【文章內(nèi)容簡介】 n2] （37） 可見，空氣濕度通過555測量振蕩電路就轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之成反比的頻率信號，表32給出了其中的一組典型測試值。表32 空氣濕度與電壓頻率的典型值濕度(％RH)頻率(Hz)濕度(％RH)頻率(Hz)073516066001072447064682071008063303069769061864068531006033506728 ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器在單片機(jī)應(yīng)用中，特別是在實時控制系統(tǒng)中，常常需要把外界連續(xù)變化的物理量（如濕度、濕度、壓力、流量），變成數(shù)字量送入計算機(jī)內(nèi)進(jìn)行加工處理。反之，也需要將計算機(jī)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)為連續(xù)變化的模擬量，為了控制調(diào)節(jié)一些執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)對被控對象的控制。本系統(tǒng)采用ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51 單片機(jī)直接相連。1. ADC0809應(yīng)用簡介ADC0809具有8路模擬量輸入，可在程序控制下對任意通道進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，輸出8位二進(jìn)制數(shù)字量。其主要性能有：逐次比較型；CMOS工藝制造；單電源供電；無需外部進(jìn)行零點和滿量度調(diào)整；可鎖存三態(tài)輸出，輸出與TTL兼容；易與各種微控制器接口；具有鎖存控制的8路模擬開關(guān)；分辨率為8位；功耗為15mW；轉(zhuǎn)換時間為128ms；。2. AD0809 的邏輯結(jié)構(gòu)ADC0809是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。它由一個8路模擬開關(guān)、一個地址鎖存譯碼器、一個A/D 轉(zhuǎn)換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8 路模擬量分時輸入，共用A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖存器用于鎖存A/D 轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE 端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。ADC0809對輸入模擬量要求：信號單極性，電壓范圍是0－5V，若信號太小，必須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則需在輸入前增加采樣保持電路。地址輸入和控制線：4條。ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ALE線為高電平時，地址鎖存與譯碼器將A， B，C 三條地址線的地址信號進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選中的通道的模擬量進(jìn)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。A，B 和C 為地址輸入線，用于選通IN0－IN7 上的一路模擬量輸入。數(shù)字量輸出及控制線：11 條。ST 為轉(zhuǎn)換啟動信號。當(dāng)ST 上升沿時，所有內(nèi)部寄存器清零；下降沿時，開始進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，ST 應(yīng)保持低電平。EOC 為轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。當(dāng)EOC 為高電平時，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束否則，表明正在進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換。OE為輸出允許信號，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。D7－D0 為數(shù)字量輸出線。CLK為時鐘輸入信號線。 ADC0809的引腳圖如圖311所示。圖311 ADC0809引腳圖3 . ADC0809應(yīng)用說明1）ADC0809 內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與AT89S51 單片機(jī)直接相連。2）初始化時，使ST 和OE信號全為低電平。3）送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到A、B、C 端口上。4）在ST 端給出一個至少有100ns 寬的正脈沖信號。