智能温湿度检测系统
3 硬件设计
3.1 终端检测板
3.1.1 PCB部局
这是一块放置于工作场所的传感器采样检测板，板上除了温湿度传感器外还有PM2.5模块，可燃气检测探头MQ-9，两个433M无线模块。
排除电源外，最优先考虑的是SHT10温湿度传感器的放置位置，因为温湿度数据的精度一定要保证。MQ-9探头是需要提前加热的，这是板上唯一的热源，我把它与SHT10分开放在板两端。并且依据热空气上升原理，MQ-9放置于PCB板上边沿。
433M模块分为收，发两个模块，收发模块应该尽量远离，防止频谱互相产生干扰。所以这两个模块放置在左右两边。
PM2.5模块体积较大，中间有个通孔是光传感器的入口。考虑到PM2.5传感器维护成本较高，所以将它放置于背面，这样就可以免于受到不必要的灰尘干扰。 3.1.2 温湿度传感器
SHT10是一种新型高性能传感器，采用专利CMOSens?技术，确保传感器具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容性聚合体测湿敏感元件、一个用能隙材料制成的测温元件，并将这两块元件集成在同一芯片上，芯片与14位的A/D转换器以及串行接口电路实现无缝连接。因此，该传感器具有品质卓越、响应迅速、抗干扰能力强、性价比高等优点。图3-1为SHT10实物图。
SHT10不仅具有温度和湿度的测量，还可以根据它内部的计算凝结的露点。根据不同情况下的需求，还可以通过配置它内部寄存器的方法来实现。这些指令有：调节温度，湿度测量分辨率，电量不足提示，OTP加载功能，甚至可以启动，关闭加热器。
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宁波大学科学技术学院本科毕业设计（论文）
图3-1 SHT10 (2) SHT10主要技术参数
参数 供电电压 功耗 条件 休眠状态 测量状态 平均 通讯 Min 2.4 Typ 3.3 2 3 150 2线制，I2C通讯协议
Max 5.5 5 单位 V uW mW uW （2）引脚图
引脚 1 2 3 4 NC 名称 GND DATA SCK VDD NC 描述 地 串行数据 串行时钟 电源 必须悬空 (3)SHT10性能参数
参数 湿度分辨率 条件 Min 0.4 8 温度分辨率 温度精度 湿度精度 工作范围 0.04 12 -40 0 Typ 0.05 12 0.01 14 0.5 4.5 Max 0.05 12 0.01 14 123.8 100 单位 %RH bit ℃ bit ℃ %RH ℃ %RH (4)SHT10原理图
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、
图3-2
如图所示2,3两个引脚为I2C通讯引脚，2号脚需要接上拉，这是为了保持I2C总线不被占用，如果单片机检测到I2C总线为低电平，单片机会默认I2C总线有其他器件在通讯。C15为旁路电容，起到滤波的作用。 3.1.3 PM2.5传感器
PM2.5传感器是一种检测空气中PM2.5粉尘含量的传感器。其内部结构如图所示，一个一个三极管控制红外二极管不断开关，红外二极管有一个接收对管，如果没有灰尘遮挡反射的话接收管没有光，根据反射的光强就可以测算空气中PM2.5的含量。新版升级内部集成MCU，可以串口输出数据，这大大减轻了我们编程的负担。
图3-4 （1）GP2Y1010主要技术参数
? 工作电压：+4.8~+5.2（V) ? 工作温度：-10~+65℃ ? 存贮温度：-20~+80℃ （2）引脚功能说明
引脚接口说明表
编号 符号 引脚功能 - 10 -
引脚说明
宁波大学科学技术学院本科毕业设计（论文） 1 2 3 4 5 6 GND VCC VLED VO RXD TXD 电源地 电源正极 驱动电路滤波 模拟电压输出 串口输入 串口输出 接地 +5V 接220uf正极 模拟电平 数据 数据 (3)数据换算 串口输出参数
? 波 特 率：2400 bit/s；
? 每10ms发送一个字节，共7个字节，其中校验位=Vout(H)+ Vout(L)+Vref(H)+
Vref(L)；
? 数据发送格式： 起始位Vout(H) Vout(L)Vref（H）Vref（L）校验位 结束位 0xaa
如：0x01 如：0xe0如：0x00如：0x7a如：0x5b 0xff ? 数据处理：接收到的数据按公式计算后得到Vo的值： Vo=(Vout(H)*256+Vout(L))/1024*5 例如：
Vout(H)=0x01，转换为10进制为1； Vout(L)=0xe0,转换为10进制为224； 则Vo=(1*256+224)/1024*5=2.344 V
得到Vo的数值后，乘以系数K即可得到灰尘浓度值：灰尘浓度=K*Vo。 K值如图所示计算的到。
图3-5
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3.1.4 可燃气体传感器
燃气体传感器选用的是MQ-9传感器，MQ-9气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。采用高低温循环检测方式低温（1.5V加热）检测一氧化碳，传感器的电导率随空气中一氧化碳气体浓度增加而增大，高温（5.0V加热）检测可燃气体甲烷、丙烷并清洗低温时吸附的杂散气体。使用简单的电路即可将电导率的变化，转换为与该气体浓度相对应的输出信号。 MQ-9气体传感器对一氧化碳、甲烷、液化气的灵敏度高，这种传感器可检测多种含一氧化碳及可燃性的气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。
图3-6
如图所示MQ-9传感器模块上集成了一个LM358运放，一个可调电阻，可调电阻和另一个电阻分压后值与传感器内部电压值做比较，单片机只要读取指定数字输出IO高低电平就可以判断是否超过指定浓度。
3.1.5 原理图
(2)GP2Y1010原理图
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