【文章內(nèi)容簡介】 DS18B20芯片提供電源，而不需額外的電源。非常適合于多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)，硬件結(jié)構(gòu)簡單，方便聯(lián)網(wǎng)，在倉儲管理、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)制造、氣象觀測、科學(xué)研究以及日常生活中被廣泛應(yīng)用。溫度傳感器DS18B20有如下特點(diǎn)：(1) 數(shù)據(jù)傳輸采用單總線(1Wire Bus)結(jié)構(gòu)，無需外圍其它元件；(2) 能應(yīng)用在分布式測量系統(tǒng)中；(3) 溫度輸出為9bit~12bit可編程；(4) 測溫范圍為55℃~+125℃，在10℃~85℃時精度為177?！?；(5) 輸出分辨率為12bit 時最大的轉(zhuǎn)換時間為750ms；(6) 具有可編程的溫度報(bào)警功能；(7) 具有可靠的CRC數(shù)據(jù)傳輸校驗(yàn)功能；(8) 電源電壓范圍為3~；(9) 低功耗，無外部供電電源也能可靠工作。 DS18B20的工作原理DS18B20內(nèi)部包含四個主要的部件：(1) 64位刻錄的二進(jìn)制ROM碼；(2)溫度傳感器；(3) 非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器；(4) 一個配置寄存器。該器件可以從單總線上得到能量并儲存在內(nèi)部電容中，該能量是當(dāng)信號線處于低電平期間消耗，在信號線為高電平時能量得到補(bǔ)充，這種供電方式稱為寄生電源供電。DS18B20也可以由3~。每一片DS18B20都有64位長的惟一ROM碼。第一個八位為單總線器件識別碼(DS18B20為28h)，接下來48位是器件的惟一系列碼，最后八位是前56位的CRC校驗(yàn)碼。CRC校驗(yàn)碼按下列多項(xiàng)式計(jì)算：CRC=X8+X5+X4+1。DS18B20內(nèi)有一個能直接轉(zhuǎn)化為數(shù)字量的溫度傳感器，其分辨率為9，10，11，12bit可編程，通過設(shè)置內(nèi)部配置寄存器來選擇溫度的轉(zhuǎn)換精度，出廠時默認(rèn)設(shè)置為12bit?！?、℃、℃、℃。溫度轉(zhuǎn)換后以16bit格式存入便箋式RAM，可以用讀便箋式RAM命令(BEH)通過1Wire接口讀取溫度信息，數(shù)據(jù)傳輸時低位在前。：　溫度數(shù)據(jù)格式S SSSS262524 2322212021222324 MSB LSBDS18B20內(nèi)部存儲器均為八位，共有9個便箋式RAM，以及3個為E2PROM，用于長時間保存高低溫報(bào)警溫度設(shè)置值和配置寄存器的值。用拷貝便箋式RAM命令寫E2PROM，當(dāng)上電復(fù)位時E2PROM的內(nèi)容傳送到便箋式RAM中高低溫報(bào)警溫度寄存器和配置寄存器，：　存儲器結(jié)構(gòu)便棧式RAMBYTEE2PROM溫度低字節(jié)0 溫度高字節(jié)1TH/USER BYTE12TH/USER BYTE23TH/USER BYTE1CONFIG4TH/USER BYTE2保留5CONFIG保留6保留7CRC8 編程命令DS18B20是單總線通信協(xié)議的器件，為了便于總線上的主設(shè)備對其進(jìn)行各種操作，DS18B20內(nèi)部設(shè)置了11條編程命令，：　存儲和控制功能指令ROM功能命令命令指令碼說明讀ROM匹配ROM快速搜索ROM搜索ROM報(bào)警搜索33h55hCChF0hECh直接讀總線器件系列碼尋找與指定序列號相匹配的總線器件直接訪問總線上的從設(shè)備識別總線上所有器件的ROM碼搜索有報(bào)警的從設(shè)備存儲功能溫度轉(zhuǎn)換寫便棧式RAM讀便棧式RAM拷貝便棧式RAM讀E2PROM讀供電標(biāo)志位44h4EhBEh48hB8hB4h啟動溫度轉(zhuǎn)換寫TH、TL和配置寄存器讀便棧式RAM(含CRC碼共九個字節(jié))把TH、TL和配置寄存器拷貝到E2PROM讀E2PROM中的數(shù)據(jù)到TH、TL和配置寄存器0：寄生電源供電；1：外部電源供電 測量電路DS18B20只需要接到控制器(單片機(jī))的一個I/O口上，由于單總線為開漏。