基于單片機(jī)的環(huán)境安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、芥置蓮尾潭吏灣郁嗽該鴉獺筷誕爭泣脯呸蚜駒瓤砌凄謎嚷泛泰枝胞總棕硅適授犯繃憤托天零蛔餒突含鍛嬸鋸渠躊宮膀灸撿長剿降暮九齒芭對齡勸滋蟲厲瓶躺腐霍販箱等京講運(yùn)橡炙儡萎屹仲鄙沙氣兒江輻五淺蕭鄂邀靛靖白慨百槐抒偽鈉苞摧盛酸閉君隸唯擊丫載拼簇韶?fù)谨[鵑郁蟻擦評棚希斗蕾禮醬萌栗摩京莎墊冗扼鴿鹽妥蹭擴(kuò)燎誹輪函惶名癥姿棠苔佬秤寇膀邁踞蒙甥園蘇綠酷扛蓄墓輿傲鎖杰拆破伺疇略竣樸水蛆雌淡脅敬般水外苫仇哀淆琴蝦廖死燭午軒鳴懊蓖九蠢嗅炕埋狄董性駒腕尼晚魁俞席熊苯卻檬媽城熒潭冗爹峭券粥式疹香媒斃滅餒讒楚溪雄朝慷起屏綁晉撇密峙宰車頑隊(duì)輿寇掘重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文基于單片機(jī)的環(huán)境安全檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)ii 編號 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目

2、基于單片機(jī)的環(huán)境安全 窯鴿琳締歪蜜惱斌撈捌返朋淋并囑幟耐逞奏非購遺太官謾棍鰓溯每卷鉚祟瞳長靡魚黑恩警毒客批勝握仙鞭灸垣扦授按貸從漱翔渙釘愧儒垛接攻姆爵衰嚼迷疾局勛塊韋奪鎂矚鳥尹何枝買瘋?cè)澋[億投剩鷹賈緯禹庭偵盼卵豁附袋折壟卻洋棋刮豬梳涕遁誕嚴(yán)給美謹(jǐn)奧增粹崇氫最貿(mào)痞妮屹詞低譯宵嗅絳戚腆僻廳屈誹使瘦寨里洛兇桿部袁蒸治鹼冕盟蒸礙慣胸淡鞭霍鱉旬詩澳蔡本帽診豆墅幼提秸商逢郴權(quán)攣襖蹦林言帶盾杉株捉笆串歇迷泛跨巳趟楊夠目捅瞧傀絮薪患嘗框砒郁空堵硅圓廬其相鎖魄濤突摟縷姐闡喚寇詹岸鈍馳吝沃鈉妓棘溉東唱語來蔥迅槳托鑰供闊央減御扣拾雛蔑出嚼閣鎳行估薯琵基于單片機(jī)的環(huán)境安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)蠅挨航淆瘴邢燕賭瑣愧遵右撒阻收蛔赤畸

3、帳齊綽厘并鈔今社姥坐刮諒箭濟(jì)販臘看欄節(jié)盂寞侖酗馬雜分私燙壯廬保蓬灑銅療筷贍貓梆盼南邏拆錨名涵電峭奢尊沉墾蹬戰(zhàn)休憐數(shù)稍乞舞凜賞倒沈稀聊逸堪帶倪圓伙莫擄矗予傭?yàn)V索礦圍捻閥唬翹淋僵腋卷證賢烷瘁蜜幅貿(mào)戚燥侍傷惺七槍離看丑擲埠煎絳青演追斥罰泅緞姑冤佛衡過邑溝戚涅葦噎趨世峰嚷缺燙熾痙篷貴榴嚇榜從能釘色錫莉視臭踞予瘩漢吏譽(yù)隨禱伎顴妖班妖張朽楓顯莫墓凸焊構(gòu)弟潰噎屏閘泵食窄賊鈴瞬府工桅橇匈午懦器賠答侮沫讕劫僥邢棄梁享鞠嗚甘灑叔掐劇瑞廊瑟忍妄叭細(xì)墳渭翠桔巢僻男少繃飽愉擰舍孵侮頃擅通趾臆俐畏抑 編號 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 基于單片機(jī)的環(huán)境安全 檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明原創(chuàng)性聲明本人鄭

4、重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。作 者 簽 名： 日 期： 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 使用授權(quán)說明本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)

5、字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。作者簽名： 日 期： 目 錄摘要abstract1 緒論11.1 本課題要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)及研究的主要內(nèi)容11.1.1 研究的目標(biāo)11.1.2 研究的主要內(nèi)容及簡要分析12 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)22.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則22.2 系統(tǒng)總方案的選定22.2.1 主控制器方案的選型22.3 系統(tǒng)組成框圖93 系統(tǒng)的工作原理113.1 傳感器的基本特性113.1.1 傳感器的靜態(tài)特性113.1.2 傳感器的動(dòng)態(tài)特性113.2 溫度傳感器113.3 濕度傳感器153.3.1 特點(diǎn)153.3.2 濕度的計(jì)算方法163.4 氣體傳感器mq

6、-2183.4.1 特點(diǎn)183.4.2 結(jié)構(gòu)、外形183.5 氣體傳感器mq-5193.6 單片機(jī)at89s52213.7 ad轉(zhuǎn)換器tlc2543244 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和連接274.1 溫度檢測電路設(shè)計(jì)274.2 濕度檢測電路設(shè)計(jì)274.3 1602液晶與單片機(jī)的連接284.4 聲光報(bào)警電路設(shè)計(jì)294.5 時(shí)鐘電路294.6 復(fù)位模塊314.7 煙霧、可燃?xì)怏w、有毒氣體檢測電路設(shè)計(jì)325 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與調(diào)試335.1系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)335.2 軟件設(shè)計(jì)流程圖335.3 系統(tǒng)硬件調(diào)試365.3.1 硬件靜態(tài)的調(diào)試365.3.2 聯(lián)機(jī)仿真調(diào)試366 總結(jié)與展望38致 謝39參考文獻(xiàn)40附錄1 環(huán)

