實踐項目一居家安防與環境監測

本模塊學習的主要內容：1、《居家安防與環境監測》項目準備2、任務1-1居家火災自動報警

3、任務1-2居家可燃性氣體泄漏報警4、任務1-3居家防盜報警5、任務1-4室內溫度檢測6、任務1-5室內濕度檢測7、《居家安防與環境監測》項目驗收智能居家解決方案視頻《居家安防與環境監測》項目準備1.實踐項目一的相關任務一、實踐項目一的相關任務及相關設備居家火災自動報警居家可燃性氣體泄漏報警居家防盜報警室內濕度檢測室內溫度檢測在住宅發生可燃性氣體泄漏時自動發出報警信號在有人非法闖入住宅時自動發出報警信號直到主人解除報警能夠正確測量室內溫度，并在設定溫度范圍外報警能夠正確測量室內濕度，并在設定濕度范圍外報警在住宅發生火災時自動發出報警信號居家安防與環境監測居家安防與環境監測功能模塊（1）設備

普通電腦1臺，傳感器與虛擬儀器應用平臺1個，火焰傳感器模塊、可燃性氣體泄漏傳感器模塊、光電對射傳感器模塊、熱敏電阻溫度傳感器模塊和濕敏電阻傳感器模塊各1個，實訓桌椅1套。（2）工具

一字儀表螺絲刀1把、打火機1個2.實踐項目一需要的設備和工具3.實踐項目一的教學要求

完成居家安防與環境監測項目各任務LabVIEW虛擬儀器的創建、硬件連線與運行，以及綜合調試工作。二、實踐項目一的教學目標1.認知目標①認識居家安防與環境監測項目中各任務的相關知識。②熟悉居家安防與環境監測項目中各任務的基本工作原理。③熟悉LabVIEW虛擬儀器在居家安防與環境監測項目中各任務的作用。④了解居家安防與環境監測項目中相關傳感器的典型應用。2.技能目標①能通過文獻檢索、網絡等查詢手段，查找居家安防與環境監測的相關知識及傳感器的外形、基本特性、適用場合、典型應用、廠商等資料，根據現場要求對常用相關傳感器進行鑒別比較和合理選擇。②能完成居家安防與環境監測項目中各任務的LabVIEW虛擬儀器平臺的界面搭建、程序設計、硬件連線和調試工作。③能綜合運用各任務完成居家安防與環境監測的項目要求及排故工作。④能夠收集、整理相關資料，綜合運用所學知識與技能，對生產系統出現的類似居家安防與環境監測項目中的檢測任務，提出合理的解決方案。3.素質目標①積極參與合作學習，與團隊成員積極溝通，能夠明確解決問題的方法和途徑，并付諸行動。②逐步養成安全、規范、環保的生產意識，重視工作秩序，保持工作場所的整潔，尊重別人和自己的勞動成果。實踐項目一的LabVIEW界面三、

完成實踐項目一任務的相關界面實踐項目一條件為“真”時的程序框圖實踐項目一外條件為“假”、內條件為“真”時的程序框圖實踐項目一條件均為“假”時的程序框圖《實踐項目一居家安防與環境監測》準備單班級

第

團隊團隊名稱

填寫人

.項目一負責人項目一各任務輪執隊長任務1-1任務1-2任務1-3任務1-4任務1-5項目實施預案項目一中各任務在虛擬儀器平臺的分布圖四、組建實踐項目一團隊及填寫準備單1.組建實踐項目一團隊

按照學號順序組織4人的項目團隊，每個團隊分2組，每組2人，根據教師事先提供的相關表格，確定團隊名稱，確認本團隊實踐項目一的負責人及實踐項目一各任務輪執隊長。2.填寫準備單實踐項目一實施預案開展項目一的項目準備工作對項目一的軟硬件資料及設備進行收集整理對項目一各任務進行分任務實施對項目一所有任務進行綜合實施對項目一進行總結、歸納，撰寫項目報告實踐項目一中各任務在虛擬儀器平臺的分布圖任務1-1任務1-4項目一、××××任務1-2任務1-3任務1-1任務1-2任務1-3任務1-5任務1-4任務1-5項目一、××××分布方式一分布方式二任務1-1居家火災自動報警

一、火災及紅外火焰傳感器1．火災原因

火的利用是人類文明進步的標志。在人類文明發展史上，從來沒有一項發明能像火影響那么大，從夸父追日到普羅米修斯偷火，從“長明燈”到“拜火教”，從鉆木燧石到火柴的產生，在人類文明前進的每一步，火的作用和影響都不容忽視。

但失去控制的火，就會給人類造成災難。在各種災害中，火災是最經常、最普遍威脅公眾安全和社會發展的主要災害之一。

引起火災的因素較多，包括人為、管理缺陷、自然界因素等。2014年香格里拉獨克宗古城火災1．火災原因

根據公安部消防局數據：2015年，全國共接報火災33.8萬起，造成1742人死亡、1112人受傷，直接財產損失39.5億元。

1．火災原因火災檢測是火災報警中不可缺少的環節，通過早期的預報可以降低火災的災害。電氣火災傳感器點型感煙火災傳感器2．火災檢測火災傳感器感煙式感溫式感光式復合式感可燃氣體式離子感煙傳感器光電感煙傳感器定溫傳感器差溫傳感器差定溫傳感器紫外火焰傳感器紅外火焰傳感器感煙感溫傳感器感煙感光傳感器

