【文章內(nèi)容簡介】 控電路圖。 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說明書 第 7 頁 共 32 頁 圖 22 單片機(jī)主控電路圖 溫 濕度模塊電路設(shè)計(jì)分析 DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器 ,傳感器內(nèi)部是由一個(gè)電阻式感濕元件和一個(gè) NTC測溫元件組成。單線制串行接口，使系統(tǒng)集成變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，其中信號傳輸距離可達(dá) 20米以上。 （ 1） DHT11引腳功能如圖 23所示： 引腳 1為 VDD： 接 。 引腳 2為 DATA：該引腳為單總線串行數(shù)據(jù)傳輸腳。 引 腳 3為 NC： 該引腳為空腳，懸空。 引腳 4為 GND： 該引腳為接低端，接電源負(fù)極。 （ 2） DHT11時(shí)序原理分析 圖 23 DHT11引腳圖 DHT11數(shù)字型溫濕度傳感器的測量分辨率分別為 8bit（溫度）、 8bit（濕度 ）。直接與微控制器的端口 。微控制器模擬傳感器 DHT11的工作時(shí)序，讀取其寄存器的濕度值，微控制器是采取主動(dòng)的方式與傳感器 DHT11進(jìn)行通信，并且 DHT11傳感器不需要進(jìn)行相關(guān)的寄存器設(shè)置。 ① DATA的通訊方式 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，小數(shù)部分用于擴(kuò)展，在本系統(tǒng)讀出為零。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) +8bit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E A / V P31X119X218R E S E T9RD17WR16I N T 012I N T 113T014T115P 1 01P 1 12P 1 23P 1 34P 1 45P 1 56P 1 67P 1 78P 0 039P 0 138P 0 237P 0 336P 0 435P 0 534P 0 633P 0 732P 2 021P 2 122P 2 223P 2 324P 2 425P 2 526P 2 627P 2 728P S E N29A L E / P30T X D11R X D10U18 0 5 1C13 0 p fC23 0 p fY11 2 MR11 0 kS1S W P BV C C12345678910111213141516J 1 0L C DV C C4 7 0R E S 3D1L E D12J3風(fēng)扇繼電器123J4L 2 9 8 NV C C1 0 kR E S 4Q28 0 5 0V C CL S 1S P E A K E RQ18 5 5 01J1R S 5 0 112J2C O N 21234J7C O N 4123J6C O N 3123J5C O N 3V C C+C31 0 uS2S W P BS3S W P BR41 0 kV C C123456789J 2 01 0 KV C CP 0 .0P 0 .1P 0 .2P 0 .3P 0 .4P 0 .5P 0 .6P 0 .7P 0 .0P 0 .1P 0 .2P 0 .3P 0 .4P 0 .5P 0 .6P 0 .7V C C 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說明書 第 8 頁 共 32 頁 “ 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)”所得結(jié)果的末 8位。單片機(jī)發(fā)送一次開始信號后， DHT11從低功耗模式轉(zhuǎn)換到高速模式，等待主機(jī)開始信號結(jié)束后， DHT11發(fā)送響應(yīng)信號送出 40bit的數(shù)據(jù)，并觸發(fā)一次信號采集，用戶可選擇讀取部分?jǐn)?shù)據(jù)。在從模式下， DHT11接收到開始信號觸發(fā)一次溫濕度采集 , 如果沒有接收到主機(jī)發(fā)送開始信號， DHT11不會(huì)主動(dòng)進(jìn)行溫濕 度采集。采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。時(shí)序圖如圖 24所示。 圖 24 DHT11 讀時(shí)序圖 ② DHT11 寫時(shí)序如圖 25 所示 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 能檢測到起始信號。 DHT11 接收到主機(jī)的開始信號后，等待主機(jī)開始信號結(jié)束 ,然后發(fā)送 80us 低電平響應(yīng)信號。主機(jī)發(fā)送開始信號結(jié)束后，延時(shí)等待 2040us 后，讀取 DHT11 的響應(yīng)信號，主機(jī)發(fā)送開始信號后 ，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。