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一、引言

智能家居是以住宅为平台， 利用综合布线技术、 网络通信技术、 智能家居系 统设计方案安全防范技术、 自动控制技术、 音视频技术将家居生活有关的设施集 成，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统， 提升家居安全性、 便利性、 舒适性、 艺术性， 并实现环保节能的居住环境。 本文根据家居需要， 选择了适当 的传感器设计了三个独立检测的系统， 最终由报警主机对于获得的信号进行简要 分析并实时传输到各个终端，达到实时监测的目的。

二、温湿度检测系统

（一） SHTll 简介

SHTll 为具有二线串行接口的单片全 校准数字式新型相对湿度和温度传感器， 可用来测量相对湿度、温度和露点等参数， 具有数字式输出、免调试、免标定、免外 围电路及全互换等特点。该传感器的外形 及管脚示意图如图 1 所示。

SHTll 传感器默认的测量温度和相对 湿度的分辨率分别为 14 位、12 位，通过状

态寄存器可降至 12 位、8 位。湿度测量范 围是 0～100％RH，对于 12 位的分辨率为

0．0300RH；测温范围为一 40～+123．8℃，对于 14位的分辨率为 0．01℃。每

个传感器芯片都在极为精确的湿度室中标定，校准系数以程序形式储存在 OTP 内存中，在测量过程中可对相对湿度自动校准，使 SHTll 具有 100％的互换性。

其测量原理： 首先利用 2 只传感器分别产生相对湿度、 温度的信号； 然后经 过放大， 分别送至 A／D 转换器进行模数转换、 校准和纠错； 再通过二线串行接 口将相对湿度及温度的数据送至微控器； 最后利用微控器完成非线性补偿和温度 补偿。

（二）基于 SHTll 温湿度传感器的测控系统设计 1．硬件电路设计

测控系统的硬件电路包括采样电路、 键盘显示电路、 电源电路和电器驱动电 路。测控系统以 SM89C51 为主机，由 SHTll 实现温度和湿度的测量。具体电路 原理如图所示。SM89C51 是台湾新茂 (SyncMos)公司生产的 8 位MCU ，内含 4 KB FLASH ROM 、128 B RAM 、扩展 I／O，自带看门狗定时器、低 EMI、DBANK 寻址、片内 WDT RC 振荡器、PWM 等。因此本系统不需要外扩 ROM，也不必

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用外置的看门狗电路。

SM89C51 与 SHTll 连

接．只需用 2 条 I／O 口线 分别作为数据线 DATA 和 时钟线 SCK，并在 DATA 端接入 1 只上拉电阻，同 时在 Vcc 及GND 端接入 1 只去耦电容，通过相应的 软件设计，即可完成数据 的采集与传输。显示器件 选用南京国显的图形液晶 显示模块 GXMl2864 。它 内含 KS0108B／HD61202 控制器，是一种采用低功 耗 CMOS 技术实现的点阵 图形 LCD 模块，有 8 位的 微处理器接口，通过内部

的 128×64 位 映 射 DDRAM ，实现 128 点、64 点大小的平板显示。 它的主要功能是分 2 行同时显示 现场节点的温度和湿度。 LCD 显示模块与单片机的接口电路如图所示。另外，

为完成预定值的设置， 系统设有 4 个 预设按键，分别为加 1 键、减 1 键、 设定功能选择键和设定完成确定键。 电器驱动电路控制的设备主要包括 风机、 吸湿机等， 可分别采用固态继 电器控制工作。 通过开关风机或加湿 系统的工作状态， 实现对测控系统的

实时控制。继电器采用交流固态继电 SSR(SolidState Releys)HCA2550。交流固态继电器是一种无触点通断电子开关， 为四端有源器件， 其中两端为输入控制端， 另外两端为输出受控端， 中间采用光

