基于无线网络平台的智能家居系统的研究说明书.doc

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1、 基于无线网络平台的智能家居系统的研究说明书一、 硬件说明 热释电红外传感器 热释电红外传感器（人体红外感应模块）是一种能检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器。它目前正在被广泛的应用到各种自动化控制装置中。除了在我们熟知的楼道自动开关、防盗报警上得到应用外，在更多的领域应用前景看好。比如：在房间无人时会自动停机的空调机、饮水机；电视机能判断无人观看或观众已经睡觉后自动关机的机构；开启监视器或自动门铃上的应用；结合摄影机或数码照相机自动记录动物或人的活动等等。您可以根据自己的奇思妙想，结合其它电路开发出更加优秀的新产品。或自动化控制装置。热释电效应同压电效应类似，是指由于温度的变化而引起

2、晶体表面荷电的现象。热释电传感器是对温度敏感的传感器。它由陶瓷氧化物或压电晶体元件组成，在元件两个表面做成电极，在传感器监测范围内温度有T的变化时，热释电效应会在两个电极上会产生电荷Q，即在两电极之间产生一微弱的电压V。由于它的输出阻抗极高，在传感器中有一个场效应管进行阻抗变换。热释电效应所产生的电荷Q会被空气中的离子所结合而消失，即当环境温度稳定不变时，T=0，则传感器无输出。当人体进入检测区，因人体温度与环境温度有差别，产生T，则有T输出；若人体进入检测区后不动，则温度没有变化，传感器也没有输出了。所以这种传感器检测人体或者动物的活动传感。 由实验证明，传感器不加光学透镜(也称菲涅尔透镜)

3、，其检测距离小于2m，而加上光学透镜后，其检测距离最大可超过7m。 这是两款采用红外专用芯片BISS0001芯片设计的人体传感模块，它最大的优点是性能稳定可靠。模块线路板尺寸33mm*28mm，透镜直径约25毫米，模块厚度20毫米，体积更小，更容易嵌入其他设备。模块采用低功耗稳压器件7133A-1，可以保证在很宽的输入电压下稳定提供3.3V的工作电压，确保模块能正常工作。模块有三个输出脚，由红、黄、黑三色线插座引出，红线和黑线分别接DC624V电源的“+”、“”，标有“OUT”的黄线是输出脚，有人输出约3V高电平，无人输出0V低电平。上右图中左上角蓝色箭头指示有一个检测方式设置区，产品默认设置

4、和H连接，为可重复触发方式（见上图左上角蓝色箭头指示处，如果改成和L连接，则为不可重复触发方式），即感应输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平（感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点)；如果和L连接为不可重复触发模式，这种模式下感应输出高电平后，延时时间段一结束，输出将自动从高电平变为低电平。模块电平输出时间约15秒左右。技术参数1、工作电压：DC624V2、电平输出：有人3V高电平，无人0V低电平3、感应角度：水平最大140度，垂直最大60度4、静态电

5、流：小于50A5、感应距离：0.57米6、触发时间：约510秒7、触发方式：重复/不重复8、外形尺寸：33mm28mm20mm感应范围示意图湿度传感器 HS1101湿度传感器是基于独特工艺设计的电容元件，这些相对湿度传感器可以大批量生产。可以应用于办公自动化，车厢内空气质量控制，家电，工业控制系统等。在需要湿度补偿的场合他也可以得到很大的应用。特点：全互换性 在标准环境下不需校正长时间饱和下快速脱湿 可以自动化焊接，包括波峰焊或水浸 高可靠性与长时间稳定性 专利的固态聚合物结构 可用于线性电压或频率输出回炉 快速反应时间注释此电路为典型的555非稳态电路。HS1101/HS1100作为电容变量

6、接在555的TRIG与THRES两引脚上，引脚7用作电阻R4的短路。等量电容HS1101/HS1100通过R2与R4充电到门限电压（约0.67Vcc），通过R2放电到触发电平（约0.33Vcc），然后R4通过引脚7短路到地。传感器由不同的电阻R4与R2充放电，其工作循环可以描述如下： Thigh=C%RH*(R2+R4)*ln2 Tlow=C%RH*R2*ln2 F=1/(Thigh+Tlow)=1/(C%RH*(R4+2*R2)*ln2) 输出循环周期=Thigh*F=R2/(R4+2*R2)为了使循环时间降低50%，则与R2相比，R4应该非常小，但是不要低于最小值。电阻R3是为了短路保护，

