3、传感器技术入门：温度传感器（NTC、DS18B20）、湿度传感器（DHT11/DHT22）、压力传感器原理与选型
做暖通空调嵌入式开发，传感器就是你的眼睛和耳朵。没有它们，你的控制器就是个瞎子。
我记得刚入行那会儿，老板扔给我一个项目——给一个大型冷库做温控系统。我天真地以为，随便买个温度探头焊上去就能用。结果呢？冷库温度波动得像过山车，压缩机频繁启停，最后把压缩机烧了。老板的脸比冷库还冷。
从那以后，我花了大把时间研究传感器。今天就把这些经验掰开了揉碎了讲给你听。
3.1 温度传感器：NTC热敏电阻
NTC，全称是负温度系数热敏电阻。说白了，温度越高，电阻值越小。这东西便宜、皮实，在空调、冰箱、热水器里随处可见。
工作原理
NTC的电阻值和温度之间的关系，不是线性的。它遵循一个指数关系，通常用Steinhart-Hart方程来描述：
1/T = A + B * ln(R) + C * (ln(R))^3其中T是开尔文温度，R是当前电阻值，A、B、C是厂家给出的系数。
实际项目中，我们一般不会去手算这个方程。更常见的做法是查表法——厂家会提供一个温度-电阻对照表，我们直接查表或者做线性插值。
选型要点
- B值：常见的有3435、3950等。B值越大，灵敏度越高。我一般选B=3950的，通用性好。
- 标称电阻：25℃时的电阻值，常见10kΩ、100kΩ。空调领域10kΩ最常见。
- 精度：±1%、±3%、±5%。做温控的话，至少选±1%。
实战经验：NTC的引线长度会影响测量精度。线越长，引入的电阻误差越大。我曾经在项目里用了5米长的线，结果温度读数偏高了2℃。后来改用三线制接法，问题才解决。
小技巧：如果只是做简单的温度判断（比如高于50℃就关压缩机），可以用比较器直接处理NTC的分压信号，连ADC都省了。成本能降好几毛钱。
3.2 温度传感器：DS18B20
DS18B20是Dallas半导体公司的数字温度传感器。它最大的好处是——直接输出数字信号，不需要ADC，不需要校准。
为什么我喜欢它？
因为它用一根数据线就能通信，这就是所谓的「单总线协议」。而且一条总线上可以挂多个DS18B20，每个芯片有唯一的64位序列号。你想想看，一个冷库里有十几个测温点，只需要一根线串起来，多省事。
典型电路
VCC (3.3V 或 5V)
│
├─── 4.7kΩ ───┐
│ │
│ ├─── DQ (数据线) ───→ 单片机GPIO
│ │
│ └─── GND
│
DS18B20
│
└─── GND注意那个4.7kΩ的上拉电阻，不能省。我见过有人偷懒没加，结果通信时好时坏，排查了整整一天。
代码示例（读取温度）
// 简化版DS18B20读取函数
float readDS18B20(void) {
uint8_t data[9];
float temperature;
// 复位脉冲
resetDS18B20();
// 跳过ROM（单设备时使用）
writeByte(0xCC);
// 启动温度转换
writeByte(0x44);
delay_ms(750); // 等待转换完成
// 再次复位
resetDS18B20();
writeByte(0xCC);
// 读取暂存器
writeByte(0xBE);
// 读取9个字节
for (int i = 0; i < 9; i++) {
data[i] = readByte();
}
// 计算温度值
int16_t raw = (data[1] << 8) | data[0];
temperature = raw * 0.0625;
return temperature;
}注意：DS18B20的转换时间最长要750ms。如果你需要快速采样，这个延迟可能受不了。我有个项目要求每100ms采集一次温度，DS18B20就不合适了，最后换成了模拟输出的LM35。
3.3 湿度传感器：DHT11 vs DHT22
这两个传感器在暖通空调里用得特别多。它们都是数字输出，单总线通信，但性能差别不小。
