教室内突然停电，小王周围的光线突然减弱，眼睛感受到后通过神经传 导把信号给到大脑，大脑处理过信息后通过神经传导告诉瞳孔，让瞳孔增大， 增加光线进入眼内，然后小王又能看到黑暗中的一些东西了。 图1-37 人体神经系统 人类的神经系统大体上可分为三个部分，分别是大脑、神经元和神经末 梢。 其中，大脑的作用非常重要，它作为人体中一切信息的中枢和处理中心， 承载着身体用到的一切信息，这一点和智能家居系统中的云服务器有着异曲 同工之妙，所有环境数据、家电的状态、个性化情景模式的配置等一切的信 息,都会存放在云服务器的数据库中(见图1-38)，然后在人们需要时，云服务 器就会把这些信息处理成人们能看明白的形式,展现在手机、计算机和网页上, 最后直观地反应到人们的眼睛里；同样的,当人们想要控制各个家电、选择情 景模式、打开监控视频时，从各种客户端发来的控制命令都会汇总到服务器 中,服务器收到命令后先对它们进行处理，然后按照一定的次序，把这些命令 分发出去，去控制家中的各种设备。 图1-38 云服务器 神经元则是构成神经系统结构和功能的基本单位，它起到承上启下的作 用，既承载着大脑发来的各种信息，又不断接受着身体各个器官发来的信息。 智能家居中的智能网关也是类似的概念(见图1-39)。

一方面，服务器不断发来控制命令等信息，网关收到后通过对比命令的 正确与否，决定是否控制各个设备；另一方面，各个传感器结点都会不断上 报环境参数等数据给网关，网关经过初步的数据处理后，将这些数据再打包 发给服务器。 图1-39 智能网关 神经元还有另一个特点，简单来说，一个大脑，可以支配无数个神经元。 在智能家居系统中也是一样，一个服务器下面可以有很多个智能网关。比如 一户三室一厅的住宅，多间房间和厅智能家居安装与控制项目化教程里可以 各安装一个智能网关，这四个智能网关可以分别管理这四个空间里的所有家 电和传感器，然后汇总到统一的云服务器中，这样所有的信息都能由这个云 服务器来集中管理。 而第三部分呢，则是神经系统中散布得最广的一部分，就是人们的神经 末梢。人体的神经末梢遍布全身，通过发达的神经末梢人们可以快速感受环 境、适应环境或者控制肌肉做出任何能够做岀的动作。同样地，智能家居系 统也可以快速感应环境或者控制家电设备实现各种个性化定制的情景模式。 这依靠的是什么？依靠的就是强大的传感器结点系统。负责环境监测的有温 湿度、光照度、PM.5、二氧化碳、气压、烟雾、燃气等各式各样的传感器 (见图1-40)，负责控制家电的有各种类型的继电器和红外转发器等，比起人 类的五感功能更加丰富，而且准确性也比人类的五感要强大。这些各式各样 的传感器，就如同人们身体内无数的神经未梢一般，帮助人们的智能家居系 统操控家中的家电和感知外面的世界。 图1-40 传感器

传感器是整个智能家居系统中的末端,通过传感器我们可以采集到房间内环境 的温度、湿度、光照、空气成分等信息,感知居室不同部分的微观状况,从而对 空调、门窗以及其他家电进行自动控制,传感器功能如图1-41所示。 图1-41 传感器功能 通过上面的小例子可以清晰地理解智能家居的运行过程，人体的感知能 力非常强大，温度是寒冷还是燥热，湿度是干燥还是潮湿,空气是浑浊还是清 新，味道的酸甜苦辣咸等，对应到智能家居系统里面，传感器的种类也是丰 富多样的，下面我们就和人体的感知对照着介绍一下常见的传感器。 想一想: 现实生活中,家庭中有哪些物理量可以测量? (1)光照度传感器 如主人在家时，时间是晚上,亮度已经下降到特定的范畴以下，系统会自 动打开主人周边的照明设备，方便主人的生活。使用光照度传感器，主要用 于测量室内可见光的亮度，以便调整室内亮度。光照度传感器就像人体的眼 睛一样，能够感受到环境光照的强弱，图1-42所示为企想光照度传感器。 (2)温度传感器 一年四季，一天24小时存在或大或小的温差，根据不同的温度，系统将 启动室内的降温或取暖设备，使人们的生活更舒适。使用温度传感器主要用 于测量室内的温度，方便调节室内温度。 (3)湿度传感器 一年中有的季节潮湿,有的季节干燥，系统可根据需要调节室内的空气湿 度，保持在最适宜人们居住的状态。使用湿度传感器，主要用于测试室内的 湿度，方便调节。温湿度传感器就像我们人的皮肤一样，能够感觉到环境的 温湿度，图1-43所示为企想湿度传感器。

图1-42 企想光照度传感器 图1-43 企想湿度传感器 (4)PM2.5传感器 PM2.5是指环境空气中空气动力学当量直径小于等于2.5μm的颗粒物， 它能较长时间悬浮于空气中，其在空气中含量浓度越高，就代表空气污染越 严重。PM2.5传感器用于获得空气中单位体积内PM2.5的浓度数据。 (5)烟雾传感器 烟雾原意是空气中的烟煤与自然雾相结合的混合体。目前此词含义已超 岀原意范围，用来泛指由于工业排放的固体粉尘为凝结核所生成的雾状物(如 伦敦烟雾)，或由碳氢化合物和氮氧化物经光化学反应生成的二次污染物(如 洛杉矶光化学烟雾)是多种污染物的混合体形成的烟雾。 (6)燃气传感器 燃气是气体燃料的总称，它能燃烧而放出热量，供城市居民和工业企业 使用。燃气的种类很多，主要有天然气、人工燃气、液化石油气和沼气、煤 制气。 PM2.5、二氧化碳、烟雾和燃气这四种物质是我们现实生活中息息相关 的，其中任意一个气量超标都会引起人们的身体不适，严重的会危及生命。 PM25传感器、二氧化碳传感器、烟雾传感器、燃气传感器就像是人们的鼻 子和肺，只是传感器能实时确监测环境中的物质含量，如图1-44所示。 图1-44 企想传感器

(7)气压传感器 气压是作用在单位面积上的大气压力，即在数值上等于单位面积上向上 延伸到大气上界的垂直空气柱所受到的重力。下雨时或者高原地区气压很低， 人们会有胸闷的感觉，所以气压传感器就像人们的肺部一样，能实时监测大 气压强，图1-45所示为企想气压传感器。 图1-45 企想气压传感器 (8)继电器传感器 继电器( Relay)是一种电控制器件，是当输入量(激励量)的变化达到规定 要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它实 际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起自动 调节、安全保护、转换电路等作用。继电器传感器类似于人体的手臂，当大 脑发出命令时由手臂来完成相应的操作。图1-46所示为企想继电器传感器。 图1-46企想继电器传感器 (9)人体红外传感器 人体红外传感器是一种可探测静止人体的红外热释感应器(见图1-47)， 由透镜、感光元件感光电路、机械部分和机械控制部分组成。人体红外感应 器好像蛇的感知系统，在夜间监视周围的活动情况，只要人在距离感应器小 于或等于8m的位置时，视野角度为120°，就能开启监视器，并启动防盗报 警。

