【文章內(nèi)容簡介】 . 報(bào)警搜索命令識(shí)別并標(biāo)志超過程序限定溫度(溫度報(bào)警條件)的器件；9. 負(fù)電壓特性，電源極性接反時(shí)，溫度計(jì)不會(huì)因發(fā)熱而燒毀，但不能正常工作； DS18B20采用3腳PR－35封裝或8腳SOIC封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖32所示。圖32 DS18B20內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖33 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖64位ROM的結(jié)構(gòu)開始8位是產(chǎn)品類型的編號(hào)，接著是每個(gè)器件的惟一的序號(hào)，共有48位，最后8位是前面56位的CRC檢驗(yàn)碼，這也是多個(gè)DS18B20可以采用一線進(jìn)行通信的原因。溫度報(bào)警觸發(fā)器TH和TL，可通過軟件寫入戶報(bào)警上下限。DS18B20溫度傳感器的內(nèi)部存儲(chǔ)器還包括一個(gè)高速暫存RAM和一個(gè)非易失性的可電擦除的EERAM。高速暫存RAM的結(jié)構(gòu)為8字節(jié)的存儲(chǔ)器，結(jié)構(gòu)如圖22所示。頭2個(gè)字節(jié)包含測得的溫度信息，第3和第4字節(jié)TH和TL的拷貝，是易失的，每次上電復(fù)位時(shí)被刷新。第5個(gè)字節(jié)，為配置寄存器，它的內(nèi)容用于確定溫度值的數(shù)字轉(zhuǎn)換分辨率。DS18B20工作時(shí)寄存器中的分辨率轉(zhuǎn)換為相應(yīng)精度的溫度數(shù)值。該字節(jié)各位的定義如圖23所示。低5位一直為1，TM是工作模式位，用于設(shè)置DS18B20在工作模式還是在測試模式，DS18B20出廠時(shí)該位被設(shè)置為0，用戶要去改動(dòng)，R1和R0決定溫度轉(zhuǎn)換的精度位數(shù)，來設(shè)置分辨率。應(yīng)用領(lǐng)域包括：暖通空調(diào)測試及檢測設(shè)備、汽車數(shù)據(jù)記錄器、消費(fèi)品、自動(dòng)控制、氣象站、家電、濕度調(diào)節(jié)器、醫(yī)療、除濕器。 接口說明：DHT11典型應(yīng)用電路如圖24所示，其連接電路簡單，只需要占用控制器一個(gè)I/O口即可完成上下位的連接。建議連接線長度短于20時(shí)用5K上拉電阻，大于20米時(shí)根據(jù)實(shí)際情況使用合適的上拉電阻。DHT11數(shù)字濕溫度傳感器采用單總線數(shù)據(jù)格式，即單個(gè)數(shù)據(jù)引腳端口完成輸入輸出雙向傳輸。其數(shù)據(jù)包由5Byte（40Bit）組成。一次通訊時(shí)間最大3ms，數(shù)據(jù)分小數(shù)部分和整數(shù)部分。一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit，高位先出。建議連接線長度短于20米時(shí)用5K上拉電阻，大于20米時(shí)根據(jù)實(shí)際情況使用合適的上拉電阻。圖34 典型應(yīng)用圖34 典型 串行接口（單線雙向）：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，具體格式在下面說明，當(dāng)前小數(shù)部分用于以后擴(kuò)展，現(xiàn)讀出為零。操作流程如下：一次完整的數(shù)據(jù)傳輸為40bit，高位先出。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)溫度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit溫度小數(shù)數(shù)據(jù)+8bit校驗(yàn)和數(shù)據(jù)傳送正確時(shí)校驗(yàn)和數(shù)據(jù)等于“8bit濕度整數(shù)數(shù)據(jù)+8bit濕度小數(shù)數(shù)據(jù)”所得結(jié)果的末8位。電源引腳：DHT11的供電電壓為3－。傳感器上電后，要等待1s以越過不穩(wěn)定狀態(tài)在此期間無需發(fā)送任何指令。電源引腳（VDD，GND）之間可增加一個(gè)100nF的電容，用以去耦濾波。 封裝信息 圖35 封裝信息 DHT11引腳說明 表36引腳說明Pin名稱注釋1VDD供電 3－2DATA串行數(shù)據(jù)，單總線3NC空腳，請(qǐng)懸空4GND接地，電源負(fù)極 溫濕度傳感器及其檢測電路 圖37溫濕度傳感器及檢測電路 光電傳感器是采用光電元件做為檢測元件的傳感器。