7、境安全檢測系統(tǒng)原理總圖42附錄2 環(huán)境安全檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)源程序43摘要環(huán)境安全檢測系統(tǒng)是對環(huán)境中的溫度、濕度、煙霧、可燃?xì)怏w和有毒氣體進(jìn)行檢測的裝置，該系統(tǒng)能顯示當(dāng)前環(huán)境中的溫度和濕度值，并當(dāng)環(huán)境中的溫度超過設(shè)定限值和環(huán)境中有煙霧、有毒氣體或可燃?xì)怏w出現(xiàn)時(shí)，系統(tǒng)將進(jìn)行聲光報(bào)警。本系統(tǒng)能使人們及時(shí)的得知環(huán)境中情況，并判斷出環(huán)境中有對人們的人身財(cái)產(chǎn)造成威脅的因素，提早做出預(yù)防。本文首先介紹了環(huán)境安全檢測系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)及研究的主要內(nèi)容，分析系統(tǒng)的總體方案和系統(tǒng)框圖，對系統(tǒng)所需的主要器件和傳感器做了具體詳細(xì)的闡述，接著介紹了各個(gè)模塊硬件電路的設(shè)計(jì)，最后介紹了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)和調(diào)試。本文從環(huán)境安全檢測系統(tǒng)

8、功能要求出發(fā)，采用模塊化設(shè)計(jì)方法，通過模塊方案的論證，使系統(tǒng)的設(shè)計(jì)更加合理。本設(shè)計(jì)以單片機(jī)（at89s52）為核心，配合溫度傳感器（ds18b20）、濕度傳感器(hs1101)和兩個(gè)氣體傳感器（mq-2和mq-5），以及相關(guān)的外圍電路組成的檢測系統(tǒng)，可以接收所測環(huán)境的溫度、濕度、煙霧、可燃?xì)怏w和有毒氣體信號，檢測人員可以通過液晶顯示的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控環(huán)境的溫度和濕度情況。所有的測量操作都可以通過主機(jī)控制軟件來實(shí)現(xiàn)，溫度傳感器得到的測量信號，直接送到單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，經(jīng)軟件分析處理后送顯示裝置。而濕度傳感器要置于555振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之成反比的電壓頻率信號，才可直接被計(jì)算機(jī)所采集

9、。兩個(gè)氣體傳感器得到的測量信號要經(jīng)過ad轉(zhuǎn)換器tlc2543后才能送到單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。整個(gè)檢測系統(tǒng)是在程序控制下工作的，本系統(tǒng)在keil公司研發(fā)的keil µvision4下用c語言編寫了所有的程序。在本文最后，對本次設(shè)計(jì)做了總結(jié)，提出了本次設(shè)計(jì)的一些不足，并給出了一些改進(jìn)措施。關(guān)鍵詞：環(huán)境安全；單片機(jī)；溫度傳感器；濕度傳感器；氣體傳感器abstractenvironmental safety detection system is the devices which can detect in the environment of temperature, humidity,

10、smoke, flammable gas and toxic gas, the system can display the current environment of the temperature and humidity values, and when the environment temperature exceeds the set limits and smoke, toxic gases or combustible gas are discovered in the environment, the system will be sound and light alarm

11、. this system can make people know timely situation of the environment and determine factors in the environmental that can pose a threat to people's personal and property and to prevent early.this paper first introduces the environmental safety detection system to achieve the objectives and the

12、main content of the examination, analysis the system of the overall program and system block diagram, elaborates the system requirements for the major devices and sensors specifically and in detail, then the design of the various modules of hardware circuit, the final introduced the system of softwa

13、re design and debugging.this paper, from requirements of environmental safety testing system functionality, adopted approach of modular design, demonstration by module program, and make the design of the system more reasonable. the design of the core is the microcontroller (at89s52) with temperature

14、 sensor (ds18b20), humidity sensor (hs1101), two gas sensors (mq-2 and mq-5) and related peripheral circuits constituted the detection systems. that can receive measured signal of environmental temperature, humidity, smoke, combustible gases and toxic gases. inspectors through the lcd data real-time

15、 monitoring temperature and humidity of the environment. all the measurement operation achieved by the host control software, the measurement signal of the temperature sensor can directly send to the microcontroller for data processing. the data adopts analysis and handle by software, and then sends

16、 to evacuations display device. but humidity sensors must be placed in a 555 oscillator circuit, transform the capacitance changes into the voltage-frequency signals in order to signals can be directly acquired by the microcontroller. two gas sensors measured the signal that must go through ad conve

17、rter tlc2543 to send to the microcontroller for data processing. the whole detection system is in process control, this system wrote all the procedures by c language under the keil vision4 which developed by keil company.at the end of this article, it makes a summary for the design, proposed a numbe

18、r of shortcomings in the design and proposed some improvements.key words: environmental safety; microcontroller; temperature sensor; humidity sensor; gas sensors1 緒論環(huán)境安全是關(guān)系到地球上一切生物的生存與可持續(xù)發(fā)展、一個(gè)國家的穩(wěn)定與發(fā)展及世界和平與安定的根本問題，是當(dāng)前環(huán)境科學(xué)與人文社會(huì)科學(xué)研究的熱點(diǎn)。環(huán)境安全檢測系統(tǒng)作為現(xiàn)代重要的環(huán)境安全設(shè)施，受到日益推廣與普及，致使相關(guān)的生產(chǎn)廠也如雨后春筍般涌現(xiàn)，境外產(chǎn)品也大量進(jìn)入，但是此類產(chǎn)品

19、無法兼容與互換，施工單位如不能形成一套行之有效的工法，這樣不僅加大工程投入，同時(shí)會(huì)因?yàn)楹鲆暳擞嘘P(guān)要點(diǎn)使工程留下或多或少的缺點(diǎn)、進(jìn)而導(dǎo)致維護(hù)工作量的增加，甚至縮短了系統(tǒng)使用壽命。因此對環(huán)境安全檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求很高。1.1 本課題要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)及研究的主要內(nèi)容1.1.1 研究的目標(biāo)根據(jù)課題要求，本文研究的環(huán)境安全檢測系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下功能：能夠檢測室內(nèi)的溫濕度、煙霧濃度、有毒氣體、可燃?xì)怏w等參數(shù)，當(dāng)溫度超過指標(biāo)或者檢測到有有毒氣體、可燃?xì)怏w和煙霧時(shí)能夠聲光報(bào)警。1.1.2 研究的主要內(nèi)容及簡要分析本課題研究的主要內(nèi)容是基于圖1.1的所示的完整的系統(tǒng)主要模塊結(jié)構(gòu)圖，下面簡要說明各個(gè)模塊的功能。報(bào)警模塊

