【文章內(nèi)容簡介】 測量環(huán)境參數(shù)，如溫度、濕度、煙霧濃度等。從可靠性方面考慮，選擇抗干擾能力強、能夠應(yīng)用在比較苛刻環(huán)境中的傳感器；從經(jīng)濟方面考慮，低成本的傳感器更適于推廣。綜合而言，所選用的傳感器應(yīng)具有成本低、損耗低、高性能的特點。（1）DHT11數(shù)字溫濕度傳感器DHT11能夠同時采集溫度和濕度，并且具備已校準數(shù)字信號輸出。這種傳感器采用傳感技術(shù)及數(shù)字模塊采集技術(shù)進行正確的數(shù)據(jù)采集，使之可靠性和穩(wěn)定性都得以提高。DHT11性能指標有：濕度測量范圍為 20%～90％RH；溫度測量范圍為0～50℃；工作電壓 ～ V；轉(zhuǎn)換時間小于5s。DHT11與STC12C5A60S2連接的電路如圖34所示。測溫元件和感濕元件構(gòu)成了溫濕度傳感器的主要部件，傳感器與具有高性能的八位單片機連接。DHT11的管腳定義如表32所示。DHT11傳感器因為體積小、功耗低、傳輸距離比一般的傳感器遠等優(yōu)點，所以經(jīng)常被應(yīng)用在一些較為苛刻的場所，同時該產(chǎn)品引腳封裝為SIP4，方便了電路中的連接，也可以根據(jù)用戶需求設(shè)計特殊的封裝。圖34 DHT11連接電路表32 DHT11引出管腳定義引腳號名稱注釋1PINVDD2PINDATA串行通信，單總線3PINNC空腳，懸空4PINGND接地，電源負極DHT11為單線制數(shù)據(jù)格式，即輸入輸出雙向傳輸由單個數(shù)據(jù)引腳端口完成。其數(shù)據(jù)包由5Byte (40Bit)組成。數(shù)據(jù)分小數(shù)和整數(shù)兩部分，一次完整數(shù)據(jù)的傳輸為40bit，分別包括濕度整數(shù)位和小數(shù)位、溫度整數(shù)位和小數(shù)位、校驗位，其中高位先輸出。（2）煙霧傳感器本設(shè)計中采用電化學(xué)氣體傳感器ZYMQ2型氣敏元件作為信號采集的器件。氣敏元件是傳感器中的重要部件，而氣敏元件的性能直接影響了監(jiān)測結(jié)果的好壞。常見的氣敏元件大致可分為兩類：一種是半導(dǎo)體式，另一種電化學(xué)式，由于電化學(xué)元件比半導(dǎo)體元件的靈敏度要高、壽命長、功耗更低以及更穩(wěn)定等優(yōu)點，故本設(shè)計中采用電化學(xué)氣敏元件ZYMQ2型。當環(huán)境中含有液化氣、酒精、氫氣、煙霧等氣體時，氣敏元件的電導(dǎo)率隨此類氣體濃度的改變而改變，呈線性方式改變。它與STC12C5A60S2連接的電路如圖35所示。它的原理圖如圖36所示。圖35 煙霧傳感器連接電路 圖36 煙霧傳感器原理圖煙霧傳感器輸入給STC12C5A60S2的是模擬信號，處理器通過其片內(nèi)自帶的A/D轉(zhuǎn)換讀取煙霧傳感器信號。 電源模塊設(shè)計本設(shè)計中使用12V直流電源供電。當電源供電時，由交流電壓220V變到直流電壓12V的電源模塊供電。～，一般使用5V，所以要把12V電源降壓到5V電源，設(shè)計中采用LM7805芯片來實現(xiàn)降壓。LM7805無需輸入電容，為了穩(wěn)定器件，在穩(wěn)壓器與地之間接了一個固態(tài)鉭電容，這一電容大小值為10181。F；～，來改善負載瞬態(tài)響應(yīng)和噪聲抑制功能。電源電路如圖39所示。圖37 電源電路 顯示模塊電路本設(shè)計采用的是LCD12864作為顯示模塊。用于顯示溫濕度和氣體濃度。LCD12864是128*64點陣顯示，內(nèi)置簡體中文字庫和128個字符，每個漢字由16*16點陣顯示、每個字符由8*16點陣顯示。LCD12864與處理器有兩種連接方式：分別為并行與串行。但一般我們采用并行傳輸方式，在本設(shè)計中也采用并行傳輸方式。LCD12864和單片機的連接圖如圖310所示。圖38 LCD12864電路圖如圖310所示LCD12864電路圖，LCD的RS、RW和E分別與STC12C5A60S2的P3_P3_6和P3_4相連接，D0—D7與P0_0—P0_7相連接?；瑒幼冏杵髡{(diào)節(jié)LCD的亮度。