【正文】 的壓力、位移 、振動(dòng)加速度等。（7）無(wú)線紅外傳感器華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 11 頁(yè) 共 61 頁(yè)無(wú)線紅外傳感器又名無(wú)線紅外探測(cè)器，無(wú)線智能幕簾/廣角紅外探測(cè)器采用美國(guó)軍用紅外傳感器進(jìn)行信號(hào)采集探測(cè)與摩托羅拉芯片組合集成單片機(jī)智能技術(shù)控制，自動(dòng)溫度補(bǔ)償、微電流省耗、無(wú)誤報(bào)、無(wú)漏報(bào)、探測(cè)距離遠(yuǎn)、工作穩(wěn)定、性能可靠、外形精巧、美觀大方。高頻發(fā)射部分采用最新聲表面（S）穩(wěn)頻技術(shù)，配合成熟的外圍電路，使得產(chǎn)品具有紅外探測(cè)靈敏度好、誤報(bào)率低、高頻發(fā)射頻率穩(wěn)定、發(fā)射功率大的特點(diǎn)。熱釋電紅外線(PIR)傳感器是 80 年代發(fā)展起來(lái)的一種新型高靈敏度探測(cè)元件，是一種能檢測(cè)人體發(fā)射的紅外線而輸出電信號(hào)的傳感器，它能組成防入侵報(bào)警器或各種自動(dòng)化節(jié)能裝置。其工作原理為：在 VCC 電源端利用 C1 和 R2 來(lái)穩(wěn)定工作電壓，同樣輸出端也多加了穩(wěn)壓元件穩(wěn)定信號(hào)。為了抑制因自身溫度變化而產(chǎn)生的干擾 ，該傳感器在工藝上將兩個(gè)特征一致的熱電元反向串聯(lián)或接成差動(dòng)平衡電路方式，因而能以非接觸式檢測(cè)出物體放出的紅外線能量變化 ，并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。熱釋電紅外傳感器在結(jié)構(gòu)上引入場(chǎng)效應(yīng)管的目的在于完成阻抗變換。由于加電極化的電壓是有極性的，因此極化后的探測(cè)元也是有正、負(fù)極性的。在傳感器頂端開設(shè)了一個(gè)裝有濾光鏡片的窗口，這個(gè)濾光片可通過光的波長(zhǎng)范圍為 710um，正好適合于人體紅外輻射的探測(cè)，而對(duì)其它波長(zhǎng)的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測(cè)人體輻射的紅外線傳感器。本設(shè)計(jì)傳感器采用雙元熱釋電紅外傳感器 RE200B，該傳感器翻用熱釋電材料極化隨溫度變化的特殊探測(cè)紅外輻射，并采用雙靈敏元互補(bǔ)方法抑制干擾，以提高傳感器的工作溫度。 放大電路設(shè)計(jì)如下圖 36 所示，為放大電路設(shè)計(jì)圖。放大后的信號(hào)由 C3 耦合至反相器 74LS04 輸入端。具體電路圖分別如圖 37 和圖 38 所 示：DS2G3VCN47ufKL9PkQpear傳M華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 15 頁(yè) 共 61 頁(yè) 圖 37 聲音報(bào)警電路 圖 38 光報(bào)警電路用一個(gè) Speaker、繼電器、三極管和電阻接到單片機(jī)的 TXD 引腳上，外接 VCC，構(gòu)成聲音報(bào)警電路，當(dāng)與單片機(jī)連接的引腳被置高電平后，蜂鳴器會(huì)發(fā)聲報(bào)警。電路中按鍵S2 鍵作為中止 /暫停鍵, 按下 S2 按鍵時(shí)，模擬的是當(dāng)聲光報(bào)警電路開始工作時(shí)，室內(nèi)主人通過聲光報(bào)警電路得知有人入侵偷盜，得知此情況后，主人就可以關(guān)閉聲光報(bào)警了。這樣一來(lái)，會(huì)對(duì)室內(nèi)財(cái)產(chǎn)及安全的損失造成嚴(yán)重威脅。 常見濕度傳感器介紹濕度傳感器，基本形式都為利用濕敏材料對(duì)水分子的吸附能力或?qū)λ肿赢a(chǎn)生物理效應(yīng)的方法測(cè)量濕度。濕敏元件主要分為二大類：水分子親和力型濕敏元件和非水分子親和力型濕敏元件。