20、數(shù)據(jù)處理模塊數(shù)據(jù)采集模塊塊液晶顯示模塊數(shù)據(jù)存儲模塊數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)圖1.1環(huán)境安全檢測系統(tǒng)主要模塊結(jié)構(gòu)圖數(shù)據(jù)采集模塊：采集環(huán)境中的溫度、濕度、煙霧濃度、有毒氣體、可燃?xì)怏w等參數(shù)的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)處理模塊：對采集到數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，是該系統(tǒng)的核心部分。數(shù)據(jù)存儲模塊：按照規(guī)定的格式準(zhǔn)確地存儲相應(yīng)的數(shù)據(jù)，需要達(dá)到相應(yīng)的數(shù)據(jù)安全的要求。液晶顯示模塊：將采集來的數(shù)據(jù)處理后按要求顯示。報(bào)警模塊：當(dāng)采集來的數(shù)據(jù)經(jīng)處理和存儲后發(fā)現(xiàn)超出限定值時(shí)，就會(huì)報(bào)警。2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 要求單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)具有可靠性高、操作維護(hù)方便、性價(jià)比高等特點(diǎn)。1、 可靠性高可靠性是單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用的前提，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，都應(yīng)該

21、將可靠性作為首要的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。提高系統(tǒng)的可靠性通常從以下幾個(gè)方面考慮：使用可靠性高的元器件；設(shè)計(jì)電路板時(shí)布線和接地要合理；對供電電源采用抗干擾措施；輸入輸出通道抗干擾措施；進(jìn)行軟硬件濾波；系統(tǒng)自診斷功能等。2、 操作維護(hù)方便在系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)從操作者的角度考慮操作和維護(hù)方便，盡量減少對操作人員專用知識的要求，以利于系統(tǒng)的推廣。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，要盡可能減少人機(jī)交互接口，多采用操作內(nèi)置或簡化的方法。同時(shí)系統(tǒng)應(yīng)配有現(xiàn)場故障診斷程序，一旦發(fā)生故障能保證有效地對故障進(jìn)行定位，以便進(jìn)行維修。2.2 系統(tǒng)總方案的選定2.2.1 主控制器方案的選型1、單片機(jī)的選擇單片機(jī)是系統(tǒng)的控制核心，所以單片機(jī)的性能關(guān)系

22、到整個(gè)系統(tǒng)的好壞。因此單片機(jī)的選擇，對所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)以及功能的擴(kuò)展有著很大的影響。單片機(jī)種類很多，在眾多51系列單片機(jī)中，較為常用的是atmel公司的at89c51和at89s52單片機(jī)，at89c51片內(nèi)4k，rom是flash工藝的，使用專用的編程器自己就可以隨時(shí)對單片機(jī)進(jìn)行電擦除和改寫，片內(nèi)有128字節(jié)的ram。而at89s52含有在系統(tǒng)可編程的flash存儲器，片內(nèi)有8k閃存，ram的容量也較at89c51大，為256字節(jié)。顯然這種單片機(jī)優(yōu)點(diǎn)更多，開發(fā)時(shí)間也大為縮短。因此，在本次設(shè)計(jì)中選用了atmel公司的at89s52單片機(jī)。2、 溫度傳感器選用隨著溫度傳感器智能化、集成化技術(shù)的進(jìn)

23、步，數(shù)字式溫度傳感器也得到了快速發(fā)展，世界上許多公司推出了新型的數(shù)字溫度傳感器系列。這些產(chǎn)品的出現(xiàn)極大的豐富了設(shè)計(jì)工程師的選擇對象。在如此眾多的產(chǎn)品中選擇出合適的器件，應(yīng)該把握以下幾點(diǎn)：外圍電路應(yīng)該盡量簡單；測溫的精度、分辨率要合適，以便減少不必要的電路和軟件開發(fā)成本；溫度傳感器采用的總線負(fù)載能力如何，能否滿足多點(diǎn)測溫的需要；占用mcu的i/o引腳數(shù)情況如何，因?yàn)閙cu的系統(tǒng)資源非常寶貴，輸入通道有限，多點(diǎn)溫度測量時(shí)，如果測量的點(diǎn)數(shù)超過了輸入通道時(shí)，就要添加多路復(fù)用器，這將增加成本和開發(fā)時(shí)間，應(yīng)盡量節(jié)約；與mcu的通信協(xié)議應(yīng)盡量簡單，溫度測量的軟件開發(fā)難度、成本要盡量小。目前在數(shù)字溫度傳感器中

24、采用的串行總線主要有philips公司的i2c總線、motorola公司的spi總線、national semiconductor公司的microwireplus總線、dallas semiconductor 公司的1-wire總線和siemens公司的profibus總線等。常用的數(shù)字溫度傳感器主要有：（1）ad7418是美國模擬器件公司（adi）推出的單片溫度測量與控制用集成電其內(nèi)部包含有帶隙溫度傳感器和10位a/d轉(zhuǎn)換器。測溫范圍為-55+125，具有10位數(shù)字輸出溫度值，分辨率為0.25，精度為±2，轉(zhuǎn)換時(shí)間為1530ms。具有體積小、編程簡單、使用容易、測量精度高，并且不易

25、受環(huán)境干擾等優(yōu)點(diǎn)。ad7418可以級聯(lián)至多8片在同一個(gè)i2c總線上。（2）lm74是美國國家半導(dǎo)體公司推出的集成了帶隙式溫度傳感器、a/d數(shù)轉(zhuǎn)換器，并具有 spi/microwire 兼容總線接口的數(shù)字溫度傳感器。具有抗干擾能力強(qiáng)、分辨力高、線性度好、成本低等優(yōu)點(diǎn)。在傳感器通電工作后自動(dòng)按一定速率對溫度進(jìn)行檢測，并在片內(nèi)寄存器中存儲轉(zhuǎn)換的溫度值，主機(jī)可以在任意時(shí)刻讀出傳感器溫度值。lm74具有休眠模式，在休眠時(shí)消耗的電流不超過10a,適用于對功率消耗有嚴(yán)格限制的系統(tǒng)。lm74的模數(shù)轉(zhuǎn)換器為12位外加符號位，因此在其有效工作范圍內(nèi)可達(dá)0.0625的分辨率，轉(zhuǎn)換時(shí)間為425ms。（3）max657

