【正文】 光照后，光照電壓也不立刻為零，這就是光敏電阻的時(shí)延特性。在一定的光照度下，所加的電壓越大，光電流越大，而且無(wú)飽和現(xiàn)象。光敏電阻的伏安特性在一定照度下，加在光敏電阻兩端的電壓與電流之間的關(guān)系稱為伏安特性。 煙霧傳感器電路 蜂鳴器報(bào)警電路 光照強(qiáng)度傳感器本光照電路是應(yīng)用光敏電阻的特性而設(shè)計(jì)形成的，根據(jù)光敏電阻的工作原理，當(dāng)有光照是光敏電阻的阻值會(huì)隨著光的強(qiáng)度增加而減小。為更好利用傳感器的性能，需要調(diào)節(jié)可調(diào)電阻Rp恰當(dāng)?shù)腞L值。這種傳感器具有輕微的極性，VC 需用直流電源。其中VH用于為傳感器提供特定的工作溫度。使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)[11]。MQ2氣體傳感器所使用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率較低的二氧化錫(SnO2)。超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選則。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快響應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價(jià)比極高等優(yōu)點(diǎn)。它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括的外圍模塊有：復(fù)位電路，振蕩電路[10] 。共6個(gè)16位定時(shí)器，其中兩個(gè)與傳統(tǒng)8051兼容的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,16位定時(shí)器T0和T1，沒(méi)有定時(shí)器T2，PCA模塊可再實(shí)現(xiàn)4個(gè)16位定時(shí)器。 5V電源電路 STC12C5608AD單片機(jī)本系統(tǒng)采用STC12C5620AD系列單片機(jī)，它是STC生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期(1T)的單片機(jī)[8]，是高速低功耗超抗干擾的8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快812倍。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅要考慮電壓和電流大小等基本參數(shù)而且要考慮電源使用效率、降低噪聲、復(fù)雜程度和干擾等方面優(yōu)化[6]。電源模塊相當(dāng)于房屋的基石，所以高性能的電源管理模塊對(duì)于整個(gè)控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行實(shí)至關(guān)重要的。傳感器模塊采用集成溫濕度傳感器DHT1MQ2型氣體傳感器、光照強(qiáng)度傳感器用光敏電阻和電能質(zhì)量檢測(cè)用電壓電流互感器和CS5460A芯片，電源采用交流220V變壓整流直流5V供電。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)通常由傳感器模塊、微處理器模塊、無(wú)線通信模塊和電源模塊構(gòu)成[4]。根據(jù)系統(tǒng)的需要，傳感器節(jié)點(diǎn)應(yīng)具備以下功能。軟件方面要求程序模塊化設(shè)計(jì)，可以使系統(tǒng)升級(jí)方便以備增加節(jié)點(diǎn)時(shí)修改其中一個(gè)模塊而其他地方無(wú)需改動(dòng)；程序設(shè)計(jì)要簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)傳輸格式要統(tǒng)一。故要求系統(tǒng)的安全性（3）外觀：由于要安裝在家庭各個(gè)地點(diǎn)，故要求其盡量小巧，美觀。（2）安全性：本系統(tǒng)為家居環(huán)境控制系統(tǒng)做前期的數(shù)據(jù)采集，若出現(xiàn)錯(cuò)誤，則可導(dǎo)致PC判斷錯(cuò)誤，導(dǎo)致錯(cuò)誤控制。分別從軟硬件兩個(gè)方面來(lái)得以實(shí)現(xiàn)。所以居民住房的電能質(zhì)量檢測(cè)有很大必要，本文使用電壓電流互感器通過(guò)CS5460A芯片處理數(shù)據(jù)，由單片機(jī)能出，交流電的電壓、電流、功率、頻率等。（5）電能質(zhì)量電能質(zhì)量的主要指標(biāo)有電壓、頻率和波形。光敏傳感器可以將感知的光線強(qiáng)度信息發(fā)送到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，協(xié)調(diào)器則將信息傳輸?shù)絇C，經(jīng)過(guò)處理和判斷光線強(qiáng)度控制窗簾的開關(guān)或燈的開關(guān)。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到煙霧濃度大于用戶設(shè)定是初值時(shí)，PC會(huì)立即發(fā)送報(bào)警信號(hào)到報(bào)警裝置或者是家庭成員的手機(jī)或直接報(bào)警，PC在啟動(dòng)報(bào)警裝置的同時(shí)，或可以自動(dòng)控制開窗，以達(dá)到室內(nèi)空氣流通的效果，保證家庭成員的安全。（3）煙霧燃?xì)獾闹饕斐蔁熿F源，當(dāng)燃?xì)獍l(fā)生泄漏時(shí)，就會(huì)對(duì)家庭人員生命帶來(lái)威脅。目前人們經(jīng)常是通過(guò)普通的加濕器來(lái)調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度，此類加濕器一般只是手動(dòng)操作，這樣就存在著人為的主觀不確定性，最終也有可能不利于環(huán)境之改善。