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温湿度控制系统设计 第3页

更新时间:2008-12-25:  来源:毕业论文

整,调整的方法为:把AD590放于冰水混合物中,调整电位器R2,使V0=273.2+25=298.2(mV)。但这样调整只保证在0℃或25℃附近有较高的精度。图3-5  AD590应用电路
三. 摄氏温度测量电路
如图3-5所示,电位器R2用于调整零点,R4用于调整运放LF355的增益。调整方法如下:在0℃时调整R2,使输出V0=0,然后在100℃时调整R4使V0=100mV。如此反复调整多次,直至0℃时,V0=0mV,100℃时V0=100mV为止。最后在室温下进行校验。例如,若室温为25℃,那么V0应为25mV。冰水混合物是0℃环境,沸水为100℃环境。
四.多路检测信号的实现
    本设计系统为八路的温度信号采集,而MC14433仅为一路输入,故采用CD4051组成多路分时的模拟量信号采集电路,其硬件接口如图3-6所示
 
图3-6八路分时的模拟量信号采集电路硬件接口
3. 1. 2 湿度传感器
测量空气湿度的方式很多,其原理是根据某种物质从其周围的空气吸收水分后引起的物理或化学性质的变化,间接地获得该物质的吸水量及周围空气的湿度。电容式、电阻式和湿涨式湿敏原件分别是根据其高分子材料吸湿后的介电常数、电阻率和体积随之发生变化而进行湿度测量的。下面 介绍HS1100/HS1101湿度传感器及其应用。
一、特点
不需校准的完全互换性,高可靠性和长期稳定性,快速响应时间,专利设计的固态聚合物结构,由顶端接触(HS1100)和侧面接触(HS1101)两种封装产品,适用于线性电压输出和频率输出两种电路,适宜于制造流水线上的自动插件和自动装配过程等。
图3-7a为湿敏电容工作的温、湿度范围。图3-7b为湿度-电容响应曲线。        
图3-7a、湿敏电容工作的温、湿度范围              图3-7b、湿度-电容响应曲线。
相对湿度在1%---100%RH范围内;电容量由16pF变到200pF,其误差不大于±2%RH;响应时间小于5S;温度系数为0.04 pF/℃。可见精度是较高的。
二、湿度测量电路
HS1100/HS1101电容传感器,在电路构成中等效于一个电容器件,其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。如何将电容的变化量准确地转变为计算机易于接受的信号,常有两种方法:一是将该湿敏电容置于运方与租蓉组成的桥式振荡电路中,所产生的正弦波电压信号经整流、直流放大、再A/D转换为数字信号;另一种是将该湿敏电容置于555振荡电路中,将电容值的变化转为与之成反比的电压频率信号,可直接被计算机所采集
频率输出的555测量振荡电路如图3-7所示。集成定时器555芯片外接电阻R4、R2与湿敏电容C,构成了对C的充电回路。7端通过芯片内部的晶体管对地短路又构成了对C的放电回路,并将引脚2、6端相连引入到片内比较器,便成为一个典型的多谐振荡器,即方波发生器。另外,R3 是防止输出短路的保护电阻,R1 用于平衡温度系数。 
图3-7、频率输出的555振荡电路该振荡电路两个暂稳态的交替过程如下:首先电源Vs通过R4、R2 向C充电,经t充电时间后,Uc达到芯片内比较器的高触发电平,约0.67Vs,此时输出引脚3端由高电平突降为低电平,然后通过R2放电,经t放电时间后,Uc下降到比较器的低触发电平,约0.33Vs
此时输出,此时输出引脚3端又由低电平突降为高电平,如此翻来覆去,形成方波输出。其中,充放电时间为
     t充电=C(R4+R2)Ln2
     t放电=CR2 Ln2
因而,输出的方波频率为
f=1/(t放电+t充电)=1/[ C(R4+R2)Ln2]
可见,空气湿度通过555测量电路就转变为与之呈反比的频率信号,表3-1给出了其中的一组典型测试值。
表3-1、空气湿度与电压频率的典型值
 
三、多路检测信号的实现
    本设计系统为八路的湿度信号采集,故采用CD4051组成多路分时的模拟量信号采集电路,其硬件接口如图3-8所示 
图3-8八路分时的模拟量信号采集电路硬件接口   
3.1.3 多路开关
多路开关,有称“多路模拟转换器”。多路开关通常有n个模拟量输入通道和一个公共的模拟输入端,并通过地址线上不同的地址信号把n个通道中任一通道输入的模拟信号输出,实现有n线到一线的接通功能。反之,当模拟信号有公共输出端输入时 ,作为信号分离器,实现了1线到n线的分离功能。因此,多路开关通常是一种具有双向能力的器件。
在本设计中,由于采用了温湿度双量控制,所以在信号采集中将有两个模拟量被提取,这时选用多路开关就是很必要的。
我选用的是CD4051多路开关,它是一种单片、COMS、8通道开关。该芯片由DTL/TTL-COMS电平转换器,带有禁止端的8选1译码器输入,分别加上控制的8个COMS模拟开关TG组成。CD4051的内部原理框图如图3-9所示。
图3-9、CD4051的内部原理框图                                               
图中功能如下:
通道线IN/OUT(4、2、5、1、12、15、14、13):该组引脚作为输入时,可实现8选1功能,作为输出时,可实现1分8功能。
XCOM(3):该引脚作为输出时,则为公共输出端;作为输入时,则为输入端。

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