壓力檢測技術在智能樓宇技術中的應用

彭輝

摘要： 關鍵詞： 中圖分類號： 文獻標志碼： A文章編號： 2095-2163（2017）06-0076-03

Abstract： The Internet of things application technology is the most promising industry. Intelligent building control technology is the important constituent， and various detection technology is the key to the intelligent building technology. As one of the important part of the detection technologies， the paper selects and researches the pressure detection technology， and uses NEWLab experiment box to complete the test task.

0引言

隨著網絡技術和通信技術的快速發展，物聯網應用技術正走入高速發展的通道，智能樓宇技術是物聯網應用技術的重要組成部分，時下，智能建筑正日趨普及，智能樓宇技術也尤顯重要，并已得到高度關注。本文即通過NEWLab實驗箱來設計展開壓力檢測技術的實驗，從而研究論述智能樓宇技術中的壓力檢測技術。

1壓力檢測技術

在智能樓宇技術中，需要不斷地檢測智能樓宇，用于有選擇地實現信號轉換。檢測技術就是針對復雜問題的檢測方法、檢測結構及檢測信號處理等方面的綜合研究。

壓力傳感器是通過測量目標沿著地面所產生的壓力變化來發現和測定目標的偵測設備，這是一種能夠檢測壓力值并提供遠傳信號的裝置。常見的壓力傳感器種類有應變式、壓阻式、電容式、壓電式等。壓力傳感器在受到外部壓力時會產生一定的內部結構的變形或位移，進而將這種變化轉換為電特性的波動，生成相應的電信號。

在這些壓力傳感器中，壓電式壓力傳感器的使用較為常見，壓電式傳感器是將被測量變化轉換成材料受機械力產生靜電電荷或電壓變化的傳感器，是一種典型的、有源的、雙向機電能量轉換型傳感器或自發電型傳感器。壓電元件是機電轉換元件，可以測量最終能變換為力的非電物理量，例如力、壓力、加速度等。壓電效應是指某些介質在力的作用下，產生形變，引起介質表面帶電，這是正壓電效應；如果施加激勵電場，介質將產生機械變形，稱為逆壓電效應。

2智能樓宇控制技術

所謂智能樓宇是指以建筑物為平臺，搭載各種信息化的設備，形成公共安全系統、設備管理系統、信息化應用系統以及信息設施系統等等，將原本相互獨立的建筑結構、設備管理等等整合為一個統一的整體，在建筑物為人們構建基本的辦公、工作和生活環境的同時，又能夠提供通訊自動化、建筑設備自動化、辦公自動化、火災報警與消防聯動自動化、安全防范自動化等功能，如此則既保證了人們生活所需的各項服務外，還能夠最大限度地節約人力和物力，進而打造現代節能、高效和便捷的生活方式。

一般認為，智能樓宇技術主要是信息技術和計算機技術的高度結合，這種結合衍生了信息基礎設施，并將人們帶入安全、舒適、便利、高效、節能的生活和工作環境，使人們處理多元信息將更加簡捷、便利。智能樓宇自動化系統的核心技術也稱之為計算機控制技術，該技術是自動控制技術和計算機技術相結合的提煉與升華。智能樓宇技術中的計算機控制系統主要構成如圖1所示。

3智能樓宇技術應用的開展

智能樓宇技術是本校物聯網應用技術專業的專業課程，而物聯網應用技術專業則是該校重點創立的自治區級一流專業建設項目，2016年廣西壯族自治區財政廳對本校該專業撥款300萬元，主要用于實驗實訓基地建設、師資隊伍建設等等。目前，物聯網應用技術作為一個新興行業，市場前期甚是可觀，該專業吸取了計算機、電子、通信等多門專業的內容精華，但是專業人才奇缺，而要實現該專業的扎實建造，專業課程的配設則突顯出其關鍵地位與作用。具體來說，智能樓宇技術作為該專業的專業課程，在學院該專業的教學體系中屬于第二階段的教學任務。

學院將該專業課程體系分成兩個階段。其中，第一階段主要是進行專業基礎及專項能力訓練；第二階段是進行工程綜合能力訓練。第二階段統指的是第4、5學期。主要是立足于技術綜合應用能力的訓練培養。這個階段就是將物聯網應用技術專業的主題核心內容以及專業課程，凝練集結為5門核心能力模塊課程。這些課程體現了本專業的理論知識、職業技能和職業素養，并與企業的工程項目拓展融入了協同、整合、以及全方位提升。智能樓宇技術課程是一門綜合能力較強的應用能力訓練課程，地位不僅醒目、而且突出。該課程主要包含智能建筑模塊、樓宇智能化的關鍵技術模塊、智能建筑設備自動化系統模塊、安全防范系統模塊、火災自動報警系統模塊、智能建筑通信自動化系統模塊、智能樓宇音頻系統模塊、智能樓宇辦公系統模塊等。

