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【實驗基礎(chǔ)】實驗學(xué)時2學(xué)時實驗?zāi)康?掌握智能家居中玻璃破碎傳感器的工作原理?學(xué)會使用ZigBee節(jié)點對玻璃破碎傳感器進(jìn)行控制實驗環(huán)境PC機(jī)一臺(內(nèi)安裝IAR平臺)無線路由一個智能網(wǎng)關(guān)一個ZigBee節(jié)點1ZigBee節(jié)點9ZigBee仿真器一套【實驗原理】一.玻璃破碎傳感器應(yīng)用原理原理壓電陶瓷是一種能夠?qū)C(jī)械能和電能互相轉(zhuǎn)換的功能陶瓷材料,屬于無機(jī)非金屬材料,這是一種具有壓電效應(yīng)的材料,可作為無源傳感器件。所謂壓電效應(yīng)是指某些介質(zhì)在力的作用下,產(chǎn)生形變,引起介質(zhì)表面帶電,這是正壓電效應(yīng)。反之,施加激勵電場,介質(zhì)將產(chǎn)生機(jī)械變形,稱逆壓電效應(yīng)。利用壓電陶瓷片的壓電效應(yīng),可以制成玻璃破碎入侵傳感器。對高頻的玻璃破碎聲音(10k?15kHZ)進(jìn)行有效檢測,而對lOkHZ以下的聲音信號(比如說話、走路聲)有較強(qiáng)的抑制作用。玻璃破碎聲發(fā)射頻率的高低、強(qiáng)度的大小同玻璃厚度、面積有關(guān)。使用石英玻璃在25攝氏度,濕度25%時的破碎頻率為12KH.分類玻璃破碎傳感器按照工作原理的不同大致分為兩大類:一類是聲控型的單技術(shù)玻璃破碎傳感器,它實際上是一種具有選頻作用(帶寬10到15KHz)的具有特殊用途(可將玻璃破碎時產(chǎn)生的高頻信號驅(qū)除)的聲控報警傳感器。另一類是雙技術(shù)玻璃破碎傳感器,其中包括聲控-震動型和次聲波-玻璃破碎高頻聲響型。聲控-震動型是將聲控與震動探測兩種技術(shù)組合在一起,只有同時探測到玻璃破碎時發(fā)出的高頻聲音信號和敲擊玻璃引起的震動,才輸出報警信號。次聲波-玻璃破碎高頻聲響雙技術(shù)傳感器是將次聲波探測技術(shù)和玻璃破碎高頻聲響探測技術(shù)組合到一起,只有同時探測敲擊玻璃和玻璃破碎時發(fā)出的高頻聲響信號和引起的次聲波信號才觸發(fā)報警。玻璃破碎傳感器內(nèi)的壓電陶瓷敏感元件多是由鋯鈦酸一類材料制成的。由壓電效應(yīng),當(dāng)在壓電陶瓷片上加上音頻電壓時,壓電陶瓷片就會發(fā)聲(一般作為發(fā)聲片或壓電喇叭),同樣,使壓電陶瓷產(chǎn)生振動時,它能輸出一定電壓,玻璃破碎傳感器正是利用這一特性制成的。玻璃破碎傳感器中與壓電陶瓷并聯(lián)的一只15-25千歐的電阻作用是降低傳感器內(nèi)部的阻抗。壓電陶瓷的用途非常廣泛。壓電陶瓷具有敏感的特性,可以將極其微弱的機(jī)械振動轉(zhuǎn)換成電信號,頻率穩(wěn)定性好,精度高及適用頻率范圍寬,而且體積小、不吸潮、壽命長。傳感器的監(jiān)測范圍為一整個房間(與窗戶多少無關(guān))。同時它的靈敏度連續(xù)可調(diào),保證可以根據(jù)環(huán)境情況設(shè)定一個最佳工作點——防誤報而不減靈敏度。特點玻璃破碎傳感器的特點包括以下幾點:全音頻及次聲波段頻率分析,能精確區(qū)分金屬,小片玻璃的碎聲及真正的玻璃碎聲。7個特殊頻率數(shù)字濾波器,數(shù)字放大增益和頻率振幅分析??煞治稣駝雍蜎_擊的波動??闺姶鸥蓴_及輻射。在我們的智能家居實訓(xùn)系統(tǒng)中在選用了聲控-震動型玻璃破碎傳感器,主聲控-震動型玻璃破碎傳感器在檢測到有玻璃破碎時會在信號線輸出低點平,我們將ZigBee節(jié)點的信號線與其相連接。然后將節(jié)點和傳感器的地線連接到一起,就可以得到兩種狀態(tài),當(dāng)信號線獲得高電平時為正常檢測狀態(tài),若變?yōu)榈碗娖絼t說明有報警信息,所以我們只需要模擬這兩種不同的狀態(tài)信息就能模擬主動式紅外對射傳感器在智能家居系統(tǒng)中的應(yīng)用。圖7-1玻璃破碎傳感器【實驗步驟】本實驗以對ZigBee節(jié)點的高低電平輸入玻璃破碎傳感器所產(chǎn)生的報警信號,具體操作將在實驗中說明。
