【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 使用非常方便。其主要特點(diǎn)是采用恒壓供電，輸出與相對(duì)濕度呈比例關(guān)系的伏特級(jí)電壓信號(hào)，響應(yīng)速度快，對(duì)溫度的依賴性非常低，可靠性與長(zhǎng)期穩(wěn)定性高，互換性好，專利的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，浸水無影響，長(zhǎng)時(shí)間處于飽和狀態(tài)后能快速脫濕，抗污染能力強(qiáng)。 一、 HM1500的 性能特點(diǎn)： ①內(nèi)部包含由濕敏電容構(gòu)成的橋式振蕩器、低通濾波器和放大器，能輸出與相對(duì)濕度成線性關(guān)系的直流電壓信號(hào)，輸出阻抗為 70Ω，適配帶 ADC的單片機(jī)。 ② HM1500屬于通用型濕敏傳感器，測(cè)量范圍是（ 0%～ 100%） RH，輸出電壓范圍是 +1V～ +4V。相對(duì)濕度為 55%時(shí)的標(biāo)稱輸出電壓為 。測(cè)量精度為177。 3%RH， 11 HM1500 橋 式 振蕩電路 低 通 濾波器 放大器 靈敏度為 +25mV/RH，溫度系數(shù)為177。 %RH/℃，濕度遲滯為177。 %RH，響應(yīng)時(shí)間為 5s。 ③產(chǎn)品的互換性好，抗腐蝕性強(qiáng)。不受水凝結(jié)的影響，長(zhǎng)期穩(wěn)定性指標(biāo)為%RH/年。 ④采用 +5V電源（允許范圍是 +～ +），工作電流為 （典型值），漏電流≤ 300μ A。工作溫度范圍是 30℃～ +60℃。 二、 HM1500的工作原理： HM1500采用恒壓供電，內(nèi)置放大電路，能輸出與相對(duì)濕度呈比例關(guān)系的伏特級(jí)電壓信號(hào)，響應(yīng)速度快、重復(fù)性好、抗污染能力強(qiáng)。 HM1500的測(cè)濕元件選用濕敏電容 HS1101，在一個(gè)有機(jī)玻璃或玻璃片上首先用擴(kuò)散法制作兩個(gè)電極，然后涂上有機(jī)膜作為介質(zhì)，形成一個(gè)電容器件。當(dāng)外界相對(duì)濕度變化時(shí)，感濕膜能吸附和釋放水汽分子，引起其介電常數(shù)發(fā)生變化，從而使元 件電容量改變。利用電容量與相對(duì)濕度的函數(shù)關(guān)系即可測(cè)量濕度。內(nèi)部電路框圖如圖 6。 HM1500的輸出電壓與相對(duì)濕度的響應(yīng)曲線如圖 7。運(yùn)用最小二乘法可以求出其輸出電壓與相對(duì)濕度之間的關(guān)系： 0U =+ 公式（ 45） U。 圖 6 HM1500工作原理 圖 7 HM1500的輸出電壓與相對(duì)濕度的響應(yīng)曲線 12 在（ 10%～ 95%） RH范圍內(nèi)， AT 23 C?? ? 時(shí)，輸出電壓與相對(duì)濕度的對(duì)應(yīng)關(guān)系見表 。 表 HM1500的 0U 與 RH的對(duì)應(yīng)關(guān)系 ( AT 23 C?? ? ) RH/(%) 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0U /V RH/(%) 55 60 65 70 75 80 85 90 95 0U /V 當(dāng) AT 23 C?? ? 時(shí)，可按下式對(duì)讀數(shù)值加以修正： RH RH???[ 3A1 ( T 23 )e???] 公式（ 46） 下圖為 HM1500內(nèi)部電路圖， 圖 8 HM1500 內(nèi)部電路圖 13 PLC的選型與模塊配置 選擇合適的機(jī)型是 PLC 控制系統(tǒng)的硬件配置的關(guān)鍵問題，目前，國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)PLC 的廠家很多，如西門子、三菱、松下、歐姆龍、 LG、 ABB 公司等，不同的廠家的 PLC 產(chǎn)品雖然基本功能相似，但有些特殊功能、價(jià)格、服務(wù)及使用的編程指令和編程軟件都不相同。而同一個(gè)廠家生產(chǎn)的 PLC 產(chǎn)品又有不同的系列，同一系列 又有不同的 CPU 型號(hào)，不同系列、不同型號(hào)的產(chǎn)品在功能上有較大的差別。