(10)RFID门禁传感器 RFID技术是一种通信技术，可通过无线电信号识别特定目标并读写相关 数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。门禁系统在现 在的小区安保中应用的比较广泛，智能家居中的门禁系统在传统的门禁系统 中加上了远程控制，做到了远程控制和布防。RFID门禁传感器是继电器传感 器的基础上的延伸，如图1-48所示。 图1-47 企想人体红外传感器 图1-48企想RFID门禁传感器 从上面的传感器的介绍中可以看到传感器的种类非常多，在实际的应用 中人们会根据具体的需求来确定用什么样的传感器。传感器在整个系统中既 要收集环境的实时信息，又要执行网关发送过来的执行命令，所以传感器在 系统中是不可或缺的。智能家居只是物联网在家庭方面的应用，如果掌握了 传感器的使用和整个系统的运作，就可以按照自己的想法来做智能应用。 想一想: 还有哪些传感器是生活中常见的? 任务三学习典型智能家居APP案例的使用方法 上海企想信息技术有限公司已经把智能家居产品化，整个办公楼都采用 了智能家居系统，通过智能手机就能控制公司所有的灯光设备、空调、窗帘、 门禁，还能实时监测办公环境的状态。相信在技术和市场的推动下智能家居 市场会越来越火爆，到那时智能生活就会真正走进千家万户，为社会的发展 做出巨大的贡献。

客户端软件需要和主机配合使用，所有操作都需要登录到服务器才能实 现，APP可以在软件资料里面获取。通过手机打开“智能家居AP”，客户端 软件登录界面如图1-49(a)所示。 在手机中找到企想智能家居软件，打开后会有一个提示启动界面，如图 1-49(b)所示。 (a)软件图标 (b)软件启动界面 图1-49 智能家居APP 启动完成后需要用账户密码登录到服务器，并输入相应的服务器的IP地 址，如图1-50所示。 登录界面 IP配置界面 图1-50 智能家居APP登录与配置界面

登录成功后会看到房间的选择，进入到相应的房间后会看到相应的采集 信息，点击相应的控制区域可以控制电器，如图1-51所示。 房间选择界面 数据采集界面 窗帘控制界面 空调控制界面

门禁控制界面 灯光控制界面 图1-51 智能家居APP界面 拓展提升 1.时下流行的“云”到底是什么? 我们先引用百度百科中对“云”这一互联网新概念的释义:“云是指你作 为接受服务的对象，是云端，不管你在何时何地，都能享受云计算提供的服 务。云是网络、互联网的一种比喻说法”，最通俗的说法就是，通过大型的 服务器或者大型机房，把我们计算机、手机、平板电脑等网络上所有的数据， 进行计算、分析和搬运，这就是云概念最广义的定义。 这里不得不提到两个最重要的概念:“云计算”(见图1-52)和“云服 务”(见图1-53)。 图1-52 云计算 图1-53云服务 云计算是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式,通常涉及通过 互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。

云计算甚至可以让人们体验每秒10万亿次的运算能 力，拥有这么强大的计算能力可以模拟核爆炸、预测气 候变化和市场发展趋势。用户通过计算机、手机等方式 接入数据中心，按自己的需求进行运算。 云计算的基本原理是：通过使计算分布在大量的分布式计算机上，而非 本地计算机或远程服务器中，企业数据中心的运行将更与互联网相似。这使 得企业能够将资源切换到需要的应用上，根据需求访间计算机和存储系统。 这可是一种革命性的举措，它意味着计算能力也可作为一种商品进行流通， 就像煤气、水电一样，取用方便，费用低廉。 最大的不同在于，它是通过互联网进行传输的。 在未来，只需要一台笔记本或者一个手机，就可以 通过网络服务来实现人们需要的一切，甚至超级计 算这样的任务。 云服务(见图1-54)是基于互联网的相关服务的增加、使用和交付模式，通 常涉及通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。云服务指通过 网络以按需、易扩展的方式获得所需服务。这种服务可以是∏和软件、互联 网相关，也可以是其他服务。它意味着计算能力也可作为一种商品通过互联 网进行流通。

图1-54 云服务器 所以，总结下来，所谓“云”，就是把大数据分布式处理作为一种服务， 使其具有商业价值，然后应用在我们生活的方方面面。 2.你想象中的“互联网+”时代是什么样的? 通俗的说，“互联网+”就是“互联网+各个传统行业”,但这并不是简 单的两者相加，而是利用信息通信技术以及互联网平台，让互联网与传统行 业进行深度融合，创造新的发展生态它代表一种新的社会形态，即充分发挥 互联网在社会资源配置中的优化和集成作用，将互联网的创新成果深度融合 于经济、社会各领域之中，提升全社会的创新力和生产力，形成更广泛的以 互联网为基础设施和实现工具的经济发展新形态，如图1-55所示。 “互联网+”具有六大特征: ①跨界融合。“+”就是跨界，就是变革,就是开放,就是重塑融合。敢于跨界, 创新的基础就更坚实；融合协同了，群体智能才会实现，从研发到产业化的 路径才会更垂直。融合本身也指代身份的融合，客户消费转化为投资，伙伴 参与创新等等，不一而足。 ②创新驱动。中国粗放的资源驱动型增长方式难以为继，必须转变到创新驱 动发展这条正确的道路上来。这正是互联网的特质，用所谓的互联网思维来 求变、自我革命，也更能发挥创新的力量。 图1-55 “互联网+”时代

③重塑结构。信息革命、全球化、互联网业已打破了原有的社会结构、经济 结构、地缘结构、文化结构。权力、议事规则、话语权不断在发生变化。 “互联网+”社会治理、虚拟社会治理会是很大的不同 ④尊重人性。人性的光辉是推动科技进步、经济增长、社会进步、文化繁荣 的最根本的力量,互联网的力量之强大最根本地也来源于对人性最大限度的尊 重、对人的敬畏、对人的创造性发挥的重视。例如UGC、卷入式营销、分享 经济。 ⑤开放生态。关于“互联网+”,生态是非常重要的特征，而生态的本身就是 开放的。人们推进“互联网+”,其中一个重要的方向就是要把过去制约创新 的环节化解掉，把孤岛式创新连接起来，让研发由人性决定的市场驱动，让 创业努力者有机会实现价值。 ⑥连接一切。连接是有层次的，可连接性是有差异的,连接的价值是相差很大 的，但是连接一切是“互联网+”的目标。 想一想: 你所知道的“云”是什么样的?