如圖 25 所示。 圖 25 DHT11 寫時(shí)序圖 ③ DHT11 結(jié)束時(shí)序圖如圖 26 所示 總線為低電平 ,表明 DHT11 發(fā)送響應(yīng)信號 ,DHT11 發(fā)送響應(yīng)信號后 ,再把總線拉高80us,準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù) ,每一 bit 數(shù)據(jù)都以 50us 低電平時(shí)隙開始 ,高電平的長短決定了數(shù)據(jù)位是 0 還是 1。如果讀取響應(yīng)信號為高電平 ,則 DHT11 沒有響應(yīng) ,請檢查線路是否連接正常。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)。數(shù)字“ 0”信號表示方法如圖 26 所示，數(shù)字“ 1”信號表示方法如圖 27 所示。 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說明書 第 9 頁 共 32 頁 圖 26 DHT11 結(jié)束時(shí)序圖 ④ DHT11 信號表示時(shí)序圖如圖 27 所示 圖 27 DHT11 信號表示圖 本模塊電路設(shè)計(jì) VCC 端供電電壓為 ，數(shù)據(jù)連接線長度小于 20米時(shí)，用 的上拉電阻，大于 20 米時(shí)根據(jù)實(shí)際情況使用合適上拉電阻，通過上拉電阻使控制總線處在高電平狀態(tài)。電源引腳（ VCC,GND）之間加一個(gè) 發(fā)光二極管，用于表示此模塊正常接通電源 。如圖 28 所示。 圖 28 DHT11 模塊 硬件接線電路圖 煤氣檢測 模塊電路設(shè)計(jì)分析 在本模塊設(shè)計(jì)中， 直接采用了 MQ5 煤氣檢測模塊， 氣敏傳感器 MQ5 適用于家庭或工業(yè)上對液化氣，天然氣，煤氣的監(jiān)測裝臵。其具有對液化氣、天然氣、城市煤氣有較好的靈敏度；對乙醇，煙霧幾乎不響應(yīng)，具有優(yōu)良的抗干擾能力；有快速的響應(yīng)恢 復(fù)特性；有長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性；測試電路比較簡單等優(yōu) 點(diǎn)。 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說明書 第 10 頁 共 32 頁 結(jié)構(gòu)及工作原理 MQ5 煤氣檢測模塊 由微型 AL2O3 陶瓷管、 SnO2 敏感層 ,測量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供了必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有 6 只針狀管腳，其中 4 個(gè)用于信號取出， 2 個(gè)用于提供加熱電流。首先，可燃性氣體濃度信號通過 MQ5 氣體傳感器將可燃性氣體濃度信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換，輸出一個(gè)適合單片機(jī)接收的電壓信號，然后，送入 STC89C52RC中，線性化數(shù)據(jù)處理后，將電壓信號轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的十六進(jìn)制濃度值。當(dāng)檢測到的可燃性氣體濃度超出上限報(bào)警設(shè)定值時(shí)，報(bào)警器發(fā)出聲音 和報(bào)警燈 報(bào)警 。在本次設(shè)計(jì)中只采用了數(shù)字信號來檢測是否有可燃?xì)怏w，并沒有使用檢測到的模擬信號來輸出可燃?xì)怏w的濃度，氣體濃度檢測可使用模塊上的靈敏度調(diào)節(jié)。 MQ5 煤氣檢測模塊 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 29所示。 圖 29 MQ5 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 本模塊設(shè)計(jì)有 4 個(gè)接口，分別為電源接口 VCC， GND。還有一個(gè)模擬信號接口，一個(gè)數(shù)字信號接口?？梢赃x擇向單片 輸入模擬量或輸入數(shù)字量。另接一個(gè) 10K的可調(diào)電阻，用于調(diào)節(jié)檢測可燃?xì)怏w的靈敏度。兩個(gè) LED 燈，綠色用于表示電源正常接通，紅色用于表示傳感器檢測到可燃?xì)怏w。如圖 210所示。 圖 210 MQ5 煤氣檢測模塊電路圖 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說明書 第 11 頁 共 32 頁 風(fēng)力檢測 模塊電路設(shè)計(jì)分析 市面上面的風(fēng)速傳感器， 風(fēng)速傳感器是 將空氣的流動(dòng)速度變量轉(zhuǎn)換成有一定對應(yīng)關(guān)系的輸出信號的裝置。風(fēng)速 傳感器種類 有采用畢托管測風(fēng)速、熱線熱膜測風(fēng)速、機(jī)械式傳感器測風(fēng)速、超聲波測風(fēng)速和三杯式 風(fēng)速傳感器 測風(fēng)速 。 