| 参数 | DHT11 | DHT22 |
|---|---|---|
| 湿度范围 | 20% ~ 90% RH | 0% ~ 100% RH |
| 湿度精度 | ±5% RH | ±2% RH |
| 温度范围 | 0℃ ~ 50℃ | -40℃ ~ 80℃ |
| 温度精度 | ±2℃ | ±0.5℃ |
| 采样周期 | 1秒 | 2秒 |
| 价格 | 约2元 | 约8元 |
怎么选？
我个人习惯：做消费级产品（比如家用温控器）用DHT11就够了，便宜。做工业级或者精密控制，必须上DHT22。我曾经在一个恒温恒湿实验室项目里用了DHT11，结果湿度控制一直在±8%之间晃，根本达不到要求。换成DHT22后，稳稳地控制在±2%以内。
通信协议要点
DHT系列的数据格式是固定的：40位数据包，前16位是湿度，中间16位是温度，最后8位是校验和。
// DHT11读取数据格式
// 数据包: 8位湿度整数 + 8位湿度小数 + 8位温度整数 + 8位温度小数 + 8位校验和
// 示例: 00101101 00000000 00011010 00000000 01000111
// 湿度 = 0x2D = 45% RH
// 温度 = 0x1A = 26℃
// 校验和 = 0x47 = 0x2D + 0x00 + 0x1A + 0x00 = 0x47 (正确)避坑指南：DHT11的采样周期是1秒。如果你在1秒内连续读取两次，第二次读到的数据会是上一次的缓存值。我曾经踩过这个坑，写了个循环每100ms读一次，结果读出来的数据全是重复的。后来加了1秒的延时才搞定。
3.4 压力传感器
暖通空调系统里，压力传感器主要用在制冷剂管路、风管和水管上。常见的类型有：
- 压阻式：利用硅片的压阻效应，精度高，体积小。我用的最多。
- 电容式：利用膜片位移改变电容，适合低压测量。
- 陶瓷式：耐腐蚀，适合恶劣环境。
选型关键参数
- 量程：制冷系统高压侧一般选0~3.5MPa，低压侧选0~1.5MPa。别选大了，精度会下降。
- 输出信号：常见的有0~5V、0~10V、4~20mA。工业现场4~20mA最常用，抗干扰能力强。
- 精度：一般±0.5% FS就够了。精密控制需要±0.25% FS。
- 介质兼容性：测制冷剂要用不锈钢膜片，测水可以用陶瓷膜片。
实战案例：有一次做中央空调的变风量系统，需要测量风管内的静压。我选了个量程0~1000Pa的差压传感器，输出0~10V。结果安装后发现读数一直在跳，根本稳不住。排查了半天，发现是风管里的气流脉动造成的。后来在取压管上加了个阻尼器，问题解决。
接线注意事项
压力传感器通常有三根线：电源正、电源负、信号输出。4~20mA的传感器，信号线需要串联一个250Ω的电阻，把电流信号转成1~5V电压信号给ADC采样。
// 4~20mA转电压计算
// 250Ω电阻: 4mA × 250Ω = 1V, 20mA × 250Ω = 5V
// ADC读取电压值 V
// 压力值 P = (V - 1V) / (5V - 1V) × (量程上限 - 量程下限) + 量程下限
float calcPressure(float voltage, float rangeMin, float rangeMax) {
float pressure;
pressure = (voltage - 1.0) / 4.0 * (rangeMax - rangeMin) + rangeMin;
return pressure;
}重要提醒：压力传感器的电源不能和压缩机、风机等大功率设备共用。我曾经图省事，直接从继电器电源上取电给传感器，结果每次压缩机启动，传感器读数就跳变一次。后来加了独立的稳压电源才稳定。
嗯，传感器这块内容不少。但说白了，选传感器就是三个字：够用、可靠、便宜。别追求最高精度，也别为了省钱用最差的。根据你的系统要求，找到那个平衡点就行。
下一章我们聊聊执行器——有了传感器感知环境，还得有执行器去改变环境。到时候见。