5）是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)EOC 信號來判斷。6）當(dāng)EOC變?yōu)楦唠娖綍r，這時給OE 為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。4. 測濕電路與單片機(jī)連接NE555的輸出端跟ADC0809的IN0通道相接，則ADC0809芯片的地址選通為ADDR0、ADDRADDR2都接地。ADC0809的轉(zhuǎn)換時鐘由單片機(jī)的ALE提供。ADC0809的典型轉(zhuǎn)換頻率為640kHz，ALE信號頻率與晶振頻率有關(guān)，如果晶振頻率取12MHz，則ALE的頻率為2MHz，所以ADC0809的時鐘端CLK與單片機(jī)的ALE端相接時，要考慮分頻。、WR來控制模擬輸入通常地址鎖存、啟動和輸出允許。測濕電路與單片機(jī)的連接圖如圖312所示。圖312 ADC0809與單片機(jī)的連接圖 煙霧檢測電路1. MQ2傳感器介紹本設(shè)計采用了MQ2型天然氣傳感器，該傳感器能夠檢測出多種可燃?xì)怏w，是一個多應(yīng)用的、低成本的氣體傳感器，其使用了低導(dǎo)電率的氣敏材料——二氧化錫。MQ2型普通氣敏煙霧傳感器，它的工作原理簡單，性能可靠，其對天然氣中主要含量甲烷有較高的靈敏度。MQ2在較寬的范圍內(nèi)對可燃?xì)怏w有良好的靈敏度，隨著空氣中可燃?xì)怏w濃度的不斷地增加，傳感器的電導(dǎo)率也隨之不斷增大。按照其使用手冊的介紹可以將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)化為模擬電壓的變化，經(jīng)過單片機(jī)的AD轉(zhuǎn)化輸出具體的氣體濃度值。其工作電壓也是+5V，可以采用單片機(jī)的電源即可[1819]。2. MQ2的引腳介紹MQ2的引腳共有6個，接線簡單方便，6引腳接電源，3引腳接地，2腳作為信號輸出，接入ADC0809進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換（如圖313所示）。圖313 MQ2的引腳圖3. MQ2的特點MQ2具有廣泛的探測范圍高靈敏度，快速響應(yīng)恢復(fù)優(yōu)異的穩(wěn)定性，壽命長簡單的驅(qū)動電路應(yīng)用可用于家庭和工廠的氣體泄漏監(jiān)測裝置，適宜于液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣、煙霧等的探測。MQ2的電路連接圖如圖314所示。圖314 MQ2的電路連接圖4. MQ2內(nèi)部結(jié)構(gòu)介紹氣敏元件的結(jié)構(gòu)和外形如圖315所示，由微型Al2O3陶瓷管、SnO2敏感層，測量電極和加熱器構(gòu)成的敏感元件固定在塑料或不銹鋼制成的腔體內(nèi)，加熱器為氣敏元件提供必要的工作條件。封裝好的氣敏元件有６只針狀管腳，其中４個用于信號取出，２個用于提供加熱電流。圖315 MQ2的結(jié)構(gòu)和外形圖1. 熱釋電原理熱釋電主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成尺寸為21mm的探測元件。在每個探測器內(nèi)裝入一個或兩個探測元件，并將兩個探測元件以反極性串聯(lián)，以抑制由于自身溫度升高而產(chǎn)生的干擾。由探測元件將探測并接收到的紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場效應(yīng)管放大后向外輸出。為了提高探測器的探測靈敏度從而增大探測距離，一般在探測器的前方裝設(shè)一個菲涅爾透鏡，該透鏡用透明塑料制成，將透鏡的上、下兩部分各分成若干等份，制成一種具有特殊光學(xué)系統(tǒng)的透鏡，它和放大電路相配合，可將信號放大70分貝以上，這樣就可以測出10~20米范圍內(nèi)人的行動。人體輻射的紅外線中心波長為9~10μm，~20μm范圍內(nèi)幾乎穩(wěn)定不變。在傳感器頂端開設(shè)了一個裝有濾光鏡片的窗口，這個濾光片可通過光的波長范圍為7~10μm，正好適合于人體紅外輻射的探測，而對其它波長的紅外線由濾光片予以吸收，這樣便形成了一種專門用作探測人體輻射的紅外線傳感器[2022]。2. 熱釋電結(jié)構(gòu)熱釋電紅外傳感器由傳感探測元、干涉濾光片和場效應(yīng)管匹配器三部分組成。將高熱電材料制成一定厚度的薄片，并在它的兩面鍍上金屬電極，然后加電對其進(jìn)行極化，這就制成了熱釋電探測元。由于加電極化的電壓是有極性的，因此極化后的探測元也是有正、負(fù)極性的。該傳感器將兩個極性相反、特性一致的探測元串接在一起，目的是消除因環(huán)境和自身變化引起的干擾。它利用兩個極性相反、大小相等的干擾信號在內(nèi)部相互抵消的原理來使傳感器得到補(bǔ)償。對于輻射至傳感器的紅外輻射，熱釋電傳感器通過安裝在傳感器前面的菲涅爾透鏡將其聚焦后加至兩個探測元上，從而使傳感器輸出電壓信號。3. 熱釋電優(yōu)缺點優(yōu)點：本身不發(fā)任何類型的輻射，器件功耗很小，隱蔽性好。價格低廉。缺點：1)容易受各種熱源、光源干擾。2)被動紅外穿透力差，人體的紅外輻射容易被遮擋，不易被探頭接收。