玻璃破碎传感器

【实验基础】实验学时2学时实验目的•掌握智能家居中玻璃破碎传感器的工作原理•学会使用ZigBee节点对玻璃破碎传感器进行控制实验环境PC机一台（内安装IAR平台）无线路由一个智能网关一个ZigBee节点1ZigBee节点9ZigBee仿真器一套【实验原理】一.玻璃破碎传感器应用原理原理压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，属于无机非金属材料，这是一种具有压电效应的材料，可作为无源传感器件。所谓压电效应是指某些介质在力的作用下，产生形变，引起介质表面带电，这是正压电效应。反之，施加激励电场，介质将产生机械变形，称逆压电效应。利用压电陶瓷片的压电效应，可以制成玻璃破碎入侵传感器。对高频的玻璃破碎声音（10k〜15kHZ）进行有效检测，而对lOkHZ以下的声音信号（比如说话、走路声）有较强的抑制作用。玻璃破碎声发射频率的高低、强度的大小同玻璃厚度、面积有关。使用石英玻璃在25摄氏度，湿度25%时的破碎频率为12KH.分类玻璃破碎传感器按照工作原理的不同大致分为两大类：一类是声控型的单技术玻璃破碎传感器，它实际上是一种具有选频作用（带宽10到15KHz）的具有特殊用途（可将玻璃破碎时产生的高频信号驱除）的声控报警传感器。另一类是双技术玻璃破碎传感器，其中包括声控-震动型和次声波-玻璃破碎高频声响型。声控-震动型是将声控与震动探测两种技术组合在一起，只有同时探测到玻璃破碎时发出的高频声音信号和敲击玻璃引起的震动，才输出报警信号。次声波-玻璃破碎高频声响双技术传感器是将次声波探测技术和玻璃破碎高频声响探测技术组合到一起，只有同时探测敲击玻璃和玻璃破碎时发出的高频声响信号和引起的次声波信号才触发报警。玻璃破碎传感器内的压电陶瓷敏感元件多是由锆钛酸一类材料制成的。由压电效应，当在压电陶瓷片上加上音频电压时，压电陶瓷片就会发声(一般作为发声片或压电喇叭)，同样，使压电陶瓷产生振动时，它能输出一定电压，玻璃破碎传感器正是利用这一特性制成的。玻璃破碎传感器中与压电陶瓷并联的一只15-25千欧的电阻作用是降低传感器内部的阻抗。压电陶瓷的用途非常广泛。压电陶瓷具有敏感的特性，可以将极其微弱的机械振动转换成电信号,频率稳定性好，精度高及适用频率范围宽，而且体积小、不吸潮、寿命长。传感器的监测范围为一整个房间(与窗户多少无关)。同时它的灵敏度连续可调,保证可以根据环境情况设定一个最佳工作点——防误报而不减灵敏度。特点玻璃破碎传感器的特点包括以下几点：全音频及次声波段频率分析，能精确区分金属，小片玻璃的碎声及真正的玻璃碎声。7个特殊频率数字滤波器，数字放大增益和频率振幅分析。可分析振动和冲击的波动。抗电磁干扰及辐射。在我们的智能家居实训系统中在选用了声控-震动型玻璃破碎传感器，主声控-震动型玻璃破碎传感器在检测到有玻璃破碎时会在信号线输出低点平，我们将ZigBee节点的信号线与其相连接。然后将节点和传感器的地线连接到一起，就可以得到两种状态，当信号线获得高电平时为正常检测状态，若变为低电平则说明有报警信息，所以我们只需要模拟这两种不同的状态信息就能模拟主动式红外对射传感器在智能家居系统中的应用。图7-1玻璃破碎传感器【实验步骤】本实验以对ZigBee节点的高低电平输入玻璃破碎传感器所产生的报警信号，具体操作将在实验中说明。

参照实验2中对于ZigBee节点程序下载的方法(注意调试小组所分配的信道，以防止各个实验组之间干扰)，将实验7程序下载到ZigBee节点9中，ZigBee节点9的工程文件在“实验程序\实验7\Projects\zstack\Samples\Sensor1.25\CC2430DB”内。程序验证首先将ZigBee协调器和网关相连接，打开智能网关和ZigBee协调器开关，然后打开ZigBee节点9,等待几秒钟后观察节点上的4个指示灯，4个灯都亮时表示节点正在搜索网络，当LED3、LED4熄灭时说明节点已经加入到了ZigBee协调器所搭建的网络中。在智能网关中，找到'‘我的设备一NandFlash-WSN-智能网关.exe”文件双击执行。进入智能家居控制软件，选择左侧节点9。选择LED3按钮，同时观察ZigBee节点9上4个LED灯的变化，如下图节点上的LED3闪烁，说明ZigBee节点接收到了网关所发出的控制信号，学生可以自己控制网关上其他3个LED按钮并观察效果。llirtHHiir图7-2信息采集类llirtHHiir图7-2信息采集类ZigBee节点在前面的实验原理中我们已经介绍了玻璃破碎传感器的工作原理，所以我们只需要模拟出红外感应器报警系统在正常工作状态下持续发出的低电平信号和其在报警状态下的信号输出，就可以验证实验。打开PC机端的智能家居控制软件(运行软件前需保证ZigBee节点9在网络中，而智能网关和协调器都工作正常)，点击链接网关(若智能网关工作不正常电脑会提示)，在控制软件的列表里会显示有多少个节点在工作。

图7-3图7-3智能家居控制中心截图首先将实验箱中的短接线插座连接到ZigBee节点,插座上预留的两根线(一根是地线，一根是信号线)，当信号线与地线断开时报警，说明有玻璃破碎的超声波和次声波被传感器感应到；当信号线与地线短接产生低电平信号不产生报警信号。KteOHM'信号线_^--■IKteOHM'信号线_^--■I■■地线b4图7-4ZigBee节点+此时学生观察网关中LED5、LED6按钮的勾选是否消除，同时观察PC机控制软件是否提示“玻璃破碎请注意！”。温度0MAC地址E湿度0X肛5&5CDK£7