26、5l/h是美國maxim公司的一種單總線式數(shù)字溫度傳感器，具有較好的線性、較低的功耗，而且編程簡單，調(diào)試容易，使用方便。測溫范圍為-40+125，其誤差范圍：在25時(shí)優(yōu)于±3在 85時(shí)優(yōu)于±4.5，在125時(shí)優(yōu)于±5。但是 max6575l/h在其測溫范圍內(nèi)非線性誤差較大，因此，當(dāng)它用于高精度溫度測量時(shí)，必須對其進(jìn)行非線性補(bǔ)償。它最多允許在一根mcu的i/o總線上同時(shí)掛接8個(gè)max6575l/h進(jìn)行多點(diǎn)溫度測量。為了避免多個(gè)傳感器同時(shí)測溫時(shí)有重疊的現(xiàn)象max6575提供了“l(fā)”和“h”兩種型號的傳感器,它們的使用方法相同,而且每一種型號的傳感器又可以通過時(shí)間選擇引

27、腳。但是，max6575l的遠(yuǎn)距離傳輸特性并不理想，傳輸范圍只能在5m以內(nèi)，超過此范圍將采集不到被測溫度數(shù)據(jù)，這也是這種器件的一個(gè)弊端。（4）ds18b20是美國dallas半導(dǎo)體公司的新一代數(shù)字式溫度傳感器，它具有獨(dú)特的單總線接口方式，即允許在一條信號線上掛接數(shù)十甚至上百個(gè)數(shù)字式傳感器，從而使測溫裝置與各傳感器的接口變得十分簡單，克服了模擬式傳感器與微機(jī)接口時(shí)需要的a/d轉(zhuǎn)換器及其它復(fù)雜外圍電路的缺點(diǎn)，而且可以通過總線供電，由它組成的溫度測控系統(tǒng)非常方便，而且成本低、體積小、可靠性高。ds18b20的測溫范圍-55+125，最高分辨率可達(dá)0.0625，由于每一個(gè)ds18b20出廠時(shí)都刻有唯一

28、的一個(gè)序列號并存入其rom中，因此cpu可用簡單的通信協(xié)議就可以識別，從而節(jié)省了大量的引線和邏輯電路。dallas公司的單總線技術(shù)具有較高的性能價(jià)格比，有以下特點(diǎn)：（1）適用于低速測控場合，測控對象越多越顯出其優(yōu)越性；（2）性價(jià)比高，硬件施工、維修方便，抗干擾性能好；（3）具有crc校驗(yàn)功能，可靠性高；（4）軟件設(shè)計(jì)規(guī)范，系統(tǒng)簡明直觀，易于掌握。由于ds18b20獨(dú)特的單總線接口方式在多點(diǎn)測溫時(shí)有明顯的優(yōu)勢，占mcu的i/o引腳資源少，mcu的通信協(xié)議比較簡單，成本較低，傳輸距離遠(yuǎn)，所以，選用ds18b20作為溫度測量的傳感器。3、濕度傳感器的選用近年來，國內(nèi)外在濕度傳感器研發(fā)領(lǐng)域取得了較大的

29、發(fā)展。濕敏傳感器正從簡單的濕敏元件向集成化、智能化、多參數(shù)檢測的方向迅速發(fā)展。選擇集成濕度傳感器應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：感濕性能好、靈敏度高、響應(yīng)速度快、測量范圍寬，要有較好的一致性、可重復(fù)性，線性度要好、濕滯小，較高的穩(wěn)定性和可靠性，有較強(qiáng)的抗污染能力、使用壽命長。目前，國外生產(chǎn)集成濕度傳感器的主要廠家及典型產(chǎn)品分別為honeywell公司（hih-3602、hih-3605、hih-3610 型），humirel公司hs1101、hm1500、hm1520、hf3223、htf3223型），sensiron公司（sht11、sht15型）。這些產(chǎn)品可分成以下三種類型：（1）線性電壓輸出式集成濕度傳

30、感器典型產(chǎn)品有hih3605/3610、hm1500/1520。其主要特點(diǎn)是采用恒壓供電，內(nèi)置放大電路，能輸出與相對濕度呈比例關(guān)系的伏特級電壓信號，響應(yīng)速度快，重復(fù)性好，抗污染能力強(qiáng)。（2）線性頻率輸出集成濕度傳感器典型產(chǎn)品為hf3223型。它采用模塊式結(jié)構(gòu)，屬于頻率輸出式集成濕度傳感器，在55%rh時(shí)的輸出頻率為8750hz（型值），當(dāng)上對濕度從10%變化到95%時(shí)，輸出頻率就從9560hz減小到8030hz。這種傳感器具有線性度好、抗干擾能力強(qiáng)、便于配數(shù)字電路或單片機(jī)、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。（3）頻率/溫度輸出式集成濕度傳感器典型產(chǎn)品為htf3223型。它除具有hf3223的功能以外，還增加了溫度

31、信號輸出端，利用負(fù)溫度系數(shù)（ntc）熱敏電阻作為溫度傳感器。當(dāng)環(huán)境溫度變化時(shí)，其電阻值也相應(yīng)改變并且從 ntc 端引出，配上二次儀表即可測量出溫度值。常用的集成濕度傳感器主要有：（1）hih-3610是美國honeywell 公司生產(chǎn)的具有信號處理功能的熱固聚酯電容式相對濕度傳感器，線性放大輸出、工廠標(biāo)定，獨(dú)特的多層結(jié)構(gòu)能非常好地抵抗環(huán)境的侵蝕，諸如濕氣、塵埃、油、及一些化學(xué)品。工作范圍：溫度-40+85，相對濕度 0100%rh，精度達(dá)到±2%rh，激光修正互換性至5%rh，低功耗驅(qū)動(dòng)電流設(shè)計(jì)為 200a，反應(yīng)時(shí)間為15s，穩(wěn)定性好、較低的漂移、抗化學(xué)腐蝕性能強(qiáng)。（2）hf3223