因此如何學(xué)用合適的機(jī)型至關(guān)重要。 PLC 的選型原則 在滿足控制要求的前提下選型時(shí)應(yīng)選最佳的性價(jià)比，一般可以從以下幾個(gè)方面考慮： I/O 點(diǎn)數(shù)是 PLC 的一項(xiàng)重要指標(biāo)。合理選擇 I/O 點(diǎn)數(shù)既可使系統(tǒng)滿足控制要求有可使系統(tǒng)總投資最低。 PLC的輸入輸出點(diǎn)總數(shù)和種類應(yīng)根據(jù)被控對(duì)象的模擬量、開關(guān)量、輸入 /輸出設(shè)備狀況（包括模擬量、開關(guān)量、輸出類型）來確定，一般一個(gè)輸入輸出元件要占用一個(gè)輸入輸出點(diǎn)?？紤]到今后的擴(kuò)充，一般應(yīng)估計(jì)的總點(diǎn)數(shù)再加上 15%～ 20%的備用量。 本設(shè)計(jì)所占用的 I/O 點(diǎn)數(shù)計(jì)算： 輸入信號(hào)：開始按鈕，需要一個(gè)輸入點(diǎn)；停止按鈕，需要一個(gè)輸入點(diǎn)；計(jì)數(shù)值加 1按鈕，需一個(gè)輸入點(diǎn)；計(jì)數(shù)值減 1 按鈕，需要一個(gè)輸入點(diǎn)。以上共需要 4個(gè)輸入信號(hào)點(diǎn)，考慮以后對(duì)系統(tǒng)的調(diào)整與擴(kuò)充留有 20%的備用點(diǎn)，即用 4 20%=1，取 1 個(gè)點(diǎn)，這樣共用 5 個(gè)輸入點(diǎn)。 輸出信號(hào)：一共要用十七個(gè) LED 數(shù)碼管，段選碼需要使用 8個(gè)輸出點(diǎn)；位選通信號(hào)如果使用 74LS138 譯碼器則需要 4 個(gè)輸出點(diǎn)； 顯示“ ”的一個(gè)數(shù)碼管需要 1 個(gè)輸出點(diǎn)； 以上共需要 13 個(gè)輸出點(diǎn)考慮以后對(duì)系 統(tǒng)的調(diào)整與擴(kuò)充留有 20%的備用點(diǎn)，即 13 20%=，取 3個(gè)點(diǎn)，這樣共用 16個(gè)輸出點(diǎn)。 用戶存儲(chǔ)容量估算 用戶應(yīng)用程序占用多少內(nèi)存與許多因素有關(guān)，如 I/O 點(diǎn)數(shù)、控制要求、運(yùn)算處理量、量程結(jié)構(gòu)等。因此在程序設(shè)計(jì)之前只能粗略的估算。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，每個(gè) 14 I/O 點(diǎn)及有關(guān)功能器占用內(nèi)存大致如下： 開關(guān)量輸入元件： 10～ 20B/點(diǎn)； 開關(guān)量輸出元件： 5～ 10B/點(diǎn)； 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器： 2B/個(gè)； 模擬量： 100～ 150B/點(diǎn)； 通信接口：一個(gè)接口一般需要 300B 以上； 根據(jù)上面算出總字?jǐn)?shù)再加上 25%左右的備用量，就可以 估算出程序所需要的內(nèi)存量，從而選擇合適的 PLC 內(nèi)存。 本設(shè)計(jì)所需 CPU 內(nèi)存的計(jì)算： 開關(guān)量輸入元件 5 點(diǎn) 10～ 20B/點(diǎn)≈ 50～ 120B； 開關(guān)量輸出元件： 16點(diǎn) 5～ 10B/點(diǎn)≈ 80～ 160B； 模擬量： 2點(diǎn) 100～ 150B/點(diǎn)≈ 200～ 300B； 總需內(nèi)存量： 330～ 570B； 本系統(tǒng)中可編程序控制器的選取及其特點(diǎn) 目前 PLC 使用性能較好的 SIEMENS 公司、日本的三菱、歐姆龍、美國(guó)的 AB公司，根據(jù)性價(jià)比的選擇，根據(jù)被控對(duì)象的 I/0 點(diǎn)數(shù)以及工藝要求、掃描速度、自診斷功能等方面的考慮，本設(shè)計(jì) 采用 SIEMENS 公司的 S7200 系列 PLC。 S7200 系列 PLC 特性 一 、 Siemens S7200 主要功能模塊介紹 （ 1） CPU 模塊 S7200 的 CPU 模塊包括一個(gè)中央處理單元、電源以及數(shù)字 I/O 點(diǎn)，這些都被集成在一個(gè)緊湊、獨(dú)立的設(shè)備中。 