【正文】 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(yáng)極氧化，形成氧化鋁多孔薄膜，通過(guò)真空蒸發(fā)或?yàn)R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(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。四氧化三鐵膠體的優(yōu)點(diǎn)是固有電阻低，長(zhǎng)期置于大氣環(huán) 境表面狀態(tài)不會(huì)變化，膠體粒子間相互吸引粘結(jié)緊密等。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。（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(guò)程中電極之間電阻的變化來(lái)檢測(cè)相對(duì)濕度。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)。這類(lèi)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(cè)濕的少數(shù)有效傳感器之一。（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。傳感器由超聲波氣 溫計(jì)和鉑絲電阻測(cè)溫計(jì)組成，前者的測(cè)量數(shù)據(jù)與濕度有關(guān)，后者的測(cè)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(jì)算出空氣的絕對(duì)濕 度。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。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(kāi)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(cè)含濕空氣時(shí)，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(duì)濕度成比例，因而可用于測(cè)量大氣的絕對(duì)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(cè)量原理 的，當(dāng)大氣中混入其他特種氣體或氣壓變化時(shí)，測(cè)量結(jié)果會(huì)有程度不同的影響。此外，熱敏電阻的位置對(duì)測(cè)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(lái)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(duì)濕度表、直讀式露點(diǎn)計(jì)、相對(duì)濕度計(jì)、水分計(jì)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(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。下面將對(duì) 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(hào)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(zhǎng)期穩(wěn)定性。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。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(jià)比極高等華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 19 頁(yè) 共 61 頁(yè)優(yōu)點(diǎn)。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)。校準(zhǔn)系數(shù)以程序的形式儲(chǔ)存在 OTP 內(nèi)存中，傳感器內(nèi)在檢測(cè)信號(hào)的處理過(guò)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(jiǎn)易快捷。超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá) 20 米以上，使成為各類(lèi)應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選則。產(chǎn)品為 4 針單排引腳裝。連接方便。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 %RH25℃ 177。4 %RH精度0－ 50℃ 177。5 %RH互換性 可完全互換0℃ 30 90 %RH25℃ 20 90 %RH量程范圍50℃ 20 80 %RH響應(yīng)時(shí)間1/e(63%)25℃，1m/s 空氣6 10 15 S 遲滯 177。1 %RH 長(zhǎng)期穩(wěn)定性 典型值 177。1 %RH/yr溫度1 1 1 ℃分辨率16 16 16 Bit重復(fù)性 177。1 ℃ 精度 177。1 177。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。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(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)+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(kāi)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(kāi)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)。從模式下，DHT11 接收到開(kāi)始信號(hào)觸發(fā)一次溫濕度采集，如果沒(méi)有接收到主機(jī)發(fā)送開(kāi)始信號(hào)，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。 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)。DHT11 接收到主機(jī)的開(kāi)始信號(hào)后，等待主機(jī)開(kāi)始信號(hào)結(jié)束,然后發(fā)送 80us 低電平響應(yīng)信號(hào)。主機(jī)發(fā)送開(kāi)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(kāi)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。圖 310 總信號(hào)表示方法華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 21 頁(yè) 共 61 頁(yè)總線為低電平，說(shuō)明 DHT11 發(fā)送響應(yīng)信號(hào)，DHT11 發(fā)送響應(yīng)信號(hào)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(kāi)始，高電平的長(zhǎng)短定了數(shù)據(jù)位是 0 還是 1。格式見(jiàn)下面圖示。如果讀取響應(yīng)信號(hào)為高電平，則 DHT11 沒(méi)有響應(yīng)，請(qǐng)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)?！D 311 數(shù)字 0 信號(hào)表示方法 　　圖 312 數(shù)字 1 信號(hào)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(jì)，所以濕度檢測(cè)電路模塊相比其他模塊來(lái)講比較簡(jiǎn)單，不需要考慮放大電路環(huán)節(jié)的具體電路設(shè)計(jì)，只需設(shè)計(jì)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：基于單片機(jī)的多功能智能窗的設(shè)計(jì)第 22 頁(yè) 共 61 頁(yè)圖 313 濕度檢測(cè)電路圖 風(fēng)速檢測(cè)電路設(shè)計(jì)風(fēng)速是本系統(tǒng)需要采集的一個(gè)參數(shù)，由于機(jī)械式的風(fēng)速傳感器響應(yīng)時(shí)間比較長(zhǎng)，體積大，而且價(jià)格比較貴，要在窗體外邊裝置一個(gè)體積大的機(jī)械式風(fēng)速傳感器不但影響美觀且造價(jià)較高，考慮到本課題研究的多功能智能窗是在原有窗體上進(jìn)行改裝，不需要把窗體外形變動(dòng)特別大。