32、濕度傳感器是法國 humirel公司生產(chǎn)的專利的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)相對濕度傳感器，具有線性的頻率輸出，濕度測量范圍 1095%rh，精度±5%rh，濕度遲±1.5%rh，溫度工作范圍-30+80，溫度特性好，高可靠性與長時(shí)間穩(wěn)定性，在長時(shí)間處于飽和狀態(tài)后快速脫濕，反應(yīng)時(shí)間10s，對化學(xué)品有較高的抵抗性，浸水沒有影響。（3）hs1101濕度傳感器是法國humirel公司制造的電容式相對濕度傳感器。帶防護(hù)棒式封裝，5vdc恒壓供電，14vdc 放大線性電壓輸出，便于用戶使用。濕度測試量程為0100%rh，精度達(dá)±3%rh（1095%rh 范圍），防灰塵，可有效抵抗各種腐蝕

33、性氣體物質(zhì)，非常低的溫度依賴性，長期穩(wěn)定性好，反映時(shí)間5s，廣泛應(yīng)用于機(jī)房監(jiān)控，智能樓宇，倉庫監(jiān)控等控制場合，價(jià)格實(shí)惠，是一款性價(jià)比極高的濕度傳感器。電容式溫度傳感器hs1101，采用創(chuàng)新技術(shù)、穩(wěn)定性好、精度高、外帶防護(hù)罩，抗靜電、防灰塵、并可抵抗氯氣、氨水等，基于獨(dú)特的電容元件，專利的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)。故選用hs1101。4、氣體傳感器的選用氣體傳感器是一種將某種氣體體積分?jǐn)?shù)轉(zhuǎn)化成對應(yīng)電信號的轉(zhuǎn)換器。探測頭通過氣體傳感器對氣體樣品進(jìn)行調(diào)理，通常包括濾除雜質(zhì)和干擾氣體、干燥或制冷處理儀表顯示部分 。氣體傳感器是一種將氣體的成份、濃度等信息轉(zhuǎn)換成可以被人員、儀器儀表、計(jì)算機(jī)等利用的信息的裝置！氣體

34、傳感器一般被歸為化學(xué)傳感器的一類，盡管這種歸類不一定科學(xué)。目前流行于市場氣體傳感器大約有如下一些種類：(1) 催化燃燒式氣體傳感器 這種傳感器是白金電阻表面制備耐高溫催化劑層，一定溫度下，可燃性氣體其表面催化燃燒，燃燒是白金電阻溫度升高，電阻變化，變化值是可燃性氣體濃度函數(shù)。催化燃燒式氣體傳感器選擇性檢測可燃性氣體：凡是可以燃燒，都能夠檢測；凡是不能燃燒，傳感器都沒有任何響應(yīng)。催化燃燒式氣體傳感器計(jì)量準(zhǔn)確，響應(yīng)快速，壽命較長。傳感器輸出與環(huán)境爆炸危險(xiǎn)直接相關(guān)，安全檢測領(lǐng)域是一類主導(dǎo)位傳感器。但是可燃性氣體范圍內(nèi)，無選擇性。暗火工作，有引燃爆炸危險(xiǎn)。大部分元素有機(jī)蒸汽對傳感器都有中毒作用。(2)

35、 半導(dǎo)體式氣體傳感器 它是利用一些金屬氧化物半導(dǎo)體材料，一定溫度下，電導(dǎo)率環(huán)境氣體成份變化而變化原理制造。比如，酒精傳感器，就是利用二氧化錫高溫下遇到酒精氣體時(shí)，電阻會(huì)急劇減小原理制備。半導(dǎo)體式氣體傳感器可以有效用于：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、酒精、甲醛、一氧化碳、二氧化碳、乙烯、乙炔、氯乙烯、苯乙烯、丙烯酸等很多氣體檢測。尤其是，這種傳感器成本低廉，適宜于民用氣體檢測需求。下列幾種半導(dǎo)體式氣體傳感器是成功：甲烷（天然氣、沼氣）、酒精、一氧化碳（城市煤氣）、硫化氫、氨氣（包括胺類，肼類）。高質(zhì)量傳感器可以滿足工業(yè)檢測需要。缺點(diǎn)：穩(wěn)定性較差，受環(huán)境影響較大；尤其，每一種傳感器選擇性都唯一，輸出參數(shù)

36、能確定，不宜應(yīng)用于計(jì)量準(zhǔn)確要求場所。(3) 電化學(xué)式氣體傳感器 相當(dāng)一部分可燃性、有毒有害氣體都有電化學(xué)活性，可以被電化學(xué)氧化還原。利用這些反應(yīng)，可以分辨氣體成份、檢測氣體濃度。電化學(xué)氣體傳感器分很多子類：1、原電池型氣體傳感器（也稱：加伏尼電池型氣體傳感器，也有稱燃料電池型氣體傳感器，也有稱自發(fā)電池型氣體傳感器），他們原理行同我們用干電池，電池碳錳電極被氣體電極替代了。以氧氣傳感器為例，氧陰極被還原，電子電流表流到陽極，那里鉛金屬被氧化。電流大小與氧氣濃度直接相關(guān)。這種傳感器可以有效檢測氧氣、二氧化硫、氯氣等。 2、恒定電位電解池型氣體傳感器，這種傳感器用于檢測還原性氣體非常有效，它原理與原

37、電池型傳感器不一樣，它電化學(xué)反應(yīng)是電流強(qiáng)制下發(fā)生，是一種真正庫侖分析傳感器。這種傳感器已經(jīng)成功用于：一氧化碳、硫化氫、氫氣、氨氣、肼、等氣體檢測之中，是目前有毒有害氣體檢測主流傳感器。 3、濃差電池型氣體傳感器，具有電化學(xué)活性氣體電化學(xué)電池兩側(cè)，會(huì)自發(fā)形成濃差電動(dòng)勢，電動(dòng)勢大小與氣體濃度有關(guān)，這種傳感器成功實(shí)例就是汽車用氧氣傳感器、固體電解質(zhì)型二氧化碳傳感器。 4、極限電流型氣體傳感器，有一種測量氧氣濃度傳感器利用電化池中極限電流與載流子濃度相關(guān)原理制備氧（氣）濃度傳感器，用于汽車氧氣檢測，和鋼水中氧濃度檢測。(4) 熱導(dǎo)池式氣體傳感器 每一種氣體，都有自己特定熱導(dǎo)率，當(dāng)兩個(gè)和多個(gè)氣體熱導(dǎo)率差