這類元件在應(yīng)用時(shí)附著或浸入被測(cè)的水蒸氣分子，與材料發(fā)生 化學(xué)反應(yīng)生成氫氧化物，或一經(jīng)浸入就有一部分殘留在元件上而難以全部脫出，使重復(fù)使用時(shí)元件的特性不穩(wěn)定，測(cè)量時(shí)有較大的滯后誤差和較慢的反應(yīng)速度。濕度傳感器主要有以下幾種類型：（1）電解質(zhì)濕敏傳感器利用潮解性鹽類受潮后電阻發(fā)生變化制成的濕敏元件。結(jié)構(gòu)形式有頓蒙式和含浸式。70 年代研制成功玻璃基板含浸式濕敏元件，采用兩種不同濃度的氯化鋰水溶液浸泡多孔無(wú) 堿玻璃基板（孔徑平均 500 埃），可制成測(cè)濕范圍為相對(duì)濕度 20～80%的元件。吸濕后電阻值改變的高分子材料，可做成電阻變化式濕敏元件。（3）金屬氧化物膜濕敏傳感器許多金屬氧化物如氧化鋁、四氧化三鐵、鉭氧化物等都有較強(qiáng)的吸脫水性能，將它們制成燒結(jié)薄膜或涂布薄膜 可制作多種濕敏元件。它是一種價(jià)廉物美，較早投入批量生產(chǎn)的濕敏元件，在濕度測(cè)量和濕度控制方面都有大量應(yīng)用。（5）超聲波式濕度傳感器超聲波在空氣中的傳播速度與溫度、濕度有關(guān)，利用這一特性可制成超聲波式濕度傳感器。（6）熱敏電阻式濕度傳感器利用熱敏電阻作濕敏元件。熱敏電阻式濕度傳感器的輸出電壓與絕對(duì)濕度成比例，因而可用于測(cè)量大氣的絕對(duì)濕度。在本系統(tǒng)中考慮到用數(shù)字型濕度傳感器較用模擬型濕度傳感器電路簡(jiǎn)單，可以省去 A/D 轉(zhuǎn)化模塊，所以這里采用的濕度傳感器為電阻式數(shù)字溫濕度傳感器 DHT11。傳感器包括一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè) NTC 測(cè)元件，并與一個(gè)高性能 8 位單片機(jī)相連接。 單線制串行接口，使系統(tǒng) 集變得簡(jiǎn)易快捷。DHT11 溫濕度傳感器性能說(shuō)明如表 31 所示：參數(shù) 條件 Min Typ Max 單位濕度1 1 1 %RH分辨率16 Bit重復(fù)性 177。1 %RH 長(zhǎng)期穩(wěn)定性 典型值 177。2 ℃ 量程范圍 0 50 ℃基于單片機(jī)的多功能智能窗的設(shè)計(jì)第 20 頁(yè) 共 61 頁(yè) 響應(yīng)時(shí)間 1/e(63) 6 30 S表 31 DHT11 溫濕度傳感器性能DHT11 的數(shù)據(jù)讀?。?DATA 用于微處理器與 DHT11 之間的通訊和同步，采用單總線數(shù)據(jù)格式，一次通訊時(shí)間 4ms 左右，數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分，具體格式在下面說(shuō)明，當(dāng)前小數(shù)部分用于以后擴(kuò)展，現(xiàn)讀出為零。 用戶 MCU 發(fā)送一次開始信號(hào)后，DHT11 從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，等待主機(jī)開始信號(hào)結(jié)束后，DHT11 發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，送出 40bit 的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號(hào)采集,用戶可選擇讀取部分?jǐn)?shù)據(jù)。主機(jī)發(fā)送開始信號(hào)結(jié)束后，延時(shí)等待 2040us 后，讀取 DHT11 的響應(yīng)信號(hào),主機(jī)發(fā)送開始信號(hào)后，可以切換到輸入模式，或者輸出高電平均可，總線由上拉電阻拉高。當(dāng)最后一 bit 數(shù)據(jù)傳送完畢后，DHT11 拉低總線 50us，隨后總線由上拉電阻拉高進(jìn)入空閑狀態(tài)。