电隔离，作为输入输出之间的电气隔离 (浮空)，有效避免电磁干扰。当单片机检 测到温度或湿度值超出预设范围时， I／o 口 P1．2 输出控制信号触发继电器启 动电器工作，从而实现对相应设备的控制。 设计时应注意各个电器不应同时启动， 以免冲击电网，这部分工作由软件延时完成。

2．系统软件设计

系统软件程序基于 KEILC 7 ．0 开发平台，采用 C51 语言编写。该部分程序 采用模块化设计方法，主要包括以下几个模块： (1)主程序初始化 主要完成系统上电后进行定时器和 LCD 液晶模块、通信电路的初始化，包 括关掉 TO 外的所有中断、设定计数初值等，断开各电器设备的电源，设定各个 数据的存储单元地址。 初始化完成后， 系统将正常运行， 并进行键盘扫描及温度 的控制等操作。

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(2)键盘扫描、显示子程序

提供人机信息交换接口，完成温度的上、下限值的设定与显示功能，并将 2 个限值存入到固定单元中。 (3)温度测量、控制子程序 微控制器首先发布 1 个启动传输时序，接着调用写时序发布温度或湿度 (取 决于入口参数， 03H 为测量温度， 05H 为测量湿度 )的测量命令，然后延时等待 测量的完成。在完成测量后，再调用读时序读回测量结果，进行温湿度的计算， 最后将实际温度值存储于固定单元中。 SM89C51 比较温度预设值和实际值的大 小，产生各个电器设备的启停及声光报警信号。

（三）小结

SHTll 是单片集成的数字温湿度传感器，所有信号的调理都在芯片内部完 成，采用 12C总线实现通信，完成数据和时钟的传输，而且直接输出数字信号。 这样不仅节省了单片机的 I ／O口线， 而且减少了 A／D器件，降低了成本。 因此 该器件具有极高的性能价格比，在温湿度测量控制系统中的应用前景非常地广

阔。基于数字温湿度传感器 SHTll 的温湿度测控系统电路结构简单、检测准确、 稳定性好，实现了对温湿度参数的测量。

三、燃气泄露报警系统

（一）传感器的选择

气敏传感器 TGS813

（二）特点

它对氢气、一氧化碳、丙烷、乙醇等 一般可燃性气体均有较高的灵敏度；后期 电路简单；长寿命、低功耗。

电路电压：〈24V（AC/DC）, 工作电压为 9V 测量范围： 500-10,000ppm

灵敏度（电阻比）：0.55-0.65 加热器电压： 5V± 0.2V（AC/DC）

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（三）报警电路图

（四）报警电路的组成

报警电路有电源电路、检测电路、电压比较电路和指示电路四部分组成。

电源电路： 220V经降压变压器 T 后变换为交流 9V，经二极管 VDI整流、电 容 C1滤波后输出直流电压，分别供给蜂鸣器和稳压集成电路 IC1。9V和隔离二 极管 VD2为停电时的备用电源。

指示电路：由集成闪烁发生器 IC2 和发光二极管 LED1组成，它指示气敏元 件在额定的供电电压下正处于工作状态。当 IC1 输出电压低于 5V 时，IC3 电压 检测器输出低电平，使晶体管 VT1截止，从而使 IC2 停止 LED1闪烁来说明供电 电压不正常。

检测电路： TGS813和 R1组成检测电路。在 20℃时，设置甲烷浓度 0.5%时 为报警点，此时 R1压降为 2.5V。 电压比较电路：由检测电路 TGS813与 R1 分压输出的电压加到电压比较器 IC4 的同相端，反相输入端的参考电压由 R2/R3/R4/热敏电阻 R8共同决定。 当有可燃性气体超量出现时， TGS813的电阻下降，比较器 IC4 的 2 脚电压 上升，当达到 2，5V以上时，IC4 输出高电平，晶体管 VT2导通，从而激励蜂鸣 器发声报警。

四、火灾报警系统

（一）传感器的选用

UD-02型离子感烟传感器。

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