如要采用寄生工作方式，只要將VDD電源引腳與單總線并聯(lián)即可。 DS18B20檢測電路 濕度檢測電路 濕度的表示方法 濕度是表示空氣中水蒸氣含量的物理量，常用絕對濕度、相對濕度、露點(diǎn)等表示。所謂絕對濕度就是單位體積空氣內(nèi)所含水蒸氣的質(zhì)量，也就是指空氣中水蒸氣的密度。濕度(Ha)一般用一立方米空氣中所含水蒸氣的克數(shù)表示(g/ｍ3)，即為： （）式中：ｍv為待測空氣中水蒸氣質(zhì)量(g)；V為待測空氣的總體積(ｍ3)。相對濕度（HT）表示空氣中實(shí)際所含水蒸氣的分壓(PW)和同溫度下飽和水蒸氣的分壓（PN）的百分比： （）通常，相對濕度用RH%表示，這是一個無量綱的值。當(dāng)氣體溫度和壓力變化時，因飽和水蒸氣變化，所以氣體中的水蒸氣壓即使相同，其相對濕度也發(fā)生變化。日常生活中所說的空氣濕度，實(shí)際上就是指相對濕度而言。 濕敏電阻傳感器隨著科技的發(fā)展，人類對濕度的認(rèn)識不斷深入，濕度的測量技術(shù)和測量方法也取得了飛速的發(fā)展，但從測試的輸出參數(shù)上區(qū)分，基本可分為干濕球法、冷凝法露點(diǎn)法、氯化鋰法露點(diǎn)法、電阻法、電容法等類型。根據(jù)工作方式的不同，常用濕度傳感器分為電阻變化型和電容變化型。電阻變化型濕度傳感器根據(jù)使用濕敏材料的不同可分為高分子型和陶瓷型。MCT系列陶瓷材料濕敏電阻傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在其兩面設(shè)置著氧化釕電極與鉑銥引線，并安裝有輻射狀用于加熱清洗的加熱裝置。根據(jù)檢測情況加熱裝置對濕敏元件進(jìn)行加熱清洗，對于濕敏陶瓷在500℃以上進(jìn)行幾秒鐘的加熱，從而清除陶瓷的污染，使其重現(xiàn)原來的性能。MCT系列陶瓷材料在溫度200℃以下時的電阻值受溫度影響比較小，當(dāng)溫度在200℃以上時呈現(xiàn)普通的熱敏電阻特性。這樣加熱清洗的溫度控制可利用濕敏陶瓷在高溫時具有熱敏電阻特性進(jìn)行自動控制。由于傳感器的基片與濕敏陶瓷容易受到污染，當(dāng)電解質(zhì)附著在基片上時，傳感器端子間將產(chǎn)生電氣泄漏，相當(dāng)于并聯(lián)一只泄漏電阻。為此，需要在基片上增設(shè)防護(hù)圈。氯化鋰濕敏電阻最突出的優(yōu)點(diǎn)是長期穩(wěn)定。 濕度檢測電路： 濕度阻值對應(yīng)表濕度30%35%40%45%50%55%60%65%70%阻值16M5843K2041K250K也可以通過公式計(jì)算： （） （）H：濕度值，H0：250K時對應(yīng)的濕度值。濕敏電阻傳感器可以通過外加電阻構(gòu)成分壓電路，將電阻值的變化轉(zhuǎn)化為電壓信號，直接或者再經(jīng)放大電路送至開發(fā)板的模數(shù)轉(zhuǎn)換的輸入通道，再用軟件將電壓信號轉(zhuǎn)換成濕度值。： 濕度檢測圖 CO2檢測電路 CO2檢測概述二氧化碳是作物光合作用的主要原料，其含量合適與否直接影響作物的生長。研究并設(shè)計(jì)二氧化碳檢測電路具有十分重要的意義。目前檢測二氧化碳的方法主要有化學(xué)法、電化學(xué)法、氣相色譜法、容量滴定法等，這些方法普遍存在著價格貴，普適性差等問題，且測量精度還較低。而傳感器法具有安全可靠、快速直讀、可連續(xù)監(jiān)測等優(yōu)點(diǎn)。目前各種檢測用的二氧化碳傳感器主要有固體電解質(zhì)式、鈦酸鋇復(fù)合氧化物電容式、電導(dǎo)變化型厚膜式等。本設(shè)計(jì)采用固體電解質(zhì)式的二氧化碳傳感器MS4100。 MS4100特征 EMF =(電動勢)β* Log(濃度) β為斜坡率 靈敏度特性斜率輸入阻抗＜100G? 偏置電流 ＜1? RTD：85~120?加熱器：177。 