本模塊的具體工作流程為：壓力傳感器把風(fēng)對(duì)它的壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，這個(gè)電信號(hào)是很微弱的，需要經(jīng)過放大處理得到一個(gè)大的電壓值，由于此電壓值為模擬量，因此需要在放大電路與單片機(jī)之間接入 A/D 轉(zhuǎn)化模塊，將模擬量轉(zhuǎn)化成數(shù)字量，然后將數(shù)據(jù)送入單片機(jī)，與事先設(shè)定好的閾值進(jìn)行比較，如果傳輸來(lái)的數(shù)據(jù)大于閾值，則單片機(jī)會(huì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，使電機(jī)帶動(dòng)窗體運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)關(guān)窗功能。三個(gè)互成120 度固定在架上的拋物形或半球形的空杯都順一面，整個(gè)架子連同風(fēng)杯裝在一個(gè)可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)的軸上。 （2）熱敏式風(fēng)速計(jì)：基于熱原理的硅風(fēng)速傳感器，在流體中存在一個(gè)熱源，通過測(cè)量熱源周圍的溫度場(chǎng)分布或熱源的熱損失，來(lái)得到關(guān)于流體的信息。在恒功率下，通過測(cè)量加熱單元的溫度而得到風(fēng)速大小，恒功率的反應(yīng)時(shí)間取決于加熱單元的熱電容和傳熱速率。在皮托管頭部的頂端,迎著來(lái)流開有一個(gè)小孔,小孔平面與流體流動(dòng)方向垂直。（4）超聲波式風(fēng)速計(jì)：當(dāng)超聲波在空氣中傳播時(shí)，受到風(fēng)速的影響，順風(fēng)和逆風(fēng)情況下存在一個(gè)時(shí)間差，基于這個(gè)原理可制成的時(shí)差法超聲波風(fēng)速測(cè)量?jī)x表。（5） 壓力式風(fēng)速計(jì): 當(dāng)風(fēng)在傳播過程中，對(duì)阻礙它前進(jìn)的物體會(huì)有一個(gè)壓力，利用風(fēng)對(duì)阻礙它傳播而產(chǎn)生的壓力可以制成一個(gè)壓力傳感器。光柵盤是在一定直徑的圓板上等分地開通若干個(gè)長(zhǎng)方形孔。硅微壓傳感器是當(dāng)今傳感器發(fā)展的前沿技術(shù)，硅半導(dǎo)體傳感器因其體積小、重量輕、成本低、性能好、易集成等優(yōu)點(diǎn)得到廣泛的應(yīng)用。SM5551001D壓力傳感器是一種將壓力轉(zhuǎn)換成電壓的器件，可用于測(cè)量壓力、位移等物理量。（2）使用了一套專門設(shè)計(jì)的軟件由計(jì)算機(jī)對(duì)傳感器作靜態(tài)和動(dòng)態(tài)仿真。它的輸出電壓是25mv到75mv。SMI 硅微壓傳感器是價(jià)位低、線性度在 %到 %范圍內(nèi)的硅微壓力傳感器，最低滿量程 (1KPa)被列為超低壓力測(cè)量范圍。 SM5551001D工作原理由于風(fēng)的壓力是小于2KP的，所以要選用一個(gè)微壓傳感器，本系統(tǒng)所用的傳感器類型即為壓力傳感器。(6)光電式風(fēng)速計(jì):光電編碼器，是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的機(jī)械幾何位移量轉(zhuǎn)換成脈沖或數(shù)字量的傳感器。時(shí)差法是根據(jù)超聲波信號(hào)順流傳播時(shí)間和逆流傳播時(shí)間之差來(lái)計(jì)算流速的，最早應(yīng)用于超聲波流量計(jì)，它適用于大、中口徑管道及敞開水道流量的測(cè)量，此法受溫度影響比較大。頂端的小孔與側(cè)面的小孔分別與兩條互不相通的管路相連。熱線風(fēng)速計(jì)在小風(fēng)速時(shí)靈敏度較高，適用于對(duì)小風(fēng)速測(cè)量。