其代碼流程圖如39。圖39 LCD12864代碼流程圖 本章小結(jié)本章主要對本設(shè)計進行了硬件研究。硬件方面主要包括核心芯片的選型、傳感器的選型、電源供給設(shè)計、顯示模塊的選型和設(shè)計等。本設(shè)計中STC12C5A60S2芯片內(nèi)有AD轉(zhuǎn)換，所以當一些傳感器輸入為模擬量時，不需要再外接AD轉(zhuǎn)換芯片，減小了功耗和成本，溫濕度傳感器DHT11與煙霧傳感器MQ2達到了節(jié)點低成本、低功耗的基本要求，當測到的參數(shù)超過預(yù)定的范圍時，外界設(shè)備會產(chǎn)生響應(yīng)，硬件要求在給定的溫度、濕度、氣體濃度等外部條件下，能夠穩(wěn)定地工作。4 軟件設(shè)計本設(shè)計使用的軟件有：編程軟件keil、仿真軟件Proteus、繪制原理圖軟件Protel 99 。Keil是一款用于單片機的C語言編程軟件，在我國八成以上的硬件工程師都使用keil軟件進行研發(fā)。Proteus是全球知名的仿真軟件，其建立了完備的電子設(shè)計開發(fā)環(huán)境，軟硬件的交互仿真與測試大大減少后期測試工作量，便利項目管理與團隊開發(fā)。Protel 99 SE是80年代末推出的EDA軟件，雖然已經(jīng)經(jīng)過經(jīng)過了幾十年，但在電子行業(yè)依然有廣泛的應(yīng)用，用于電路的原理圖繪制，以及繪制電路板，是電子設(shè)計者的首選軟件。，可以與keil一起使用，進行調(diào)試，并且?guī)в写谥?，方便對單片機串口的輸入輸出進行觀察。圖41為本設(shè)計編程流程圖。圖41 編程流程圖5 系統(tǒng)測試 系統(tǒng)測試方案 系統(tǒng)功能測試是研發(fā)的一個必要的步驟。制定合適的測試方案，可以發(fā)現(xiàn)和調(diào)整原有設(shè)計方案的缺點，并加以改進，達到設(shè)計的預(yù)期功能。實驗中我們根據(jù)所設(shè)計的多參數(shù)監(jiān)測要求以及外界設(shè)備響應(yīng)，著重測試多參數(shù)傳感器所測闡述和設(shè)備響應(yīng)的能力，需要一部手機和藍牙串口軟件，在以上硬件和軟件的環(huán)境下構(gòu)建了實驗平臺。實驗平臺的實物照如圖51所示。 圖61實驗平臺的實物圖 傳感器參數(shù)測試 本設(shè)計中有溫濕度傳感器DTH11和煙霧傳感器MQ2，圖62為傳感器所測得的環(huán)境信息在LCD12864上面顯示。當在溫濕度傳感器上加熱時，LCD上顯示的溫度上升，在煙霧傳感器上面加瓦斯的時候，其在LCD上顯示濃度上升，在溫濕度傳感器上加濕的時候，LCD上顯示濕度上升。圖62 LCD12864顯示圖 外界設(shè)備測試外界設(shè)備有3個燈，三個風扇和一個步進電機，三個風扇分別模擬降溫，加濕和降低濃度，步進電機模擬窗簾。3個燈通過手機藍牙助手分別通過發(fā)送“4”、“5”和“6”的開關(guān)；當溫度大于設(shè)定值時，降溫風扇便自動打開，反之則關(guān)閉，也可以通過手機藍牙助手發(fā)送指令“7”來控制是否打開；當濕度小于設(shè)定值時，加濕風扇便自動打開，反之則關(guān)閉，也可以通過手機藍牙助手發(fā)送指令“8”來控制是否打開；當濃度大于設(shè)定值時，通風風扇便自動打開，反之則關(guān)閉，也可以通過手機藍牙助手發(fā)送指令“9”來控制是否打開；手機藍牙指令“1”、“2”和“3”來控制步進電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停止。通過測試，手機藍牙助手指令和傳感器參數(shù)的改變可以控制外接設(shè)備的開關(guān)。 藍牙助手測試手機藍牙助手可以通過指令控制外界設(shè)備的開關(guān)，通過發(fā)送指令“0”可以遠程查看現(xiàn)場的環(huán)境信息。圖63為發(fā)送到藍牙助手環(huán)境信息。