【正文】 這些性能指標(biāo)即設(shè)計(jì)中各傳感器的選型的主要依據(jù)，其次在選型中也應(yīng)考慮到元件性價(jià)比的因素，在滿足性能指標(biāo)的基礎(chǔ)上盡可能提高元件性能。本設(shè)計(jì)使用高精度熱電偶溫度傳感器YHWEP01/Pt100，其形為薄膜鉑電阻，是用真空沉積的薄膜技術(shù)把鉑膜濺射在陶瓷基片上。膜厚在2μm以內(nèi)，用玻璃燒結(jié)料把Ni（或Pd）引線固定，經(jīng)激光調(diào)阻制成的薄膜元件。傳感器工作時(shí)因環(huán)境溫度的變化，使自身內(nèi)阻發(fā)生相應(yīng)變化，在固定電流下轉(zhuǎn)化為一定的電壓，經(jīng)過放大整形后送入A/D轉(zhuǎn)換，成為能被單片機(jī)識(shí)別的溫度數(shù)據(jù)信號(hào)。 煙霧傳感器本設(shè)計(jì)使用的煙霧傳感器為離子式煙霧傳感器HIS07，該傳感器是基于類比最佳性能設(shè)計(jì)的單源雙室DSCB型電離室，電離室中安裝的電離源為Am241，專用于感煙探測。當(dāng)流經(jīng)內(nèi)外電離室的電子流不平衡時(shí)，集電極充電直到電離電流達(dá)到平衡，在無煙或無燃燒物時(shí)，集電極除手電離電流潮汐影響外保持平衡電位。當(dāng)煙霧進(jìn)入外電離室時(shí)對電離電流產(chǎn)生影響，使電離電流下降，集電極重新充電直到新的平衡電位，這時(shí)的電位變化經(jīng)整形后送入A/D轉(zhuǎn)換，即可得到煙霧濃度的數(shù)據(jù)。測量范圍：0%～5%；工作電壓：9V；測量誤差：177。；UL217標(biāo)準(zhǔn)大氣中輸出電壓：177。；工作濕度：≤95%RH；棉芯2%/foot煙靈敏度：177。；集電極平衡電位：177。；絕緣體漏電電流：≤；電離源活度：(18Kbq)177。10%；電離室25cm處輻射劑量率：。 一氧化碳傳感器本設(shè)計(jì)使用的一氧化碳傳感器為ME4CO型電化學(xué)傳感器，該傳感器根據(jù)電化學(xué)的原理工作，利用待測氣體在電解池中工作電極上的電化學(xué)氧化過程，通過電子線路將電解池的工作電極和參比電極恒定在一個(gè)適當(dāng)?shù)碾娢?，在該電位下可以發(fā)生待測氣體的電化學(xué)氧化，由于氧在氧化和還原反應(yīng)時(shí)所產(chǎn)生的法拉第電流很小，可以忽略不計(jì)，于是待測氣體電化學(xué)反應(yīng)所產(chǎn)生的電流與其濃度成正比并遵循法拉第定律。于是通過將電流轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)并整形方法送入A/D轉(zhuǎn)換就可以確定一氧化碳?xì)怏w的濃度數(shù)據(jù)。測量范圍：0～1500ppm；工作電壓：9V；測量誤差：177。；零點(diǎn)漂移(20℃～40℃)：≤9ppm；工作濕度：15%～95%RH；響應(yīng)時(shí)間：25s；分辨率：1ppm；穩(wěn)定性：5%/年；重復(fù)性：2%輸出值。 傳感器選型 溫度傳感器YHWEP01/Pt100YHWEP01/Pt100傳感器為本設(shè)計(jì)采用的高精度熱電偶溫度傳感器。傳感器工作時(shí)因環(huán)境溫度的變化，使自身內(nèi)阻發(fā)生相應(yīng)變化產(chǎn)生相應(yīng)，經(jīng)過放大整形后送入A/D轉(zhuǎn)換，成為能被單片機(jī)識(shí)別的溫度數(shù)據(jù)信號(hào)。其實(shí)物圖見圖2。圖2 YHWEP01/Pt100溫度傳感器實(shí)物圖 煙霧傳感器HIS07圖3 HIS07煙霧傳感器實(shí)物圖HIS07煙霧傳感器是日本為檢測煙霧而設(shè)計(jì)的新型傳感器，是為專用于煙霧檢測的傳感器實(shí)物圖及外形尺寸見圖3。 一氧化碳傳感器ME4COME4CO傳感器屬于電化學(xué)型傳感器，對電解容納室作了重新設(shè)計(jì)，減少了電解液泄露的風(fēng)險(xiǎn)，體積小，大幅度的減低了成本。輸出信號(hào)直線性、重復(fù)再現(xiàn)性優(yōu)越、不受濕度影響、電池可驅(qū)動(dòng)。其實(shí)物圖與主要性能參數(shù)分別如圖4。圖4 ME4CO一氧化碳傳感器實(shí)物圖3. 串行通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化和微機(jī)分級分布式應(yīng)用系統(tǒng)的發(fā)展，通信的功能也越來越重要。通信是指計(jì)算機(jī)與外界的信息傳輸，既包括計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的傳輸，也包括計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備，如終端、打印機(jī)和磁盤等設(shè)備之間的傳輸。 