因?yàn)榇蠖鄶?shù)材料的電阻率隨溫度而變化，所以，可以通過測(cè)量電阻的變化反映風(fēng)速的大小。轉(zhuǎn)速可以用電觸點(diǎn)、測(cè)速發(fā)電機(jī)或光電計(jì)數(shù)器等記錄。下面將對(duì)幾種風(fēng)速傳感器進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹：（1）風(fēng)杯式風(fēng)速計(jì)：它是最常見的一種風(fēng)速計(jì)。因此風(fēng)速檢測(cè)電路模塊要電路簡(jiǎn)單，精度高，體積小，成本低，容易實(shí)現(xiàn)。格式見下面圖示。 總線空閑狀態(tài)為高電平，主機(jī)把總線拉低等待 DHT11 響應(yīng)，主機(jī)把總線拉低必須大于 18 毫秒，保證 DHT11 能檢測(cè)到起始信號(hào)。 數(shù)據(jù)格式：8bit 濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit 濕度小數(shù)數(shù)據(jù) +8bi 溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit 溫度小數(shù)數(shù)據(jù) +8bit 校驗(yàn)和。1 ℃ 精度 177。4 %RH精度0－ 50℃ 177。產(chǎn)品為 4 針單排引腳裝。每個(gè) DHT1 傳感器都在極為精確的度校驗(yàn)室中進(jìn)行校準(zhǔn)。 DHT11 工作原理DHT11 數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳器。此外，熱敏電阻的位置對(duì)測(cè)量也有很大影響。其中 R2 裝在密封的金屬盒內(nèi)，內(nèi)部封裝著干燥空氣，R1 置于與大氣相接觸的開孔金屬盒內(nèi)。超聲波濕度傳感器有很多優(yōu)點(diǎn)，它的測(cè)濕數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確，響應(yīng)速度快，可以測(cè)出某一極小范圍的絕對(duì)濕度而不受輻射熱的影響。陶瓷燒結(jié)體微結(jié)晶表面對(duì)水分子進(jìn)行吸基于單片機(jī)的多功能智能窗的設(shè)計(jì)第 18 頁(yè) 共 61 頁(yè)濕或脫濕時(shí)，引起電極間電阻值隨相對(duì)濕度成指數(shù)變化，從而濕度信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。這種多 孔質(zhì)的氧化鋁濕敏元件互換性好，低濕范圍測(cè)濕的時(shí)間響應(yīng)速度較快，滯后誤差小，常用于高空氣球上測(cè)濕。高分子濕敏元 件的薄膜做得極薄，一般約 5000 埃，使元件易于很快的吸濕與脫濕, 減少了滯后誤差，響應(yīng)速度快。（2）高分子材料濕敏傳感器利用有機(jī)高分子材料的吸濕性能與膨潤(rùn)性能制成的濕敏元件。含浸式氯化鋰濕敏元件是由天然樹皮基板用氯化鋰水溶液浸泡 制成的。從 1938 年 頓蒙發(fā)明這種元件以來(lái)，在較長(zhǎng)的使用實(shí)踐中，對(duì)氯化鋰的載體及元件尺寸作了許多改進(jìn)，提高了響應(yīng)速度和擴(kuò)大測(cè)濕范圍。另一類非親和力型濕敏元件利用其與水分子接觸產(chǎn)生的物理效應(yīng)來(lái)測(cè)量濕度。例如，利用水分子附著或浸入某些物質(zhì)后，其電氣性能（電阻值、介電常數(shù) 等）發(fā)生變化的特性可制成電阻式濕敏元件、電容式濕敏元件；利用水分子附著后引起材料長(zhǎng)度變化，可制成尺寸變化式濕敏元件，如毛發(fā)濕度計(jì)。許多古老的測(cè)量方法，如干濕球溫度計(jì)、毛發(fā)濕度計(jì)和露點(diǎn)計(jì)等至今仍被廣泛采用。此模塊選用的傳感器型號(hào)為 DHT11。