這些傳感器可以直接使用，準(zhǔn)度也比較高 。但是有幾個(gè)缺陷：第一這些種類的風(fēng)速傳感器體型普遍較大，若要固定于窗體上則會(huì)占用很大的空間，會(huì)影響窗體的整體外觀。第二這些種類的風(fēng)速傳感器風(fēng)力測試儀價(jià)格都比較高，不符合設(shè)計(jì)的初衷。 本設(shè)計(jì)的 風(fēng)力檢測 采用霍爾傳感器集成與單片機(jī)上，將信號磁鐵固定于排風(fēng)扇的扇葉上，并配合霍爾傳感器。當(dāng)室外天氣為大風(fēng)時(shí)，風(fēng)吹動(dòng)排風(fēng)扇，扇葉轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)給霍爾傳感器輸入信號，單片機(jī)根據(jù)霍爾傳感器輸入的脈沖數(shù)量計(jì)算，當(dāng)達(dá)到一定條件，識(shí)別為大風(fēng)狀況時(shí)，就自動(dòng)起開自動(dòng)關(guān)窗動(dòng)作?；魻杺鞲衅鞣€(wěn)定性高，反應(yīng)速度快，體積小，性價(jià)比高。經(jīng)過霍爾傳感器和排風(fēng) 扇的配合，可以識(shí)別大風(fēng)天氣。 霍爾傳感器是利用霍爾效應(yīng)實(shí)現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換的一種傳感器，它具有靈敏度高，線性度好，穩(wěn)定性高、體積小和耐高溫等特點(diǎn)，所以，在測量技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和信息處理等方面得到了廣泛的應(yīng)用，通常被用來測量位移、壓力、轉(zhuǎn)速等物理量。使用霍爾傳感器獲得脈沖信號，其機(jī)械結(jié)構(gòu)可以做得較為簡單，只要在轉(zhuǎn)軸的圓周上粘上一粒磁鋼，讓霍爾開關(guān)靠近磁鋼，就有信號輸出，轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，就會(huì)不斷地產(chǎn)生脈沖信號輸出。如果在圓周上粘上多粒磁鋼，可以實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)一周，獲得多個(gè)脈沖輸出。在粘磁鋼時(shí)要注意 ，霍爾傳感器對磁場方向敏感，粘之前可以先手動(dòng)接近一下傳感器，如果沒有信號輸出，可以換一個(gè)方向再試。這種傳感器不怕灰塵、油污，在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用廣泛。 本設(shè)計(jì)采用了 3144 霍爾元件作為檢測風(fēng)速的主要元件，并接入 74HC14 六反相 器與兩個(gè) LED 燈，形成一個(gè)風(fēng)力檢測模塊。綠燈作為一個(gè)電源是指燈，紅燈作為脈沖信號指示燈，接入電源后，霍爾元件并未靠近磁鐵時(shí)，則紅燈保持發(fā)光狀態(tài)，當(dāng)扇葉帶動(dòng)磁鐵靠近霍爾元件，則紅燈熄滅，此時(shí)霍爾元件向單片機(jī)輸入一個(gè)脈沖信號，單片機(jī)通過記錄在一定時(shí)間 內(nèi)接收到的脈沖信號判斷是否達(dá)到關(guān)窗動(dòng)作的條件。風(fēng)力測試模塊電路圖如圖 211 所示。 圖 211 風(fēng)力測試模塊電路圖 桂林電子科技大學(xué)信息科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )說明書 第 12 頁 共 32 頁 雨天檢測模塊 電路設(shè)計(jì)及其功能介紹 （ 1） 電路設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn) 一般 市面上的雨滴傳感器有兩種，一種是集合式的雨滴傳感器模塊，這種模塊把雨滴采集部分和電路部分直接連接在一個(gè)板子上，缺點(diǎn)比較明顯，采集范圍小，而且容被雨水損壞電路。第二種是分離式的雨滴傳感器，就是雨滴采集部分和電路部利用導(dǎo)線連接使用，這樣的方式可以把電路部分放在室內(nèi)不被雨水浸入，有效的保護(hù)電路不被雨水損害，并可以擴(kuò)大雨水采集的范圍。對雨天的識(shí)別效果比較明顯。所以，本次設(shè)計(jì)就直接使用分離式的雨滴傳感器模塊。 （ 2） 雨滴傳感器 原理介紹 本設(shè)計(jì)使用的雨滴傳感器的控制核心是 LM393 電壓比較器， LM393 是由兩個(gè)獨(dú)立的、高精度電壓比較器組成的集成電路，失調(diào)電壓低，最大為 。它專為獲得寬電壓范圍、單電源供電而設(shè)計(jì)，也可以以雙電源供電；而且無論電源電壓大小，電源消耗的電流都很低。它還有一個(gè)特性：即使是單電源供電，比較器的共模輸入電壓范圍接近地電平。主要應(yīng)用于限幅器、簡單的模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器、脈沖發(fā)生器、延時(shí)發(fā)生 器、寬頻壓控