本任務將采用紅外火焰檢測傳感器。感溫電纜UV185～260nm圖像火災傳感器電氣火災2．火災檢測（1）原理

其中紅外火焰傳感器能夠探測波長在700納米～1000納米范圍內的紅外光。

紅外火焰傳感器模塊中的火焰感應探頭是光電傳感器中的光電二極管。3．紅外火焰傳感器

不同燃燒物的火焰輻射強度、波長分布有所差異，總體來說，其對應火焰溫度的紅外波長域及紫外光域具有很大的輻射強度，根據這種特性可制成紅外和紫外火焰傳感器。

它屬于內光電效應的光電晶體管，是一種能夠將光轉換成電流或者電壓信號的光探測器。（2）光電二極管（光敏二極管）（見模塊五單元1）3．紅外火焰傳感器（2）光電二極管（光敏二極管）

除了光敏二極管，還有光敏三極管、光敏晶閘管都能實現光敏二極管功能。

另外還有光敏電阻也是一種應用廣泛價格便宜的光電傳感器。（2）光電二極管（光敏二極管）二、火焰檢測傳感器模塊LM393

LM393實物圖LM393內部結構圖①具有信號輸出指示，響應時間<2μs；②單路信號輸出；③輸出口OUT，輸出TTL電平信號；④用于檢測波長在760納米～1100納米范圍內的熱源，探測角度達60度范圍；⑤靈敏度可調（精調）；⑥模塊帶安裝孔，方便固定安裝。1.產品的主要特性二、火焰檢測傳感器模塊2.火焰檢測傳感器模塊的原理R1報警信號是低電平有效。1.火災自動報警功能界面要求描述三、火災自動報警任務分析設置：①運行燈；②火災報警燈；③火災報警開關序號信號名稱代碼定義信號類型備注1傳感器信號（DI0）H輸入傳感器接采集卡DI02運行燈Y輸出顯示指示燈3報警燈B輸出顯示指示燈4報警開關K輸入輸入開關火災自動報警的相關控件信號定義2.火災自動報警的相關控件信號定義“報警開關”打開，接通電源，“運行”燈點亮，即：“火災報警”燈只有在出現火災時（傳感器信號為低電平），且打開“報警開關”，“火災報警”燈才亮，即：

注：“火焰檢測傳感器模塊”信號通過“數字輸入通道0”（采集卡的DI0端口）輸入到虛擬儀器的平臺中。3.火災自動報警各控件的邏輯關系

任務1-1的制作流程建立項目一的LabVIEW文件編輯任務1-1的LabVIEW檢測界面任務1-1的程序設計任務1-1的硬件連線和運行調試任務分工：輪值隊長做“程序設計”這一步，其余按照輪流

操作的原則進行分工。注：程序設計及硬件連線與運行調試見二維碼視頻四、火災自動報警的LabVIEW程序設計1.LabVIEW檢測界面（前面板）的制作火災自動報警LabVIEW檢測界面（前面板）1.LabVIEW檢測界面（前面板）的制作①運行LabVIEW軟件，新建VI；②編輯文本及修飾邊框；③添加2個“指示燈”和1個“開關”；④“文件”另存為計算機相應位置，修改文件名，確定保存。2.LabVIEW程序框圖（后面板）的設計火災自動報警的LabVIEW程序框圖2.LabVIEW程序框圖（后面板）的設計①創建while循環框并設置循環時間；②創建DAQ采集卡屬性“特性助手”和“信號通道”控件；③創建DAQ采集卡的“開始任務”和“清除任務”控件；④創建DAQ采集卡的“讀取信號”控件；⑤創建2個“索引數組”及“數值至布爾數組轉換”控件；⑥創建“與”、“非”邏輯功能控件；⑦2個“指示燈”和1個“開關”的圖標去除“顯示為圖標”，并按圖進行連線；⑧對前面板上的“停止按鈕”右擊取消標簽，保存文件。五、火災自動報警的硬件連線與運行調試火焰檢測傳感器模塊+5VGNDOUT直流電源+5VGND計算機USB數據采集卡DGNDDI1USB（1）火焰檢測傳感器模塊的電源與直流電源相連；（2）火焰檢測傳感器模塊的輸出OUT與數據采集卡DI1相連并且共地；（3）數據采集卡的USB與計算機的USB相連。1.硬件連線五、火災自動報警的硬件連線與運行調試2.運行與調試①右擊程序框圖中的DAQNavi特性助手

控件，設置其屬性DAQNaviComponent為“StaticDI”，Device為“USB-4704,BID#0”，其余不變；數據采集卡“特性助手”控件開關量的設置五、火災自動報警的硬件連線與運行調試2.運行與調試②單擊工具欄運行按鈕運行程序，在前面板上單擊任務“居家火災自動報警”中的“火災報警開關”，即打開“火災報警開關”，“運行燈”點亮，調節火焰檢測傳感器模塊的靈敏度調節旋鈕，使之正常光線下“火災報警燈”不亮，在距離火焰檢測傳感器模塊15~25cm的地方點燃打火機，觀看“火災報警燈”是否點亮，如沒有出現報警現象，則將點燃的打火機緩慢移近傳感器，使“火災報警燈”點亮，關閉打火機，則“火災報警燈”熄滅。1.氣體濃度氣體濃度的表示方法有兩種：

