【導(dǎo)讀】理論研究型（）；計算機(jī)軟件型（）；綜合型（）。題目來源科研課題（）生產(chǎn)實際（）自選題目（?（不少于），A0圖紙。說明書及插圖一律打印，要求條理清晰、文筆流暢、圖形及文字符號符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)?？啃詫τ谌藗兾磥淼纳钣葹橹匾?。進(jìn)行智能家居系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用，實現(xiàn)。家居的智能化，人性化已經(jīng)成為一個未來科技發(fā)展的方向。在此基礎(chǔ)上，采用了TC35通信模塊，通過插。系統(tǒng)具有實時性、便捷性和可靠性等特點(diǎn)，業(yè)主能

　　

【正文】 件的靈敏度特性是在以下條件下的表現(xiàn)。其中：（ 1）溫度： 20℃ 。（ 2）相對濕度： 65%。（ 3）氧氣濃度： 21%。（ 4）RL=5kΩ。（ 5） Rs：元件在不同氣體，不同濃度下的電阻值。（ 6） R0： 元件在潔凈空氣中的電阻值。 甲醛傳感器 隨著人們對身體的健康的關(guān)注程度逐漸 加深，甲醛污染的防治便成人們在入住新居首要關(guān)注的問題，因為新裝修的住宅和新購置的家居，會產(chǎn)生超過正常量的甲醛，危害 z 人們的身體健康。隨之市場上檢測甲醛在空氣中的含量的傳感器也逐漸進(jìn)入了人們的視野。 （ 1）各種甲醛傳感器的比較： 目前市場中的甲醛傳感器并不多，甲醛聲表面波氣體傳感器、基于硅膠顆粒的可視化熒光甲醛傳感器、有基于甲醛氣體的還原性的氧化物氣體傳感器、甲醛氣體電子鼻和基于分子篩吸附機(jī)理的甲醛氣體分子篩傳感器。 ① 甲醛氧化物氣體傳感器的研究較多，恢復(fù) 響應(yīng)特性和靈敏度也都達(dá)到了一定的高度，但選擇性 不高，主要是 氨氣 、 甲苯 、液化氣、乙醇、甲醇、苯、硫化氫、酒精、汽油等的干擾，但不同的氣敏元件的干擾氣體是不同的，可以采用復(fù)合摻雜的方法來提高其選擇性。另外 ，通過適當(dāng)利用傳感器的電阻 溫度特性可以提高甲醛氣體氧化物傳感器的選擇性，增大比表面積、減小材料顆粒和改善氣敏材料的制備工藝從而提高氣敏材料的質(zhì)量可以使氣敏元件的響應(yīng) 恢復(fù)特性和靈敏度進(jìn)一步提高。 ② 可視化熒光甲醛傳感器的線性響應(yīng)較好，選擇性也比較好，而且它不需要借助任何光譜儀器就可以進(jìn)行可視化測定，但是它的靈敏度和恢復(fù) 響應(yīng)特性都有待進(jìn)一步的提高?？梢杂糜诎攵亢投ㄐ缘目梢暬臋z測甲醛。 ③ 聲表面波甲醛氣體傳感器受濕度、溫度的影響，要進(jìn)行濕度、溫度補(bǔ)償，靈敏度和選擇性都不高。提高薄膜涂覆的 質(zhì)量和尋找對甲醛敏感度更高，吸附力更強(qiáng)，選擇性更好的敏感薄膜是提高其氣敏性能的兩個方向。 ④ 甲醛氣體電子鼻的靈敏度高，響應(yīng)專一，抗干擾能力強(qiáng)，檢測下限低，恢復(fù) 響應(yīng)特性佳，測量結(jié)果精確，是計算機(jī)技術(shù)和多種傳感器的綜合應(yīng)用。第 3 章 智能家居 的硬件系統(tǒng) 設(shè)計 17 甲醛氣體電子鼻是多種甲醛傳感器的復(fù)合，綜合性能比較好，是將來甲醛氣體傳感器研究的重點(diǎn)方向。 （ 2）甲醛傳感器的發(fā)展方向： 甲醛主要是以氣態(tài)形式存在，因此對于甲醛的檢測主要就是檢測甲醛氣體。