它首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號(hào)的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。光電檢測方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣，因此在檢測和控制領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。按光源的發(fā)光分類：X光燈、紫外線光燈、可見光燈（即照明燈）、紅外光燈等等；按光的性質(zhì)分類：激光光源（平等光源）、普通光源（發(fā)散光源）。光在光學(xué)通路中利用光的反射與折射原理進(jìn)行傳播，即Snell–Descartes定律：n1 sin θ 1= n2sinθ2其中，n1與 n2分別表示光線在傳播過程中穿過的不同傳播介質(zhì)的折射率，如水與玻璃；θ1與θ2分別表示光線傳播過程中穿過不同傳播介質(zhì)時(shí)的入射角與折射角。光電元件是光電傳感器中最重要的部件，常見的有真空光電元件和半導(dǎo)體光電元件兩大類。它們的工作原理都基于不同形式的光電效應(yīng)。根據(jù)光的波粒二象性，認(rèn)為光是一種以光速運(yùn)動(dòng)的粒子流，這種粒子稱為光子。每個(gè)光子具有的能量為：E=h ν式中，υ為光波頻率；10^34 J/Hz。由此可見，對(duì)不同頻率的光，其光子能量是不相同的，光波頻率越高，光子能量越大。用光照射某一物體，可以看做是一連串能量為hυ的光子轟擊在這個(gè)物體上，此時(shí)光子能量就傳遞給電子，并且是一個(gè)光子的全部能量一次性地被一個(gè)電子所吸收，電子得到光子傳遞的能量后其狀態(tài)就會(huì)發(fā)生變化，從而使受光照射的物體產(chǎn)生相應(yīng)的電效應(yīng)，我們把這種物理現(xiàn)象稱為光電效應(yīng)。光的傳播也是光電傳感器中需要考慮到的重要因素，光電傳感器工作原理為光的折射與反射原理，即斯涅爾定律，當(dāng)光由第一媒質(zhì)（折射率n1）射入第二媒質(zhì)（折射率n2）時(shí)，在平滑界面上，部分光由第一媒質(zhì)進(jìn)入第二媒質(zhì)后即發(fā)生折射。適用于均勻的各向同性的媒質(zhì)。在這種傳感器中，光電元件接收的光信號(hào)是斷續(xù)變化的，因此光電元件處于開關(guān)工作狀態(tài)，它輸出的光電流通常是只有兩種穩(wěn)定狀態(tài)的脈沖形式的信號(hào)，多用于光電計(jì)數(shù)和光電式轉(zhuǎn)速測量等場合。由光源、光學(xué)通路和光電器件組成的光電傳感器在用于光電檢測時(shí)，還必須配備適當(dāng)?shù)臏y量電路。測量電路能夠把光電效應(yīng)造成的光電元件的電性能的變化轉(zhuǎn)換成所需要的電壓或電流。不同的光電元件，需要不同的測量電路。光電傳感器典型應(yīng)用與測量原理光電傳感器尤其是紅外光傳感器，較常見于氣霧檢測以及安全監(jiān)控系統(tǒng)中。通常光電傳感器測量的基本原理是光的傳播原理以及不同形式的光電效應(yīng)。應(yīng)用于氣霧監(jiān)測系統(tǒng)的紅外光傳感器由光源，光檢測裝置與光組件（包括兩個(gè)匯聚鏡頭與光導(dǎo)通路）構(gòu)成，其利用的就是光線在傳播介質(zhì)內(nèi)部的全反射原理。光束通過光匯聚裝置與光學(xué)通路在檢測介質(zhì)內(nèi)部由光源以固定角度發(fā)射，并在介質(zhì)內(nèi)部傳播，通過固定位置的光檢測裝置，獲取傳播的光信號(hào)能量。相同的工作原理也大量的應(yīng)用于光纖通信技術(shù)中[5]。當(dāng)傳播介質(zhì)表面干燥時(shí)，光源發(fā)射的光束在傳播過程中發(fā)生全反射現(xiàn)象（可以是多次反射），反射后的光通過光匯聚裝置與光學(xué)通路后被光檢測裝置獲得，產(chǎn)生固定的能量或電信號(hào)，一旦有氣霧或液膜在檢測介質(zhì)形成，光線在檢測介質(zhì)中不在進(jìn)行全反射傳播，由Snell–Descartes定律，式（1）可知，只有部分光線仍能夠到達(dá)光檢測裝置，產(chǎn)生相應(yīng)的能量或電信號(hào)，然后通過系統(tǒng)控制單元對(duì)接收到的電信號(hào)比較分析，進(jìn)而做出正確的判斷。測試系統(tǒng)由彈性膜片與光電傳感器構(gòu)成，其中光電傳感器由光束發(fā)射/反彈裝置與光接收裝置構(gòu)成，當(dāng)彈性膜片沒有發(fā)生外力作用（壓力），就不會(huì)產(chǎn)生的形變，此時(shí)成為參考恒壓狀態(tài)，并且光電傳感器的光接收裝置感應(yīng)到的光束位置恒定，例如在光接收傳感器正中。