參照實驗2中對于ZigBee節(jié)點程序下載的方法(注意調(diào)試小組所分配的信道,以防止各個實驗組之間干擾),將實驗7程序下載到ZigBee節(jié)點9中,ZigBee節(jié)點9的工程文件在“實驗程序\實驗7\Projects\zstack\Samples\Sensor1.25\CC2430DB”內(nèi)。程序驗證首先將ZigBee協(xié)調(diào)器和網(wǎng)關(guān)相連接,打開智能網(wǎng)關(guān)和ZigBee協(xié)調(diào)器開關(guān),然后打開ZigBee節(jié)點9,等待幾秒鐘后觀察節(jié)點上的4個指示燈,4個燈都亮?xí)r表示節(jié)點正在搜索網(wǎng)絡(luò),當(dāng)LED3、LED4熄滅時說明節(jié)點已經(jīng)加入到了ZigBee協(xié)調(diào)器所搭建的網(wǎng)絡(luò)中。在智能網(wǎng)關(guān)中,找到'‘我的設(shè)備一NandFlash-WSN-智能網(wǎng)關(guān).exe”文件雙擊執(zhí)行。進(jìn)入智能家居控制軟件,選擇左側(cè)節(jié)點9。選擇LED3按鈕,同時觀察ZigBee節(jié)點9上4個LED燈的變化,如下圖節(jié)點上的LED3閃爍,說明ZigBee節(jié)點接收到了網(wǎng)關(guān)所發(fā)出的控制信號,學(xué)生可以自己控制網(wǎng)關(guān)上其他3個LED按鈕并觀察效果。llirtHHiir圖7-2信息采集類llirtHHiir圖7-2信息采集類ZigBee節(jié)點在前面的實驗原理中我們已經(jīng)介紹了玻璃破碎傳感器的工作原理,所以我們只需要模擬出紅外感應(yīng)器報警系統(tǒng)在正常工作狀態(tài)下持續(xù)發(fā)出的低電平信號和其在報警狀態(tài)下的信號輸出,就可以驗證實驗。打開PC機(jī)端的智能家居控制軟件(運行軟件前需保證ZigBee節(jié)點9在網(wǎng)絡(luò)中,而智能網(wǎng)關(guān)和協(xié)調(diào)器都工作正常),點擊鏈接網(wǎng)關(guān)(若智能網(wǎng)關(guān)工作不正常電腦會提示),在控制軟件的列表里會顯示有多少個節(jié)點在工作。
圖7-3圖7-3智能家居控制中心截圖首先將實驗箱中的短接線插座連接到ZigBee節(jié)點,插座上預(yù)留的兩根線(一根是地線,一根是信號線),當(dāng)信號線與地線斷開時報警,說明有玻璃破碎的超聲波和次聲波被傳感器感應(yīng)到;當(dāng)信號線與地線短接產(chǎn)生低電平信號不產(chǎn)生報警信號。KteOHM'信號線_^--■IKteOHM'信號線_^--■I■■地線b4圖7-4ZigBee節(jié)點+此時學(xué)生觀察網(wǎng)關(guān)中LED5、LED6按鈕的勾選是否消除,同時觀察PC機(jī)控制軟件是否提示“玻璃破碎請注意!”。溫度0MAC地址E濕度0X肛5&5CDK£7
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