質量濃度表示法：每立方米空氣中所含特定氣體的質量數，即mg/m3

體積濃度表示法：一百萬體積的空氣中所含特定氣體的體積數，即ppm。濃度單位ppm與mg/m3的換算：按下式計算：式中，M為氣體分子量，P為氣體壓力T為氣體溫度，ppm為體積濃度一、氣體濃度檢測的基本概念任務1-2居家可燃性氣體泄漏報警

2.氣體濃度檢測

氣體濃度檢測廣泛應用于燃氣、石油、化工、冶金等存在易燃、易爆、毒性氣體的危險場所，是廠礦企業安全生產必備的技術手段。煤礦化工常用的氣體濃度檢測方式有氣敏電阻、紅外吸收式、超聲波檢測法及電化學法等。檢測方法檢測原理特點及適用場合氣敏電阻因被測氣體的吸附過程中產生粒子交換，宏觀上呈現為氣敏電阻阻值相應變化。需加熱至一定溫度，具一定非線性，適合氣體泄漏報警紅外吸收式當紅外光線通過氣體組分時，氣體分子有選擇性的吸收具有特殊頻率的光子，宏觀上表現為紅外光強度的減小。不同氣體特征吸收光譜不同，會在某一特定波段吸收特性最強。測量精度高，動態范圍寬，線性、靈敏度較高。因不同氣體吸收帶不同，可實現多種氣體的濃度精確檢測。超聲波法超聲波傳播速度隨二元混合氣體組分的比例不同而變化，基于這一原理,通過準確地測量聲速的變化就可以計算出所測氣體的濃度。靈敏度高，抗干擾能力強，動態范圍大。可用于多種微量氣體濃度的精確測量。電化學法通過電解液與被測氣體發生反應并產生與氣體濃度成正比的電信號來工作。實現簡單，用于一般場合氣體濃度檢測。氣體濃度檢測方式分類表

氣體濃度檢測按被測氣體化學性質分為氧化性氣體檢測和還原性氣體檢測；按氣體作用分為易燃易爆氣體、有毒氣體、環境氣體等。分類檢測氣體對象應用場合易燃易爆氣體液化石油氣、天然氣、煤氣、焦爐煤氣、礦道瓦斯氣、氫氣等家庭、煤礦、冶金、化工有毒氣體一氧化碳、硫化氫、鹵素、鹵化物、氨氣、甲醛等家庭、煤礦、冶金、化工環境氣體氧氣、大氣污染等地下工程、汽車尾氣、溫室等工業氣體燃燒過程氣體控制等鍋爐、冶煉、內燃機等其它災害煙霧、酒精檢測等賓館、公共場所火災檢測、交通安全氣體濃度檢測對象分類表3.氣敏電阻傳感器的工作原理

當氣敏電阻加熱到穩定狀態，氣體接觸到氣敏電阻表面而被吸附時，如果氣敏電阻材料的功函數小于吸附分子的電子親和力，則氣體分子得到電子，氣敏電阻內自由電子密度變小，阻值變大；

反之氣體分子失去電子，氣敏電阻內自由電子密度變大，阻值變小。SnO2氣敏電阻氣體吸附時阻值的變化

氣敏電阻工作時必須加熱到（200～300）℃，其目的是加速被測氣體的化學吸附和電離過程并燒去氣敏電阻表面的污物（起清潔作用），提高器件的靈敏度和響應速度。3—燒結體5—加熱電極6—工作電極7—加熱回路電源8—測量回路電源基本測量轉換電路3.氣敏電阻傳感器的工作原理

按被測氣體性質，氣敏電阻可分為：測量還原性氣體和測量氧化性氣體濃度的兩大類。氣體的成分、濃度等參數變化電阻發生變化轉換為電流、電壓信號↓↓氣敏電阻傳感器氣體濃度檢測工作過程：氣敏電阻工作原理各種氣敏電阻傳感器外形圖酒精傳感器NH3傳感器一氧化碳傳感器甲烷傳感器MQ-2氣敏電阻傳感器模塊主要應用：適用于家庭或工廠的氣體泄漏監測裝置，適宜于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等監測裝置，探測可燃氣體、煙霧，測量范圍300至10000ppm。MQ-2氣敏電阻傳感器模塊+5VDOUTAOUTGND二、MQ-2氣敏電阻傳感器模塊①具有信號輸出指示；②雙路信號輸出（模擬量輸出及TTL電平輸出）；③TTL輸出有效信號為低電平；④模擬量輸出0~5V電壓，濃度越高電壓越高；⑤對液化氣、丁烷、甲烷、煙霧等有較好的靈敏度；⑥使用壽命長、穩定性好；⑦具有快速響應恢復特性。二、MQ-2氣敏電阻傳感器模塊1.產品的主要特性MQ-2氣敏傳感器模塊原理圖2.MQ-2氣敏電阻傳感器模塊的原理三、可燃性氣體泄漏報警的任務分析

1.燃氣泄漏報警功能界面要求描述設置：①運行燈；②泄漏報警燈；③泄漏報警開關序號信號名稱代碼定義信號類型備注1傳感器信號（DI1）H輸入傳感器接采集卡DI12運行燈Y輸出顯示指示燈3報警燈B輸出顯示指示燈4報警開關K輸入輸入開關可燃性氣體泄漏報警的相關控件信號定義2.可燃性氣體泄漏報警的相關控件信號定義

