传感器技术在智能家居中的应用

摘 要：近年来，智能家居理念走进人们的生活也成为房地产业的卖点。智能家居系统有基于安卓系统的、Linux系统的、物联网技术、GSM短信模块的等等。但是，所有这些智能家居系统的实现都离不开传感器，它的信息采集及检测都是通过各种传感器来实现的。其中，温度传感器、湿度传感器、温湿传感器、气体浓度传感器、图像传感器等都是智能家居系统中常常涉及到的传感器。

关键词：智能家居；温度传感器；湿度传感器

早在1984年，美国人就提出“智能建筑”的理念，从那时起世界各国都开始了对智能建筑的研究。在我国，随着人们生活水平的提高，人们对生活品质的追求提高了，开始注重生活的舒适度、时尚感和个性化。因此，近年来，智能家居成为人们研究的热点。随着科技的发展智能家居的控制系统也更新换代，智能家居控制系统有基于安卓系统的、Linux系统的、物联网技术、GSM短信模块的等等。控制终端由最早的复杂控制器，发展到PC端控制，由于安卓手机的普遍使用，人们开始研究基于Android控制的智能家居，这使智能家居发展到手机控制的时代。

智能家居不管是基于哪种控制系统设计都是为了提高家居环境的舒适度和安全性，保持合适的温度、湿度，能够监测家庭安全状况。而这些都需要通过传感器来完成，下面我们就来介绍几种智能家居中使用的传感器。

一、智能家居中使用的传感器

1）温度传感器。在智能家居系统中，为了提高家居生活的舒适度，首先要保证室内环境温度适宜并可以根据用户的需求或者季节的变化做出相应调整。所以，温度的测量和控制是智能家居设计中必不可少的部分。温度测量主要通过温度传感器来实现，主要任务是采集室内温度，为温度显示和调节提供依据。在室温测量中我们常选用的是DS18B20数字温度传感器。这款传感器物理化学性能稳定，价格便宜，性能强大，可以直接实现温度信号与数字信号的转化，省去了外接转换电路。由于它是单总线数字式温度计，可以简单的和单片机进行通信，在家居设计中可以用于测量多个房间的温度，电路结构简单。显示电路根据控制系统的整体情况可以接数码管显示、LED屏显示或者其他数字显示方式。另外，在智能家居的设计中温度的控制应该是一个闭环的控制系统，测量完的温度要送给控制器，通过空调对温度进行相应的调整以保证舒适度。

2）湿度传感器。在家居生活中，过于潮湿或干燥都会使人们体感不舒适，更严重的会产生细菌或者损坏家具或饰品。因此，湿度也是智能家居设计中的一个重要指标，在智能家居中测量湿度也要通过湿度传感器来实现。我们常采用的是808H5V5集成湿度传感器来采集空气湿度，显示从0%到100%，其内部由一个温度传感器和放大电路组成，其输出为电压型号，想要直接显示湿度结果，需要外界显示驱动模块电路。同样的，湿度信号传输给控制端，再由烘干或加湿设备调整整个湿度参数。

3）温湿传感器。既然温度、湿度都是智能家居设计的重要因素，那么，我们找到可以同时采集温度、湿度信号的温湿传感器。这样既能简化电路，又能提高效率。我们可以选用STH10温湿度传感器同时采集温度和湿度信号。STH10芯片性能稳定、测量准确并且具有小体积、低功耗等优点，是一款高度集成的传感器。

4）气体浓度传感器。在智能家居中，安全监测是非常重要的组成部分，对可燃气体的检测是至关重要的。其中，监测煤气、天然气浓度，我们可以采用直热式气体浓度传感器TGS109或者旁热式QM-N5型气敏电阻来采集气体浓度，把数据反馈到主控电路。与标准数据进行对比，从而得知安全情况。这两种气体浓度传感器都是主要由半导体材料二氧化锡组成。Sn02电导率较低，其与气体接触时，半导体Sn02导电率等物理性质会改变，我们根据这个性质可以检测被测气体的成分及浓度。该传感器灵敏度较高，响应时间及恢复时间都非常快，也比较耐用。我们还可以使用气体浓度传感器来设计自动抽油烟机换气扇，根据油烟浓度自动开启换气扇或者调换挡位。可见，传感器在智能家居中应用广泛。

5）图像传感器。设计智能家居，安全监控系统必不可少。监控系统通过在住宅周围及家居内部重要点位布局摄像头采集图像信息，然后在控制中心可以随时观看视频，获取住宅内外的情况。随着智能家居控制系统的不断升级，从以前以PC作为终端来获取信息发展到手机直接获取，随时随地可以了解家中的动态，大大方便了我们对住宅情况的了解。在安全监控中图像传感器发挥着重要作用，图像传感器是利用光电转换来工作的，主要有CCD和CMOS两种图像传感器组成。其中，CCD图像传感器是由MOS电容器阵列组成的，而CMOS图像传感器是由MOS场效应管阵列组成的。这两者都可以制成数字摄像机。我们用于监控的由CCD彩色图像传感器制成的数字摄像机，可以是线型的或者面型的。随着技术的发展，由CMOS图像传感器制成的数字摄像机也面向市场，它的主要优势在于耗电量小。

6）光电传感器。光电传感器是由光电器件组成的，其中我们常用的一种光电器件是光电阻。另外我们常用到的红外线传感器也是光电传感器重要组成部分。利用光电阻我们可以设计成自动照明灯，方便在走廊、门禁等地方安装，随着光照情况自动开关，不需要人为控制，电路结构简单，成本低，操作方便。利用红外线传感器可以设计各种遥控器，随时控制室内温度、湿度、空气状况；打开或者关闭各种设施，在智能家居中应用广泛。另外，利用红外线传感器还可以设计自动水龙头，这种自动无接触式的水龙头既可以省水，还可以避免交叉感染，预防疾病传染。

二、小结

以上介绍了我们在智能家居设计中常用到的传感器，当然，随着技术的发展，智能家居的设计从控制系统到应用设计越来越高端，智能机器人也会在智能家居中应用，会涉及到更多更智能的传感器，我们在后续的研究中继续讨论。

参考文献：

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作者简介：孔庆芳（1983-），女，河北张家口人，系天津现代职业技术学院机电学院教师，讲师，研究方向：通信与电子工程。