串行通信簡介 串行通信的基本概念圖5并行通信與串行通信示意圖接收端發(fā)送端接收端（b）串行通信發(fā)送端（a）并行通信數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)在通信領(lǐng)域內(nèi)，有兩種數(shù)據(jù)通信方式：并行通信和串行通信。如圖5所示：（a）圖為并行通信示意圖，（b）圖為串行通信示意圖。所謂并行通信，是在一些聯(lián)絡(luò)信號(hào)的控制下，一次將8位或16位或32位數(shù)據(jù)同時(shí)傳送完畢。在并行通信中，傳輸線的數(shù)目沒有限制，除了數(shù)據(jù)線之外還應(yīng)設(shè)置有通信聯(lián)絡(luò)控制線。但是當(dāng)要傳輸?shù)木嚯x比較遠(yuǎn)時(shí)，一般不能使用并行通信，其原因基于以下兩點(diǎn)：一是通信線路費(fèi)用昂貴；二是由于眾多的連線間極易引入干擾，又容易發(fā)生線路故障，使整個(gè)系統(tǒng)的可靠性變得十分脆弱。如果采用兩條線，即一條通信線加上一條地線來進(jìn)行單向通信，傳送的信息(數(shù)據(jù)信息和控制信息)一次傳送一位，如8位的數(shù)據(jù)信息分8次傳送完畢，這種方式稱為串行通信。最簡單的信息傳送方式，應(yīng)該就是用一條信號(hào)線路來傳送電壓的變化而達(dá)到傳送信息的目的。只要準(zhǔn)備溝通的雙方事先定義好什么樣的狀態(tài)代表什么樣的意思，那么通過這一條線就可以讓雙方進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。 串行通信的方式由于信息在一個(gè)方向上傳輸只占用一根傳輸線，而這根線上既傳送數(shù)據(jù)，又傳送聯(lián)絡(luò)信號(hào)，因?yàn)榇藶閰^(qū)分這根線傳送的信息流中，哪一部分是聯(lián)絡(luò)信號(hào)，哪一部分是數(shù)據(jù)，就必須引出串行通信的一系列約定。于是，在串行通信中就有異步通信和同步通信兩種基本串行通信方式。（1）異步通信 異步方式通信ASYNC（Asynchronous Data Communication），又稱起止式異步通信，是計(jì)算機(jī)通信中最常用的數(shù)據(jù)信息傳輸方式。它是以字符為單位進(jìn)行傳輸?shù)?，字符之間沒有固定的時(shí)間間隔要求，而每個(gè)字符中的各位則以固定的時(shí)間傳送。收、發(fā)雙方取得同步的方法是采用在字符格式中設(shè)置的起始位和停止位。在一個(gè)有效字符正式發(fā)送前，發(fā)送器先發(fā)送一個(gè)起始位，然后發(fā)送有效字符位，在字符結(jié)束時(shí)再發(fā)送一個(gè)停止位，起始位至停止位構(gòu)成一幀。D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 1/0 1011D0O0第n個(gè)字符停止位奇偶校驗(yàn)位位8位數(shù)據(jù)位起始位圖6 異步通信一幀數(shù)據(jù)格式串行異步通信時(shí)的數(shù)據(jù)格式如圖6所示。a）起始位：起始位必須是持續(xù)一個(gè)比特時(shí)間的邏輯“0”電平，標(biāo)志著傳送一個(gè)符的開始。b）數(shù)據(jù)位為58位，它緊跟在起始位之后，是被傳送字符的有效數(shù)據(jù)位。傳送時(shí)先傳送字符的低位，后傳送字符的高位。數(shù)據(jù)位究竟是幾位，可由硬件或軟件來設(shè)定。c）奇偶校驗(yàn)位：奇偶校驗(yàn)位僅占一位，用于進(jìn)行奇校驗(yàn)或偶校驗(yàn)，也可以不設(shè)奇偶校驗(yàn)位。d）停止位：停止位為1位、可由軟件設(shè)定。它一定是邏輯“1”電平，標(biāo)志著傳送一個(gè)字符的結(jié)束。e）空閑位：空閑位表示線路處于空閑狀態(tài)，此時(shí)線路上為邏輯“1”電平?？臻e位可以沒有，此時(shí)異步傳送的效率為最高。（2）同步通信 一幀信息01111110 A C I FC 01111110開始標(biāo)志 地址位 控制位 數(shù)據(jù)位（0n位）16位CBC校驗(yàn)碼 結(jié)束標(biāo)志圖7 同步通信一幀數(shù)據(jù)格式同步通信是一種連續(xù)串行傳送數(shù)據(jù)的通信方式，一次通信只傳送一幀信息。這里的信息幀與異步通信中的字符幀不同，通常含有若干個(gè)數(shù)據(jù)字符。它們均由同步字符、數(shù)據(jù)字符和校驗(yàn)字符（CRC）組成。其中同步字符位于幀開頭，用于確認(rèn)數(shù)據(jù)字符的開始。