注：“可燃性氣體泄漏傳感器模塊”信號通過“數字輸入通道1”（采集卡的DI1端口）輸入到虛擬儀器的平臺中。3.可燃性氣體泄漏報警各控件的邏輯關系（與任務1-1相同）四、可燃性氣體泄漏報警的LabVIEW程序設計（與任務1-1相似）1.LabVIEW檢測界面（前面板）的制作可燃性氣體泄漏報警LabVIEW檢測界面（前面板）1.LabVIEW檢測界面（前面板）的制作①打開已有任務1-1的VI文件；②如圖編輯任務1-2的標題文本；③在程序框圖（后面板）中將while循環向下拉大；④與任務1-1操作相同添加2個“指示燈”和1個“開關按鈕”；⑤添加本任務的修飾邊框；⑥保存文件。2.LabVIEW程序框圖（后面板）的設計可燃性氣體泄漏的LabVIEW程序框圖2.LabVIEW程序框圖（后面板）的設計①如圖在函數選板選擇“索引數組”，創建常量1；②在函數選板選擇“與”和“非”；③圖標去除“顯示為圖標”，按圖進行連線；④保存文件。五、可燃性氣體泄漏報警的硬件連線與運行調試直流電源+5VGND計算機USB數據采集卡DGNDDI1USB（1）MQ-2氣敏電阻傳感器模塊的電源與直流電源相連；（2）MQ-2氣敏電阻傳感器模塊的輸出DOUT與數據采集卡DI0相連并且共地；（3）數據采集卡的USB與計算機的USB相連。1.硬件連線MQ-2

氣敏電阻傳感器模塊+5VGNDDOUTAOUT五、火災自動報警的硬件連線與運行調試2.運行與調試①單擊工具欄運行按鈕

運行程序，在前面板上單擊任務1-2中的“泄漏報警開關”，使“泄漏報警開關”打開，“運行燈”點亮，調節MQ-2煙霧氣敏電阻傳感器模塊的靈敏度調節旋鈕，使之沒有可燃性氣體泄漏的情況下泄漏報警燈不亮，即不出現報警現象；②氣體打火機點燃后吹滅，將熄滅的氣體打火機靠近MQ-2煙霧氣敏電阻傳感器，則“泄漏報警燈”點亮，即出現報警現象；③關閉打火機，則“泄漏報警燈”熄滅。1．防盜（1）防盜

防盜就是防備各種有形財產、無形財產被他人惡意的拿、偷、扒、搶、盜。主要通過鎖具、防盜報警器等硬件實現防盜功能。

防盜設備中，重要一種是鎖具。從古代的木門閂、木鎖、密碼鎖、簧片鎖、金屬鎖，發展到如今的各類智能指紋、虹膜鎖等。主要起被動防盜作用。一、防盜檢測的基本概念任務1-3居家防盜報警報警

（2）防盜檢測方法圖像識別主要通過視頻監控實現檢測。位置檢測是目前防盜檢測報警中最主要的一部分。包括磁性檢測、射頻、微波、超聲波、紅外等。防盜檢測方法圖像識別視頻探頭射頻微波式位置檢測超聲波式紅外磁性檢測目前主流防盜檢測包括位置檢測、圖像識別檢測等。圖像識別—視頻監控利用視頻探測，將相應的人臉及其動作進行圖像識別和分析，進而判斷其是否有盜竊等行為。（2）防盜檢測方法可以用于住宅、小區、倉庫等防盜監視。目前識別準確度有待進一步提高。位置檢測—磁性常見的包括門磁、聲磁、窗磁等檢測方式。可以用于商場、住宅等防盜報警場合。可靠性高，安裝方便。（2）防盜檢測方法位置檢測—射頻射頻防盜是一種無線射頻技術的工具，通過感應相應標簽進行防盜檢測。可以用于商場、超市、倉庫等防盜報警場合。可靠性高，使用方便。微波信號遇到移動物體反射后會產生多普勒效應，使反射后的微波信號與發射波信號的頻率會產生微小的偏移。在商場和倉庫可以用于封鎖通道、柜臺、貨架。在別墅區封鎖大門和過境河湖，在住宅可封鎖陽臺和外窗，都很有效。位置檢測—微波檢測位置檢測—超聲波檢測

超聲波防盜報警器與微波防盜報警器原理一樣，都是應用多普勒原理。對地毯、窗簾和布等軟質材料反射效果較差。目前在汽車上應用較為廣泛。（2）防盜檢測方法紅外檢測包括紅外探測器、紅外對射報警器等，是光電傳感器的一種。可以較為方便的實現人員位置的檢測。在住宅、周界防盜探測應用較多。位置檢測—紅外檢測（2）防盜檢測方法（1）位置位置是物體所處空間的地點。位移是指一個質點在運動過程中的位置變化。2.位置檢測概述位置檢測的重要器件是位置傳感器，能感受被測物的位置，并轉換成有用的輸出信號。位置傳感器有接觸開關式和接近開關式（非接觸式）兩種。接近開關式位置傳感器通常檢測的是物體接近的信息，它不僅能代替有觸頭行程開關來完成行程控制和限位保護，還可用于計數、測速、液面控制、零件尺寸檢測等。

（2）位置檢測的基本概念位置傳感器接觸式行程開關二維矩陣式位置傳感器電感式（電渦流）電容式本任務將采用光電式接近開關傳感器。霍爾式非接觸式超聲波式光電式磁性（2）位置檢測的基本概念1．光電位置傳感器一般由發射器和接收器組成，由發射器的發光元件進行發光，并通過接收器的光接收元件進行接收。常見的是恒定光源（發射器）發出的光經過被測物反射或遮擋后到達光電元件（接收器）上。二、光電位置傳感器簡介