而現(xiàn)有甲醛傳感器的選擇性都不是很高，因此要提高甲醛傳感器的選擇性將是以后研究的一個發(fā)展方 向，適當(dāng)和多重復(fù)合的利用傳感器的電阻 溫度特性可以提高其選擇性；由于甲醛氣體的危害特別大，所以提高其檢測下限和恢復(fù) 響應(yīng)特性及靈敏度也是非常重要的；另外，縮小甲醛傳感器的體積，使其小型化也將是以后研究的一個重點(diǎn)方向。而要提高甲醛氣體傳感器的綜合性能一方面是要提高制作工藝和尋找更好的氣敏材料； （ 3） 本次設(shè)計選用的是 MS1100 甲醛檢測傳感器模塊。主要是對于空氣中的二甲苯、甲苯、甲醛等有機(jī)揮發(fā)物污染物的檢測。 MS1100P11 傳感器模塊選用 MS1100 為核心傳感器探頭， MS1100 是一種原裝進(jìn)口的半導(dǎo)體式VOC 氣體傳感器，具有極高的穩(wěn)定性和靈敏度，能夠監(jiān)測 以上的氣體，適用于檢測空氣中的甲醛、二甲苯、苯等多種有機(jī)揮發(fā)成分，同時具有響應(yīng)速度、體積小巧、價格便宜，該傳感器被廣泛應(yīng)用于排風(fēng)罩、通風(fēng)機(jī)、風(fēng)帽、空氣過濾器以及小型家電等各種需要進(jìn)行空氣治理的電器設(shè)備上，能很好的幫助提升室內(nèi)生活環(huán)境質(zhì)量。 對于 MS1100 甲醛傳感器在檢測時，甲醛濃度與電壓參數(shù)對照如表 33。 MS1100 傳感器模塊的技術(shù)參數(shù)如表 34。MS1100 傳感器模塊實物圖 35。 圖 35 MS1100 實物圖 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 表 33 甲醛濃度與 電壓參數(shù)對照 表 34 MS1100 傳感器模塊的技術(shù)參數(shù) 甲醛 Con. 電壓 (ppm) (Volt) Con. 電壓 (ppm) (Volt) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 加熱電壓 5V177。2%（ ACDC） 工作電流 100mA(max) 回路電壓 ≤DC12V 負(fù)載電壓 1K(可調(diào) ) 檢測濃度范圍 01000ppm（不同氣體范圍不同） 清潔空氣中的電壓 ≤1V 靈敏度 ≥3% 響應(yīng)時間 ≤5S（預(yù)熱 3 到 5 分鐘） 回復(fù)時間 10S 元件功耗 ≤430mW 工作溫度 10~60℃ （標(biāo)稱溫度 20℃ ） 工作濕度 90%RH（標(biāo)稱濕度 65%RH） 使用壽命 5 年 尺寸大小 35mm21mm15mm 重量大小 6g 第 3 章 智能家居 的硬件系統(tǒng) 設(shè)計 19 MS1100 甲醛傳感器的靈敏度和被測氣體之間的關(guān)系如圖 36。 有機(jī)氣體的濃度 1 . 0 0 . 90 . 80 . 70 . 60 . 50 . 1 1 . 0 濃度 ( pp m ) 圖 36 靈敏度和被測氣體之間的關(guān)系 MS1100 甲醛傳感器 模塊與單片機(jī)連接，通過采集空氣中甲醛等有害氣體的含量，然后將所得的數(shù)據(jù)信號傳輸給單片機(jī)，經(jīng)過單片機(jī)處理后，根據(jù)系統(tǒng)預(yù)設(shè)的值進(jìn)行判斷，需不需要開啟除甲醛的設(shè)備。 MS1100 甲醛傳感器 模塊的電路圖如圖 37。該傳感器的模塊原理圖如圖 38。 