节能家居传感器的研究及应用.docx

题目：Research and application of energy saving household sensor.作者：Lu baiji节能家居传感器的研究及应用卢百吉（安瑞科（廊坊）能源装备集成有限公司 河北廊坊 065001）摘要：随能源的紧缺和信息技术的发展，打造舒适、节能、高效的家居环境成为必然，低成本的家居节能传感器是支撑家居节能推广的一个重要条件。节能家居传感器是集光度采样、温度采样和人体存在采样为一体的高效传感器，可满足智能家居冷暖供应节能、照明节能的基本需求。本文从节能家居传感器研究的必要性、设计方案、应用方案三个维度对其进行了阐述。关键词节能；家居节能传感器；必要性；设计方案；应用方案引言 随智能测控技术的发展，打造低成本高效率的家居环境成为了可能。目前，支撑智能家居应用的传感技术、通讯技术、控制技术已经基本成熟，但智能家居技术尚且在高端住宅应用，其一原因是智能家居使用的信息采集传感器成本高，尚不具备在普通住宅领域大面积推广条件，因而高集成度、低成本节能家居传感器及高效的应用方案的出现，对智能家居的前期推广，有着重要意义。一、节能家居传感器研究的必要性1．社会持续发展的需要迄今为止，石油、煤炭、天然气等为代表的一次化石能源由于持续消耗而趋于枯竭。据预测全球石油储量大约在2050年左右接近枯竭；全球天然气储备估计在2050年左右接近枯竭；全球煤的储量预计可以供应169年。因此，能源问题成为阻碍社会发展发展和经济发展的一个根本问题。在所有的能耗种类中，建筑能耗是能耗大户之一，目前全国房屋数量有 400 亿㎡左右，其中高能耗建筑占到房屋总量的99%。在近几年的新建建筑中，高耗能建筑比例依然占到新建建筑总量的95%以上。中国政府已做出到2020年单位国内生产总值产生的二氧化碳排放比2005年下降40%~45%的庄严承诺。我国《建筑业发展“十二五”规划》强调，“十二五”建筑业的发展要以建筑节能减排为重点，坚持节能减排与科技创新相结合。在建筑应用端节能，可以减少生源的生产和输配，可达到全生命周期节能的目标。节能、低碳、高效的智能家居应潮流而生，支撑智能家居发展的智能及控制技术也必须相应的快速发展，因而节能家居传感器研究有其必要性。2．成本的需要国际著名控制公司已经在节能控制领域进行了多种技术的推广，其中家居节能相关的传感器也层出不穷。但国外公司所生产的传感器价格昂贵，信息采集种类单一，实现节能的智能家居综合成本很高，成为智能家居发展的瓶颈之一。因此，在国内研发低成本、高效能的节能家居传感器成为必然。二． 节能家居传感器方案设计1.产品功能节能家居传感器是一个可采集多参数的传感器，其可采集环境温度信息、光度信息，人体存在信息，并通过信息加工处理后，以MODBUS通讯写实形式传送给控制器，以达到外界控制器对环境温度、光度、人体存在信息的采集，是控制器节能控制信息来源。2.产品的组成图1产品组成图 节能家居传感器由传感器单元、电源管理单元、数据通讯接口和信息处理器组成。传感器单元由三类功能模块组成，包括光度采样、温度采样、超声信息采样。如图1产品组成图所示。光度采样模块和温度采集模块负责环境光度、温度信息的采集、并进行信息处理后输送给信息处理器。超声信息采样由超声波发射模块和超声波接收模块共同组成。电源管理单元负责对节能传感器进行供电，输入为AC220V，输出为DC5V。数据通讯接口为RS485，支持MODBUS协议。信息处理器选用单片机。3.产品设计在组成系统模块中，电源管理模块和数据通讯接口采用通用成熟设计，对其不做介绍。传感器信息采集是设计的核心，包括传感器模块和信息处理器，其设计原理如图2 信息采样设计框图。图2信息采样设计框图光度采样设计光度采样传感元件选用龙信达公司的亮度传感器LXD/GB5-A1C，R1与亮度传感器S组成串联分压电路，使用+5V电源供电，R1可选用1K、1%电阻，在不同亮度下，亮度传感器阻值S阻值变化，A点电压随之变化，信息处理器通过A/D1接口，采集A点电压值并换算出亮度值。温度采样设计温度采样电路采用典型的惠更斯桥电路设计，使用+5V电源供电，温度采样传感元件Rt选用热敏电阻CWF2-10K±1%2M，其余三个桥臂电阻R2、R3、R4均采用10K、1%电阻。信息处理器通过A/D对B点和C点的电压采样后，计算出B点和C点的电势差，并计算出Rt的阻值，从而换算从温度。人体存在采样设计人体存在采样电路由3组超声波发射和接收电路组成，其3个发射探头和3个接收探头的物理位置均匀分布在一个圆上，每个接收探头可接受120度空间信息。信息处理器自带的PWM模块作为超声波发生器，产生的方波信号由超声功放电路功率放大后，由超接收声波发射探头发射出去，其返回波由超声波接收探头接收，信号经调整电路后由信息