4壓力檢測技術在智能樓宇技術中的應用

4.1壓電式傳感器的測量電路

壓電元件是一類有源電容器，因而也存在與電容式傳感器相同的問題，即內阻抗很高，而輸出的信號微弱，因此一般不能直接顯示和記錄。

電壓放大器中，如果壓電元件受到交變正弦力的作用，壓電系數為d，則在壓電元件上產生的電壓為：U=dFmCasin ωt（1）此時，在放大器輸入端形成的電壓為：Ui≈dCi+Cc+CaF（2）電荷放大器輸出電壓可以表示為：Uo=-QCf（3）電荷放大器的靈敏度為：K=UoQ=-1Cf（4）教學中的實驗設備采用的是新大陸公司的NEWLab實驗箱來進行實驗測量，檢測傳感器技術的應用。研究中，將重點通過上文提到的壓電傳感器，來設計構建壓力傳感器檢測應用實驗，深度剖析壓力傳感器的工作原理，使學生明白了解壓力傳感器的工作特點及控制理論，熟知壓力傳感模塊的原理及其測量方法，從而確切掌握對壓力檢測技術在智能樓宇技術課程中的作用。endprint

實驗中，壓電傳感模塊場景模擬界面主要包括5個部分，分別可描述為：模擬場景、壓電特性曲線、放大信號和靈敏度調節信號AD值、模擬車速檢測的參數、比較器輸出狀態。

4.2振動實驗模塊的啟動

1）將NEWLab實驗硬件平臺通電并與電腦連接。

2）將壓電傳感模塊置放在NEWLab實驗平臺實驗模塊的一個插槽上。

3）將模式選擇調整到“自動”模式，按下電源開關，啟動實驗平臺，使壓電傳感模塊開始工作。

4）啟動NEWLab實驗上位機軟件平臺，選擇壓電傳感器。

5）選擇硬件連接說明，上位機軟件平臺檢測硬件通過。

6）選擇場景模擬實驗，上位機軟件測試硬件平臺的壓電傳感模塊正常工作，并進入工作界面。

4.3實驗測量

1）設置壓力靈敏度閾值。測量J10靈敏度調節信號電壓值，顯示2.455 V。

2）測試壓電傳感模塊的波形。當并未受力時，J7傳感器信號接口的波形信號和J4電荷信號接口的波形信號情況正常，如圖2所示。

敲擊壓電振動傳感器，給壓電傳感器施加一定的壓力，從實驗儀器中可以看出，在實驗設備中，J7傳感器信號接口的波形信號和J4電荷信號接口的波形信號情況則如圖3所示。

敲擊壓電振動傳感器，給壓電傳感器施加一定的壓力，從實驗儀器中可以看出，在實驗設備中，此時J7傳感器信號接口的波形信號和J6放大信號接口的波形信號情況如圖4所示。而從上述3張圖中，就可以分析出壓電傳感器具備并發揮的作用。

基于此，即可準確測量不受力時的參數。測量J6放大信號的電壓，顯示為2.196 V。測量J3比較輸出信號電壓為131.9 V。（下轉第82頁）

5結束語

通過對壓力傳感器的原理闡析，實驗數據的測量，這一設計過程應用在教學中就可全面展現壓力檢測技術在智能樓宇技術課程中的作用以及如何進行相關的檢測，從而研究推進了智能樓宇技術課程的理論和實踐教學，進一步提升、且完善了學生由該課程中能夠得到的從事實際工程所需的知識和技能。

參考文獻：

[1] 許錦標，張振昭. 樓宇智能化技術[M]. 4版. 北京：機械工業出版社，2017.

[2] 陳虹. 樓宇自動化技術與應用[M]. 北京：機械工業出版社，2012.

[3] 吳強. 樓宇智能化技術在智能建筑中的應用[J]. 中小企業管理與科技（中旬刊），2014（7）：122-123.

[4] 王化祥，張淑英. 傳感器原理及應用[M]. 修訂版. 天津：天津大學出版社，1988.

[5] 周原，王晏平，衛福鴻，等. 智能建筑的BA 系統遠程實時監控與管理[J]. 工業控制計算機，2003（6）：53- 54.

[6] 丁智深，趙娜. 設施管理及其在中國的發展[J]. 建筑經濟，2007（S1）：23- 26.

[7] 陳杰. 智能樓宇實驗室的設計與構建[D]. 南京： 南京郵電大學，2013.

[8] 唐小平. 智能樓宇消防監控系統的探討[J]. 科技風，2014（8）：10，17.

[9] 程華. 基于ARM平臺Modbus協議智能樓宇控制系統的設計[D]. 南昌：江西農業大學，2013.

[10]鄭鋒，楊建旭，張庚生，等. 基于一體化監控平臺的智能樓宇系統[J]. 計算機系統應用，2016，25（4）：102-106.endprint