數(shù)據(jù)字符在同步字符之后，個(gè)數(shù)沒有限制，由所需傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊長度來決定；校驗(yàn)字符有1到2個(gè)，用于接收端對接收到的字符序列進(jìn)行正確性的校驗(yàn)。同步通信的缺點(diǎn)是要求發(fā)送時(shí)鐘和接收時(shí)鐘保持嚴(yán)格的同步。串行同步通信時(shí)的數(shù)據(jù)格式如圖7所示。同步通信中使用的數(shù)據(jù)格式根據(jù)所采用的控制規(guī)程（通信雙方就如何交換信息所建立的一些規(guī)定和過程稱為通信控制規(guī)程）又可分為面向字符型和面向位（比特）型兩種。 面向字符型的數(shù)據(jù)格式又有單同步、雙同步、外同步之分。 a）單同步：發(fā)送方先傳送1個(gè)同步字符，再傳送數(shù)據(jù)塊，接收方檢測到同步字符后接收數(shù)據(jù)；b）雙同步：發(fā)送方先傳送2個(gè)同步字符，再傳送數(shù)據(jù)塊，接收方檢測到同步字符后接收數(shù)據(jù)；c）外同步：用一條專用線來傳送同步字符，以實(shí)現(xiàn)收發(fā)雙方同步操作。同步傳送，接收和發(fā)送時(shí)鐘對于收、發(fā)雙方之間的數(shù)據(jù)傳送達(dá)到同步是至關(guān)重要的。在發(fā)送方，一般都是在發(fā)送時(shí)鐘的下降沿將數(shù)據(jù)串行移位輸出；在接收方，一般都是在接收時(shí)鐘的上升沿將數(shù)據(jù)串行移位輸入。 （3）串行通信的傳送方向 串行通信在兩個(gè)站（或設(shè)備）之間傳送，有單工、半雙工、全雙工三種形式。 a）單工：僅能進(jìn)行一個(gè)方向的傳送，即A只能作為發(fā)送器，B只能作為接收器。如圖8所示。發(fā)送器接收器發(fā)送器接收器圖9 半雙工形式AB圖8 單工形式b）半雙工：交替地進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳送，但兩個(gè)設(shè)備之間只有一根傳輸線，因此兩個(gè)方向的數(shù)據(jù)傳送不能同時(shí)進(jìn)行，如圖9所示。圖10 全雙工形式發(fā)送器接收器發(fā)送器接收器c）全雙工：兩個(gè)設(shè)備之間有兩條傳輸線，能在兩個(gè)方向上同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，如圖10所示。 串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)選擇EIA23EIA422與EIA485標(biāo)準(zhǔn)等串行通信技術(shù)應(yīng)用很廣，如錄像機(jī)、計(jì)算機(jī)以及許多工業(yè)控制設(shè)備上都配備有EIA232串行通信接口。 RS232標(biāo)準(zhǔn)接口簡介1．RS232總線標(biāo)準(zhǔn)接口RS232C總線標(biāo)準(zhǔn)接口是由美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）1969年正式公布的，全稱是“使用二進(jìn)制進(jìn)行交換的數(shù)據(jù)終端設(shè)備和數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）之間的接口”。在異步串行通信中應(yīng)用最廣的標(biāo)準(zhǔn)總線，它包括了按位傳輸?shù)碾娖骱蜋C(jī)械方面的規(guī)定，適合于短距離或帶調(diào)制解調(diào)器的通信場合，最大的傳輸速率為20Kb/s，最大傳輸距離為15m[3]。目前RS232是PC機(jī)與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口，RS232被定義為一種在低速串行通信中增加通信距離的單端標(biāo)準(zhǔn)。由于 RS232C 并未定義連接器的物理特性，因此，出現(xiàn)了 DB2DB15 和 DB9各種類型的連接器，其引腳的定義也各不相同。圖11 DB—9串口圖本文通信用串口DB9類型，如圖11所示。 在 AT 機(jī)及以后，不支持 20mA 電流環(huán)接口，使用 DB9 連接器，作為提供多功能 I/O 卡或主板上 COM1 和 COM2 兩個(gè)串行接口的連接器。它只提供異步通信的 9 個(gè)信號(hào)。