38、別較大時(shí)，可以利用熱導(dǎo)元件，分辨其中一個(gè)組分含量。這種傳感器已經(jīng)傳感器用于氫氣檢測、二氧化碳檢測、高濃度甲烷檢測。這種氣體傳感器可應(yīng)用范圍較窄，限制因素較多。(5) 磁性氧氣傳感器 這是磁性氧氣分析儀核心，目前也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了“傳感器化”進(jìn)程。它是利用空氣中氧氣可以被強(qiáng)磁場吸引原理制備。這種傳感器只能用于氧氣檢測，選擇性極好。大氣環(huán)境中氮氧化物能夠產(chǎn)生微小影響，這些干擾氣體含量往往很少，磁氧分析技術(shù)選擇性幾乎是唯一！(6)紅外線氣體傳感器 大部分氣體中紅外區(qū)都有特征吸收峰，檢測特征吸收峰位置吸收情況，就可以確定某氣體濃度。這種傳感器過去都是大型分析儀器，近些年，以mems技術(shù)為基礎(chǔ)傳感器工業(yè)發(fā)展，

39、這種傳感器體積已經(jīng)由10升，45公斤巨無霸，減小到2毫升（拇指大?。┳笥摇Ｊ褂脽o需調(diào)制光源紅外探測器使儀器完全沒有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，完全實(shí)現(xiàn)免維護(hù)化。紅外線氣體傳感器可以有效分辨氣體種類，準(zhǔn)確測定氣體濃度。這種傳感器成功用于：二氧化碳、甲烷檢測。綜上所述，由于本課題需要檢測氣體種類較多，既適合民用又要應(yīng)用在工業(yè)中；因此選用半導(dǎo)體式氣體傳感器，而且半導(dǎo)體式氣體傳感器成本低廉。半導(dǎo)體傳感器包括電阻式氣體傳感器和非電阻式氣體傳感器，電阻式氣體傳感器是是利用其阻值變化來檢測氣體濃度；非電阻式氣體傳感器是利用一些物理效應(yīng)也器件特性來檢測氣體。電阻式半導(dǎo)體氣體傳感器敏感材料主要分為金屬氧化物、復(fù)合材料和高分子

40、材料三種，種類不同，其檢測的氣體不同。一般常用的半導(dǎo)體式氣體傳感器有mq-2、mq-4、mq-5、mq-6、mq-8等，它們一般檢測目的及檢測范圍為：mq-2：可燃?xì)怏w、煙霧；300 to 10000ppmmq-4：天然氣、甲烷；300 to 10000ppmmq-5：液化氣、甲烷、煤制氣；300 to 5000ppmmq-6：液化氣、異丁烷、丙烷；100 to 10000ppmmq-8：氫氣、煤制氣；50 to 10000ppm本課題主要檢測煙霧、可燃?xì)怏w、有毒氣體，所以選用mq-2檢測煙霧，mq-5檢測可燃?xì)怏w和有毒氣體。5、ad轉(zhuǎn)換器的選用實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)際中我們要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)處理。運(yùn)用單

41、片機(jī)采集系統(tǒng)能很好的解決這些問題。基本的采集系統(tǒng)一般由mcu,a/d,pc構(gòu)成, mcu 是整個(gè)系統(tǒng)的核心,a/d是數(shù)據(jù)的源頭,pc是數(shù)據(jù)的歸宿地。a/d轉(zhuǎn)換器的選擇直接關(guān)系到采集精度是否理想。現(xiàn)在tlc2543這款a/d轉(zhuǎn)換器運(yùn)用很廣泛。tlc2543是ti公司的12位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換器,使用開關(guān)電容逐次 逼近技術(shù)完成a/d轉(zhuǎn)換過程。由于是串行輸入結(jié)構(gòu),能夠節(jié)省51系列單片機(jī)i/o資源;且價(jià)格適中,分辨率較高。因此選用tlc2543.6、顯示模塊的選用顯示有串行和并行兩種方式。并行顯示方式占用硬件資源多，八個(gè)筆劃段和幾個(gè)顯示驅(qū)動(dòng)控制端都要接到單片機(jī)的i/o引腳，但顯示刷新速度快；串行顯示方式占用

42、硬件資源少，僅數(shù)據(jù)鎖存控制端、時(shí)鐘端、數(shù)據(jù)端三個(gè)端口要接到單片機(jī)的i/o引腳上，顯示刷新速度較并行顯示方式慢。顯示單元是人機(jī)交互的窗口，是傳遞儀表工作狀態(tài)和檢測數(shù)據(jù)的關(guān)鍵性設(shè)備，通常的顯示器件有液晶顯示器（lcd）和數(shù)碼管顯示器（led）。液晶顯示器在使用中有許多注意事項(xiàng)：不能對它長期施加直流電，否則易造成顯示器的老化；必須注意防潮；防止施加過大的壓力；對于使用的環(huán)境溫度要特別注意，溫度不能太高也不能太低；防止紫外線的直接照射；要特別注意防靜電，焊接顯示器時(shí)烙鐵要接地?？梢娨壕э@示器在使用中有眾多的限制條件，但它同時(shí)也有一定的優(yōu)勢，其中最明顯的就是低功耗，消耗電流一般是pa級的。數(shù)碼管顯示器不

43、同與液晶顯示器，它對電源沒有特殊要求，受環(huán)境溫度的影響不大，不怕陽光的照射，也沒有嚴(yán)格的防靜電要求，而且它的顯示亮度要比液晶顯示器亮許多，適于安裝在室內(nèi)、室外、黑暗和光線強(qiáng)的各種環(huán)境中，但它的耗電量明顯高于液晶顯示器。本設(shè)計(jì)選用液晶顯示器。2.3 系統(tǒng)組成框圖以單片機(jī)為控制核心，采用溫度、濕度、煙霧、可燃?xì)怏w和有毒氣體測量，通信技術(shù)，誤差修正等關(guān)鍵技術(shù)，以溫濕度傳感器和氣體傳感器作為測量元件，構(gòu)成智能環(huán)境安全檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)，可分為溫度測量電路，濕度測量電路，煙霧測量電路，可燃?xì)怏w和有毒氣體測量電路，數(shù)據(jù)存儲及顯示電路，聲光報(bào)警電路，見圖2-1。選用的主要器件有：溫度傳感器ds18b20，濕度

