【正文】 39 防盜報警電路圖 其中 D1 是正常工作指示燈， D2 是起報警 指示作用，當(dāng) MM 腳被置低電平時， D2亮 表示 紅燈開始報警，同樣， KK 腳置高電平時聲音報警電路開始工作。電路 中按鍵 S2鍵作為中止 /暫停鍵 , 按下 S2 按鍵時， 模擬的是 當(dāng)聲光報警電路開始工作時，室內(nèi)主人通過聲光報警電路得知有人入侵偷盜，得知此情況后，主人就可以關(guān)閉聲光報警了。當(dāng)然，在實際設(shè)計中 S2 按鍵安裝的位置必須隱蔽一些，最好安裝在一個只有房主知道而其他人不知道的的隱蔽部位。如若不然，當(dāng)有人入室盜竊時，聲光報警電路剛工作，而盜賊 勢必 會關(guān)閉報警電路，如果 S2 按鍵安裝在一個顯眼的位置的 話，恰巧又迅速被盜賊按下。那么短 時間的聲光報警可能不能讓房主察覺到有人入室偷盜。這樣一來，會對室內(nèi)財產(chǎn)及安全的損失造成嚴(yán)重威脅。 濕度檢測 電路設(shè)計 濕度檢測 電路設(shè)計思路 濕度檢測電路模塊實現(xiàn)的功能是：當(dāng)系統(tǒng)檢測到室外下雨時，系統(tǒng)能夠驅(qū)動電機(jī)，實現(xiàn)關(guān)閉窗戶的功能，從而避免 對室內(nèi)的電器、擺設(shè)等物品造成不必要的損害。此模塊D1S2G3VCCGNDC247ufC147uf10KR110KR2C347uf1 274LS04S9014NPNGNDR64k7Q2NPNGNDGNDK1LS1SpeakerD2紅D1綠VCCGNDR7220R4220S2R84k7GNDVCCIIINT0JJKKLLVCCMMVCC基于單片機(jī)的多功能智能窗的設(shè)計 第 16頁 共 61頁 選用的傳感器型號為 DHT11。通過軟件設(shè)置一個閾值， DHT11 將檢測到的室外相對濕度值傳遞到單片機(jī)，單片機(jī)將此值與事先設(shè)定的閾值比較，如果相對濕度值大于閾值，則單片機(jī)驅(qū)動電機(jī)，使電機(jī)帶動窗體運動，從而實 現(xiàn)關(guān)閉窗體的功能。 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)的方法測量濕度。有關(guān)濕度測量，早在 16 世紀(jì)就有記載。許多古老的測量方法，如干濕球溫度計、毛發(fā)濕度計和露點計等至今仍被廣泛采用?，F(xiàn)代工業(yè)技術(shù)要求高精度、高可靠和連續(xù)地 測量濕度，因而陸續(xù)出現(xiàn)了種類繁多的濕敏元件。 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。利用水分子有較大的偶極矩，易于附著并滲透入固體表面的特性制成的濕敏元件稱為水分子親和力型濕敏元件 。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度變化，可制成尺寸變化式濕敏元件，如毛發(fā)濕度計。金屬氧化物是離 子型結(jié)合物質(zhì)，有較強(qiáng)的吸水性能，不僅有物理吸附，而且有化學(xué)吸附，可制成金屬氧化物濕敏元件。這類元件在應(yīng)用時附著或浸入被測的水蒸氣分子，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)使用時元件的特性不穩(wěn)定，測量時有較大的滯后誤差和較慢的反應(yīng)速度。目前 應(yīng)用 較多的均屬于這類濕敏元件。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)來測量濕度。例如，利用熱力學(xué)方法測量的熱敏電阻式濕度傳感 器，利用水蒸氣能吸收某波長段的紅外線的特性制成的紅外線吸收式濕度傳感器等。 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。最常用的是電解質(zhì)氯化鋰（ LiCl）。從 1938 年 頓蒙發(fā)明這種元件以來，在較長的使用實踐中，對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)大測濕范圍。氯化鋰濕敏元件的工作原理是基于濕 度 變化能引起電介質(zhì)離子導(dǎo)電狀態(tài)的改變，使電阻值發(fā)生變化。結(jié)構(gòu)形式有頓蒙式和含浸式。頓蒙式氯化鋰濕敏元件是在聚苯乙烯圓筒上平行地繞上鈀絲電極，然后把 皂化聚乙烯醋酸酯與氯化鋰水溶液混合液均勻地涂在圓筒表面上制成，測濕范圍約為相對濕度 30%。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。植物的髓脈具有細(xì)密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，有利于水分子的吸入和放出。 