传感器在智能家居系统中的应用

朱海棠，管芳景

（无锡城市职业技术学院 物联网工程学院，江苏 无锡 214000）

近年来，随着社会的发展与科技的进步，人们的居住环境得到了极大的改善，各种智能家居产品纷至沓来，家居的现代化和智能化是当前的潮流和趋势。其中，将各种不同类型的传感器应用于智能家居系统，是目前研究的热点和重点。

1 智能家居系统

众所周知，智能家居系统是融合计算机、网络通讯和综合布线等技术，将家庭安防、灯光控制、窗帘控制、电视机控制、地暖控制和温湿度控制等各方面有效结合在一起，通过智能控制网络，实现便捷生活。图1为智能家居系统结构图。

图1 智能家居系统结构图

如图1所示，传感器可采集家居设备的各种信息（如：温度、湿度和烟雾浓度等），经过处理后，通过无线通信技术传递到网络中，主机发出相应的指令到控制端；控制端根据指令，做出相应的动作。在智能家居系统中，传感器是基本单元，使用不同类型的传感器准确采集各种信号尤为重要。

2 传感器技术

在智能家居系统中，要用各种不同类型的传感器来监视和控制各参数，使设备工作在正常状态，甚至是最佳状态。传感器是能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，能完成信息获取任务，并转换成便于传输、转换、处理和显示的电信号。在智能家居系统中，主要使用运动传感器、温度传感器、湿度传感器、气敏传感器、红外传感器和流量传感器等。

（1）运动传感器。在家庭安防中，防盗是非常重要的环节。运动传感器能够感受到移动的人与物，当有人非法进入屋里，运动传感器可以把采集到的信号直接发送到主人的手机上或者控制终端上，根据监控探头拍摄的画面，主人可实时了解家里的情况，做出决策。

（2）温度传感器。智能家居系统中，温度控制需要及时和精准。根据不同季节、不同气候，系统可以自动调节并达到适宜的温度，以满足人们的需求。在日常生产和生活中，可使用热电偶、金属热电阻或热敏电阻，进行测温。在智能家居系统中，测量的温度，目前最常用的是温度传感器DS18B20。DS18B20数字温度传感器是DALLAS公司生产的集成元件，具有线路简单、体积小、适用电压宽和价格便宜等特点。测量温度范围为-55～+125℃。在测温过程中，以“一线总线”的数字方式传输，提高了系统的抗干扰能力。DS18B20温度传感器外形及引脚图如图2所示。

图2 DS18B20温度传感器外形及引脚图

（3）湿度传感器。环境污染加剧，雾霾时有发生，气候变化频繁，如同温度测量一样，湿度的测量越来越受到人们的关注。湿度是最难准确测量的参数之一，因此对室内环境湿度的测量显得特别重要。家具、家用电器，风湿，咳嗽和哮喘等，都和湿度有着重大关系。环境湿度的变化，导致湿敏传感器的电容量发生改变，并且电容的变化量与相对湿度成正比。智能家居系统中，常采用集成湿度传感器HS1101，由法国Humirel公司生产，其测量范围是0%～100%RH，电容量变化范围为162pF～200pF，误差不大于±2%RH，响应时间小于 5s。HS1101湿度传感器具有结构简单，使用方便等特点。图3为HS1101实物图。

图3 HS1101实物图

（4）气敏传感器。一氧化碳中毒、可燃气体泄漏等时刻危害人们的生活。家用燃气报警器，可以对空气中的可燃气体浓度进行检测，当浓度超过一定范围时，发出报警信号。气敏传感器可以用来检测气体类别、浓度和成分，将气体种类及浓度等有关信息转换成电信号。使用时，可以将气敏传感器与家里的换气扇或排风扇连接在一起，当发现浓度超标时，报警器开始工作且换气扇自动启动。在智能家居系统中，多采用MQ-2气敏传感器，对液化气和天然气灵敏度高，是一款适合多种应用的低成本传感器。MQ-2气敏传感器由微型Al2O3陶瓷管、SnO2敏感层、测量电极和加热器构成的敏感元件，固定在塑料或不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了必要的工作条件。图4为气敏传感器结构图及实物图。MQ-2气敏传感器可以将可燃气体的浓度变化转变成电阻值的变化，一般工作在200℃以上，需要加热器进行加热。

图4 MQ-2气敏传感器结构图及实物图

（5）红外传感器。智能家居系统中，自动门和自动感应灯的使用随处可见。为了检测人体目标，采用热释电人体红外传感器。热释电红外传感器一般采用差动平衡结构，由敏感元件、场效应管、滤光窗等组成，其特点是只对运动的人体敏感，当温度变化趋于稳定时，无信号输出。一般来说，为了增大传感器的检测范围，通常在热释电红外传感器外面覆盖一层菲涅尔透镜。当人体在透镜的监视视野范围中运动时，热释电单元将输出一系列的交变信号。在智能家居系统中，常常选用RE200B热释电红外传感器，其外形图如图5所示，配以BISS0001处理芯片和外接少量元件就可构成热释电红外开关，BISS0001能自动快速启动自动门、各类白炽灯、电风扇和烘干机等装置。

图5 热释电红外传感器外形图

（6）流量传感器。流量传感器利用霍尔元件的霍尔效应，用于检测热水器的水流量。当热水器工作时，流量传感器可以将水压的大小转换为电信号，然后传递给调节阀门，从而达到调节水温的目的。流量传感器具有反应灵敏，寿命长，安全可靠和使用方便等特点。

3 结语

智能家居的出现极大地方便了人们的生活，家居产品的舒适性、现代化和智能化是人们追求的目标。在智能家居系统中，使用传感器进行信号的采集是基本环节，也是最重要的步骤之一。文章主要研究了智能家居系统的基本组成，在智能家居系统中使用的各种不同类型的传感器，根据使用场合和不同需求，合理选择传感器，具有一定的实用性。

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