基本測量電路MS4100主要特征為固體電解質(zhì)類型，電源為直流5volt177。％；對象氣體測量范圍二氧化碳(0?30000PPM)；響應(yīng)時間反應(yīng)小于5s，恢復(fù)時間小于10s；開始穩(wěn)定時間(T90)不到60分鐘；可靠性為177。5％的濃度；操作條件10?50℃，5?95％相對濕度。電氣特點(diǎn)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)測試條件為：177。；177。2%；消耗功率低于800mW；電動勢430?540mv(0ppmCO2)；?%。 CO2檢測電路CO2電路采用三運(yùn)放高共模抑制比放大電路，它由三個集成運(yùn)算放大器組成，其中NN2為兩個性能一致的同相輸入通用集成運(yùn)算放大器，構(gòu)成平衡對稱差動放大輸入級，N3構(gòu)成雙端輸入單端輸出的輸出級，用來進(jìn)一步抑制NN2的共模信號，并適應(yīng)接地負(fù)載的需要。 CO2濃度檢測硬件電路運(yùn)算放大電路采用LM324四運(yùn)放集成電路，它采用14腳雙列直插塑料封裝。它的內(nèi)部包含四組形式完全相同的運(yùn)算放大器，除電源共用外，四組運(yùn)放相互獨(dú)立。每一組運(yùn)算放大器有5個引出腳，其中“+”、“”為兩個信號輸入端，“V+”、“V”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個信號輸入端中，Vi()為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相反；Vi+(+)為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號與該輸入端的相位相同。它具有電源電壓范圍寬，靜態(tài)功耗小，可單電源使用，價格低廉等優(yōu)點(diǎn)，因此被廣泛應(yīng)用。 LM324 的引腳排列由輸入級電路可寫出流過RR0和R2的電流IR為： （）于是，輸入級的輸出電壓，即運(yùn)算放大器N2與N1輸出之差為： （）其差模增益Kd為： （）由此可知,當(dāng)NN2性能一致時，輸入級的差動輸出及其差模增益只與差模輸入電壓有關(guān)，而其共模輸出、失調(diào)及漂移均在R0兩端相互抵消，因此電路具有良好的共模抑制能力，同時不要求外部電阻匹配。但為了消除NN2偏置電流等的影響，通常取R1=R2。另外，這種電路還具有增益調(diào)節(jié)能力，調(diào)節(jié)R0可以改變增益而不影響電路的對稱性。 光強(qiáng)檢測電路 光敏電阻簡介光敏電阻又稱光導(dǎo)管，常用的制作材料為硫化鎘，另外還有硒、硫化鋁、硫化鉛和硫化鉍等材料。這些制作材料具有在特定波長的光照射下，其阻值迅速減小的特性。這是由于光照產(chǎn)生的載流子都參與導(dǎo)電，在外加電場的作用下作漂移運(yùn)動，電子奔向電源的正極，空穴奔向電源的負(fù)極，從而使光敏電阻器的阻值迅速下降。光敏電阻器是利用半導(dǎo)體的光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強(qiáng)弱而改變的電阻器；入射光強(qiáng)，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器一般用于光的測量、光的控制和光電轉(zhuǎn)換(將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化)。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電阻器，它是由半導(dǎo)體材料制成的。光敏電阻器的阻值隨入射光線(可見光)的強(qiáng)弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值(暗阻)可達(dá)1~10MΩ,在強(qiáng)光條件(100LX)下，它阻值(亮阻)僅有幾百至數(shù)千歐姆。