70 年代華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 17頁 共 61頁 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 堿玻璃基板（孔徑平均 500 埃），可制成測濕范圍為相對濕度 20～ 80%的 元件。氯化鋰元件具有滯后誤差較小，不受測試環(huán)境的風(fēng)速影響，不影響和破壞被測濕度環(huán)境等優(yōu)點，但因其基本原 理是利用潮解鹽的濕敏特性，經(jīng)反復(fù)吸濕、脫濕后，會引起電解質(zhì)膜變形和性能變劣，尤其遇到高濕及結(jié)露環(huán)境時，會造成電解質(zhì)潮解而流失， 導(dǎo)致元件損壞。 （ 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性能制成的濕敏元件。吸濕后，介電常數(shù)發(fā)生明顯變化的高分子電介質(zhì)，可做成電容式濕敏元件。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。常用的高分子材料是醋酸纖維素、尼龍和硝酸纖維素等。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。這種濕敏元件的缺點是不宜用于含有機(jī)溶媒氣體的環(huán)境，元件也不能耐 80℃ 以上的高溫。 （ 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。把鋁基片置于草酸、硫酸或鉻酸電解槽中進(jìn)行陽極氧化，形成氧化鋁多孔薄膜，通過真空蒸發(fā)或濺射工藝，在薄膜上形成透氣性電極。這種多 孔質(zhì)的氧化鋁濕敏元件互換性好，低濕范圍測濕的時間響應(yīng)速度較快， 滯后誤差小，常用于高空氣球上測濕。四氧化三鐵膠體的優(yōu)點是固有電阻低，長期置于大氣環(huán) 境表面狀態(tài)不會變化，膠體粒子間相互吸引粘結(jié)緊密等。它是一種價廉物美，較早投入批量生產(chǎn)的濕敏元件，在濕度測量和濕度控制方面都有大量應(yīng)用。 （ 4） 半導(dǎo)體陶瓷濕度傳感器 如 MgCr2O4TiO2濕敏傳感器．它們主要利用陶瓷燒結(jié)體微結(jié)晶表面在吸濕和脫濕過程中電極之間電阻的變化來檢測相對濕度。陶瓷燒結(jié)體微結(jié)晶表面對水分子進(jìn)行吸濕或脫濕時，引起電極間電阻值隨相對濕度成指數(shù)變化，從而濕度信息轉(zhuǎn)化為電信號。這類傳感器適合于高溫和高濕環(huán)境中 使用，也是目前在高溫環(huán)境中測濕的少數(shù)有效傳感器之一。 （ 5） 超聲波式濕度傳感器 基于單片機(jī)的多功能智能窗的設(shè)計 第 18頁 共 61頁 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。傳感器由超聲波氣 溫計和鉑絲電阻測溫計組成，前者的測量數(shù)據(jù)與濕度有關(guān)，后者的測量數(shù)據(jù)只與溫度有關(guān)，按照超聲波在干燥空氣和含濕空氣中的傳播速度可計算出空氣的絕對濕 度。超聲波濕度傳感器有很多優(yōu)點，它的測濕數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確，響應(yīng)速度快，可以測出某一極小范圍的絕對濕度而不受輻射熱的影響。這種傳感器尚處于研制階段。 （ 6） 熱敏電阻式濕 度 傳感器 利用熱敏電阻作濕敏 元件。傳感器中有組成橋式電路的珠狀熱敏電阻 R1和 R2,電源供給的電流使 R R2 保持在 200℃ 左右的溫度。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)。將 R1 先置于干燥空氣中，調(diào)節(jié)電橋平衡，使輸出端 A、 B 間電壓為零，當(dāng) R1 接觸待測含濕空氣時，含濕空氣與干燥空氣產(chǎn)生熱傳導(dǎo)差，使 R1受冷卻，電阻值增高， A、 B間產(chǎn)生輸出電壓，其值與濕度變化有關(guān)。熱敏電阻式濕 度 傳感器的輸出電壓與絕對濕度成比例，因而可用于測量大氣的絕對濕度。傳感器是利用濕度與大氣導(dǎo)熱率之間的關(guān)系作為測量原理 的，當(dāng)大氣中混入其他特種氣體或氣壓變化時，測量結(jié)果會有程度不同的影響。此外，熱敏電阻的位置對測量也有很大影響。但這種傳感器從可靠性、穩(wěn)定性和不必 特殊維護(hù)等方面來看，很有特色，現(xiàn)已用于空調(diào)機(jī)濕度控制，或制成便攜式絕對濕度表、直讀式露點計、相對濕度計、水分計等。 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。下面將對 DHT11 進(jìn)行詳細(xì)介紹。 