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)。 風(fēng)速檢測(cè)電路設(shè)計(jì)思路按照本設(shè)計(jì)的要求，風(fēng)速檢測(cè)電路模塊實(shí)現(xiàn)的功能是：當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到室外風(fēng)速大于 8m/s 時(shí)，系統(tǒng)能夠驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)帶動(dòng)窗體實(shí)現(xiàn)關(guān)閉窗戶的功能，避免大風(fēng)將風(fēng)沙吹入室內(nèi)。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(guò)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。 常見(jiàn)風(fēng)速傳感器介紹風(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(duì)應(yīng)關(guān)系的輸出信號(hào)的裝置。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(jiàn)的一種風(fēng)速計(jì)。轉(zhuǎn)杯式風(fēng)速計(jì)最早由英國(guó) VCGNDR95kAT24SK3H華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 23 頁(yè) 共 61 頁(yè)(1846)，當(dāng)時(shí)是四杯,后來(lái)改用三杯。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。在風(fēng)力的作用下風(fēng)杯繞軸旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速正比于風(fēng)速。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。當(dāng)風(fēng)杯轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)主軸帶動(dòng)多齒轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)，使下面光敏三極管接收上面發(fā)光二極管照射下來(lái)的光線，處于導(dǎo)通或截止?fàn)顟B(tài)，形成與風(fēng)杯轉(zhuǎn)速成正比的頻率信號(hào)，通過(guò)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，換算后得到實(shí)際風(fēng)速值。 （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(guò)測(cè)量熱源周?chē)臏囟葓?chǎng)分布或熱源的熱損失，來(lái)得到關(guān)于流體的信息。硅的熱流量傳感器有三種工作原理分別為熱損失型風(fēng)速傳感器，熱溫差型風(fēng)速傳感器以及熱脈沖型風(fēng)速傳感器熱損失型風(fēng)速傳感器一般含有一個(gè)單元，其同時(shí)作為加熱單元和測(cè)溫單元，熱損失型風(fēng)速傳感器測(cè)量單個(gè)加熱單元的總的熱損失量。因?yàn)榇蠖鄶?shù)材料的電阻率隨溫度而變化，所以，可以通過(guò)測(cè)量電阻的變化反映風(fēng)速的大小。熱損失型風(fēng)速傳感器可以工作在恒功率和恒溫差兩種工作方式。在恒功率下，通過(guò)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。熱溫差型一般含有一個(gè)加熱單元和兩個(gè)對(duì)稱的測(cè)溫單元，當(dāng)加熱表面被不一致的冷卻時(shí)，對(duì)稱測(cè)溫單元能測(cè)量對(duì)稱點(diǎn)的溫度，其溫度差和風(fēng)速成一定的函數(shù)關(guān)系，同時(shí)溫差的正負(fù)符號(hào)反映風(fēng)向的信息；熱脈沖型則通過(guò)測(cè)量脈沖在流體中傳輸速度反映流體的速度。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。（3）皮托管式風(fēng)速計(jì)：標(biāo)準(zhǔn)皮托管是一根彎成直角的金屬細(xì)管,它由感測(cè)頭、外管、內(nèi)管、管柱與全壓、靜壓引出導(dǎo)管等組成。在皮托管頭部的頂端,迎著來(lái)流開(kāi)有一個(gè)小孔,小孔平面與流體流動(dòng)方向垂直。在皮托管頭部靠下游的地方,環(huán)繞管壁的外側(cè)又開(kāi)了多個(gè)小孔,流體流動(dòng)的方向與這些小孔的孔面相切。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。進(jìn)入皮托管頂端小孔的氣流壓力(稱為全壓) ,除了流體本身的靜壓,還含有流體滯止后由動(dòng)能轉(zhuǎn)變來(lái)的那部分壓力,而進(jìn)入皮托管側(cè)面小孔的氣流壓力僅僅是流體的靜壓,根據(jù)全壓和靜壓即可求出動(dòng)壓,從而求出流體的流速。（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。采用超聲波進(jìn)行氣體流速測(cè)量可基于單片機(jī)的多功能智能窗的設(shè)計(jì)第 24 頁(yè) 共 61 頁(yè)以采用三種形式時(shí)差法、多普勒法和渦街風(fēng)速測(cè)量。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(kāi)水道流量的測(cè)量，此法受溫度影響比較大。多普勒法適用于不潔凈流體的測(cè)量，而渦街法適用于管道流體流速的測(cè)量。（5） 壓力式風(fēng)速計(jì): 當(dāng)風(fēng)在傳播過(guò)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。壓力傳感器把風(fēng)對(duì)它的壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，根據(jù)電信號(hào)的大小來(lái)求出風(fēng)速的大小。(6)光電式風(fēng)速計(jì):光電編碼器，是一種通過(guò)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。這是目前應(yīng)用最多的傳感器，光電編碼器是由光柵盤(pán)和光電檢測(cè)裝置組成。光柵盤(pán)是在一定直徑的圓板上等分地開(kāi)通若干個(gè)長(zhǎng)方形孔。當(dāng)風(fēng)在傳播時(shí)，風(fēng)速帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，光電碼盤(pán)與電動(dòng)機(jī)同軸，光柵盤(pán)與電動(dòng)機(jī)同速旋轉(zhuǎn)，經(jīng)發(fā)光二極管等電子元件組成的檢測(cè)裝置檢測(cè)輸出若干脈沖信號(hào)，通過(guò)計(jì)算每秒光電編碼器輸出脈沖的個(gè)數(shù)就能反映當(dāng)前電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而求出風(fēng)速值。 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(lèi)型即為壓力傳感器。這里選用美國(guó)的SMI系列硅微壓傳感器SM5551001D。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。能敏感微小被測(cè)量，可制成血壓壓力傳感器。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。其以硅為材料制成，具有獨(dú)特的三維結(jié)構(gòu)，采用輕細(xì)微機(jī)械加工和多次蝕刻制成惠斯通電橋于硅膜片上，當(dāng)硅片上方受力時(shí)產(chǎn)生變形，電阻產(chǎn)生壓阻效應(yīng)而失去電橋平衡，輸出與壓力成比例的電信號(hào)。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。此壓力傳感器的量程是2KP，輸入電壓是5V，最大電壓時(shí)10V，最大輸出電流是3mA。它的輸出電壓是25mv到75mv。華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）第 25 頁(yè) 共 61 頁(yè)SM5551001D特性：（1）無(wú)需校準(zhǔn)即能提供線性度優(yōu)于1%的傳感信號(hào)，因此是一種性能優(yōu)越、集成化的單片硅器件。（2）使用了一套專門(mén)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)