一旦彈性膜片受壓產(chǎn)生形變，反射光束在光接收傳感器上發(fā)生偏移，偏移距離對(duì)應(yīng)著形變程度，將接收到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過測算獲得壓力的大小。光電傳感技術(shù)已經(jīng)大量的應(yīng)用于許多主流工業(yè)系統(tǒng)和公司產(chǎn)品，其高精度，結(jié)構(gòu)簡單，非接觸式測量檢測方式等已經(jīng)得到了廣泛的認(rèn)可，然而，隨著市場推廣與調(diào)查，其缺點(diǎn)也逐漸顯現(xiàn)[6]。1)高成本。測量檢測系統(tǒng)要達(dá)到高精度性能就需要高精度光電傳感器，除此之外，由于部分光學(xué)元件的持續(xù)使用壽命有限，因此高昂的設(shè)備維護(hù)以及更換也使系統(tǒng)成本驟升；2)傳感器性能受光源入射角局限，并且容易在反射折射過程中出現(xiàn)散射現(xiàn)象，根據(jù)光的反射定律，在滿足全反射的情況下，光檢測裝置需要固定在距離光源一定的的位置，因此，在使用光電傳感器技術(shù)的時(shí)候需要考慮到傳感器光源與光探測器之間的距離，在對(duì)測量區(qū)域以及傳感器尺寸有特殊要求的情況下，不易于實(shí)現(xiàn)；3) 光電傳感器受測傳播介質(zhì)的限制，無法穿透金屬等不透明介質(zhì)，有一定的應(yīng)用局限性；4)光電傳感器容易受到測量環(huán)境的影響，包括灰塵，溫度，濕度等，也容易造成傳感器使用壽命的降低。超聲波傳感器工作原理類似于雷達(dá)或聲納探測裝置，利用超聲波特性進(jìn)行測量測距，超聲波是一種振動(dòng)頻率高于聲波的機(jī)械波，具有頻率高，波長短，方向性好，能成為射線而定向傳播等特點(diǎn)[7]。特別是超聲波對(duì)液體、固體的穿透性，尤其是在不透明固體中的穿透性傳播，能夠到達(dá)幾十米的深度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會(huì)產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動(dòng)物體能產(chǎn)生多普勒效應(yīng)。因此超聲波檢測廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學(xué)等方面。以超聲波作為檢測手段需要超聲波發(fā)射器與聲波拾取裝置構(gòu)成，通過發(fā)射器發(fā)射高頻聲波并由超聲波拾振動(dòng)位移(vibration diplacement)米赫茲 (mHz) 線性差動(dòng)變壓器(LVDT)，整合速度儀，雙整合加速儀應(yīng)力[34, 35](strain gauge/force)牛頓 (N) 利用反平衡：質(zhì)量，電磁撓度：應(yīng)變計(jì)，線性差動(dòng)變壓器(LVDT)壓阻傳感器，壓電傳感器，電容傳感器，電感式傳感器壓力[33](pressure)帕斯卡，牛/米平壓電傳感器，壓阻傳感器，應(yīng)變計(jì)，線性差動(dòng)變壓器(LVDT)，電感式傳感器，電容傳感器溫度[36, 37](temperature)攝氏度或卡爾文 (K或者oC) 熱耦合，電阻溫度計(jì)，熱敏電阻。第4章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)總體框圖如下圖41所示：圖41 硬件系統(tǒng)總體框圖 電源電路的實(shí)現(xiàn)本設(shè)計(jì)采用交直雙供電方式，交流電采用220V生活用電，直流電采用汽車?yán)锩娴?12V電瓶供電，220V交流市電經(jīng)過變壓器T1降壓[7]，然后經(jīng)過整流電橋BRIDGE1對(duì)交流電進(jìn)行整流，得到的直流電經(jīng)過電容C1濾波，于是得到電路所需的+12V直流電，所得到的+12V直流電再經(jīng)過三端穩(wěn)壓器78L05輸出電路需要的+5V電壓，直流供電系統(tǒng)與濾波電容C1并聯(lián)，并且在電瓶“+”端串連一個(gè)二極管與電阻并聯(lián)的電路，當(dāng)交流電正常供電時(shí)電瓶不放電，而且經(jīng)整流電橋轉(zhuǎn)換而得到的直流電還能通過電阻給的電瓶充電，這樣能使電瓶時(shí)刻充滿電，當(dāng)交流電供電出現(xiàn)故障時(shí)，電瓶通過二極管放電仍能保證整個(gè)電路的正常工作。電路圖如42所示。圖42 電源電路圖 在電路實(shí)現(xiàn)過程中用到的橋式整流器主要功能是把交流電轉(zhuǎn)換成直流電，橋式整流是對(duì)二極管半波整流的一種改進(jìn)。半波整流利用二極管單向?qū)ㄌ匦?，在輸入為?biāo)準(zhǔn)正弦波的情況下，輸出獲得正弦波的正半部分，負(fù)半部分則損失掉。橋式整流器利用四個(gè)二極管，兩兩對(duì)接。輸入正弦波的正半部分是兩只管導(dǎo)通，得到正的輸出；輸入正弦波的負(fù)半部分時(shí)，另兩只管導(dǎo)通，由于這兩只管是反接的，所以輸出還是得到正弦波的正半部分。