重庆理工大学毕业论文 基于单片机的环境安全检测系统的设计
该把握以下几点：外围电路应该尽量简单；测温的精度、分辨率要合适，以便减少不必要的电路和软件开发成本；温度传感器采用的总线负载能力如何，能否满足多点测温的需要；占用MCU的I/O
引脚数情况如何，因为MCU的系统资源非常宝贵，输入通道有限，多点温度测量时，如果测量的点数超过了输入通道时，就要添加多路复用器，这将增加成本和开发时间，应尽量节约；与MCU的通信协议应尽量简单，温度测量的软件开发难度、成本要尽量小。
目前在数字温度传感器中采用的串行总线主要有Philips公司的I2C总线、Motorola公司的SPI总线、National Semiconductor公司的Microwireplus总线、Dallas Semiconductor 公司的1-Wire总线和Siemens公司的Profibus总线等。 常用的数字温度传感器主要有：
（1）AD7418是美国模拟器件公司（ADI）推出的单片温度测量与控制用集成电其内部包含有带隙温度传感器和10位A/D转换器。测温范围为-55℃~+125℃，具有10位数字输出温度值，分辨率为0.25℃，精度为±2℃，转换时间为15~30ms。具有体积小、编程简单、使用容易、测量精度高，并且不易受环境干扰等优点。AD7418可以级联至多8片在同一个I2C总线上。
（2）LM74是美国国家半导体公司推出的集成了带隙式温度传感器、A/D数转换器，并具有 SPI/Microwire 兼容总线接口的数字温度传感器。具有抗干扰能力强、分辨力高、线性度好、成本低等优点。在传感器通电工作后自动按一定速率对温度进行检测，并在片内寄存器中存储转换的温度值，主机可以在任意时刻读出传感器温度值。LM74具有休眠模式，在休眠时消耗的电流不超过10μA,适用于对功率消耗有严格限制的系统。LM74的模数转换器为12位外加符号位，因此在其有效工作范围内可达0.0625℃的分辨率，转换时间为425ms。
（3）MAX6575L/H是美国MAXIM公司的一种单总线式数字温度传感器，具有较好的线性、较低的功耗，而且编程简单，调试容易，使用方便。测温范围为-40~+125℃，其误差范围：在25℃时优于±3℃在 85℃时优于±4.5℃，在125℃时优于±5℃。但是 MAX6575L/H在其测温范围内非线性误差较大，因此，当它用于高精度温度测量时，必须对其进行非线性补偿。它最多允许在一根MCU的I/O总线上同时挂接8个MAX6575L/H进行多点温度测量。为了避免多个传感器
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同时测温时有重叠的现象MAX6575提供了“L”和“H”两种型号的传感器,它们的使用方法相同,而且每一种型号的传感器又可以通过时间选择引脚。但是，MAX6575L的远距离传输特性并不理想，传输范围只能在5m以内，超过此范围将采集不到被测温度数据，这也是这种器件的一个弊端。
（4）DS18B20是美国Dallas半导体公司的新一代数字式温度传感器，它具有独特的单总线接口方式，即允许在一条信号线上挂接数十甚至上百个数字式传感器，从而使测温装置与各传感器的接口变得十分简单，克服了模拟式传感器与微机接口时需要的A/D转换器及其它复杂外围电路的缺点，而且可以通过总线供电，由它组成的温度测控系统非常方便，而且成本低、体积小、可靠性高。DS18B20的测温范围-55~+125℃，最高分辨率可达0.0625℃，由于每一个DS18B20出厂时都刻有唯一的一个序列号并存入其ROM中，因此CPU可用简单的通信协议就可以识别，从而节省了大量的引线和逻辑电路。 Dallas公司的单总线技术具有较高的性能价格比，有以下特点：
（1）适用于低速测控场合，测控对象越多越显出其优越性； （2）性价比高，硬件施工、维修方便，抗干扰性能好； （3）具有CRC校验功能，可靠性高；
（4）软件设计规范，系统简明直观，易于掌握。
由于DS18B20独特的单总线接口方式在多点测温时有明显的优势，占MCU的I/O引脚资源少，MCU的通信协议比较简单，成本较低，传输距离远，所以，选用DS18B20作为温度测量的传感器。 3、湿度传感器的选用
近年来，国内外在湿度传感器研发领域取得了较大的发展。湿敏传感器正从简单的湿敏元件向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展。选择集成湿度传感器应考虑以下几点：感湿性能好、灵敏度高、响应速度快、测量范围宽，要有较好的一致性、可重复性，线性度要好、湿滞小，较高的稳定性和可靠性，有较强的抗污染能力、使用寿命长。
目前，国外生产集成湿度传感器的主要厂家及典型产品分别为Honeywell公司（HIH-3602、HIH-3605、HIH-3610 型），Humirel公司HS1101、HM1500、HM1520、HF3223、HTF3223型），Sensiron公司（SHT11、SHT15型）。这些产