家庭中的每個(gè)房間可以多放幾個(gè)這樣的類似節(jié)點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)在同一個(gè)房間進(jìn)行多點(diǎn)的溫度信息采集，以提高溫度測(cè)量的準(zhǔn)確度。（1）溫度濕度人體對(duì)溫度的變化甚為敏感，在環(huán)境溫度高于35攝氏度后，每增加一度對(duì)人體的負(fù)面影響都是幾何級(jí)的增加，故此系統(tǒng)中最重要亦是最基本的就是環(huán)境中溫度的采集。 系統(tǒng)功能定義本文設(shè)計(jì)的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要檢測(cè)家庭環(huán)境中以下一些環(huán)境參數(shù)以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境信息的全面監(jiān)測(cè)，從而為用戶的準(zhǔn)確決策提供參考。當(dāng)監(jiān)測(cè)區(qū)域較大時(shí)，可用增加傳感器節(jié)點(diǎn)的方法來(lái)保證網(wǎng)絡(luò)的連通性，相反區(qū)域較小時(shí)可以根據(jù)情況減少路由器節(jié)點(diǎn)的設(shè)置以節(jié)省系統(tǒng)資源，降低成本。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖本系統(tǒng)中傳感器節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)的是環(huán)境信息的采集與發(fā)送，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)的是網(wǎng)絡(luò)的建立、終端節(jié)點(diǎn)管理、數(shù)據(jù)處理和對(duì)PC端的數(shù)據(jù)通信。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本論文是基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，故根據(jù)ZigBee技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)和特點(diǎn)設(shè)計(jì)了由多傳感器節(jié)點(diǎn)，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)和PC組成的該系統(tǒng)。ZigBee應(yīng)用層有三個(gè)不同的部分分別是：應(yīng)用支持子層、ZigBee設(shè)備對(duì)象和制造商定義的應(yīng)用對(duì)象。網(wǎng)絡(luò)層提供了兩個(gè)必須的功能服務(wù)實(shí)體來(lái)向應(yīng)用層提供服務(wù)接口，它們分別是管理服務(wù)實(shí)體和數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)體。下面就網(wǎng)絡(luò)層與應(yīng)用層作簡(jiǎn)要介紹。 ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖在星狀結(jié)構(gòu)中無(wú)論是路由器或終端設(shè)備都是直接與協(xié)調(diào)器進(jìn)行通信，在ZigBee協(xié)調(diào)器則負(fù)責(zé)運(yùn)作與維護(hù)著整個(gè)網(wǎng)絡(luò)；在簇狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)初始化和建立網(wǎng)絡(luò)的操作，而路由器則對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)展，終端設(shè)備的信息由路由器進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā),只不過(guò)在簇狀結(jié)構(gòu)中終端間的信息交換只能通過(guò)一級(jí)級(jí)向上傳遞到協(xié)調(diào)器，再由協(xié)調(diào)器將信息分發(fā)下去。只能自己的與上一級(jí)如協(xié)調(diào)器或路由器之間通信，包括獲取網(wǎng)絡(luò)地址等。（2）ZigBee路由器：它也是全功能設(shè)備在加入網(wǎng)絡(luò)后，協(xié)調(diào)器就會(huì)分配給它一定量的十六位地址空間，再由其分別分配給下級(jí)節(jié)點(diǎn)使用，方便每個(gè)節(jié)點(diǎn)接入或離開網(wǎng)絡(luò)，具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)及路由之功能。（1）ZigBee協(xié)調(diào)器：它是個(gè)全功能的設(shè)備，包含所有的網(wǎng)絡(luò)功能，是3種設(shè)備中功能最全面亦最復(fù)雜的一種，特點(diǎn)是計(jì)算能力強(qiáng)、存儲(chǔ)量大?；顒?dòng)設(shè)備信道接入延時(shí)和休眠激活延時(shí)均僅為15ms，而搜索設(shè)備延時(shí)時(shí)間達(dá)到30ms；根據(jù)ZigBee聯(lián)盟所設(shè)定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，按功能分其網(wǎng)絡(luò)設(shè)備劃分為三種：ZigBee協(xié)調(diào)器，ZigBee路由器，ZigBee終端設(shè)備。只有10kb/s—250kb/s，符合本設(shè)計(jì)需求；(6)工作頻段靈活。它的超低功耗也使得在應(yīng)用中兩節(jié)普通AAA干電池即可使用6個(gè)月至2年的時(shí)間，這也是ZigBee的最大的一個(gè)優(yōu)勢(shì)；(4)網(wǎng)絡(luò)容量大。