CPU負(fù)責(zé)執(zhí)行程序，輸入部分從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中采集信號(hào)，輸出部分則輸出控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載。從 CPU 模塊的功能來看，CPU 模塊為 CPU22*，它具有如下五種不同的結(jié)構(gòu)配置的 CPU 單元。 ① CPU224 它有 14 輸入 /10輸出， I/0 共計(jì) 24點(diǎn)。和 前兩者相比，存儲(chǔ)容量擴(kuò)大了一倍，它可以有 7個(gè)擴(kuò)展模塊，有內(nèi)置時(shí)鐘，它有更強(qiáng)的模擬量和高速計(jì)數(shù)的處理能力，是使用得最多 S7200 產(chǎn)品。 ② CPU226 它有 24 輸入 /16 輸出， I/0 共計(jì) 40 點(diǎn)，和 CPU224 相比，增加了 15 通信口的數(shù)量，通信能力大大增強(qiáng)。它可用于點(diǎn)數(shù)較多、要求較高的小型或中型控制系統(tǒng)。 （ 2）開關(guān)量 I/O擴(kuò)展模塊 當(dāng) CPU的 I/0點(diǎn)數(shù)不夠用或需要進(jìn)行特殊功能的控制時(shí)，就要進(jìn)行 I/O擴(kuò)展，I/O 擴(kuò)展包括 I/O 點(diǎn)數(shù)的擴(kuò)展和功能模塊的擴(kuò)展。 通常開關(guān)量 I/O 模塊產(chǎn)品分 3種類型 :輸入模塊、輸出模塊以及輸入 /輸出模塊。 典型的數(shù)字量 I/O 擴(kuò)展模塊有 :輸入擴(kuò)展模塊 EM221 有兩種 :8點(diǎn) DC、 8點(diǎn) AC輸入 。輸出擴(kuò)展模塊 EM222 有三種 :8點(diǎn) DC 晶體管輸出， 8點(diǎn) AC輸出、 8點(diǎn)繼電器輸出。輸入 /輸出混合擴(kuò)展模塊 EM223有六種 :分別為 4點(diǎn) (8 點(diǎn)、 16點(diǎn) )DC輸入 /4 點(diǎn) (8點(diǎn)、 16 點(diǎn) )DC 輸出、 4點(diǎn) (8點(diǎn)、16點(diǎn) )DC 輸入 /4點(diǎn) (8點(diǎn)、 16 點(diǎn) )繼電器輸出。 PLC 的配置 本設(shè)計(jì)選用 S7200 系列 PLC 的 CPU的型號(hào)為 CPU226（ 24 輸入 /16 輸出， I/0共計(jì) 40 點(diǎn)）和模擬量輸入模塊 EM231。 EM231 配置 表 DIP 開關(guān)設(shè)置 EM231 模塊。開關(guān) 2和 3可選擇模擬量輸入范圍。所有的輸入設(shè)置成相同的模擬量輸入范圍。下表中， ON 為接通， OFF 為斷開。 表 EM231 選擇模擬量輸入范圍的開關(guān)表 單極性 滿量程輸入 分辨率 SW1 SW2 SW3 ON OFF ON 0 到 10V ON OFF 0 到 5V 0 到 20mA 5uA 雙極性 滿量程輸入 分辨率 SW1 SW2 SW3 OFF OFF ON 5V 到 +5V ON OFF 到+ 16 MSB LSB 15 2 1 0 數(shù)據(jù)值 12 位 單極性數(shù)據(jù) MSB LSB 15 3 2 1 0 數(shù)據(jù)值 12 位 雙極性數(shù)據(jù) EM231 輸入數(shù)據(jù)格式 模擬量輸入模塊的分辨率通常以 A/D 轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)數(shù)字量的位數(shù)來表示，模擬量輸入模塊的輸入信號(hào)經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量數(shù)據(jù)值是 12 位二進(jìn)制數(shù)。數(shù)據(jù)值的 12 位在 CPU 中的存放格式為最高有效位為符號(hào)位： 0 表示正值數(shù)據(jù)字， 1 表示負(fù)值數(shù)據(jù)字。 