光敏電阻器對光的敏感性(即光譜特性)與人眼對可見光(~)μm的響應(yīng)很接近，只要人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化。設(shè)計(jì)光控電路時，都用白熾燈泡(小電珠)光線或自然光線作控制光源，使設(shè)計(jì)大為簡化。 光敏電阻結(jié)構(gòu)通常，光敏電阻器都制成薄片結(jié)構(gòu)，以便吸收更多的光能。當(dāng)它受到光的照射時，半導(dǎo)體片(光敏層)內(nèi)就激發(fā)出電子—空穴對，參與導(dǎo)電，使電路中電流增強(qiáng)。為了獲得高的靈敏度，光敏電阻的電極常采用梳狀圖案，它是在一定的掩膜下向光電導(dǎo)薄膜上蒸鍍金或銦等金屬形成的。光敏電阻器通常由光敏層、玻璃基片(或樹脂防潮膜)和電極等組成。光敏電阻器在電路中用字母“R”或“RL”、“RG”表示。 光敏電阻工作原理光敏電阻的工作原理是基于內(nèi)光電效應(yīng)。內(nèi)光電效應(yīng)是光電效應(yīng)的一種，主要由于光量子作用，引發(fā)物質(zhì)電化學(xué)性質(zhì)變化。內(nèi)光電效應(yīng)又可分為光電導(dǎo)效應(yīng)和光生伏特效應(yīng)。光電導(dǎo)效應(yīng)：當(dāng)入射光子射入到半導(dǎo)體表面時，半導(dǎo)體吸收入射光子產(chǎn)生電子空穴對，使其自生電導(dǎo)增大。光生伏特效應(yīng)：當(dāng)一定波長的光照射非均勻半導(dǎo)體(如PN結(jié))，在自建場的作用下，半導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生光電壓。在半導(dǎo)體光敏材料兩端裝上電極引線，將其封裝在帶有透明窗的管殼里就構(gòu)成光敏電阻，為了增加靈敏度，兩電極常做成梳狀。用于制造光敏電阻的材料主要是金屬的硫化物、硒化物和碲化物等半導(dǎo)體。通常采用涂敷、噴涂、燒結(jié)等方法在絕緣襯底上制作很薄的光敏電阻體及梳狀歐姆電極，接出引線，封裝在具有透光鏡的密封殼體內(nèi)，以免受潮影響其靈敏度。在黑暗環(huán)境里，它的電阻值很高，當(dāng)受到光照時，只要光子能量大于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度，則價帶中的電子吸收一個光子的能量后可躍遷到導(dǎo)帶，并在價帶中產(chǎn)生一個帶正電荷的空穴，這種由光照產(chǎn)生的電子—空穴對減少了半導(dǎo)體材料中載流子的數(shù)目，使其電阻率變小，從而造成光敏電阻阻值下降。光照愈強(qiáng)，阻值愈低。入射光消失后，由光子激發(fā)產(chǎn)生的電子—空穴對將復(fù)合，光敏電阻的阻值也就恢復(fù)原值。在光敏電阻兩端的金屬電極加上電壓，其中便有電流通過，受到波長的光線照射時，電流就會隨光強(qiáng)的而變大，從而實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換。光敏電阻沒有極性，純粹是一個電阻器件，使用時既可加直流電壓，也加交流電壓。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于半導(dǎo)體導(dǎo)帶內(nèi)載流子數(shù)目的多少。 光敏電阻特性CDS光敏電阻特點(diǎn)環(huán)氧樹脂封裝反應(yīng)速度快體積小可靠性好光譜特性好靈敏度高應(yīng)用照相機(jī)自動測光光電控制室內(nèi)光線控制.工業(yè)控制光控開頭光控?zé)綦娮油婢摺y試條件亮電阻用400600Lux光照射2小時后，在標(biāo)準(zhǔn)光源A(色溫2854K)下，用10Lux光測量。暗電阻 關(guān)閉10Lux光照后第10秒的電阻值。γ是指10Lux和100Lux照度下的標(biāo)準(zhǔn)值。γ=lg(R10/R100)。RR100分別為10Lux和100Lux照度下的電阻值。最大功率損耗 環(huán)境溫度為25℃時的功率。最大外加電壓在黑暗中可連續(xù)施加元件的最大電壓。光譜響應(yīng)特性圖照度——電阻特性12346 光強(qiáng)檢測電路光照強(qiáng)度