基础上,本文首先介绍了智能家居系统中的基本概念,并以温度传感器、气敏传感器
以及红外热释电传感器为例,对传感器技术在智能家居中的应用进行具体研究,以提高智能家居环境的安全性及舒适度,丰富人们的家居生活。
【关键词】
智能家居;传感器技术;红外热释电传感器
1.引言
随着数字化和网络化越来越普及,人们更加追求安全、可靠、
方便的生活。家居作为人们接触最多、也最信赖的生活方面,其智
能化成为了一种社会趋势。
近年来,智能家居已经受到人们的关注,而大量的智能家居产
品也随之产生,逐渐渗入人们的生活。例如,智能空调系统能够根
据环境温度自动的选择其工作模式,使得室内温度能够保持在让人
感觉到舒适的恒温状态;智能厨房系统可以根据设定的时间进行定
时,并在指定时间开启煮饭功能,以节省人们的做饭时间;智能灯
光控制可以根据人的行为习惯自动的进行调控,当有人出现时自动
变亮,而没有人时则始终保持在关闭的状态,从而在满足人生活需
求的前提下达到节省电量的目的;智能安防系统能够根据指纹或者
人脸识别自动判断来人是否为非法闯入,当有人入侵房屋时进行报
警。这些智能家居产品的出现在很大程度上丰富了人们的生活,并
使得家庭环境更加舒适。
目前,智能家居是国内外的一个研究热点,而其发展离不开传
感器技术的支持,因此,对智能家居系统以及其中所使用的传感器
技术进行研究具有重要意义。
2.智能家居系统
传统家居中的各种家居设备基本上都是被动的工作,进而承
担家庭的各项功能,若想实现某些功能,则需要用户逐个的进行开
启,因此给人们的生活带来很多不便。与传统的住宅相比,智能家
居
[1]
不仅提供了最基本的生活条件,还能够通过智能技术对不同的
家居设备进行系统集成,根据用户需求开启相应的功能,从而实现
对设备的整体控制及管理,从而提高人们的生活质量,其结构框图
示意如图1所示。
图1 智能家居系统结构框图
智能家居系统是以人们居住的住宅作为平台,将家中的各个设备连
接到一起,并通过设备之间的有效配合实现家庭生活的自动化管理。
家居设备的相应信息由传感器感知到,并通过无线通信技术
传递到家庭网关中,最后经过互联网将信息发送到控制端,完成信
息的单向传输。而控制端根据得到的信息发出相应的指令,经过互
联网发送到家庭网关中,进而对电子设备进行控制,完成控制指令
的单向传输。通过多种信息在不同设备间的传递,将室内环境与室
外环境,电子设备与控制端连成整体,达到设备一体化的智能控制
目的。其中信息的获取是智能家居中的第一步,如果没有准确的信
息,那么后续的自动控制就无法进行。传统的家居是以人的感官为
主进行信息的获取,并进行相应的判断。在智能家居中,需要对家
庭生活进行自动化的控制,因此采用传感器技术来代替人进行信息
检测是必然趋势。
3.传感器技术
传感器能够检测到对应的信息,并且将该信息转化为电信号或
者其它容易测量的信号进行输出。随着社会的不断发展,目前已经
进入了信息化的时代,如何快速有效的获得大量信息是人们必须要
考虑的问题。很多智能产品都是利用相应的传感器对所需参数进行
测量,从而控制其进行正常的工作。传感器有很多不同的类型,能
够根据人们的需求用到不同的场合,目前已经普遍的应用在了人们
的生活中
[2]
。
本文以温度传感器、气敏传感器以及红外热释电传感器为代
表,对传感器技术在智能家居中的应用进行具体的说明。
3.1 温度传感器
温度传感器技术
[3]
目前已经相当成熟,在人们的生活中得到广
泛的应用。当温度变化时,传感器中的敏感元件感受到这一变化,
并产生相应的信号进行输出,随着温度的不同,输出的信号大小也
互不相同,从而可以得到温度的测量值。根据它对温度测量方式的
不同,温度传感器包括接触式和非接触式两种,在使用过程中按照
具体的使用场景进行合理的选择。
虽然绝大多数空调都有测温功能,但是由于其体积的限制,一
般测得的只是排风口近距离的温度,所以需要另外安装温度传感器。
传感器将室内温度上传到家庭网络中,用户可以实时监测家庭温度状
况。开启温度自动控制的时候,只需要将空调设定的温度值上传到家
庭网关中与传感器测得的实际温度相比较,从而进一步控制空调的制
冷制热,保证家居环境保持在适宜温度,达到家居温度的智能化控
制。其中,数字温度传感器能够将温度转化为方便计算机处理的数字
量,处理速率快
且接线简单方便,因此适合用于智能家居中。
3.2 气敏传感器
气敏传感器
[5]
能够利用相应的敏感元件检测特定的气体,并输
出相应的电信号,该电信号的强弱由气体含量的不同来决定。因
此,气敏传感器能够测得气体在空气中所占的比例大小,达到检测
某种气体、监控其浓度的目的。
家居作为人们最多接触、也是最信赖的生活方面,更加要求安全
化,这也是对于智能家居的一个要求
[4]
。气敏传感器可以对环境中的
有害气体含量进行检测,当浓度高于一定值的时候,迅速的进行报警
并且及时的做出相应的应急措施,尽量的使危害降到最低。气敏传感
器包括多种类型。其中,固体电解质传感器可检测气体太少,常见的
二氧化碳气体和甲烷都不能检测,而电化学传感器不能检测一氧化碳
和甲烷,因此两者均不适合用在智能家居中。经过对比,发现半导体
气敏传感器检测范围广,优点更加突出。它利用的是当待测的气体与
半导体表面发生接触时,半导体的电导率会发生相应的变化,通过检
测这一变化就可以测得
气体的浓度。因此,在智能家居设计中可采
用半导体气敏传感器作为气体信息采集部分的核心。
3.3 红外热释电传感器
红外热释电传感器
[6]
能够探测到环境中的红外辐射信号,从而
输出相应的电信号。当人体目标进入传感器的检测区,因人体温度
与环境温度有差别,人体会发射出10μm左右的红外线。为了增强
传感器对于红外信号的敏感性,增大传感器的检测范围,通常在红
DOI:10.19353/j.cnki.dzsj.2017.07.096
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