（1）原理（見模塊五單元2）接近開關位置傳感器一般由感應頭、開關電路、保護器、狀態指示燈、防水外殼等部分組成，并且把這些組成部分做在同一殼體內，其殼體通常為有螺紋的柱狀或有固定安裝孔，便于工程安裝和調試。接近開關有常開、常閉、自鎖、NPN輸出、PNP輸出多種工作模式。輸出形式有直流二線、直流三線、直流四線及交流二線。（2）常用光電接近開關的接線方式四線制二線制三線制①定位控制②限位控制③計數及計數控制④物位控制⑤邏輯控制⑥安全保護控制物位控制層門轎門轉速測量定區域式光電開關咖啡罐流水線運行方向罐裝高度檢測儲料倉加工定位（3）光電接近開關的應用（1）主要芯片及應用2．光電對射傳感器模塊主要芯片：LM393、光電對射開關；工作電壓：直流3-5V；主要應用：可用于工件計數、電機測速等等。（2）產品主要特性①具有信號輸出指示；②單路信號輸出；③輸出有效信號（光電接受管接受到紅外線時）為低電平；④靈敏度不可調；⑤輸出口OUT輸出高低電平信號（開關量），高電平為3.8V，低電平為0V。（3）光電對射檢測傳感器模塊的原理有遮擋信號高電平輸出光電對射檢測傳感器模塊原理圖1．居家防盜報警的功能界面要求描述注：考慮到防盜報警特殊性，報警后，報警狀態的取消，需要單獨開關設置，因此加入取消按鈕。三、居家防盜報警的任務分析設置：①運行燈；②防盜報警燈；③防盜報警開關；④取消報警按鈕序號信號名稱代碼定義信號類型備注1傳感器信號（DI2）U輸入傳感器接采集卡DI22運行開關K輸入輸入開關3取消按鈕C輸入輸入按鈕4運行燈Y輸出顯示指示燈5防盜報警燈W輸出顯示指示燈2.居家防盜報警的相關控件信號定義居家防盜報警的相關控件信號定義（1）“報警條件”，兩種情況：①初次報警，接收到報警信號，“取消報警”按鈕未按下，滿足報警條件B，設備打開，燈亮；②之前已經報警狀態，而且未按下“取消報警”按鈕，保持“報警”狀態。運行燈，由運行開關決定3.居家防盜報警各控件的邏輯關系

初次報警報警保持（2）“不報警條件”，三種情況：①初始，未滿足報警條件B，即B為“假”；②按下“取消報警”按鈕，取消“報警”狀態；③關閉運行開關。初始未報警取消報警1．LabVIEW檢測界面（前面板）的制作四、居家防盜報警的LabVIEW程序設計①打開已有任務1-1、任務1-2的VI文件；②如圖設計防盜檢測界面（前面板），與任務1-2相似；③作為取消報警的按鈕，在屬性中的操作按鈕動作選擇保持轉換直到釋放，標簽不顯示，將按鈕上“取消”改為“取消報警”；④保存文件。2.LabVIEW程序框圖（后面板）的設計任務1-1、1-2、1-3的LabVIEW程序框圖2.LabVIEW程序框圖（后面板）的設計①放置循環體（同前任務）②選擇采集卡配套配置模塊控件（同前任務）③數據轉換、放置布爾功能邏輯函數（同前任務）④放置條件結構函數和真假變量

注意：條件結構函數的條件，以及“真”、“假”狀態，放置真假變量。⑤放置移位寄存器:在while循環體一側添加移位寄存器。⑥連線并保存（同前任務）五、居家防盜報警的硬件連線與運行調試光電對射傳感器模塊+5VGNDOUT直流電源+5VGND計算機USB數據采集卡DGNDDI2USB（1）光電對射傳感器模塊的電源與直流電源相連；（2）光電對射傳感器模塊的輸出OUT與數據采集卡DI2相連并且共地；（3）數據采集卡的USB與電腦的USB相連；1.硬件連線五、居家防盜報警的硬件連線與運行調試2.運行與調試①單擊工具欄運行按鈕運行程序，在LabVIEW檢測界面（前面板）上單擊任務1-3中的“防盜報警開關”，此時“運行燈”點亮、“防盜報警燈”不亮；②將手指放在光電對射傳感器模塊的“門框”內，則“防盜報警燈”點亮；③手指移除后報警沒有消除；④按下“取消報警”按鈕后報警燈才熄滅。（1）溫度及表示方法溫度（temperature）是表示物體冷熱程度的物理量，微觀上來講是物體分子熱運動的劇烈程度。任務1-4室內溫度檢測

一、溫度檢測的基本概念1.溫度及溫度的影響溫度單位有多種，其中主要用的有攝氏度、開爾文、華氏度攝氏度（℃）發明者是安德斯·攝爾修斯，其結冰點是0度，沸點為100度。包括中國在內的世界上很多國家使用。1.溫度及溫度的影響（1）溫度及表示方法開爾文（K）是熱力學溫度單位，等于水的三相點熱力學溫度的（1/273.16，即0.01℃），是國際單位，學術上使用。華氏度（℉）以發明者德國人華倫海命名，其結冰點是32度，沸點212度。主要在美國及其他一些英語國家使用。三種溫標制換算關系T——絕對溫度，0攝氏度常取近似值273t