7、555必须为CMOS。注释：555电路的非平衡电阻R1是做内部温度补偿，目的是为了引入温度效应，使它与HS1101/HS1100的温度效应相匹配。R1必须象所有的R-C时钟电阻的要求一样，1%的精度，最大的温度效应应该小于100ppm。由于不同型号的555的内部温度补偿有所不同，R1的值必须与特定的芯片相匹配。为了保证在55%RH的典型湿度值为6660Hz，R2也需要做稍许修正。如下表：555R1R2TLC555909K576TS555100nF电容52375551732K549LMC5551238562空气质量传感器1半导体气敏传感器及其特性半导体气敏传感器是利用待测气体与半导体(主要是金属

8、氧化物)表面接触时, 产生的电导率等物性变化来检测气体。半导体气敏器件被加热到稳定状态下, 当气体接触器件表面而被吸附时, 吸附分子首先在表面自由地扩散(物理吸附) , 失去其运动能量, 其间的一部分分子蒸发, 残留分子产生热分解而固定在吸附处(化学吸附)。这时, 如果器件的功函数小于吸附分子的电子亲和力, 则吸附分子将从器件夺取电子而变成负离子吸附。具有负离子吸附倾向的气体最典型的是氧气, 称为氧化型气体或电子接收性气体。如果器件的功函数大于吸附分子的离解能, 吸附分子将向器件释放电子, 而成为正离子吸附。具有这种正离子吸附倾向的气体有 H2、 CO、碳氢化合物和酒类等，成为还原型气体或电子

9、共给型气体。2 半导体空气传感器 TGS26002.1 TGS2600 构成和工作原理空气质量传感器是半导体气敏传感器中的一种, 它构造简单, 由传感器基板, 气敏元件和传感器盖帽组成。气敏元件由一个以金属铝做衬底的金属氧化物敏感芯片和一个完整的加热器组成。利用加热器加热, 以侦测气体附着于金属氧化物表面而产生的电阻值的变化。在检测气体时, 传感器的传导率依赖于空气中气体浓度的变化。在目标气体不存在的状态下, 大量附着的空气中的氧气会捕捉电子, 而呈现出高阻状态;相反的, 若有目标气体存在, 则因为会与氧产生一种燃烧反映, 自由电子的量增加, 而电阻值则降低。用一个测量电路能将该传导率的变化转

10、化成对应于气体浓度变化的输出信号。TGS2600 是日本 FIGARO 公司开发生产的一种新型半导体气体传感器, 能够灵敏地感知空气中的低浓度污染物的异味, 如空气中的低浓度香烟污染物和其它异味, 对 H2、 CO等有较高的敏感度。该传感器能检测到几个 ppm级 H2 含量。TGS2600 具有成本低、 体积小、 寿命长、 选择性和稳定性好等特性, 可广泛用于空气质量监测、 自动通风换气系统、 空气清新机和气流控制设备中。该器件比较适合于在室温下长时间通电连续工作。由于采用小型化芯片, TGS2602 的加热器所需电流仅为 42mA, 并且安置于标准 TO- 5 封装中。一、室内空气检测传感器

11、TGS2600主要参数：型号：TGS2600-B00空气质量传感器可测量范围：1-30ppm分辨率：0.30.6（10ppmH2阻值/空气中阻值）防爆等级：空气质量传感器输出信号：可变电阻值 环境温度：-1050二、室内空气检测传感器TGS2600主要特点：对气味气体有很高的灵敏度；低功耗；对气态的空气质量检测有很高的灵敏度；长寿命，低价位；应用电路简单。可用于空气质量检测及室内空气质量检测，空气清新机等。三、 引脚说明：两个电源引脚（加热器电压 VH 和电路电压 VC），一个地引脚，一个输出引脚。2.2 TGS2600 传感器基本测量电路传感器基本测量电路如图所示。此传感器要求有两个电压输入

12、: 加热器电压 VH 和电路电压 VC。加热器电压 VH 加于集成加热器上以保持传感器在一个特定的最佳感应温度。电路电压 VC 被加载以便于测量与气敏元件串联的负载电阻电压 Vout。此传感器有极性所以电路电压 VC 必须是直流。可以用一个公共的电源来同时供给 VH 和 VC 以满足传感器的电气需求。合理选择负载电阻 RL 使报警门限电压最优化, 并使半导体传感器功耗小于 15mw。当目标体存在时, 传感器功耗在 RS 与 RL 相等时最大。太阳能热水器的智能控制水下压力传感器Model H-310概要:H-310高精度投入式水位监测传感器的精度优于0.003m,仪器安装,使用和维护非常方便,