單極性數(shù)據(jù)格式： 對(duì)于單極性數(shù)據(jù)，其 2 個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)單元的低 3 位均為 0，數(shù)據(jù)值 12 位是放在第 3～ 14 位區(qū)域，如圖 49 所示。這 12 位數(shù)據(jù)字的最大值應(yīng)為152 8=32760。 EM231 模擬量輸入模塊 A/D 轉(zhuǎn)換單極性數(shù)據(jù)格式的全量程范圍設(shè)置為 0～ 32021。差值 3276032021=760 則用于偏置 /增益，由系統(tǒng)完成。由于第 15位為 0，表示正值數(shù)據(jù)字。 雙極性數(shù)據(jù)字格式： 對(duì)于雙極性數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)單元（ 2 個(gè)字節(jié)）的低 4位均為 0，數(shù)據(jù)值 12 位是存放在第 4～ 15位區(qū)域 。最高有效位為符號(hào)位，如圖 49所示。雙極性數(shù)據(jù)字格式的全量程反為設(shè)置為 32021～ +32021。 圖 9 EM231 輸入數(shù)據(jù)字格式 顯示方案的設(shè)計(jì) 與 LED 顯示相關(guān)的知識(shí) 本設(shè)計(jì)采用 LED數(shù)碼管進(jìn)行數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)顯示。 LED 數(shù)碼管也稱半導(dǎo)體數(shù)碼 17 管，是目前數(shù)字電路中最常用的顯示器件。 七段 LED 顯示器由七個(gè)發(fā)光段構(gòu)成，每段均是一個(gè) LED 二極管，這 7 個(gè)發(fā)光段分別為 a,b,c,d,e,f 和 g,通過控制不同段的點(diǎn)亮和熄滅 ,可顯示 16進(jìn)制數(shù)字 0～ 9和 A,B,C,D,E,F,也能顯示 H， L，P等字符。有的產(chǎn)品還有一個(gè)小數(shù)點(diǎn) DP 位段，用來顯示小數(shù)。 LED 顯示器 以發(fā)光二極管作 為顯示發(fā)光部件，每 段并按共陰極方式或共陽極方式連接后封裝 而成的。共陽極結(jié)構(gòu)中，各 LED 二 極管的陽極被連在一起，使用時(shí)要將它與 +5V 相連，而把各段的陰極連到器件的相應(yīng)引腳上。當(dāng)要點(diǎn)亮某一段時(shí)，只要將相應(yīng)的引腳（陰極）接低電平。對(duì)于共陰極結(jié)構(gòu)的 LED 顯示器，陰極連在一起后接地，各陽極段接到器件的引腳 上，要想點(diǎn)亮某一段時(shí)，只要將相應(yīng)引腳接高電平。 LED 顯示器的一個(gè)段發(fā)光時(shí)，通過該段的平均電流約為 10mA～ 20mA。 將一個(gè) 8位并行輸出口與顯示器的發(fā)光二極管引腳相連， 8 位并行輸出口輸出不同的字節(jié)數(shù)據(jù)即可獲得不同的數(shù)字或字符，通常將控制發(fā)光二極管的 8位字節(jié)數(shù)據(jù)稱為段選碼。共陽極與共陰極的段選碼互為補(bǔ)數(shù) 。 LED 顯示器與顯示方式 : LED 顯示器有靜態(tài)顯示與動(dòng)態(tài)顯示兩種方式。 LED 顯示器工作在靜態(tài)顯示方式下，共陰極或共陽極連接在一起接地或+5V；每位的段選線（ a～ dp）與一個(gè) 8位并行口相連。顯示電路中，每一位可獨(dú)立顯示，只要在該位的段選線上保持段選碼電平，該位就能保持相應(yīng)的顯示字符。由于每一位由一個(gè) 8 位輸出口控制段選碼，故在同一時(shí)間里每一位顯示字符可以各不相同。 N 位靜態(tài)顯示器要求有 N 8 根 I/O 口線，占用 I/O 資源較多。故在位數(shù)較多時(shí)往往采用動(dòng)態(tài)顯示方式。 LED 動(dòng)態(tài)顯示方式，在多位 LED 顯示時(shí)，為了簡(jiǎn)化 電路，降低成本，將所有位的段選線并聯(lián)在一起，由一個(gè) 8 位 I/O 口控制，而共陰極點(diǎn)或共陽極點(diǎn)分別由相應(yīng)的 I/O口線控制。 8 位 LED 動(dòng)態(tài)顯示電路只需要兩個(gè) 8 位 I/O 口。其中一個(gè)控制段選碼，另一個(gè)控制位選。由于所有位的段選碼皆由一個(gè) I/O 控制，因此，在每個(gè)瞬間，8位 LED 只可能顯