【正文】 DS18B20哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 11 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(cè) 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(cè)試及檢測(cè)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(jiǎn)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(zhǎng)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(zhǎng)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 哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 DHT11 引腳說明 表 36 引腳說 明 Pin 名稱 注釋 1 VDD 供電 3－ 2 DATA 串行數(shù)據(jù)，單總線 3 NC 空腳，請(qǐng)懸空 4 GND 接地，電源負(fù)極 溫濕度傳感器及其檢測(cè)電路 圖 37 溫濕度傳感器及檢測(cè)電路 光電傳感器技術(shù) 光電傳感器是采用光電元件做為檢測(cè)元件的傳感器。它首先把被測(cè)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(cè)方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測(cè) 參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，形式靈活多樣，因此在檢測(cè)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； h為普朗克常數(shù) 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) 。 哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 13 脈沖式光電傳感器 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(cè) 量等場(chǎng)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(cè)時(shí)，還必須配備適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電路。測(cè)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(cè)量電路。光電傳感器典型應(yīng)用與測(cè)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(cè)以及安全監(jiān)控系統(tǒng)中。通常光電傳感器測(cè)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(cè)系統(tǒng)的紅外光傳感器由光源，光檢測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)介質(zhì)形成，光線在檢測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(jiǎn)單，非接觸式測(cè)量檢測(cè)方式等已經(jīng)得到了廣泛的認(rèn)可，然而，隨著市場(chǎng)推廣與調(diào)查，其缺點(diǎn)也逐漸顯現(xiàn) [6]。 1)高成本。測(cè)量檢測(cè)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(cè)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(cè)器之間的距離，在對(duì)測(cè)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(cè)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(cè)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。 超聲波傳感器技術(shù) 超聲波傳感器工作原理類似于雷達(dá)或聲納探測(cè)裝置，利用超聲波特性進(jìn)行測(cè)量測(cè)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(zhǎng)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(cè)廣泛應(yīng)用在工業(yè)、國(guó)防、生物醫(yī)學(xué)等方面。以超聲波作為檢測(cè)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)，線性哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 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 。 哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 15 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： 1 2 3 4 5 6 7 8ABCD87654321DCBAT i t l eN u m b e r R e v i s i o nS i z eA3D a t e : 1 6 J u n 2 0 0 8 S h e e t o f F i l e : E : \ 畢業(yè)設(shè)計(jì) 2\ 汽車防盜報(bào)警 \ 論文成文 \ 原理圖 . d d bD r a w n B y :G N D+ 5 VE 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 D10V C C40G N D20I C 28 9 C 5 1+ 5 VC330PC430PY11 1 . 0 5 9 2 MG N DE C 34 . 7 u FR4220R51kS W 1S W P B+ 5 VG N D1234 5678I C 3L M 3 8 6G N DC6470PC70 . 4 7 u FC82 2 0 u F / 2 5 VC51 0 u F / 2 5 VC94 7 0 u F / 2 5 V+ 5 VG N DG N DL S 1S P E A K E RR110KG N D+ 5 V無線接收端T1T R A N S 5V i n1GND2+ 5 V3U278051234D1B R I D G E 1C30 . 1 u F C40 . 1 u FE C 44 7 0 u F / 3 5V S SV i n2GND1 1 5 V3U37915V i n1GND2+ 1 5 V3U17815G N DC20 . 1 u FC10 . 1 u FE C 11 0 0 0 u F / 3 5E C 21 0 0 0 u F / 3 5E C 34 7 0 u F / 3 5V S SA C 2 2 2 0 1 5 V+ 1 5 VG N D+ 5 V紅外傳感器G N D+ 5 V溫度傳感器R 1 73 . 3 KD71 N 4 1 4 8132Q18050R 1 93 . 3 KD81 N 4 1 4 8132Q28050+ 5 V+ 5 VG N DG N DR 2 03 . 3 KR 1 83 . 3 K1 23 4K?1 23 4K?+ 5 V12C N ?C O N _ 212C N ?C O N _ 2+ 5 V 圖 41 硬件系統(tǒng)總體框圖 哈爾濱遠(yuǎn)東理工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 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