项目三.................................智能家居环境监测系统 项目描述 本项目将详细介绍智能家居控制系统中的重要子系统 —环境监测系统，包括了智能家居 环境监测系统的功能优点、相关技术和应用范围等相关知 识。此外还介绍了智能家居环境监测系系统所需用到的单 品，包括温湿度传感器和气压传感器。在本项目的最后设 有项目实训部分，让学生能够通过项目实训进一步巩固相 关知识并且检验环境监测系统的安装与配置是否成功。 相关知识 一、智能家居环境监测系统介绍 1.什么是智能家居环境监测系统 智能家居环境监测是一个综合利用计算机网络技术、数据库 技术、通信技术、自动控制技术新型传感技术等构成的计算机网 络，提供的一种以计算机技术为基础、基于集中管理监控模式的 自动化、智能化和高效率的技术手段，系统监控对象主要是家居 环境中的温湿度、烟雾和气压。 2.智能家居环境监测系统的背景 随着现代社会的高速发展，对环境参数的测量监控涉及工农 业生产、国防建设、科学实验日常生活等各个方面。所以对标准 测量室内环境要求越来越高，尤其在人们的日常家庭生活中忽人 们会

需要一个适宜的温度。同时，人们对室内空气质量的要求更显重要。抽 烟会使室内烟雾弥漫，使用液化气也难免会有泄露，这些气体都是对人体有 害的。因此，采集室内的温度、湿度、空气质量并进行妥善调节，从而避免 由于这些环境因素的超标对人体造成的伤害就显得尤为重要。 为了更好的对这些环境参数进行有效快速的测量，传统的人工控制已经 不能满足要求。随着传感器技术的不断发展，物联网技术的应用不断地走向 深入，同时带动传统控制监测更新。理代家庭环境监测中，对家庭环境的温 湿度和有害气体浓度会有一定的要求，房主要随时能观看到房间里的温湿度 。当温湿度超过或者低于一定的范围时，人会感觉到不舒服，有害气体浓度 超过一定的值时，会对人们的身体健康造成危害。这就需要对家庭环境进行 监测，使家庭环境达到人们要求的范围，从而享受到健康舒适的生活。

说一说： 说说主要的室内环境指数有哪些? 二、智能家居环境监测系统的功能 1.手动调节 房屋主人可以手动调节智能家居环境监测系统的温湿度，气压参数，智 能家居环境监测系统会再根据所调整的参数调节家居环境的温湿度以及气压 值。例如，当屋主需要更冷时，可以通过智能家居环境监测系统的AP或者网 关进行修改，智能家居环境监测系统会根据所设置的参数进行反馈，打开空 调制冷或者打开风扇进行环境温度的调节，如图3-1所示。 图3-1手动调节 图3-2自动调节 2.自动调节 当房屋主人设置了自动调节后，智能家居环境监测系统会根据人体适宜 的环境自动调节家居环境的温度湿度以及气压值。例如，当温度低于人体适 宜的温度时，会自动打开空调调节温度；当湿度低于人体适宜度的湿度时， 会自动打开加湿器调节湿度。自动调节按钮启用后，智能家居环境监测系统 会通过接受到的参数进行反馈和处理，实现对环境的调节，如图3-2所示。 想一想： 如果由你来设计，你会为智能家居环境监测系统 设计什么功能?

三、智能家居环境监测系统相关技术 目前，智能家居环境监测系统使用的传感器主要是温度传感器，湿度传 感器和气压传感器。 1.温度传感器 温度传感器( Temperature Transducer)是指能感受温度并转换成可用输 出信号的传感器。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。 按测量方式可分为接触式和非接触式两大类。 ⑴接触式 接触式温度传感器的监测部分 与被测对象有良好的接触，又称温 度计，如图3-3所示。 图3-3 接触式温度传感器 一般来说，它的测量精度是比较高的。在一定的温度内，它甚至能够测 量出物体内部度的分别情况。但是如果测量的是运动的物体、热容量很小的 物体或者是小目标的话，测量结果都会有比较大的误差。 图3-4 非接触式温度传感器 ⑵非接触式 非接触式传感器的敏感元件与 被测对象互不接触，又称非接触式 测温仪表，如图3-4所示。这种仪 表可用来测量运动物体、小目标和 热容量小或温度变化迅速(瞬变)对 象的表面温度，也可用于测量温度 场的温度分布。 非接触测温优点：测量上限不受感温元件耐温程度的限制，因而对最高 可测温度原则上没有限制。对于1800℃C以上的高温，主要采用非接触测温 方法。随着红外技术的发展，辐射测温逐渐由可见光向红外线扩展，700℃ 以下直至常温都已采用，且分辨率很高。

(1)温度传感器工作原理 ①金属膨胀原理设计的传感器。金属在环境温度变化后会产 生一个相应的延伸，因此传感器可以不同方式对这种反应进行信 号转换。 ②双金属片式传感器。双金属片由两片不同膨胀系数的金属 贴在一起而组成，随着温度变化，引起金属片弯曲。弯曲的曲率 可以转换成一个输出信号。 ③双金属杆和金属管传感器。随着温度升高，金属管(材料A) 长度增加，而不膨胀钢杆(金属B)的长度并不增加，这样由于位置 的改变，金属管的线性膨胀就可以进行传递。 ④液体和气体的变形曲线设计的传感器。在温度变化时，液 体和气体同样会相应产生体积的变化，这种体积的变化可以转换 成一个输出信号。 按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热 电偶两类。 ①电阻传感。金属随着温度变化，其电阻值也发 生变化。对于不同金属来说，温度每变化一度，其电 阻值的变化是不同的，而电阻值又可直接作为输出信 号。 电阻共有两种变化类型： a.正温度系数 温度升高=阻值增加 温度降低=阻值减少 b.负温度系数： 温度升高=阻值减少 温度降低=阻值增加

②热电偶传感。热电偶由两个不 同材料的金属线组成，在末端焊接在 一起。再测出不加热部位的环境温度 ，就可以准确知道加热点的温度。由 于它必须有两种不同材质的导体，所 以称之为热电偶。不同材质做出的热 电偶使用于不同的温度范围，它们的 灵敏度也各不相同。热电偶的灵敏度 是指加热点温度变化1℃时，输出电 位差的变化量。对于大多数金属材料 支撑的热电偶而言，这个数值大约在5~40微伏/℃之间。由于热电偶温度传感 器的灵敏度与材料的粗细无关，用非常细的材料也能够做成温度传感器。也 由于制作热电偶的金属材料具有很好的延展性，这种细微的测温元件有极高 的响应速度，可以测量快速变化的过程。 2.湿度传感器 温度传感器是指能感受温度并转换成可用输出信号的传感 器，如图3-5所示。不少材料、元件的特性都随温度的变化而变 化，所以能作温度传感器的材料相当多。温度传感器随温度而引 起物理参数变化的有膨胀、电阻、电容、而电动势、磁性能、频 率、光学特性及热噪声等。 图3-5 湿度传感器 湿敏元件是最简单的湿度传感器。湿敏元件主要有湿敏电阻和湿敏电容 两大类。

湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层用感湿 材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上 时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一 特性即可测量湿度。 湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的， 常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酪酸醋 酸纤维等。当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介 电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容 变化量与相对湿度成正比。 电子式湿敏元件的准确度可达2%~3%RH，这比干湿球测湿精度高。但 湿敏元件的线性度及抗污染性差，在检测环境湿度时，湿敏元件要长期暴露 在待测环境中，很容易被污染而影响其测量精度及长期稳定性。这方面却没 有干湿球测湿度的方法好。 3.气压传感器 气压传感器用于测量气体的绝对压强。主要适用于与气体压强相关的物 理实验，如气体定律等，也可以在生物和化学实验中测量干燥、无腐蚀性的 气体压强，如图3-6所示。 图3-6 气压传感器

