应用与智能家居中的传感器技术研究

直到最近，确保我们在家的幸福是一次完全亲身体验。它需要翻转开关，物理锁定门，或移动杠杆，按钮或拨盘，以确保我们的食物是新鲜的，我们的空气或水是干净的。今天，通过快速浏览或轻扫智能手机屏幕，可以轻松远程监控家中的许多活动，并证明安全性仍然存在。

传感器使这成为可能。在我们的家中，传感器应用包括测量空气中的二氧化碳水平，确保我们的食物储存在合适的温度，以及保护我们房屋的入侵传感器，无论我们是否在其中。随着廉价低功耗传感器，无线电和嵌入式处理器的可用性的增加，所谓的“智能家居”通常配备有大量网络传感器，这些传感器协同处理所获得的家庭状态数据以及居民的行为。

本文将探讨可供智能家居应用工程师使用的一些新传感器产品和技术，以帮助他们履行其主要职责之一，为工作选择合适的传感器。 Digi-Key网站上提供了此处引用的所有部件，数据表和其他信息。

比看门狗好 - 我最近经历过让我的家庭被盗的沮丧和创伤。仅仅45分钟，我的电子设备在我返回时完全是MIA。当然，现在我已经实施了一个家庭安全系统，该系统采用PIR（被动红外）运动传感器，如Panasonic的EKMC1601111 PIR传感器（图1）。传感器体积小，价格低廉，功率低，坚固耐用。而且，当在安全情况下使用时，它们实际上不会磨损，从而提供应用程序所需的高度可靠性。

传感器的工作原理是测量任何在其视野中产生热量的物体的红外光。传感器表面上的结晶材料检测红外辐射。有趣的是，它不是辐射的检测，而是当实体/物体进入改变产生的电压的场时的状态变化，然后由板载放大器提升。当检测到运动时，传感器在其输出引脚上输出一个高电平信号，可以由MCU读取或用于驱动晶体管以切换较高的电流负载。由于一些高灵敏度的传感器将仅从运动中激活，因此该场不必被具有不同温度的物体破坏以记录变化。

松下部件等传感器的优点包括采用全集成电路设计的简化电路，1μA低电流消耗，出色的抗电磁噪声能力，高信噪比，最大限度地减少误操作，以及环境友好性 - 免费“建设。

图1：EKMC1601111 Panasonic PIR运动传感器。

EKMC160111的其他功能包括：

封装在TO5中的传感电路可以。高密度嵌入式电路设计消除了外部传感电路，帮助设计人员缩短开发和设计时间表。

低电流消耗。降低电流消耗可延长电池驱动无线产品的电池寿命。

出色的抗噪声性（辐射噪声，电源噪声）。整个电路采用金属封装，具有很高的电磁屏蔽能力。

小型元件的小型化镜头。只需要一个短焦距。

看不见的危险

并非家中所有危险情况都可见。与监测家中的任何其他危险气体（如一氧化碳（CO））相比，监测二氧化碳水平相对便宜且更准确。随着空气质量的恶化，二氧化碳含量增加。室外空气平均含有350-450ppm的二氧化碳。在内部，水平上升到550-700ppm左右。与烟雾探测器类似，大多数州都要求在房屋销售完成之前安装二氧化碳监测器。

两个用于CO2应用的传感器平台示例是GE Telaire T6613和T6615 CO2模块（图2）。这些模块小巧紧凑，可轻松集成到现有控制装置和设备中。 T6613经过工厂校准，可测量高达2000和5000 ppm的CO2浓度水平。基于Telaire的ABC Logic自校准软件，该软件在首次使用后24小时开始，调整传感器测量结果可确保传感器与传感器之间的一致性。自校准软件设计用于浓度在14天内至少三次降至室外环境条件（400 ppm）的应用，通常在未占用期间。

图2：GE Telaire T6613和T6615 CO2模块可测量致命的二氧化碳排放量。

GE Telaire T6615是一款双通道传感器。这两个通道可以描述为测量气体浓度的CO2通道和测量传感器信号强度的参考通道。 T6615使用参考通道执行定期自校准。自校准大约每24小时一次，但也可以通过发送命令启动。在自校准期间，传感器PPM读数被冻结;它不会对改变二氧化碳条件做出反应。校准时间可调，但名义上是两分钟。双通道模块设计用于不能使用ABC Logic校准软件的应用。该模块用于在煤油加热器，空气 - 空气热交换器，空气净化器和需求控制通风等应用中进行精确测量。

同样，传感器识别烟雾，烟雾等并对其作出反应。 Parallax MQ-5气体传感器对液体丙烷和天然气具有高灵敏度，对酒精和烟雾的敏感性很小。该传感器用于住宅和工业环境中的气体泄漏检测。其简单的驱动电路，快速响应和稳定的长寿命使其成为这些和其他应用的理想选择。

图3显示了MQ-5在温度为20°C，湿度为65％，氧气浓度为21％，负载电阻（RL）为20KΩ时的几种气体的典型灵敏度特性。

图3：MQ-5的典型灵敏度特性。

MQ-5的阻力值因各种气体浓度而异。使用此组件时，需要进行灵敏度调整，供应商建议工程师校准检测器的1000 ppm H2或空气中的LPG浓度，并使用约20KΩ（10KΩ至47KΩ）的RL值。

耐冻/解冻循环

我们经常认为理所当然的传感器是一种用于制冷应用的传感器，可以保证食品的安全。一个例子是Spectrum Sensors and Control（API Technologies Corp.的一部分）A1004SS22P0加固型温度传感器（图4）。该传感器旨在为常见困难环境中的温度监测提供强大的解决方案，例如高湿度应用，其中传感器经历连续的冻/融循环。

对于标准温度传感器，冰对电线或电缆施加了很大的机械力，使水能够破坏探头的端部密封。一旦水进入壳体内，冷冻/解冻循环可以为热敏电阻元件提供直接的湿气路径并导致失效。

该传感器的模锻端设计可在电缆和外壳之间提供防潮密封。它具有额外的好处，可为应变消除传感器和内部连接提供卓越的机械结合。这使得热敏电阻元件不仅与外部湿气隔离，而且与可能与冷冻和解冻相关的高应力隔离。

图4：SS＆amp; C的加固型传感器非常适合冻/融环境。

温度传感器可以包含各种热敏电阻曲线和电阻。其他选项包括电缆长度和端子。功能包括：

测试10，000次冷冻/解冻热循环

宽工作温度范围：-40°C至105°C

设计允许快速响应和卓越的热跟踪

适用于HVAC，食品和饮料以及制冷系统的冷冻/解冻应用

总之，无论是通过智能手机还是简单地激活和/或访问传感器嵌入式测量和监控设备，它们正在快速发展，并提供扩展的功能和功能，以提供我们在家的安全和福祉。有关本文中讨论的部分的更多信息，请使用提供的链接访问Digi-Key网站上的产品页面。结果