橋式整流器對(duì)輸入正弦波的利用效率比半波整流高一倍。 橋式整流是交流電轉(zhuǎn)換成直流電一個(gè)重要步驟。 傳感器檢測與信號(hào)控制電路通過三種類型的傳感器采集信號(hào)，分別是無線傳感器、紅外傳感器和溫度傳感器。利用無線傳感器控制報(bào)警系統(tǒng)啟用還是關(guān)閉的狀態(tài)，利用無線傳感器檢測是否有人靠近汽車、利用溫度傳感器檢測發(fā)動(dòng)機(jī)溫度，看車是否別啟動(dòng)，其電路圖如下所示：，，如圖43，()，若單片機(jī)不啟動(dòng)報(bào)警電路()，則不管任何動(dòng)作都不會(huì)觸發(fā)報(bào)警電路，()若輸入的六路信號(hào)都為低電平，則單片機(jī)根據(jù)內(nèi)部固化程序做出不觸發(fā)報(bào)警電路的決定，若輸入的六路信號(hào)中有任何一路跳變成高電平時(shí)，單片機(jī)會(huì)根據(jù)原先固化的程序做出是否觸發(fā)報(bào)警電路的決定。圖43 傳感器報(bào)警電路圖 遙控發(fā)射部分電路設(shè)計(jì)電路原理如圖44所示。AT89S52單片機(jī)為電路核心元件，、,當(dāng)電源加到VCC和GND引腳時(shí)，單片機(jī)即可上電復(fù)位。晶體管Q1及其外圍元件組成振蕩頻率為270MHz的改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩器，由軟件實(shí)現(xiàn)模擬串口輸出，它輸出的串行編碼信號(hào)送到Q1的基極，以實(shí)現(xiàn)脈沖調(diào)制發(fā)射。其電路圖如下：圖44 無線傳感器發(fā)射電路 報(bào)警電路功能的實(shí)現(xiàn)圖45 報(bào)警電路部分當(dāng)有單片機(jī)經(jīng)過判斷確認(rèn)有盜情時(shí)，發(fā)出報(bào)警的信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過放大后發(fā)出報(bào)警信號(hào)，同時(shí)通過無線傳感器收發(fā)電路回傳信號(hào)通知主人車的當(dāng)前情況。從而可以采取措施。 DS1302實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路1. DS1302的結(jié)構(gòu)及工作原理DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能、低功耗、帶RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路，它可以對(duì)年、月、日、周日、時(shí)、分、秒進(jìn)行計(jì)時(shí)，具有閏年補(bǔ)償功能，～。采用三線接口與CPU進(jìn)行同步通信，并可采用突發(fā)方式一次傳送多個(gè)字節(jié)的時(shí)鐘信號(hào)或RAM數(shù)據(jù)。DS1302內(nèi)部有一個(gè)318的用于臨時(shí)性存放數(shù)據(jù)的RAM寄存器。DS1302是DS1202的升級(jí)產(chǎn)品，與DS1202兼容，但增加了主電源/后備電源雙電源引腳，同時(shí)提供了對(duì)后備電源進(jìn)行涓細(xì)電流充電的能力。2. 引腳功能及結(jié)構(gòu)DS1302的引腳排列，其中Vcc1為后備電源，VCC2為主電源。在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時(shí)鐘的連續(xù)運(yùn)行。DS1302由Vcc1或Vcc2兩者中的較大者供電。當(dāng)Vcc2大于Vcc1＋，Vcc2給DS1302供電。當(dāng)Vcc2小于Vcc1時(shí)，DS1302由Vcc1供電。X1和X2是振蕩源。RST是復(fù)位/片選線，通過把RST輸入驅(qū)動(dòng)置高電平來啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)傳送。RST輸入有兩種功能：首先，RST接通控制邏輯，允許地址/命令序列送入移位寄存器；其次，RST提供終止單字節(jié)或多字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送手段。當(dāng)RST為高電平時(shí)，所有的數(shù)據(jù)傳送被初始化，允許對(duì)DS1302進(jìn)行操作。如果在傳送過程中RST置為低電平，則會(huì)終止此次數(shù)據(jù)傳送，雙向串行數(shù)據(jù)輸入輸出端I/O引腳變?yōu)楦咦钁B(tài)。上電運(yùn)行時(shí)，在Vcc，RST必須保持低電平。3. DS1302