气压传感器的工作原理如下： 空气压缩机的气压传感器主要的传感元件是一个对气压强弱敏感的薄膜 和一个顶针开控制，电路方面它连接了一个柔性电阻器。当被测气体的压力 降低或升高时，这个薄膜变形带动顶针，同时该电阻器的将会改变。电阻器 的阻值发生变化。从传感元件取得0~5V的信号电压，经过AD转换据采集器 接受，然后数据采集器以适当的形式把结果传送给计算机。 其他的很多气压传感器的主要部件为变容式硅膜盒。当该变容硅膜盒外 界大气压力发化时顶针动作，单晶硅膜盒随着发生弹性变形，从而引起硅膜 盒平行板电容器电容量的变化来控制气压传感器。 做一做： 如果由你来设计，你会为智能家居环境监测系统 设计什么功能? 四、智能家居环境监测系统的应用范围 智能家居环境监测系统通过物联网，收集散布在家居环境中的传感器 接受到的参数至智能家居终端上。在终端上可以看到传感器接收到的具体 参数，并且可以根据参数进行调整后，将参数发还给智能家居的其他成员 ，如空调，空调会根据收到的参数调节室内的温度。 随着传感器技 术的提升以及物联 网技术的发展，智 能家居环境监测系 统不止是用在家居 环境中，也可以应 用在温室大棚、计 算机机房等环境。

温 室 大 棚 智 能 控 温 系 统 计 算 机 机 房 智 能 控 温 系 统

1.温室大棚 在温室准备投入生产阶段时，通过在温室里布置各类传感器，可以实时 分析温室内部环境信息，从而更好地选择适宜种植的品种(见图3-7)；在生产 阶段，从业人员使用物联网技术手段的智能环境监测系统可以采集温室内温 度、湿度等多类信息，来实现精细管理，如遮阳网开闭的时间，可以根据温 室内温度、光照等信息来传感控制，加温系统启动时间，可根据采集的温度 信息来调控等；在产品收获后，还可以利用智能环境监测系统采集的信息， 把不同阶段植物的表现和环境因子进行分析，反馈到下一轮的生产中，从而 实现更精准的管理，获得更优产品。 图3-7温室大棚 图3-8 计算机机房 2.计算机机房等环境 机房环境监控系统是一个综合利用计算机网络技术，数据库技术、通信 技术、自动控制新型传感技术等构成的计算机网络，提供的一种以计算机技 术为基础、基于集中管理监控模式自动化、智能化和高效率的技术手段，系 统监控对象主要是机房动力和环境设备等设备(如配电、UPS、空调、温湿度 、漏水、烟雾、视频、门禁、防雷、消防系统等)，如图3-8所示。 系统可实时收集各设备的运行参数、工 作状态及警告信息。本系统能对智能型和非 智能型的设备进行监控，准确地实现遥信、 遥测、遥控及遥调四样功能。既能真实的监 测被监控现场对象设备的各种工作状态、运 行参数，又能根据需要远程地对监控现场对 象进行方便的控制操作，还能远程地对具有 可配置运行参数的现场对象参数进行修改。

想一想： 智能家居环境监测系统还有其他应用的案例吗? 五、智能家居环境监测系统的优点 随着生活节奏不断加快，智能化家居越来越吸引群众的眼球。智能家居 环境监测系统可以很好地解决家居环境问题。智能家居环境监测系统具有以 下特点： (1)系统构成灵活 从总体上看，智能家居控制系 统是由各个子系统通过网络通信系 统组合而成的。用户可以根据需要， 减少或者增加子系统，以满足需求。 ⑵操作管理便捷 智能家居控制的所有设备可以 通过手机、平板电脑、触摸屏等人 机接口进行操作，非常方便。 ⑶场景控制功能丰富 可以设置各种控制模式，如离 家模式、回家模式、下雨模式、生 日模式、宴会模式、节能模式等， 极大地满足生活品质需求。

(4)信息资源共享 可以将家里的温度、湿度、干 燥度发布到网上，形成整个区域性 的环境监测点，为环境的监测提供 有效有价值的信息。 (5)安装、调试方便 即插即用，特别用无线的方式， 可以快速部署系统。智能家居环境 监测系统可以根据屋主的需求，自 由更改家具环境的温度、湿度和气 压度。也可根据系统自动设置参数， 达到满足人体适宜度的参数值。 想一想： 想象一下未来的智能家居环境监测系统。 项目实施 任务—、学习“上海企想”智能家居体验间环境监测系统结构 随着水平生活的提高，人们越来越注重生活质量，生活环境是否舒适是 人们最注重的事情。选择智能家居的环境监测系统就能带来生活的舒适环境 。 智能环境监测系统是通过各种传感器搜集居住环境的信息，给出人们 最合适的生活建议，吨环境监测系统主要包括温湿度和大气压强的实时收集 ，经过程序的判断给出人们最好的穿衣和出行建议。环境监测系统采用智能 型网络、云服务器，实时采集并处理数据，如图3-9所示。

图3-9 智能环境监测系统 下面以上海企想智能家居体验中的环境监测系统为例，描述一下常见的 环境监测系统的结构，如图3-10所示。 图3-10 智能环境监测系统结构示意图 这套智能环境监测系统采用 智能网络专用协议传输，总线式 通信，以最简洁的系统架构，便 于设计、施工、使用和管理维护 。其系统是由四大部分组成的， 分别是传感器、智能网关、云服 务器和手机客户端。

①传感器负责数据的收集工作， 将环境的数据采集到后转换成电信 号，然后通过 ZigBee网络传输给 网关。 ②智能网关起到了承上启下的 作用。一方面作为执行器结点和传 感器结点的协调器、负责发送控制 命令去操控器件和接受传感器上报 的数据；另一方面，通过数据的打 包和解析，进行与服务器的交互工 作。 ④手机客户端直接与人相，它 ③云服务器则是作为数据存储 会直接将安防的状态呈现在人们面 与数据处理的中心，对不同类型的 前，并且人们能够直接操控手机客 上行下行数据，做相应的存储、计 户端来査看环境监测系统。 算和转发工作。 接下来介绍通信过程，和项目二的安防系统不同的是环境监测系统不需 要操作执行器器件，直接拿到数据后进行数据分析。当传感器收到监测数据 后，传感器会将数据通过 ZigBe.的传输方式传输到智能网关中的协调器，然 后再由智能网关打包数据，转发给服务器。服务器接收数据后进行解析与计 算，将最终的数据给到手机客户端，呈现在客户面前，如图3-11所示。 图3-11 监测通信过程，从左至右