由于ZigBee聯(lián)盟已經(jīng)有二十多家，他們的研發(fā)實(shí)力都很強(qiáng)，好多公司均已在2003年正式推出自己的ZigBee芯片，競(jìng)爭(zhēng)較大，近年來(lái)應(yīng)用于主機(jī)端的芯片成本將會(huì)比藍(lán)牙等模塊更具價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)。(1) 網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性好。ZigBee網(wǎng)絡(luò)采用的是無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，與蜜蜂的通信類似，網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)間通信以一跳或多跳的形式自動(dòng)建立網(wǎng)絡(luò)。此外，單個(gè)ZigBee無(wú)線模塊就可與254個(gè)節(jié)點(diǎn)互聯(lián)，若網(wǎng)絡(luò)中加入路由節(jié)點(diǎn)，則網(wǎng)絡(luò)最大承載量可支持65535個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備互聯(lián)。但相比之下， ZigBee協(xié)議比藍(lán)牙更簡(jiǎn)單、速率更慢、功率及費(fèi)用也更低。ZigBee協(xié)議則比藍(lán)牙技術(shù)、高速率個(gè)人區(qū)域網(wǎng)或 。截至目前，該聯(lián)盟大約已有約27家成員企業(yè)，所有這些公司都參加了負(fù)責(zé)開發(fā)ZigBee協(xié)議物理層和媒體控制層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的 工作組。ZigBee的名字主要來(lái)源于蜜蜂通過(guò)跳 ZigZag形狀的舞蹈來(lái)傳遞所發(fā)現(xiàn)的食物的位置、距離和方向等信息，一只一只的傳遞下去，此種技術(shù)與蜜蜂的這種通信方式相類似?？偠灾甖igBee技術(shù)就是一種低功耗，低成本的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。這樣做的好處是不需要專門的通信蜜蜂，通過(guò)信息接力就完成了整個(gè)通信，從而實(shí)現(xiàn)了蜜蜂的低成本、低數(shù)據(jù)速率、自組織、低功耗、近距離、低復(fù)雜度等的信息傳遞方式。第2章 ZigBee技術(shù)綜述，根據(jù)此協(xié)議的規(guī)定，ZigBee技術(shù)是一種短距離、低功耗的無(wú)線通信技術(shù)。同時(shí)此系統(tǒng)還省去了繁瑣的有線系統(tǒng)布線對(duì)家居美觀性的損害。在協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)中，本文實(shí)現(xiàn)了電源、串口通信、PCB天線等主要電路的設(shè)計(jì)；而在傳感器節(jié)點(diǎn)中，由于其與協(xié)調(diào)器類似，故僅針對(duì)不同的環(huán)境信息，設(shè)計(jì)出了不同的傳感模塊；(3)本論文還設(shè)計(jì)了串口調(diào)試操作界面，可以方便用戶的調(diào)試和使用，由此用戶就可以實(shí)時(shí)的了解到家庭中個(gè)中環(huán)境信息的參數(shù)。(1)ZigBee協(xié)議的介紹。近年來(lái)隨著家庭裝修時(shí)工業(yè)板材及其他有毒氣體釋放源的使用，室內(nèi)的環(huán)境不容樂(lè)觀。確定了使用頻段，最高數(shù)據(jù)傳輸速度達(dá) ，和紅外技術(shù)相比，藍(lán)牙有著較高的傳輸速率，而且不需要像紅外線那樣進(jìn)行口對(duì)口的連接才能傳輸數(shù)據(jù)，所有的藍(lán)牙終端基本上只要在有效的范圍內(nèi)使用，就隨時(shí)可以進(jìn)行連接收發(fā)數(shù)據(jù)。雖然WiFi有覆蓋范圍較廣等特點(diǎn)，但是其的基帶協(xié)議和射頻協(xié)議比較復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)成本較高，而且其功耗比較大，根本上滿足不了電池供電的要求。熱點(diǎn)是通過(guò)將訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)安裝在互聯(lián)網(wǎng)連接上來(lái)創(chuàng)建的。 ，所支持的速度達(dá)54Mbps（，理論最高速度600Mbps)。而在2006年作為中國(guó)通信行業(yè)龍頭的華為公司亦加入了此聯(lián)盟。ZigBee的名字主要來(lái)源于蜜蜂通過(guò)跳 ZigZag形狀的舞蹈來(lái)傳遞所發(fā)現(xiàn)的食物的位置、距離和方向等信息，一只一只的傳遞下去，此種技術(shù)與蜜蜂的這種通信方式相類似。由于有線的束縛和影響，其美觀性較無(wú)線系統(tǒng)差，不利于家居的后續(xù)裝修。硬件可擴(kuò)展性是有線技術(shù)方案的主要技術(shù)難點(diǎn)之一[2]。(3)系統(tǒng)可擴(kuò)展性差。采用有線技術(shù)時(shí)，對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別進(jìn)行布線將是一份復(fù)雜龐大的工作，特別是當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)對(duì)象的數(shù)量較多時(shí)更是如此，又容易破壞家庭之前裝修的完整性；(2)安裝與維護(hù)成本高。但當(dāng)采用有線技術(shù)方案時(shí)，根據(jù)智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)，它存在一些缺點(diǎn)，如下面幾項(xiàng)所示。另外，國(guó)內(nèi)亦有些電器廠家也在市場(chǎng)上推出了自主的智能家居系統(tǒng)