VccGNDVh傳感器Rs輸出RL 圖 37 MS1100 甲醛傳感器模塊的電路圖 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 GNDVCCVCCVCCD1LEDD2LEDR51KR4GNDDOR210KRT23647185CA3140AR310KGNDR120KC2C1GNDRP21KGNDRP11KVCCGNDTCOMDOMG811AO_2+31LM39312345CON5+6VDOAOGNDTCOM631254A BH 圖 38 MS1100 甲醛傳感器模塊原理圖 防盜模塊 因為對于智能家居，室內(nèi)的安全可以說是首要關(guān)注的，能夠識別自動報警 ,并且將室內(nèi)的情況實時遠(yuǎn)程傳輸給用戶是防盜模塊需要做的。綜合本次畢業(yè)設(shè)計的整體考慮，由于本次設(shè)計需要加入短信模塊。所以選用攝像頭進(jìn)行監(jiān)控是比較實際的，而且識別率高，并且通過網(wǎng)絡(luò)信息將圖像信息傳輸?shù)接脩羰謾C(jī)中，更加直觀，而且更便于以后發(fā)生事故時進(jìn)行舉證。而且設(shè)計中也可以讓用戶通過手機(jī)發(fā)信息控制攝像頭的拍攝，也 可實時將室內(nèi)的情況進(jìn)行傳輸。 市場中的攝像頭模塊種類繁多，但是綜合性價比和通用性，本次設(shè)計選用的攝像頭是 OV7670 攝像頭模塊帶 FIFO。 OV7670 CAMERACHIPTM 圖像傳感器，體積小、工作電壓低，提供單片 VGA 攝像頭和影像處理器的所有功能。通過 SCCB 總線控制，可以輸出整幀、子采樣、取窗口等方式的各種分辨率8 位影響數(shù)據(jù)。該產(chǎn)品 VGA 圖像最高達(dá)到 30 幀 /秒。用戶可以完全控制圖像質(zhì)量、數(shù)據(jù)格式和傳輸方式。所有圖像處理功能過程包括伽瑪曲線、白平衡、飽和度、色度等都可以通過 SCCB 接口編程。 OmmiVision 圖像傳感器應(yīng)用獨(dú)有的傳感器技術(shù)，通過減少或消除光學(xué)或電子缺陷如固定圖案噪聲、托尾、MS1100 第 3 章 智能家居 的硬件系統(tǒng) 設(shè)計 21 浮散等，提高圖像質(zhì)量，得到清晰的穩(wěn)定的彩色圖像。 對于 OV7670 攝像頭模塊，市場中比較常見，常被用來做視頻圖像的采集模塊，本次采用這個模塊，與單片機(jī)相連，將采集的圖像信息傳給單片機(jī)，經(jīng)過單片機(jī)處理以彩信的方式發(fā)送到用戶手中。下面介紹下這款攝像頭模塊的參數(shù)，如表 35。 表 35 OV7670攝像頭模塊參數(shù) 感光陣列 640480 電源 核電壓 177。10% 模擬電壓 到 IO 電壓 to 功耗 工作 60mW/15fpsVGAYUV 休眠 20uA 操作 30℃ 到 70℃ 溫度 穩(wěn)定工作 0℃ 到 50℃ 輸出格式（ 8 位） YUV/YCbCr4:2:2 RGB565/555/444 GRB4:2:2 Raw RGB Data 光學(xué)尺寸 1/6〃 視場角 25176。 最大幀率 30fpsVGA 靈敏度 (Luxsec) 信噪比 46 dB 動態(tài)范圍 52 dB 瀏覽模式 逐行 電子曝光 1 行到 510 行 像素面積 暗電流 12mV/s at 60℃ Well capacity 17Ke 影響區(qū)域 封裝尺寸 3785um 4235um OV7670 圖像傳感器模塊的實物圖如圖 39，模塊原理圖如圖 310。 