在现实的使用过程中人们通过手机 终端可以实时查看的家庭环境的信息， 提醒家人出行时穿衣和衣服晾晒，也可 以与其他的系统进行联动或者情景模式 。 智能环境监测系统是以系统的稳定 性作为依托，结合家中的传感器将它们 连入网关并联网到服务器。清早起床系 统通过手机就会提醒主人环境信息，给 出合理的穿衣晾晒建议，让客户感受到 人性化的服务。 任务二、掌握温湿度传感器的相关原理及安装过程 (一)温湿度传感器背景介绍 温湿度是反映物体冷热状态的物理参数，它与人 类生活环境有着密切关系。人类很早就开始为监测温 湿度进行各种努力，在1603年伽利略发明出第一个 温度计，人类在社会发展的过程中越来越多的应用都 离不开温湿度。 在人类社会中，无论工业、农业、商业、科研、 国防、医学及环保等部门都与温度有着密切的关系。 在工业生产自动化流程中，温湿度测量点一般要占全 部测量点的一半左右。因此，人类离不开温湿度传感 器(见图3-12)。传感器技术因而成为许多应用技术的 基础环节，成为当今世界发达国家普遍重视并大力发 展的高新技术之一，它与通信技术、计算机技术共同 构成了现代信息产业的三大支柱。 人们的生活处处都离不开温湿度，通过温湿度的 控制人们能生产出高质量的钢材、提炼出石油的衍生 产品，通过温湿度的预测人们能提前准备好第二天要 穿的衣服，通过温湿度的调节人们能生活在舒适的环 境中。 图3-12 温湿度传感器

由于温度和湿度在人们的实际生活中都有密切 的关系，所以温湿度一体的传感器相应产生温湿度 传感器在人们的生活中发挥这巨大的作用，随着科 技的发展，温湿度传感器将会给人们的生活带来更 多的方便。 (二)温湿度传感器原理 温湿度传感器利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为可 用输出信号。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。按测量方 式可分为接触式和非接触式两大类。现代的温度传感器外形非常小，这更加 让它广泛应用在生产实践的各个领域中，也为人们的生活提供了很多的便利 和功能，如图3-13所示。 图3-13 温湿度传感器应用 我们所使用的温湿度传感器是SHT10温 温度传感器(非接触式)，SHT10是SHT1x中的 一种，SHTx(包括SHT10、SHT和SHT15)属 于 Sensirion温湿度传感器家族中的贴片封装 系。 温湿度传感器将传感器元件和信号处理 电路集中在一块微型电路板上，输出完全标 定的数字信号。传感器采用专利的CMOSens 技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的 长期稳定性。传感器包括一个电容性聚合体 测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温 元件，并在同一芯片上与14位的AD转换器以 及串行接口电路实现无缝连接。因此，该产 品具有品质卓越、响应迅速抗干扰能力强、 性价比高等优点

(三)温湿度传感器分类 温度传感器有四种主要类型：热电偶、热敏电阻、电阻温度监测器 (RTD)和IC温度传感器。IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型 。 热电偶应用很广泛，因为它们非常坚固而且不太贵。热电偶有多种类型 ，它们覆盖非常宽的温度范围，从2000到2000℃。它们的特点是：低灵敏 度、低稳定性、的·等精度、响应速度慢、高温下容易老化和有漂移以及非线 性。另外，热电偶需要外部参考端。 热敏电阻对温度敏感，不同的温 度下表现出不同的电阻值。热敏电阻 体积非常小，对温度变化的响应也快 。它易于连接，可以进行互换，中等 稳定性。 电阻温度监测器(RTD)精度极高 且具有中等线性度。它们特别稳定， 并有许多种配置但它们的最高工作温 度只能达到400℃左右。它们也有很 大的TC，且价格昂贵(是热电偶的4- 10倍)，并且需要一个外部参考源 模拟输出IC温度传感器具有很高的线性度(如 果配合一个模数转换器或ADC可产生数字输出)、 低成本、高精度(大约1%)、小尺寸和高分辨率。 它们的不足之处在于温度范围有限(55℃+150℃) ，并且需要一个外部参考源

数字输出IC温度传感器带有一个内置参考源，它们的响应速度也相当慢 (100ms数量级)。虽然它们固有地会自身发热，但可以采用自动关闭和单次 转换模式使其在需要测量之前将IC设置为低功耗状态，从而将自身发热降到 最低。与热敏电阻、RTD和热电偶传感器相比，IC温度传感器具有很高的线 性，低系统成本，集成复杂的功能，能提供一个数字输出，并能在一个相当 有用的范围内进行温度测量。 (四)温湿度传感器安装 下面我们开始温湿度传感器的安装。温湿度传感器采用锂电池供电，也 可以采用直流电源供电，用到的设备如图3-14所示。 图3-14 温湿度传感器 温湿度传感器安装的接线图如图3-15所示。 图3-15 接线图 按照接线图就可以开始安装设备 ①把86底盒安装到墙上合适的位 ②打开温度传感器的底盖，按照线 置，如图3-16所示。 路图连接好电源线，如图3-17所 示。 图3-16 底盒安装 图3-17电源线安装

③按照接线图连接电源线 ，接到接线柱5V电源上， 如图3-18所示。 图3-18 电源线连接 (五)温湿度传感器配置与维护 打开智能家居应用配置软件，用串口线连接好设备，按照图3-19所示配 置温湿度传感器。 图3-19 温湿度传感器配置 然后重启即可完成配置。 在以后的使用过程中软件出现问题时，重新配置即可。 练一练： 动手安装温湿度传感器，完成配置和接线部分的 操作。 任务三、掌握气压传感器的相关原理及安装过程 (一)气压传感器背景介绍

气压传感器测量气体压强，表面上看来人 们并不关心压强到底是多少，貌似毫无用处， 但事实却不是这样的。对于登山者而言，可以 根据手机中压力传感器测量气压进而计算出目 前所处的海拔高度；气压传感器还可用于辅助 导航，减少在高架桥上进行导航时的失误；在 无信号地带时，也可根据气压传感器，同时配 合加速计、陀螺仪等设备实现精确定位。 (二)气压传感器的工作原理 气压传感器由敏感元件和转换元件构成的 能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成 可用信号的器件或装置。气压传感器用于感受 气体压强并将其以其他形式进行输出，主要用 于成对气体绝对压强的监测，一般用于气体压 强相关的各类实例中 空气压缩机的气压传感器主要由薄膜、顶针和一个柔性电阻器来完成对 气压的监测与转换功能。薄膜对气压强弱的变化异常敏感，一旦感应到气压 的变化就会发生变形并带动顶针动作，这一系列动作将改变柔性电阻的电阻 值，将气压的变化转换为电阻阻值的变化以电信号的形式呈现出来，之后对 该电信号进行相应处理并输出给计算机呈现出来。