表1 引腳定義及功能9針RS232串口（DB9）引腳簡寫功能說明1CD載波偵測（Carrier Detect）2RXD接收數(shù)據(jù)（Receive）3TXD發(fā)送數(shù)據(jù)（Transmit）4DTR數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備（Data Terminal Ready）5GND地線（Ground）6DSR數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好（Data Set Ready）7RTS請求發(fā)送（Request To Send）8CTS清除發(fā)送（Clear To Send）9RI振鈴指示（Ring Indicator）RS232C標(biāo)準(zhǔn)（協(xié)議）的全稱是EIARS232C標(biāo)準(zhǔn)，其中EIA(Electronic Industry Association)代表美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)，RS（Remended Standard）代表推薦標(biāo)準(zhǔn)，232是標(biāo)識(shí)號(hào)，C代表RS232的最新一次修改（1969），在這之前，有RS232B、RS232A。它規(guī)定連接電纜和機(jī)械、電氣特性、信號(hào)功能及傳送過程。RS232C對電器特性、邏輯電平和各種信號(hào)線功能都作了規(guī)定。（1）在TXD和RXD管腳上：邏輯1(MARK)= 3V～15V，邏輯0(SPACE)=+3～+15V。（2）在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制線上：信號(hào)有效（接通，ON狀態(tài)，正電壓）＝+3V～+15V，信號(hào)無效（斷開，OFF狀態(tài)，負(fù)電壓)=3V～15V。RS232C是用正負(fù)電壓來表示邏輯狀態(tài)，與TTL以高低電平表示邏輯狀態(tài)的規(guī)定不同。因此，為了能夠同計(jì)算機(jī)接口或終端的TTL器件連接，必須在RS232C與TTL電路之間進(jìn)行電平和邏輯關(guān)系的變換。實(shí)現(xiàn)這種變換的方法可用分立元件，也可用集成電路芯片。目前較為廣泛地使用集成電路轉(zhuǎn)換器件，如MC148SN75150芯片可完成TTL電平到EIA電平的轉(zhuǎn)換，而MC148SN75154可實(shí)現(xiàn)EIA電平到TTL電平的轉(zhuǎn)換。MAX232芯片可完成TTL與EIA雙向電平轉(zhuǎn)換。2．RS485總線標(biāo)準(zhǔn)接口電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）于1983 年制訂并發(fā)布RS485 標(biāo)準(zhǔn)，并經(jīng)通訊工業(yè)協(xié)會(huì)（TIA），修訂后命名為TIA/EIA485A，習(xí)慣地稱之為RS485標(biāo)準(zhǔn)。RS485 總線作為一種多點(diǎn)差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)碾姎庖?guī)范，已成為業(yè)界應(yīng)用最為廣泛的標(biāo)準(zhǔn)通信接口之一。這種通信接口允許在簡單的一對雙絞線上進(jìn)行多點(diǎn)雙向通信，它所具有的噪聲抑制能力、數(shù)據(jù)傳輸速率、電纜長度及可靠性是其他標(biāo)準(zhǔn)無法比擬的。正因?yàn)槿绱?，許多不同領(lǐng)域都采用RS485 作為數(shù)據(jù)傳輸鏈路。例如：汽車電子、電信設(shè)備局域網(wǎng)、智能樓宇等都經(jīng)常可以見到具有RS485 接口電路的設(shè)備。這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)得到廣泛接受的另外一個(gè)原因是它的通用性，RS485 標(biāo)準(zhǔn)只對接口的電氣特性做出規(guī)定，而不涉及接插件電纜或協(xié)議，在此基礎(chǔ)上用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議，如MODBUS協(xié)議。RS485總線電氣性能如表2所示。目前，在我國應(yīng)用的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)中，RS485半雙工異步通信總線也是被各個(gè)研發(fā)機(jī)構(gòu)廣泛使用的數(shù)據(jù)通信總線。但是基于在RS485 總線上任一時(shí)刻只能存在一個(gè)主機(jī)的特點(diǎn)，它往往應(yīng)用在集中控制樞紐與分散控制單元之間。表2 RS485總線電器性能性能指標(biāo)RS485總線工作模式差分傳輸（平衡傳輸）允許的收發(fā)器數(shù)目32（受芯片驅(qū)動(dòng)能力限制）最大電纜長度4000英尺（1219米）最高數(shù)據(jù)速率10Mbps最小驅(qū)動(dòng)輸出電壓范圍177。最大驅(qū)動(dòng)輸出電壓范圍177。5V最大輸出短路電流250mA最大輸入電流、驅(qū)動(dòng)器輸出阻抗54歐輸入端電容≤50pF接收器輸入靈敏度177。200mV接收器最小輸入阻抗12k接收器輸入電壓范圍