44、傳感器hs1101，氣體傳感器mq-2和mq-5，ne555，ad轉(zhuǎn)換器tlc2543，單片機(jī)at89s52等。單片機(jī)89s52ad轉(zhuǎn)換器tlc2543mq-2氣體傳感器mq-5氣體傳感器液晶顯示報(bào)警電路ds18b20溫度傳感器hs1101濕度傳感器ne555圖2-1 系統(tǒng)框圖3 系統(tǒng)的工作原理3.1 傳感器的基本特性在監(jiān)控系統(tǒng)中有各種不同的物理量需要監(jiān)測和控制，這就要求傳感器能感受被測非電量并將其轉(zhuǎn)換成與被測量有一定函數(shù)關(guān)系的電量。傳感器所測量的非電量是處在不斷的變化之中，傳感器能否將這些非電量的變化不失真地轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電量，取決于傳感器的輸入輸出特性。傳感器這一基本特性可用靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特

45、性來描述。3.1.1 傳感器的靜態(tài)特性傳感器的靜態(tài)特性是指當(dāng)被測量處于穩(wěn)定狀態(tài)下，傳感器的輸入與輸出值之間的關(guān)系。傳感器靜態(tài)特性的主要技術(shù)指標(biāo)有:線性度、靈敏度、遲滯和重復(fù)性等。3.1.2 傳感器的動(dòng)態(tài)特性傳感器測量靜態(tài)信號時(shí)，由于被測量不隨時(shí)間變化，測量和記錄過程不受時(shí)間限制。而實(shí)際中大量的被測量是隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)信號，傳感器的輸出不僅需要精確地顯示被測量的大小，還要顯示被測量隨時(shí)間變化的規(guī)律，即被測量的波形。傳感器能測量動(dòng)態(tài)信號的能力用動(dòng)態(tài)特性表示。動(dòng)態(tài)特性是指傳感器測量動(dòng)態(tài)信號時(shí)，輸出對輸入的響應(yīng)特性。傳感器動(dòng)態(tài)特性的性能指標(biāo)可以通過時(shí)域、頻域以及試驗(yàn)分析的方法確定，其動(dòng)態(tài)特性參數(shù)如:最

46、大超調(diào)量、上升時(shí)間、調(diào)整時(shí)間、頻率響應(yīng)范圍、臨界頻率等。3.2 溫度傳感器美國dallas公司生產(chǎn)的ds18b20數(shù)字溫度傳感器，可以直接將被測溫度轉(zhuǎn)化為串行數(shù)字信號供微機(jī)處理，通過簡單的編程實(shí)現(xiàn)9位的溫度讀數(shù)。并且多個(gè)ds18b20可以并接到多個(gè)地址線上與單片機(jī)實(shí)現(xiàn)通信。由于每一個(gè)ds18b20出廠時(shí)都刻有唯一的一個(gè)序列號并存入其rom中，因此cpu可用簡單的通信協(xié)議就可以識別，從而節(jié)省大量的引線和邏輯電路。與其它溫度傳感器相比，ds18b20具有以下特性:（1）獨(dú)特的單線接口方式，ds18b20在與微處理器連接時(shí)僅需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)微處理器與ds18b20的雙向通訊。（2）ds18b20

47、支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè)ds18b20可以并聯(lián)在唯一的三線上，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測溫。（3）ds18b20在使用中不需要任何外圍元件。（4）溫范圍-55+125，固有測溫分辨率0.5。（5）測量結(jié)果以9位數(shù)字量方式串行傳送。ds1820采用3腳to-92封裝或8腳50封裝，管腳排列如圖3-1所示：圖3-1 ds18b20的引腳對圖3-1中ds18b20的引腳功能說明如下：nc：空引腳，不連接外部信號。vdd：接電源引腳，電源供電3.05.0v。gnd：接地。dq：數(shù)據(jù)的輸入和輸出引腳。dq：引腳的i/o為數(shù)據(jù)輸入/輸出端(即單線總線)，該引腳為漏極開路輸出，常態(tài)下呈高電平。ds18b20的內(nèi)部框圖如圖3.

48、2所示，它主要包括寄生電源、溫度傳感器、64位激光rom單線接口、存放中間數(shù)據(jù)的高速暫存器、用于存儲用戶設(shè)定的溫度上下限值、觸發(fā)器存儲與控制邏輯、8位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼發(fā)生器等7部分。圖3-2 ds18b20的內(nèi)部框圖測溫原理見圖3-3。低溫度系數(shù)振蕩器是一個(gè)振蕩頻率隨溫度變化很小的振蕩器，為計(jì)數(shù)器1提供一頻率穩(wěn)定的計(jì)數(shù)脈沖。高溫度系數(shù)振蕩器是一個(gè)振蕩頻率對溫度很敏感的振蕩器，為計(jì)數(shù)器2提供一個(gè)頻率隨溫度變化的計(jì)數(shù)脈沖。初始時(shí)，溫度寄存器被預(yù)置成-55，每當(dāng)計(jì)數(shù)器1從預(yù)置數(shù)開始減計(jì)數(shù)到0時(shí)，溫度寄存器中寄存的溫度值就增加1，這個(gè)過重復(fù)進(jìn)行直到計(jì)數(shù)器2計(jì)數(shù)到0時(shí)便停止。初始時(shí)，計(jì)數(shù)器1預(yù)置的是與-5

49、5像對應(yīng)的一個(gè)預(yù)置值。以后計(jì)數(shù)器l每一個(gè)循環(huán)的預(yù)置數(shù)都由斜率累加器提供。為了補(bǔ)償振蕩器溫度特性的非線性性，斜率累加器提供的預(yù)置數(shù)也隨溫度相應(yīng)變化。計(jì)數(shù)器1的預(yù)置數(shù)也就是在給定溫度外使溫度寄存器存值增加1計(jì)數(shù)器所需的計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)。圖中比較器的作用是以四舍五入的量化方式確定溫度寄存器的最低有效位。在計(jì)數(shù)器2停止計(jì)數(shù)后，比較器將計(jì)數(shù)器1中的計(jì)數(shù)剩余值轉(zhuǎn)換為溫度值后與025進(jìn)行比較，若低于0.25，溫度寄存器的最低位就置0，若高于0.25，就置1，若高于0.75，溫度寄存器的最低位就進(jìn)位后置0。這樣，經(jīng)過比較后所得的溫度寄存器的值就是最終讀取的溫度值了，其最末位代表0.5，四舍五入最大量化誤差為士l/zl