还有的气压传感器利用变容式砝膜盒来完成对气压的监测。当气压发生 变化时引发变容式硅膜盒发生形变并带动硅膜盒内平行板电容器电容量的变 化，从而将气压变化以电信号形器出，经相应处理后传送至计算机得以展现 。 (三)气压传感器分类 目前所使用的气压传感器按属于压阻式传感器，压阻式传感器广泛应用 于航空、航天、动力机械、生物医学工程、气象、地质等各个领域，如图3- 20所示。 图3-20 气压传感器 这些领域对传感器精度的要求都非常高，高精度气压传感器一般是利用 MEMS技术在单晶硅片上加工出真空腔体和惠斯登电桥。两端的输出电压与 施加的压力成正比，经过温度补偿和感校准后具有体积小、精度高、响应速 度快、不受温度变化影响的特点。输出方式一般为模拟压输出和数字信号输 出两种，其中数字信号输出方式由于和单片机连接方便，是市场上的主流。

(1)手机GPS测海拔高度 气压传感器首次在 Galaxy Nexus智能手机上使用，而之后推出的一 些 Android系统手机中也包含了这一传感器。 对于喜欢登山的人来说，都会非常关心自己所处的高度。海拔高度 的测量方法，一般常量出的有两种方式，一是通过GPS全球定位系统，二 是通过测出大气压，然后根据气压值计算出海拔高度。 由于受到技术和其他方面原因的限制，GPS计算海拔高度一般误差都 会有十米左右，而如果在树林里或者是在悬崖下面时，有时甚至接收不到 GPS卫星信号。 而气压的方式可选择的范围会广些，而且可以把成本可以控制在比 较低的水平。另外像Galaxy Nexus等手机的气压传感器还包括温度传感 器，它可以捕捉到温度来对结果进行修正，以增加测量结果的精度。 所以在手机原有GPS的基础上再增加气压传感器的功能，可以让三维 定位更加精准，如图3-21所示。 图3-21 气压传感器定位 (2)在智能手机中的应用 我们用的智能机都使用了气压传感器，很多用户对于气压传感器还 不是很了解。 对于爱好登高的人来说如何知道自己所处的海拔?你可能会说，通过 GPS全球定位系统来计算表海拔，但是由于存在十米左右的较大误差，以 及GPS卫星信号接收不能够保障等问题，因此这种方法会带给人们很多不 便。

可以通过压力传感器里测量大气压，进而根据气压值计算出海拔高度 ，同时还能根据温度传感器数据来进行修正，以得到更精确的数据，同时 成本会更低 如果说用压力传感器来计算海拔算是一项不错的应用，那么利用压 力传感器来辅助导航是不是会觉得惊讶?由于导航仪市场较为混乱，产品 质量良莠不齐，因此经常会出现导航仪瞎指挥的现状。例如，在高架桥上 时GPS可能会指挥你转弯，但其实并没有转弯出口。这往往是由于GPS存 在误差，不能够判断车子在高架桥上还是桥下所致。但如果再加上气压传 感器，测量岀所处的高度，就能够将误差降低到Im左右，随着精度提升 导航也将变得更加精确。 同时当用户处于楼宇内时，内置感应器可能会无法接收到GPS信号， 从而不能识别地理位置。配合气压传感器、加速计、陀螺仪等就能够实现 精确定位。 (四)气压传感器安装 下面开始气压传感器的安装。首先介绍要用到的设备，如图3-22所示。 图3-22 气压传感器 气压传感器安装的接线图如图3-23所示。 图3-23 接线图

按照接线图即可开始安装设备 ②打开温度传感器的底盖 ，按照线路图连接好电源 ①把86底盒安装到墙上合 线，如图3-25所示。 适位置，如图3-24所示。 图3-24 图3-25 底盒安装 ③按照接线图连接电源线 接到5V电源接线柱上，如 图3-26所示。 图3-26 电源线连接 (五)气压传感器配置与维护 打开智能家居应用配置软件，用串口线连接好设备，按照图3-27所示配 置气压传感器。然后重启即可完成配置。 图3-27 气压传感器配置

在以后的使用过程当中软件出现问题时，重新配置即可。 练一练： 动手安装温湿度传感器，完成配置和接线部分的 操作。 项目实训 实验开始前先安装手机客户端软件，客户端软 件需要和主机配合使用，所有操作都需要登录到服 务器才能实现，AP可以在软件资料文件夹中获得。 找到安防报警系统软件并安装，安装完成之后连接 上智能家居样板间路由器的Wi-Fi信号，连接成功 即可进行实验。 手机打开环境监测系统APP，如图3-28所示。 手机打开环境监测系 图3-28 APP图标 统APP，如图3-29所示 。 客户端软件登录界面 图3-30环境数据 如图3-29所示，图中方 框标记的位置填写的是 当前使用的服务器IP地 址。 图3-29登录界面 输入服务器P地址确认登录，登录成功后等待几 秒，周围的环境数据就会上传到软件中，在屏幕上 半部分逐一显示温度、湿度和气压数据，并实时监 测其数据变化，实时反馈给用户。

AP中间部分会根据温度、湿度、气压的值，给用户提供日常所需的 生活和出行建议，如图3-30所示。 感冒指数、洗晒指数和出行指数都会根据当天的天气情况(即监测到 的温度、湿度和气压数值)给出相应的评分，为用户提供较为直观和人性 化的体验，让用户能够根据星级评分来判断生活指数。另外，界面中间 的天气指示图标也会随着天气的变化而变化，与天气预报中的图标类似 ，阴雨、下雪、大雾等天气就会变换成相应的下雨图标、下雪图标和大 雾图标。 练一练： 练习使用环境监测APP。 项目三.................................智能家居火灾预警系统 项目描述 本项目将详细介绍智能家居控制系统中的重 要子系统——火灾预警系统，包括智能家居火灾 预警系统的功能、优点、相关技术和应用范围等 相关知识。此外还介绍了智能家居火灾预氅系统 所需用到的单品，包括烟雾传感器和燃气传感器 。在本项目的最后设有项目实训部分，让学生能 够通过项目实训进一步巩固相关知识并且检验火 灾预警系统的安装与配置是否成功。

相关知识 一、智能家居火灾预警系统介绍 智能家居火灾预警系统，是可 以预警家中是否出现火灾或者燃气 泄漏的系统。可实时监测安装地区 内空气中的烟雾或燃气含量是否达 到用户所设定的阈值，如果超过阈 值，系统将会自动启动报警灯和换 气扇。 随着经济和城市建设的快速发展，城市高层、住宅、地下建筑以及大 型综合性建筑日益增多火灾隐患也大大增加，火灾的数量及其造成的损失 呈逐年上升趋势。在公用和民用建筑、宾館酒店、图书馆、科研和商业部 门，火灾预警系统已成为必要的装置，火灾预警系统对住宅家居也有极其 重要的安全保障作用 二、智能家居火灾预警系统的功能 阈值设置功能：用户可根据自 己的要求自行设置燃气和烟雾 在空气中浓度的阈值。 触发功能：在数据达到阈值后 ，系统自动触发报警灯和换气 扇电源。 预警功能：在触发报警灯和换气 扇后，系统将给用户通信设备内 发送预警消息。图4-1所示为火 灾预警系统适用场合。 图4-1 火灾预警系统适用场合