13、不需要现场校准.其外壳绝缘并防腐. 【技术性能】 精度:0.02%FS(压力);1 (压力) 分辨率:0.0004%(压力和温度) 长期稳定性优于0.05%FS/年 线性偏差小于0.02% SDI-12和RS-232输出 【应用领域】 地下水监测 地表水测量 水井测量 江河流量监测 功能:监控水面变化,精度超过政府要求的0.01ft 主要性质: 1. 安装,操作和维修都很方便(无需现场校准) 2.分辨率为:2500m内0.01m 在规定温度范围:精度在0.0003m 3. 外壳是绝缘体并且防腐蚀. 4. 输出选项:SDI-12和RS-232 5. 压力测试数据可以无误的通过长电缆线传输 6.

14、传感器的电缆有足够的通风空间来补偿快速的大气压力转换. 7. 防潮措施系统可以在不影响感应器精度的前提下可以自动提供补偿. 说明书: 精度:(最大误差) 气压:0.02%的全额输出,在参考温度范围以直线形式变化,起点为0到终点最大压力 温度:室内温度1在温度范围 灵敏度:输入信号很小改变引起的改变 气压:0.0004% 温度:0.0004% 标准范围: 压力 深度 精度 015PSI 010.5米 0.007ft 030PSI 021米 0.014ft 气压可以校核在575PSI范围. 超载气压2*率定气压 电源:电压:9.616.0V 电流: 休眠制式:最大值1mA 检测制式:最大值50mA

15、 干燥空气系统: 防止潮湿空气从压缩的水下压力传感器中泄出,可以自动给变化的气压的提供补偿而不影响输出电压: 最低高压:3.5V 最高低压:0.8V 电缆线最长:300m RS-232C输出(需要选择H-214) 波特率:1200 协议:RS-232C 机械数据: 材料:聚氯乙烯 工程塑料,聚亚安酯排气管 型号:最大:1.425英寸的直径*12英寸长 电缆线: 传感器的电缆线(H-310连接到集线盒):通气,有保护层,有三根线合成. 热敏电阻温度测量采用热敏电阻分压方式。无线模块软件说明一、 使用软件介绍该项目编程软件主要为IAR，介绍如下：IAR Embedded Workbench（简称

16、EW）的 C/C+交叉编译器和调试器是今天世界最完整的和最容易使用专业嵌入式应用开发工具。EW 对不同的微处理器提供一样直观用户界面。EW 今天已经支持 35 种以上的 8 位/16位 32 位 ARM 的微处理器结构。 EW 包括：嵌入式 C/C+优化编译器，汇编器，连接定位器，库管理员，编辑器，项目管理器和 C-SPY 调试器中。使用 IAR 的编译器最优化最紧凑的代码，节省硬件资源，最大限度地降低产品成本，提高产品竞争力。 EWARM 是 IAR 目前发展很快的产品，EWARM 已经支持 ARM7/9/10/11XSCALE，并且在同类产品中具有明显价格优势。其编译器可以对一些 SOC

17、芯片进行专门的优化. 如Atmel，TI，ST，Philips。除了 EWARM 标准版外，IAR 公司还提供 EWARM BL（256K）的版本，方便了不同层次客户的需求。 IAR System 是嵌入式领域唯一能够提供这种解决方案的公司。EW 支持 35 种以上的 8位/16 位/32位的微处理器结构。 IAR Embedded Workbench集成的编译器主要产品特征： 高效 PROMable 代码 完全标准 C兼容 内建对应芯片的程序速度和大小优化器 目标特性扩充 版本控制和扩展工具支持良好 便捷的中断处理和模拟 瓶颈性能分析 高效浮点支持 内存模式选择 工程中相对路径支持 IAR

18、Systems 的C/C+编译器可以生成高效可靠的可执行代码，并且应用程序规模越大，效果明显。与其他的工具开发厂商相比，系统同时使用全局和针对具体芯片的优化技术。 连接器提供的全局类型检测和范围检测对于生成目标的代码的质量是至关重要。 IAR Systems一贯使用精简的优化技术-基于我们最新技术架构的，针对AVR 的IAR Embedded Workbench4.10B版，生成的代码的尺寸比3.20A 版缩小了10%，远远小于其他同类编译器生成的代码尺寸。IAR Embedded Workbench 生成的可以执行代码可以运行于更小尺寸、更低成本的为处理器之上，从而降低产品的开发成本。 IA