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)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳器 。 它應(yīng)用專用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù) ，確保產(chǎn)品具有極高可靠性與卓越的長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件和一個 NTC 測元件，并與一個高性能 8 位單片機(jī)相連接。因此該產(chǎn)品具有品質(zhì)卓越、超快應(yīng)、抗干擾能力強(qiáng)、性價比極高等優(yōu)點。每個 DHT1 傳感器都在極為精確的度校驗室中進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲存在 OTP 內(nèi)存中，傳感器內(nèi)在檢測信號的處理過程中要調(diào)用這些校準(zhǔn)系數(shù)。 單線制串行接口，使系統(tǒng) 集變得簡易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號傳輸距離可達(dá) 20 米以上，使成為各類應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場合的最佳選則。產(chǎn)品為 4 針單排引腳裝。華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 19頁 共 61頁 連接方便。 DHT11 溫濕度傳感器性能說明 如表 31 所示 ： 參數(shù) 條件 Min Typ Max 單位 濕度 分辨率 1 1 1 %RH 16 Bit 重復(fù)性 177。1 %RH 精度 25℃ 177。4 %RH 0－ 50℃ 177。5 %RH 互換性 可完全互換 量程 范圍 0℃ 30 90 %RH 25℃ 20 90 %RH 50℃ 20 80 %RH 響應(yīng) 時間 1/e(63%)25℃ ， 1m/s 空氣 6 10 15 S 遲滯 177。1 %RH 長期 穩(wěn)定性 典型值 177。1 %RH/yr 溫度 分辨率 1 1 1 ℃ 16 16 16 Bit 重復(fù)性 177。1 ℃ 精度 177。1 177。2 ℃ 量程范圍 0 50 ℃ 響應(yīng)時間 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 ， 一次通訊基于單片機(jī)的多功能智能窗的設(shè)計 第 20頁 共 61頁 時間 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) +8bi 溫度整數(shù)數(shù)據(jù) +8bit 溫度小數(shù)數(shù)據(jù) +8bit 校驗和 。 數(shù)據(jù)傳送正確時校驗和數(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) +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。 用戶 MCU 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) 。 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 不會主動進(jìn)行溫濕度采集 ， 采集數(shù)據(jù)后轉(zhuǎn)換到低速模式。 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。 圖 310 總信號表示方法 總線為低電平 ， 說明 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 低電平時隙開始 ， 高電平的長短定了數(shù)據(jù)位是 0還是 1。 格式見下面圖示 。 如果讀取響應(yīng)信號為高電平 ， 則 DHT11 沒有響應(yīng) ，華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 21頁 共 61頁 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)。 圖 311 數(shù)字 0信號表示方法 圖 312 數(shù)字 1信號表示方法 由于采用 DHT11 數(shù)字 溫濕度 傳感器，電路不用考慮 A/D 轉(zhuǎn)換， 也不需要放大電路的設(shè)計， 所以濕度檢測電路模塊相比其他模塊來講比較簡單，不需要考慮放大電路環(huán)節(jié)的具體電路設(shè)計， 只需設(shè)計指定 DATA 與數(shù)字傳感器相連 即可 ， 此模塊的 電路原理圖如圖 313所示 ：