试一试： 尝试设计一套火灾预警系统。 三、智能家居火灾预警系统相关技术 目前智能家居火灾预警系统由下列组件组成： 1.烟雾传感器 烟雾传感器(见图4-2)就是通过监测烟 图4-2 烟雾传感器 雾的浓度来实现火灾防范的，烟雾报警器内 部采用离子式烟雾传感，离子式烟雾传感器 是一种技术先进、工作稳定可靠的传感器， 被广泛运用到各种消防报警系统中，性能远 优于气敏电阻类的火灾报警器。它在内外电 离室里面有放射源镅241，电离产生的正、 负离子，在电场的作用下各自向正负电极移 动。在正常情况下，内外电离室的电流、电 压都是稳定的。一旦有烟雾窜逃外电离室， 干扰了带电粒子的正常运动，电流、电压就 会有所改变，破坏了内外电离室之间的平衡 ，无线发射器就会发出无线报警信号，通知 远方的接收主机，将报警信息传递出去。 1)离子式烟雾传感器 离子式烟雾传感器对微小的烟雾粒子的 感应要更为灵活一些，对各种烟雾能够均衡 响应。离子式烟雾传感器干扰了带电粒子的 正常运动，由电流、电压的改变来确定空气 中的烟雾状况。

2)光电式烟雾传感器 光电烟雾传感器内有一个光学迷宫， 安装有红外对管，无烟时红外接收管收不 到红外发射管发出的红外光，当烟尘进入 光学迷宫时，通过折射、反射，接收管接 收到红外光，智能报警电路判断是否超过 阅值，如果超过发出警报。 光电式烟雾传感器可分为减光式和散射光式，分述如下： (1)减光式光电烟雾传感器 该传感器的监测室内装有发光器件及受光器件。在正常情况下，受光 器件接收到发光器件发出的一定光量；而在有烟雾时，发光器件的发射光 受到烟雾的遮挡，使受光器件接收的光量减少，光电流降低，传感器发出 报警信号。 (2)散射光式光电烟雾传感器 该传感器的监测室内也装有发光器件和受光器件。在正常情况下，受 光器件接收不到发器件发出的光，因而不产生光电流。在发生火灾时，当 烟雾进入监测室时，由于烟粒子的作用使发光器件发射的光产生漫射，这 种漫射光被受光器件接收，使受光器件的阻抗发生变化，产生光电流，从 而实现了烟雾信号转变为电信号的功能，传感器收到信号然后判断是否需 要报警信号。

(3)气敏式烟雾传感器 气敏式烟雾传感器是一种监测特定气体 的传感器。它主要包括半导体气敏传感器、 接触烧式气敏传感器和电化学气敏传感器等 ，其中用得最多的是半导体气敏传感器。它 的应用主给能有一氧化碳气体的监测、瓦斯 气体的监测、煤气的监测、氟利昂(R11、 R12)的监测、呼气中乙醇的监测、人体口腔 口臭的监测等。 气敏式烟雾传感器将气体种类及其与浓度有关的信息转换成电信号， 根据这些电信号的弱就可以获得与待测气体在环境中的存在情况有关的信 息，从而可以进行监测、监控、报警：还可以通过接口电路与计算机组成 自动监测、控制和报警系统。 其中气敏传感器有以下几种类型： ①可燃性气体气敏元件传感器 ②一氧化碳气敏元件传感器： ：包含各种烷类和有机蒸气类 一氧化碳气敏元件可用于工业生产 (VOC)气体，大量应用于抽油烟机 、环保、汽车、家庭等一氧化碳泄 、泄漏报警器和空气清新机。 漏和不完全燃烧监测报警。 ③氧传感器：应用很广泛，在 ④毒性气体传感器：主要用于 环保、医疗、冶金、交通等领域需 监测烟气、尾气、废气等环境污染 求量很大。 气体。 气敏式烟雾传感器的典型型号有MQ2烟雾传感器(见图4-3)。该传感 器常用于家庭和工厂的气体泄漏装置，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷 、酒精、氢气、烟雾等的探测。 图4-3 烟雾传感器

2.燃气传感器 监测可燃性气体泄漏的警报器广泛地用于煤矿和 工厂，在家庭也开始普及，用来监测瓦斯，液化石油 气、一氧化碳有无泄漏，以预防气体泄漏引起的爆炸 和不完全燃烧引起的中毒。这些警报器的核心部分就 是燃气传感器(见图4-4)，它是气体传感器的一种。 图4-4 燃气传感器 (1)半导体气体传感器 半导体气体传感器主要是以SnO2等n型氧化物半导 体上添加白金或钯等贵金属而构成的。可燃性气体在其 表面发生反应引起SnO2电导率的变化，从而感知可燃 性气体的存在。这种反应需要在一定的温度下才能发生 ，所以还要对传感器用电阻丝进行加热。 (2)接触燃烧传感器 接触燃烧传感器是指可燃性气体与催化剂接触式 发生燃烧，使得白金线圈的电阻发生变化，从而感知 燃气的存在。这种传感器是由载有白金或钯等贵金属 催化剂的多孔氧化铝涂覆在白金线圈上而构成的。 四、智能家居火灾预警系统的应用范围 智能家居火灾预警系统通过物联网， 收集散布在家居环境中的传感器接受到的 参数至智能家居终端上。在终端上可以看 到传感器接收到的具体参数，并且根据参 数进行调整后，将参数发还给智能家居的 其他成员，如报警灯，数据超过阈值后报 警灯会自动开始运作。 随着传感器技术的提升以及物联网技术的 发展，智能家居火灾预警系统不止是用在 家居环境中，也可应用在教室、办公室等 环境中。

试一试： 尝试为教室和校园设计一套智能火灾预警系统。 五、智能家居火灾预警系统的优点 随着生活节奏不断加快，智能化家居越来越吸引群众的眼球。智能家 居环境监测系统可以很好地解决家居环境问题。智能家居火灾预警系统特 点如下： (1)系统构成灵活 从总体上看，智能家居控制系统是由各个子 系统通过网络通信系统组合而成的。可以根据用 户需要，减少或者增加子系统，以满足需求 (2)操作管理便捷 智能家居控制的所有设备可通过手机、平板电 脑、触摸屏等人机接口进行操作，非常方便。 (3)场景控制功能丰富 可以设置各种控制模式，如离家模式、回家模 式、下雨模式、生日模式、宴会模式、节能模式等 ，极大满足对生活品质的需求。 (4)安装、调试方便 智能家居环境监测系统可以根据屋主的需求， 自由更改家居环境的温度、湿度和气压度。也可根据 系统自动设置参数，达到满足人体适宜度的参数值。 (5)反应速度快 在真正的火灾灾情中，往往几秒钟时间就决定了人们 的生死。相比于传统的火灾预警系统，需要人工按压按键 或转动把手，智能化的火灾预警系统可以完全不依赖于人 工的操作，一旦传感器监测到的数值超标，立即做出响应 。