圖63 手機藍牙助手 本章小結(jié)基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多功能智能家居系統(tǒng)研究與設(shè)計的室內(nèi)多參數(shù)監(jiān)測利用溫濕度傳感器和濃度電阻傳感器于以測量溫度、濕度、氣體濃度變化，利用采集的數(shù)據(jù)，在LCD12864顯示相關(guān)參數(shù)。該裝置可實現(xiàn)對室內(nèi)的溫度、濕度、氣體濃度進行24小時不間斷采集，若溫度、濕度、氣體濃度測試數(shù)據(jù)超過設(shè)定值時，及時調(diào)節(jié)外接設(shè)備，來控制環(huán)境參數(shù)。并能通過手機控制外界設(shè)備，也能通過手機查看環(huán)境參數(shù)。結(jié) 論 本文總結(jié) 智能家居是目前全球研究的一個熱點問題，它的應(yīng)用前景比較廣泛，集合了眾多學(xué)科與技術(shù)，如傳感器技術(shù)、無線通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。同時智能家居技術(shù)被認為是21世紀會產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)，所以世界各地的科研人員極為重視智能家居技術(shù)。 結(jié)合多參數(shù)監(jiān)測的要求和室內(nèi)環(huán)境的特點，把無線 傳感 網(wǎng)絡(luò) 技術(shù) 應(yīng)用到智能家居系統(tǒng)中，具有很好的實際應(yīng)用價值。本文的研究實現(xiàn)了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多功能智能家居系統(tǒng)進行了研究與設(shè)計，主要工作概括如下： （1）針對是室內(nèi)環(huán)境多參數(shù)監(jiān)測的需求以及無線傳感網(wǎng)絡(luò)的特點，構(gòu)建了室內(nèi)無線傳感網(wǎng)絡(luò)模型，提出了基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)多參數(shù)監(jiān)測設(shè)計方案。 （2）重點研究了溫濕度傳感器DTH11與煙霧度傳感器MQ2于用于監(jiān)測室內(nèi)環(huán)境。硬件方面，采用片內(nèi)自帶AD轉(zhuǎn)換的STC12C5A60S3芯片作為核心部件。同時當有參數(shù)超過預(yù)設(shè)的范圍時外接設(shè)備將產(chǎn)生響應(yīng)。（3）實現(xiàn)了與手機終端相連接。 課題展望 雖然本文對基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的多功能智能家居系統(tǒng)進行了研究與設(shè)計，實現(xiàn)了一些基本功能，但是更實用和完善的智能家居系統(tǒng)還需要深入地探究下面一些問題： （1）穩(wěn)定本文設(shè)計的智能家居系統(tǒng)，是在實驗室內(nèi)部的測試?，F(xiàn)實中要對應(yīng)到實際生產(chǎn)應(yīng)用的用于家庭，在各種條件下，進行測試，還要做進一步的試驗，所以系統(tǒng)的穩(wěn)定性也是將來必須重點考慮的問題。（2）拓展功能為了滿足有大中型樓層的需要，需要拓展無線網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)更大面積的監(jiān)測?？梢酝ㄟ^增加路由節(jié)點的方式，使得傳感節(jié)點經(jīng)過多跳的方式到達匯聚節(jié)點，從而形成更大范圍內(nèi)的監(jiān)測和網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。 （3）實現(xiàn)節(jié)能 傳感節(jié)點一般放置在無人值守的環(huán)境中，所以更換電源比較麻煩，因此怎樣設(shè)計低能耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，也成為進一步研究的重要內(nèi)容。參 考 文 獻[1] 童曉渝，房秉毅