如若不然，當(dāng)有人入室盜竊時(shí)，聲光報(bào)警電路剛工作，而盜賊勢(shì)必會(huì)關(guān)閉報(bào)警電路，如果 S2 按鍵安裝在一個(gè)顯眼的位置的話，恰巧又迅速被盜賊按下。當(dāng)與單片機(jī)連接的引腳被置低電平后，發(fā)光二極管 D2 被點(diǎn)亮，起到光報(bào)警作用。若無(wú)信號(hào)輸入，則持續(xù)輸出高電平，即邏輯信號(hào) 1，經(jīng)過 51 單片機(jī)處理，將不產(chǎn)生報(bào)警。晶體管 S9014 是 NPN 三極管，其 Ic 靜態(tài)工作電流達(dá)100mA，放大倍數(shù)最大可達(dá) 1000 倍。 如圖 35 所示，為熱釋電紅外傳感器 RE200B 的內(nèi)部電路框圖。目前常用的熱釋電紅外傳感器型號(hào)主要有P22LHI95LHI95RE200B、KDS20PIS20LHI87PD632 等。由探測(cè)元件將探測(cè)并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號(hào)，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場(chǎng)效應(yīng)管放大后向外輸出。熱釋電紅外傳感器由傳感探測(cè)元、干涉濾光片和場(chǎng)效應(yīng)管匹配器三部分組成。不同的是熱釋電紅外傳感器的熱電系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于熱電偶，其內(nèi)部的熱電元由高熱電系數(shù)的鐵鈦酸鉛汞陶瓷以及鉭酸鋰、硫酸三甘鐵等配合濾光鏡片窗口組成，其極化隨溫度的變化而變化。熱釋電紅外傳感器和熱電偶都是基于熱電效應(yīng)原理的熱電型紅外傳感器。將這個(gè)電壓信號(hào)加以放大，便可驅(qū)動(dòng)各種控制電路。這里選用傳感器的型號(hào)為 RE200B。 它是根據(jù)人體紅外光譜而工作，當(dāng)人體在其接收范圍內(nèi)活動(dòng)時(shí)，探測(cè)器輸出報(bào)警信號(hào)，廣泛用于銀行、倉(cāng)庫(kù)和家庭等場(chǎng)所的安全防范。磁敏管的應(yīng)用:不但具有很高的磁靈敏度,同時(shí)能識(shí)別磁場(chǎng)極性；而且體積小 功耗低,因而具有廣泛的應(yīng)用前景。壓電傳感器的應(yīng)用：可分為單向力,雙向力和三向力傳感器。（2）紅外測(cè)溫產(chǎn)品：HEITRONICS 擁有 40 多年非接觸紅外測(cè)溫經(jīng)驗(yàn)，50 多種紅外測(cè)溫儀和非接觸紅外測(cè)溫系統(tǒng)可滿足不同行業(yè)用戶的特殊需求,提供最優(yōu)非接觸紅外測(cè)溫解決方案。熱探測(cè)器是利用輻射熱效應(yīng)，使探測(cè)元件接收到輻射能后引起溫度升高，進(jìn)而使探測(cè)器中依賴于溫度的性能發(fā)生變化。當(dāng)需要外部復(fù)位時(shí)，按下復(fù)位按鈕 S1 即可達(dá)到復(fù)位目的。在上電瞬間 RST 端與 VCC電位相同，隨著電容上電壓的逐漸上升，RST 端電位逐漸下降。如下圖 32 所示為時(shí)鐘電路圖。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。 需 注 意 的 是 ： 如 果 加 密 位 LB1 被 編 程 ，復(fù) 位 時(shí) 內(nèi) 部 會(huì) 鎖 存 EA 端 狀 態(tài) 。 該 位 置 位 后 ， 只 有 一 條 MOVX 和 MOVC 指 令 才 能 將 ALE 激 活 。 一 般 情 況 下 ， ALE 仍 以 時(shí) 鐘 振 蕩 頻 率 的1/6 輸 出 固 定 的 脈 沖 信 號(hào) ， 因 此 它 可 對(duì) 外 輸 出 時(shí) 鐘 或 用 于 定 時(shí) 目 的 。 端 口 引 腳 第 二 功 能 ： RXD(串 行 輸 入 口 ) TXD(串 行 輸 出 口 ) INTO(外 中 斷 0) INT1(外 中 斷 1) TO(定 時(shí) /計(jì) 數(shù) 器 0)