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品可分成以下三种类型：
（1）线性电压输出式集成湿度传感器典型产品有HIH3605/3610、HM1500/1520。其主要特点是采用恒压供电，内置放大电路，能输出与相对湿度呈比例关系的伏特级电压信号，响应速度快，重复性好，抗污染能力强。
（2）线性频率输出集成湿度传感器典型产品为HF3223型。它采用模块式结构，属于频率输出式集成湿度传感器，在55%RH时的输出频率为8750Hz（型值），当上对湿度从10%变化到95%时，输出频率就从9560Hz减小到8030Hz。这种传感器具有线性度好、抗干扰能力强、便于配数字电路或单片机、价格低等优点。
（3）频率/温度输出式集成湿度传感器典型产品为HTF3223型。它除具有HF3223的功能以外，还增加了温度信号输出端，利用负温度系数（NTC）热敏电阻作为温度传感器。当环境温度变化时，其电阻值也相应改变并且从 NTC 端引出，配上二次仪表即可测量出温度值。 常用的集成湿度传感器主要有：
（1）HIH-3610是美国Honeywell 公司生产的具有信号处理功能的热固聚酯电容式相对湿度传感器，线性放大输出、工厂标定，独特的多层结构能非常好地抵抗环境的侵蚀，诸如湿气、尘埃、油、及一些化学品。工作范围：温度-40~+85℃，相对湿度 0~100%RH，精度达到±2%RH，激光修正互换性至5%RH，低功耗驱动电流设计为 200μA，反应时间为15s，稳定性好、较低的漂移、抗化学腐蚀性能强。
（2）HF3223湿度传感器是法国 Humirel公司生产的专利的固态聚合物结构相对湿度传感器，具有线性的频率输出，湿度测量范围 10~95%RH，精度±5%RH，湿度迟±1.5%RH，温度工作范围-30~+80℃，温度特性好，高可靠性与长时间稳定性，在长时间处于饱和状态后快速脱湿，反应时间10s，对化学品有较高的抵抗性，浸水没有影响。
（3）HS1101湿度传感器是法国Humirel公司制造的电容式相对湿度传感器。带防护棒式封装，5VDC恒压供电，1~4VDC 放大线性电压输出，便于用户使用。湿度测试量程为0~100%RH，精度达±3%RH（10~95%RH 范围），防灰尘，可有效抵抗各种腐蚀性气体物质，非常低的温度依赖性，长期稳定性好，反映时间
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5s，广泛应用于机房监控，智能楼宇，仓库监控等控制场合，价格实惠，是一款性价比极高的湿度传感器。
电容式温度传感器HS1101，采用创新技术、稳定性好、精度高、外带防护罩，抗静电、防灰尘、并可抵抗氯气、氨水等，基于独特的电容元件，专利的固态聚合物结构。故选用HS1101。 4、气体传感器的选用
气体传感器是一种将某种气体体积分数转化成对应电信号的转换器。探测头通过气体传感器对气体样品进行调理，通常包括滤除杂质和干扰气体、干燥或制冷处理仪表显示部分 。气体传感器是一种将气体的成份、浓度等信息转换成可以被人员、仪器仪表、计算机等利用的信息的装置！气体传感器一般被归为化学传感器的一类，尽管这种归类不一定科学。目前流行于市场气体传感器大约有如下一些种类：
(1) 催化燃烧式气体传感器
这种传感器是白金电阻表面制备耐高温催化剂层，一定温度下，可燃性气体其表面催化燃烧，燃烧是白金电阻温度升高，电阻变化，变化值是可燃性气体浓度函数。催化燃烧式气体传感器选择性检测可燃性气体：凡是可以燃烧，都能够检测；凡是不能燃烧，传感器都没有任何响应。催化燃烧式气体传感器计量准确，响应快速，寿命较长。传感器输出与环境爆炸危险直接相关，安全检测领域是一类主导位传感器。但是可燃性气体范围内，无选择性。暗火工作，有引燃爆炸危险。大部分元素有机蒸汽对传感器都有中毒作用。 (2) 半导体式气体传感器
它是利用一些金属氧化物半导体材料，一定温度下，电导率环境气体成份变化而变化原理制造。比如，酒精传感器，就是利用二氧化锡高温下遇到酒精气体时，电阻会急剧减小原理制备。半导体式气体传感器可以有效用于：甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、酒精、甲醛、一氧化碳、二氧化碳、乙烯、乙炔、氯乙烯、苯乙烯、丙烯酸等很多气体检测。尤其是，这种传感器成本低廉，适宜于民用气体检测需求。下列几种半导体式气体传感器是成功：甲烷（天然气、沼气）、酒精、一氧化碳（城市煤气）、硫化氢、氨气（包括胺类，肼类）。高质量传感器可以满足工业检测需要。缺点：稳定性较差，受环境影响较大；尤其，每一种传感器选择
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