——攝氏度（單位—℃）tf

——華氏度（單位—oF）1.溫度及溫度的影響（1）溫度及表示方法對環境影響。由于人類活動，地球整體氣溫在上升，使得溫室效應明顯，各類厄爾尼諾現象多發，使得極端天氣的出現頻繁，影響著整個地球的生態平衡與人類的和諧發展。對物質特性影響。包括物體的密度、體積、電特性等。對人體影響。生理學家研究認為，30℃左右是人體感覺最佳的環境溫度，也是最接近人皮膚的溫度。到42℃人體已經無法呼吸，不降溫的話，會使人死亡。1.溫度及溫度的影響（2）溫度的影響

溫度并不能直接測量，只能通過物體隨溫度變化的某些特性來間接測量。比如：膨脹測溫，壓力測溫，電學測溫，磁學測溫，聲學測溫，頻率測溫等。2．溫度檢測熱敏電阻傳感器玻璃溫度計溫度傳感器接觸式熱電偶傳感器半導體傳感器熱電阻傳感器輻射測溫傳感器聲學測溫傳感器熱敏電阻傳感器IC溫度傳感器本任務將采用熱敏電阻傳感器。磁學測溫傳感器非接觸式紅外輻射溫度計2．溫度檢測1．熱敏電阻溫度傳感器（見模塊二單元4）可以分為：PTC、NTC和CTR三種熱敏電阻利用半導體電阻與溫度存在著某種關系的半導體測溫元件。二、熱敏電阻溫度傳感器簡介穩定性差，一致性差（同一型號差3~5%）靈敏度高（可測量0.001～0.005度的微小變化）熱慣性小，結構簡單，使用廣泛。特點或（1）公式法：阻值與溫度滿足以下關系

計算方法有公式法和查表法1．熱敏電阻溫度傳感器（見模塊二單元4）（2）查表法：如右表R25=5KΩ±2%，B25/50=3470K，料號：A31B，版本：AT(℃)R(KΩ)T(℃)R(KΩ)T(℃)R(KΩ)T(℃)R(KΩ)T(℃)R(KΩ)-4084.397-2437.528-919.353710.133225.617-3980.069-2335.805-818.56489.739235.403-3875.962-2234.177-717.81299.361245.197-3772.071-2132.638-617.094108.998255-3564.912-2031.183-516.408118.649264.811-3461.628-1929.805-415.752128.315274.629-3358.531-1828.5-315.124137.993284.455-3255.61-1727.263-214.524147.684294.288-3152.856-1626.09-113.949157.388304.128-3050.261-1524.976013.399167.103313.975-2947.815-1423.918212.366176.829323.827-2845.509-1322.913311.882186.567333.687-2743.336-1221.956411.417196.315343.551-2641.286-1121.046510.971206.073353.422-2539.353-1020.179610.544215.84363.298其中R0為T0時的電阻，T為絕對溫度，B=1500～3000K測微弱的溫度變化，點溫、面溫，快速溫度測量，低精度測溫；溫度補償；溫度開關；溫度控制等。主要應用:1．熱敏電阻溫度傳感器（見模塊二單元4）電阻溫度補償溫度測量PTC溫度開關1．熱敏電阻溫度傳感器（見模塊二單元4）電源正VCC電源負GND開關信號輸出模擬信號輸出熱敏電阻溫度傳感器模塊功能示意圖2.熱敏電阻溫度傳感器模塊主要應用：

與各種單片機開發板、機器人控制器相連接，環境溫度檢測與控制，制作互動作品與智能機器人等。（1）主要性能及應用模塊工作電壓：

直流3.3～5V；輸出形式：DO數字開關量輸出（0和1）和AO模擬量電壓輸出；通過電位器，可改變溫度檢測的閥值，DO輸出低電平有效；AO輸出端，可測量溫度，檢測范圍為10～80攝氏度。（2）熱敏電阻溫度傳感器模塊的原理熱敏電阻溫度傳感器模塊原理圖報警信號是低電平有效1．室內溫度檢測功能界面要求描述室內溫度檢測的檢測界面三、室內溫度檢測的任務分析設置：①溫度上下限報警點；②溫度數字顯示；③溫度標尺顯示；④溫度報警開關；⑤溫度報警燈；⑥濕度測量開關。序號信號名稱代碼定義信號類型備注1傳感器信號（AI0）u1輸入傳感器接采集卡AI02溫度上報警點TG輸入滑塊設置3溫度下報警點TD輸入滑塊設置4測量溫度按鈕KC輸入輸入按鈕5溫度報警開關KB輸入輸入開關6溫度報警燈LB輸出顯示指示燈7溫度數字顯示TS輸出數字輸出8溫度標尺顯示TB輸出標尺輸出2．室內溫度檢測的相關控件信號定義室內溫度檢測的相關控件信號定義3．室內溫度檢測各控件的邏輯關系①溫度報警燈LB與溫度上報警點TG、溫度下報警點TD以及溫度報警開關KB之間的邏輯關系

需要滿足條件：溫度T＜溫度下限報警點TD

或者濕度T＞溫度上限報警點TG；并且溫度報警開關KB打開，即：

LB=((T＜TD

)+(T＞TG

))

●KB4．溫度T與熱敏電阻傳感器模塊輸出電壓u1的關系3．室內溫度檢測各控件的邏輯關系②測量開關按鈕KC與溫度顯示的邏輯關系測量開關按鈕KC打開則溫度數據通過可以顯示測量值并進行后續的比較等邏輯運算，關閉則不顯示測量值。