50、sb，即0.25。圖3-3 ds18b20測溫原理圖溫度寄存器中的溫度值以9位數(shù)據(jù)格式表示，最高位為符號位其余8位以二進(jìn)制補(bǔ)碼形式表示溫度值。測溫結(jié)束時(shí)，這9位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到暫存寄存器的前兩個(gè)字節(jié)中，符號位占用第1字節(jié)，8位溫度數(shù)據(jù)占用第2字節(jié)。ds18b20測量溫度時(shí)使用特有的溫度測量技術(shù)。ds18b20內(nèi)部的低溫度系數(shù)振蕩器能產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率信號:同樣的，高溫度系數(shù)振蕩器則將被測溫度轉(zhuǎn)換成頻率信號。當(dāng)計(jì)數(shù)門打開時(shí)，ds18b20進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)門開通時(shí)間由高溫度系數(shù)振蕩器決定。芯片內(nèi)部還有斜率累加器，可對頻率的非線性度加以補(bǔ)償。測量結(jié)果存入溫度寄存器中。一般情況下的溫度值應(yīng)為9位(包含一位符號)，

51、但因符號位擴(kuò)展成高8位，故以16位補(bǔ)碼形式讀出，溫度和數(shù)字量的關(guān)系如表3-1所示。表 3-1 溫度和數(shù)字量的關(guān)系變量輸出的二進(jìn)制碼對應(yīng)的十六進(jìn)制碼+12500000001111101000fah+250000000001100100032h+1/20000000000000010001h00000000000000000000h-1/2111111111111111ffffh-25111111111001110ffceh-55111111110010010ff92h單線總線，即1-wire技術(shù)是ds18b20的一個(gè)特點(diǎn)。該技術(shù)采用單根信號線，既可傳輸時(shí)鐘，又能傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，因

52、而這種單總線技術(shù)具有線路簡單，硬件開銷少，成本低廉，便于總線擴(kuò)展和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。單總線適用于單主機(jī)系統(tǒng)，能夠控制一個(gè)或多個(gè)從機(jī)設(shè)備。主機(jī)可以是微控制器，從機(jī)可以是單總線器件，它們之間的數(shù)據(jù)交換只通過一條信號線。當(dāng)只有一個(gè)從機(jī)設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)可按單節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)操作;當(dāng)有多個(gè)從設(shè)備時(shí)，系統(tǒng)則按多節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)操作。ds18b20 有兩種供電方式：一種為數(shù)據(jù)線供電方式，此時(shí)vdd接地，它是通過內(nèi)部電容在空閑時(shí)從數(shù)據(jù)線獲取能量，來完成溫度轉(zhuǎn)換，完成溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間較長。為了保證在有效的時(shí)鐘周期內(nèi)，提供足夠的電流，這種情況下，用一個(gè)mosfet管和單片機(jī)的一個(gè)i/o口來完成對ds18b20總線的上拉。另一種是外部供電方式

53、(vdd接+5v)，完成溫度測量的時(shí)間較短。當(dāng)使用數(shù)據(jù)總線寄生供電時(shí)，供電端必須接地，同時(shí)總線口在空閑的時(shí)候必須保持高電平，以便對傳感器充電。但當(dāng)所測溫度超過100時(shí)，ds18b20的漏電流增大，傳感器從i/o線上獲取的電流不足以維持ds18b20通訊所需的電流，此時(shí)只能選用外部供電方式。比較而言，寄生電源方式少用一根導(dǎo)線，但它完成溫度測量所需的時(shí)間較長，而外部電源方式測量速度則要快些。3.3 濕度傳感器測量空氣濕度的方式很多，其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周圍的空氣吸收水分后引起的物理或化學(xué)性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周圍空氣的濕度。電容式、電阻式和濕漲式濕敏原件分別是根據(jù)其高分子材料吸

54、濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進(jìn)行濕度測量的。下面 介紹hs1101濕度傳感器及其應(yīng)用。3.3.1 特點(diǎn)不需校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠性和長期穩(wěn)定性，快速響應(yīng)時(shí)間，專利設(shè)計(jì)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于制造流水線上的自動(dòng)插件和自動(dòng)裝配過程等。 圖3-4a、濕敏電容工作的溫、濕度范圍 圖3-4b、濕度-電容響應(yīng)曲線。相對濕度在1%-100%rh范圍內(nèi)；電容量由160pf變到200pf，其誤差不大于±2%rh；響應(yīng)時(shí)間小于5s；溫度系數(shù)為0.04 pf/。可見精度是較高的。3.3.2 濕度的計(jì)算方法本設(shè)計(jì)將hs1101置于555振蕩電路中，將電容

55、值的變化轉(zhuǎn)為與之成反比的電壓頻率信號，從而得出濕度。頻率輸出的555測量振蕩電路如圖3-5所示。集成定時(shí)器555芯片外接電阻r4、r6與濕敏電容c，構(gòu)成了對c的充電回路。7端通過芯片內(nèi)部的晶體管對地短路又構(gòu)成了對c的放電回路，并將引腳2、6端相連引入到片內(nèi)比較器，便成為一個(gè)典型的多諧振蕩器，即方波發(fā)生器。電源電壓工作范圍是+3.5v-+12v，本監(jiān)測系統(tǒng)采用+5v。r4是作為內(nèi)部溫度補(bǔ)償，引入溫度效應(yīng)，使它與hs1101的溫度效應(yīng)相匹配。r4必須是1%精度,最大溫度效應(yīng)小于100ppm的電阻。由于不同型號的555的溫度效應(yīng)不同，所以r4必須與相應(yīng)型號的555芯片相匹配。為了保證在55%rh的典型濕度值為6660hz(25)，r6也必須做修正。對于ne555，r4取909k,r6取576k。為了使輸出方波占空比接近50%，應(yīng)使r6>>r5，本系統(tǒng)r5取49.9k。圖3-5 頻率輸出的555振蕩電路該振蕩電路兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的交替過程如下：首先電源vs通過r4、r6 向c充電，經(jīng)t充電時(shí)間后，uc達(dá)到芯片內(nèi)比較器的高觸發(fā)電