19、R Embedded Workbench 是一套完整的集成开发工具集合：包括从代码编辑器、工程建立到C/C+编译器、连接器和调试器的各类开发工具。它和各种仿真器、调试器紧密结合，使用户在开发和调试过程中，仅仅使用一种开发环境界面，就可以完成多种微控制器的开发工作。 二、 软件使用及配置使用 IAR 开发环境首先应建立一个新的工作区。在一个工作区中可创建一个或多个工程。用户打开 IAR Embedded Workbench 时，已经建好了一个工作区，一般会显示如图窗口，可选择打开最近使用的工作区或向当前工作区添加新的工程。选择 FileNewWorkspace 。现在用户已经建好一个工作区，可创

20、建新的工程并把它放入工作区。 打开一个工作区单击 Project 菜单，选择 Greate New Project，弹出图 11 建立新工程对话框，确认 Tool chain 栏已经选择 8051，在 Project templates: 栏选择 Empty project 单击下方 OK 按钮。 选择 Project 菜单下的 Options 配置与 CC1110 相关的选项。 配置 Target，选择 Code model 和 Data model，以及其它参数。 C51RF-PS系统标准配置： 1 C51RF-PS仿真器（具有USB在线仿真、调试、下载，具有串口扩展等）； 2 C51RF

21、-PS电池扩展板； 3 高频模块（CC1110选配）。 C51RF-PS系统应用扩展： 1 传感器扩展板(温度、光敏)； 2 图形OLED扩展板； 3 DAC控制扩展板； 4 步进电机扩展板； C51RF-PS软件配置： 1 CC1110单片机部分基础实验；2 CC1110无线部分基础实验； 3 所有扩展板基础实验； 4 各种项目实验； SimpliciTI网络协议： 1 SimpliciTI网络协议将支持客户开发超低功耗系统，同时降低系统成本，加速产品上市进程； 2 SimpliciTI 网络协议可实现 MCU 资源占用的最小化，从而降低了低功耗 RF 网络的系统成本； 3 该协议能“开盒即

22、用”地在CC1110等片上系统(SoC)或MSP430超低功耗微控制器与RF收发器CC110x/CC2500上运行； 4 SimpliciTI 网络协议支持各种网络拓扑，但是依然能够支持点对点通信，这种选择方案不仅可使用接入点设备来存储并发送消息，还能通过范围扩展器 (range extender) 来扩大网络覆盖范围，以支持多次跳频； 5 SimpliciTI 网络协议专为简单的RF网络而设计， 对适合网状路由与标准化配置的大型网络的 ZigBee 而言是一种很好的补充。 SimpliciTI 网络协议支持各种低功耗应用， 如报警与安全 （烟雾探测器、 玻璃破碎检测器、一氧化碳探测器、光传感

23、器）、自动读表（气表、水表）、工业无线自动化、工业无线监控、家庭自动化（家电设备、车库开门器、环境设备）以及有源RFID等。 二、系统产品特性 C51RF-PS 开发系统基本配置包括 1 台仿真器，2 块无线高频模块(多种可选)，1 块电源底板以及其它配套器件，并且提供多功能多样式扩展板给用户选购。 1. 支持IAR等多种C51集成开发环境； 2. 提供在线USB仿真、调试、下载功能仿真器； 3. 提供整套开发实验源代码(包括基础单片机实验、基础无线实验、无线网络实验)； 4. 低功耗、低速率、长距离无线网络数据传输； 5. 支持具有255个节点的无线网络； 6. 无线网络支持多种网络拓扑(星

24、状、串状、树状等)； 7. 无线网络具有可靠、加密、自恢复功能； 8. 支持全ISM频段(315M/433M/868M/915M/2.4G)； 9. 提供多功能多样式开发扩展板(包括LED、数码管、液晶、传感器、电机、语音等)； 10. 提供具有硬件仿真功能的可视化上位机显示软件； 11. 提供无线开发教材； 12. 多组模块(内含高性能、兼容8051、低功耗、可加密微控制器CC1110/CC2510)可选； 13. 系统配备模拟液晶软件，代替传统液晶，降低开发成本； 14. 无线模块点多点传输距离为1至800米(不同通信环境、不同天线有所区别)。 无线节点部分成品展示1、 显示模块2、测温模块3、点对点通信模块4、三点通信实验模块基于无线网络平台的智能家居系统的研究说明书 学院：电气工程学院 小组成员：魏占朋、卢董、关龙舟指导老师：卢志刚