經測試室內溫度范圍內熱敏電阻溫度傳感器模塊輸出的電壓信號u1（V）與溫度顯示信號t（℃）的關系為四、室內溫度檢測的LabVIEW程序設計1.LabVIEW檢測界面（前面板）的制作室內溫度檢測的檢測界面①打開任務1-1~任務1-3的VI文件；②編輯標題文本，添加修飾邊框；③將while循環拉大；④添加相關控件并修改標簽，其中“確定按鈕”屬性選擇“單擊時轉換”；⑤保存文件。2.LabVIEW程序框圖（后面板）的設計室內溫度檢測的LabVIEW程序框圖參照程序框圖進行如下操作:①將各控件圖標變小，創建DAQ采集卡“特性助手”和信號通道（模擬輸入）控件；2.LabVIEW程序框圖（后面板）的設計②創建DAQ開始任務，創建讀取信號控件；③信息數據轉換：添加“索引數組”、“小于？”、“大于？”和“選擇”控件；④邏輯功能控件：添加“公式節點”修改標簽，設置輸入、輸出，添加公式（注意：公式后面的“;”是英文分號），添加“與”、“或”；⑤完成連線，并保存文件。五、室內溫度檢測的硬件連線與運行調試直流電源+5VGND計算機USB數據采集卡AGNDAI0USB（1）熱敏電阻溫度傳感器模塊的電源與直流電源相連；（2）熱敏電阻溫度傳感器模塊的模擬量輸出AO與數據采集卡AI0相連并且共地；（3）數據采集卡的USB與電腦的USB相連；1.硬件連線熱敏電阻

溫度傳感器模塊VCCGNDAODO五、室內溫度檢測的硬件連線與運行調試2.運行與調試①右擊程序框圖中模擬量的DAQNavi“特性助手”控件，設置其屬性對話框DAQNaviComponent為“InstantAI”，Device為“USB-4704,BID#0”，起始通道（channelstart）為0，停止通道（channelstop）為0（此為單通道方式），Device為“USB-4704,BID#0”，其余不變；數據采集卡“特性助手”控件模擬量的設置五、室內溫度檢測的硬件連線與運行調試2.運行與調試②單擊運行按鈕運行程序，在前面板上單擊溫度測量開關和溫度報警開關，觀察溫度顯示值、溫度報警燈是否點亮，可以調節溫度上限、下限報警的標尺，改變報警燈的亮與暗；③LabVIEW檢測的室內溫度與普通溫度計對比看看有什么不同。如果用普通溫度計作為標準溫度計，則其差值可以用來校正虛擬儀器檢測的溫度值；④用手捏住熱敏電阻溫度傳感器模塊的熱敏電阻溫度傳感器看看溫度是否變化。1.濕度的基本概念人們都有體會，在夏季的梅雨季節空氣濕度大，抑制人體散熱，人感覺悶熱和煩躁。在秋冬季空氣干燥，人感覺口干舌燥、易上火，甚至產生咽喉腫痛、鼻出血等現象。一、濕度檢測的基本概念任務1-4室內濕度檢測

濕度是表示大氣干燥程度的物理量，簡單說空氣的干濕程度叫做“濕度”。（1）濕度的定義1.濕度的基本概念（2）濕度及表示方法濕度①絕對濕度：是指一定大小的空間中水蒸氣的絕對含量，用kg/m3表示，也可稱為水汽濃度或水汽密度。②相對濕度：表示大氣中實際水汽壓與當時溫度下的飽和水汽壓之比的百分數，常用%RH表示。③露點溫度：空氣中水汽含量和氣壓不變的條件下冷卻達到飽和時的溫度，單位用攝氏度（℃）表示，取小數一位，當該溫度低于零攝氏度時，又稱為霜點。（3）濕度的影響如在熱工設備里會引起受熱局部不均①水蒸氣的凝結將給儀器設備帶來各種危害1.濕度的基本概念物體表面會附著一層水膜，并滲入材料內部；降低絕緣強度，造成漏電、擊穿和短路現象；加速金屬材料的腐蝕并引起有機材料的霉爛。②濕度對電子元件的影響（3）濕度的影響1.濕度的基本概念③濕度對人體的影響

現代醫療氣象研究表明，對人體比較適宜的相對濕度為：夏季室溫25℃時，相對濕度控制在40%～50%比較舒適；冬季室溫20℃時，相對濕度控制在60%～70%比較好。（3）濕度的影響1.濕度的基本概念①干濕球法：利用干濕球溫度之差與環境空氣的相對濕度之間的關系，達到測量相對濕度的目的。②伸縮法：利用毛發等材料的長度與相對濕度變化的關系來測量相對濕度。

另外還有重量法、冷凝露點法和氯化鋰露點法。干濕球濕度計毛發濕度計露點濕度計（1）傳統濕度測量方法與儀器2.濕度的檢測方法①電容法：是利用濕敏元件的電容值隨環境濕度變化的特性進行濕度測量的。②電阻法：是利用濕敏元件的電阻值和電阻率隨環境濕度變化的特性進行濕度測量的。