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 圖 39 OV7670 圖像傳感器模塊的實物 圖 310 OV7670 圖像傳感器模塊原理圖 單片機(jī)的選擇 單片機(jī)自 70 年代問世以來蓬勃發(fā)展，隨著晶體管技術(shù)的發(fā)展， 單片機(jī)的發(fā)展也越來越快速化、小型化，已經(jīng)經(jīng)歷了 SCM、 MCU、 SOC 三大階段，應(yīng)用范圍滲透到了生活中的每一個角落?？晒┻x擇的單片機(jī)也十分多，按照產(chǎn)品類型可分為以下四種： （ 1） 51 系列： 51 系列單片機(jī)是基本型，包括 803 805 875 8951這四個機(jī)種區(qū)別，僅在于內(nèi)程序儲存器。其中 8031/8051/8751 是 Intel 公司早期的產(chǎn)品。 （ 2） AVR 系列：相對于出現(xiàn)較早也較為成熟的 51 系列單片機(jī)， AVR 系列單片機(jī)片內(nèi)資源更為豐富，接口也更為強(qiáng)大，同時由于其價格低等優(yōu)勢，第 3 章 智能家居 的硬件系統(tǒng) 設(shè)計 23 在很多場合可以替代 51 系列單 片機(jī)。 （ 3） PIC 系列： PIC 最大的特點(diǎn)是不搞單純的功能堆積，而是從實際出發(fā)，重視產(chǎn)品的性能與價格比，靠發(fā)展多種型號來滿足不同層次的應(yīng)用要求。 （ 4） ARM 系列： ARM 單片機(jī)是以 ARM 處理器為核心的一種單片微型計算機(jī)，是近年來隨著電子設(shè)備智能化和網(wǎng)絡(luò)化程度不斷提高而出現(xiàn)的新興產(chǎn)物。 ARM 單片機(jī)以其低功耗和高性價比的優(yōu)勢逐漸步入高端市場，成為了時下的主流產(chǎn)品。 ARM 單片機(jī)采用了新型的 32 位 ARM 核處理器，使其在指令系統(tǒng)，總線結(jié)構(gòu)，調(diào)試技術(shù)，功耗以及性價比等方面都超過了傳統(tǒng)的 51 系列單片機(jī)，同時 arm 單片機(jī)在 芯片內(nèi)部集成了大量的片內(nèi)外設(shè)，所以功能和可靠性都大大提高。 考慮到本設(shè)計所需要的內(nèi)存和 I/O 口數(shù)量，以及單片機(jī)的價格，綜合各方面因素，本設(shè)計采用了 ST 公司生產(chǎn)的 8 位微控制器 STM8， ST 的 8 位微控制器平臺基于高性能 8 位內(nèi)核，配有先進(jìn)的成套外設(shè) [12]。該平臺采用 ST 的130 nm 嵌入式非易失性存儲器專有技術(shù)。 STM8 通過增強(qiáng)型堆棧指針運(yùn)算、先進(jìn)的尋址模式和新指令實現(xiàn)快速、安全的開發(fā)。功能包括 10 位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，最多有 16 條通道，轉(zhuǎn)換用時小于 3 微秒；先進(jìn)的 16 位控制定時器可用于馬達(dá)控制、捕獲 /比較和 PWM 功能 。其它外設(shè)包括一個 接口、兩個 U(S)ART 接口、一個 I2C 端口、一個 SPI 端口。 STM8 單片機(jī)如圖 311 所示。 圖 311 STM8 實物圖 燕山大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 數(shù)據(jù)采集部分 本設(shè)計的數(shù)據(jù)采集由三個傳感器模塊和一個攝像頭圖像采集模塊來完成，分別是 DHT11 數(shù)字溫濕傳感器、 MQ2 煙霧檢測傳感器、 MS1100 甲