项目实施 任务一 、学习“上海企想”智能家居体验间火灾预警系统结构 早在远古时期人类就能对火进行利用和控制，这是文明进步的一个重 要标志。人们用火照明、烘烤食物，并且不断探索火的规律，如图4-5所 示。人类使用火的历史与同火灾作斗争的历史是相伴相生的，人们在用火 的同时，不断总结火灾发生的规律，尽可能地减少火灾及其对人类造成的 危害。 图4-5 远古时期人类开始利用火照明取暖烘烤食物 因此，在智能家居系统中火灾预警系统也是不可或缺的部分，在煤气 发生泄漏，燃烧产生浓烟时系统会自动报繁，在第一时间发现隐患，杜绝 火灾的发生，如果火灾已经发生也可以第一时间逃生。 下面以上海企想智能家居体验中的火灾预警系统为例，描述常见的火 灾预警系统的结构，其示意图如图4-6所示。 图4-6智能火灾预警系统结构示意图

当传感器收到监测数据后，传感器会将数据通过 ZigBee的传输方式 传输到智能网关中的协调器，然后再由智能网关打包数据，转发给服务器 。服务器收到数据后进行解析与计算，将最终的数据送到手机客户端，呈 现在客户面前，如图4-7所示。 图4-7 监测通信过程，从左至右 厨房是火灾的主要发生场所，煤气 泄漏或者忘记关闭火源都可能引发火灾 ，使用智能家居火灾预警系统可以实时 监测燃气值和烟雾值，当参数超过预定 的值时，传感器上的蜂鸣器就会报警， 服务器也会发送提示到主人的手机终端 。 智能家居火灾预警系统是整个大系统中的安全保卫者，实时监控能让 主人在家里面放心地生活，体现了现代智能家居的智能化和人性化，最大 程度地保障了人们的生命财产安全。 任务二 、掌握烟雾传感器的相关原理及安装过程 (一)烟雾传感器背景介绍 烟雾传感器就是通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范的，烟雾报警器 的内部采用离子式烟雾传感，离子式烟雾传感器是一种技术先进、工作稳 定可靠的传感器，被广泛应用在各种消防报警系统中，性能远优于气敏电 阻类的烟雾报警器。 烟雾传感器满足一个烟雾传感器可以是单一功能，也可以是多功能， 可以是单一的实体，也可以是由多个不同功能的传感器组成的阵列。但是 ，任何一个完整的烟雾传感器都必须具备以下条件：

①能选择性地监测某种单一烟雾，而对共存的其他烟雾不影响或低影响 。 ②对被测烟雾具有较高的灵敏度，能有效地监测允许范围内的烟雾浓度 。 ③对监测信号响应速度快，重复性好。 ④长期工作稳定性好。 ④使用寿命长。 ⑥制造成根本据低烟，雾使传用感与器维的护以方上便优。点，烟雾传感器的主要用途有：用于 煤矿井下有瓦斯和煤尘爆炸危险及火灾危险的场所，能对烟雾进行 就地检测和集中监视，能输出标准的开关信号，并能与国内多种生 产安全监测系统及多种火灾监控系统配套使用，亦可单独使用于带 式输送机的火灾监控系统；具有抗腐蚀能力强、灵敏度高、结构简 单、功耗小、成本低、维护简单等特点。对火灾初期各类燃烧物质 引燃阶段产生的不可见及可见烟雾，监测稳定可靠，切实有效地防 尘干扰所引起的非火灾误报。 烟雾传感器还广泛应用在城市安 防、小区、工厂、公司、学校、家庭 、别墅、仓库、资源、石油、化工、 燃气输送等众多领域，如图4-8所示 。 (二)烟雾传感器原理 图4-8 烟雾传感器应用 1.烟雾传感器的工作原理 图4-9 烟雾传感器 当发生火灾的烟雾进入到监测电离室，位于 电离室中的监测源镅241放射a射线，使电离室 内的空气电离成正负离子。当烟雾进入时，内外 电离室因极性相反，所产生的离子电流保持相对 稳定，处于平衡状态；火灾发生初期释放的气溶 胶亚微粒子及可见烟雾大量进入监测电离室，吸 附并中和正负离子，使电离电流急剧减少，改变 电离平衡状态而输出监测电信号，经后级电路处 理识别，发出报警，并向配套监控系统输出报警 开关信号。烟雾传感器如图4-9所示。

2.监测原理 在传感器的电离室内放一个α放射源Am241，其不断地持续放射出a粒 子射线，以高速运动撞击空气中的氮、氧等分子，在a粒子的轰击下引起电 离，产生大量的带正负电荷的离子，从而使得原来不导电的空气具有导电性 ，当在电离室两端加上一定的电压后，使得空气中的正负离子向相反的电极 移动，形成电流、电离。具体电流的大小与电离室本身的几何形状、放射源 活度，a粒子能量、电极电压的大小及空气的密度、温度、湿度和气流速度 等因素有关。 当烟雾粒子进入电离室后，由于气溶胶 吸附大量的正负离子，使其中和。烟雾浓度 导致离子复合几率加快，从而使空气中电离 、电流迅速下降，电离室阻抗增加，因此根 据R值变化可以受到雾浓度的变化，从而实 现火灾的探测。 (三)烟雾传感器的安装 烟雾传感器的安装要用到的设备如图4-10所示。 图4-10 烟雾传感器 烟雾传感器安装的接线图如图4-11所示。 图4-11 接线图

下面按照接线图开始安装设备。 ①把烟雾传感器的底座安装到墙上合适的位置，如图4-12所示。 ②在烟雾传感器的后面接上电源线，如图4-13所示。 ③将电源线接到5V接线柱，并把烟雾传感器安装到底座上，如图4-14所 示。 图4-12 底座安装 图4-13 电源线连接 图4-14 电源线连接 (四)烟雾传感器配置 打开智能家居应用配置软件，用串口线连接好设备，按照图4-15所示 配置烟雾传感器。然后重启即可完成配置。 图4-15 烟雾传感器配置

在以后的使用过程当中软件出现问题时，可以通过重新连接计算机与 问题设备，打开配置软件并重新配置来解决问题。 练一练： 动手安装烟雾传感器，完成配置和接线部分的操作。 任务三 、掌握燃气传感器的相关原理及安装过程 (一)燃气传感器背景介绍 空气中潜在的可燃气体是大气中最常见的 危险因素。所以，用干监测可燃气体的传感器 便携式空气监测设备中应用最广的传感器类型 ，尤其是对狭窄空间进行大气监测时应用更多 。虽然现在全球有数百万只可燃气体传感器用 于大气监测，但是人们对于这种类型传感器的 性能特点和局限性有很多错误的信息和不正确 的认识，了解可燃气体传感器探测气体的工作 原理，对于正确判读探测结果、避免错误使用 带有这种传感器的仪器设备来说是很关键的。 在我们的生活中有很多地方可燃 气体超标是非常危险的，如开采煤炭 的深井中的瓦斯超标就会给工人带来 危害，新闻报道里的矿井瓦斯爆炸就 是因为没有及时监测瓦斯的浓度所产 生的事故；家庭厨房里的煤气泄漏， 在泄漏的煤气浓度超过安全浓度后见 到明火就会发生爆炸，有可燃气体传 感器监测后并发出警报，就可以避免 事故的发生。由可燃气体引起的事故 有很多，所以在一些危险工作区域和 家庭中安装可燃气体传感器，让生活 和工作更加安全。