另外還有重量型諧振法、光學法和微波法。微波濕度計電阻法濕度計電容法濕度計（2）現代濕度測量方法與傳感器2.濕度的檢測方法濕度檢測動畫演示2.濕度的檢測方法濕敏電阻是利用濕敏材料吸收空中的水分而使濕敏材料電阻值發生變化這一原理而制成的。1.濕敏電阻（見模塊二單元6）（1）濕敏電阻的原理及類型濕敏電阻①半導體陶瓷濕敏電阻：是不同類型的金屬氧化物其電阻率隨濕度的增加而下降。②氯化鋰濕敏電阻：利用濕敏元件的吸濕和脫濕過程中，水分子分解出離子H+的傳導狀態發生變化，其電阻值隨濕度而變化。③有機高分子濕敏電阻：當空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時，元件的電阻率和電阻值都發生變化。二、濕敏電阻簡介1.濕敏電阻（2）濕敏電阻的特性及用途特性用途溫度的依存性小空調、加濕器、除濕機磁滯小樓宇空調再現性和應答性良好事務設備濕度感知范圍廣禮品（時鐘、天氣預報計）小型、輕量干燥機2.HR202濕敏電阻HR202濕敏電阻HR202濕敏電阻是一種有機高分子膜濕敏電阻，其外形如圖所示。◆濕敏電阻工作過程：

水分子極易吸附于固體表面→滲透到固體內部→電阻值變化。◆HR202濕敏電阻的特點：HR202濕敏電阻具有線性好、高性價比、能耗低、測量范圍寬、響應迅速、抗污染能力強、性能穩定等特點。HR202濕敏電阻外形圖◆HR202濕敏電阻的使用場合可以應用于倉儲、車廂、居室內空氣質量控制、樓宇自控、醫療、工業控制系統及科研領域等方面。2.HR202濕敏電阻三、HR202濕敏電阻傳感器模塊HR202濕敏電阻傳感器模塊實物及功能示意圖1.主要芯片及應用主要芯片：LM393、HR202濕敏電阻；工作電壓：直流3~5V；主要應用：檢測濕度、雨滴等的場合。①具有信號輸出指示，低電平時輸出指示燈亮；②帶TTL電平信號和模擬信號輸出；③濕度輸出有效信號為低電平，靈敏度可調；④帶安裝孔，方便固定安裝；⑤電路板輸出開關量，可接單片機IO口；⑥濕度檢測精度為±5%RH；⑦濕度檢測范圍：20～90%RH。2.產品主要特點

如圖所示為模擬輸出濕度傳感器模塊的原理圖，圖中R1為HR202濕敏電阻，雙電壓比較器集成電路LM393的一個電壓比較器U1用于電壓比較，另一個電壓比較器U2作為運算放大器用于電壓放大。3.HR202濕敏電阻傳感器模塊的工作原理u+u-u+HR202濕敏電阻傳感器模塊原理圖①開關量輸出

在環境濕度低于設定的條件下，R1電阻值較大，LM393同相端u+>反相端u-,LM393的1號引腳輸出高電平，LED指示燈不亮，即開關量輸出高電平；在環境濕度高于設定的條件下，R1電阻值較小，LM393中U1的同相端u+<反相端u-，LM393的1號引腳輸出低電平，LED指示燈亮，即開關量輸出低電平。調節R3可以改變比較器的閥值電壓，起到調節環境濕度設定值的作用。3.HR202濕敏電阻傳感器模塊的工作原理②模擬量輸出濕敏電阻R1的分壓輸出到LM393中U2的同向端，由圖1-5-4可知，U2的反向端與輸出端之間連接了一個電阻R5，所以U2實際上是一個電壓跟隨器，其輸入電阻大、輸出電阻小，能真實地將反映環境濕度的檢測信號通過模擬信號輸出口（AOUT）輸出，環境濕度越大，則濕敏電阻R1的阻值越低，輸出電壓也越小。3.HR202濕敏電阻傳感器模塊的工作原理設置①濕度上下限報警點；②數值顯示濕度值；③儀表盤顯示濕度值；④濕度報警開關；⑤濕度報警燈、濕度正常燈；⑥濕度測量開關；⑦轉盤。1.室內濕度檢測的功能界面要求描述四、室內濕度檢測的任務分析室內濕度檢測的檢測界面序號信號名稱代碼定義信號類型備注1傳感器信號（AI1）U2輸入傳感器接采集卡AI12濕度上限報警點HG輸入滑塊設置3濕度下限報警點HD輸入滑塊設置4測量開關按鈕KC輸入輸入按鈕5報警開關KB輸入輸入開關6濕度報警燈LB

輸出顯示指示燈7濕度正常燈LZ

輸出顯示指示燈8濕度數字顯示HS輸出數字輸出9濕度標尺顯示HB輸出標尺輸出2.室內濕度檢測的相關控件信號定義室內濕度檢測的相關控件信號定義3.室內濕度檢測各控件的邏輯關系①濕度報警燈LB與濕度上報警點HG、濕度下報警點HD以及報警開關KB之間的邏輯關系需要滿足條件：濕度h＜濕度下限報警點HD

或者濕度h＞濕度上限報警點HG；并且報警開關KB打開，即：

LB=((h＜HD

)+(h＞HG

))

●KB②濕度正常燈LZ與濕度報警燈LB之間的邏輯關系4.濕度h與濕敏電阻傳感器模塊輸出電壓u2的關系3.室內濕度檢測各控件的邏輯關系③測量開關按鈕KC與濕度顯示的邏輯關系測量開關按鈕KC打開則濕度數據通過可以顯示測量值并進行后續的比較等邏輯運算，關閉則不顯示測量值。1．LabVIEW檢測界面（前面板）的制作

其步驟與任務1-4相似，增加一個采樣速度轉盤：標簽修改為“