3)環(huán)境溫度和人體溫度接近時，探測和靈敏度明顯下降，有時造成短時失靈。4. 熱釋電傳感器選型傳感器采用雙元熱釋電紅外檢測元件RE200B。該傳感器翻用熱釋電材料極化隨溫度變化的特殊探測紅外輻射，并采用雙靈敏元互補(bǔ)方法抑制干擾，以提高傳感器的工作溫度。其內(nèi)部電路如圖316所示：1腳接工作電壓，其工作電壓低且范圍寬（～15V）；2腳為輸出源極電壓；3腳為公共地。使用時，一般在2腳與3腳之間加47kΩ的源極電阻。圖316 RE200B紅外檢測元件內(nèi)部電路圖如圖319所示為最基本的放大電路，運放芯片采用低電壓、單電源、低功耗LMV324芯片，如圖317所示。LMV324功耗是比同類產(chǎn)品低120μA；在5V時，其典型工作電流為100μA?！?，采用軌到軌的輸出。LMV324的引腳和NS、TI和Maxim的LMV3XX系列兼容，因此可直接替換。當(dāng)LMV324工作在5V時，,。圖317 基本的放大電路 紅外探測信號輸入部分由紅外線傳感器、信號放大電路、電壓比較器、數(shù)字信號輸入電路組成。當(dāng)工作中的紅外線傳感器J1探測到前方人體輻射出的紅外線信號時，由J1的S端引腳輸出微弱的電信號（1～10Hz），經(jīng)三極管Q1等組成第一級放大電路放大（見圖318），再通過C2輸入到運算放大器U1A中進(jìn)行高增益、低噪聲放大，此時由U1A輸出的信號已足夠強(qiáng)。如圖320所示，U1B是電壓比較器，二級放大信號OUT2由運放芯片U1B中5腳輸入，RRRD1組成基準(zhǔn)電壓電路，輸入信號與反向輸入端基準(zhǔn)電壓比較，一旦有盜賊闖入監(jiān)控的范圍內(nèi)，熱釋紅外線傳感器監(jiān)測到信號后，發(fā)出一個微弱的交變信號，經(jīng)兩級交流放大后，與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，此時，經(jīng)過放大的信號大于基準(zhǔn)電壓。通過U1B的比較，其輸出電平為運放工作電壓高電平5V，三極管Q2導(dǎo)通，J2輸出為低電平；當(dāng)OUT2端輸入沒有信號時，輸出為0V，所以三極管Q2截止，J2引腳輸出為高電平。圖318中，R1是源極電阻，其阻值可以根據(jù)實際情況進(jìn)行調(diào)整；產(chǎn)生的微弱信號由S9014進(jìn)行放大。S9014是NPN型三極管，其IC靜態(tài)工作電流達(dá)100mA，放大倍數(shù)最大可達(dá)1000倍。R3給S9014提供靜態(tài)基極電壓。放大后的信號由C2耦合到下一級[1214]。（如圖31圖31圖3圖321所示）圖318 第一級放大電路圖 319 第二級放大電路圖 320 信號轉(zhuǎn)換電路在圖321中，用三極管S9013把OUT3的信號轉(zhuǎn)換成單片機(jī)的入口電平信號。其主要原因是，當(dāng)產(chǎn)生報警信號后，OUT3輸出約為5V的工作電壓，需要用三極管將其轉(zhuǎn)換成低電平。這樣，當(dāng)有報警信號時，J2引腳輸出低電平，將給單片機(jī)一個低電平，而這樣一個低電平信號將使單片機(jī)退出低功耗狀態(tài)，同時喚醒整個電路；而沒有報警時，將輸出持續(xù)的高電平。圖321 數(shù)字信號輸入部分熱釋電感應(yīng)電路如圖322所示。圖322 熱釋電感應(yīng)電路圖本環(huán)節(jié)選用電暖風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)控制整個糧庫溫度，使糧庫溫度處于恒定值。并采用電風(fēng)扇為糧倉除濕。被控對象是強(qiáng)電設(shè)備，負(fù)載功率較大，所以用光電晶體管和固態(tài)繼電器進(jìn)行開關(guān)量的控制，以便用低電壓、小電流來控制高電壓、大電流的暖風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、電風(fēng)扇。暖風(fēng)機(jī)控制電路如圖323所示，電風(fēng)扇、壓縮機(jī)的控制電路圖和暖風(fēng)機(jī)一致[23]。本系統(tǒng)選擇的風(fēng)扇的各項參數(shù)如表33所示。型號TUHEA型功率15kW外形尺寸額定電壓380V噪音68dB空氣流量67000/h表33 風(fēng)扇參數(shù)表暖風(fēng)機(jī)的各項參數(shù)如表34所示。如表34 暖風(fēng)機(jī)參數(shù)型號NTD10型風(fēng)量10000m179。/h功率10kW噪音60dB額定電壓380V外形尺寸1 m出風(fēng)溫度48℃安裝位置頂部冷風(fēng)機(jī)的各項參數(shù)如表35所示。表35 冷風(fēng)機(jī)參數(shù)型號LN800A入口溫度≦60℃額定電壓380V環(huán)境溫度≦40℃額定功率20kW壓力露點210℃工作壓力 MPa空氣出入口徑DN150空氣處理量80 N/min外形尺寸 m圖323 暖風(fēng)機(jī)控制電路1. 光耦隔離的原理及作用光電隔離是通過光電藕合器實現(xiàn)的，光電耦合器不但能實現(xiàn)信號的傳遞，而且能實現(xiàn)電氣的隔離。由于光電藕合器件的輸入端和輸出端在電氣上是絕緣的，因而具有較強(qiáng)的電氣隔離和抗干擾能力。光電隔離元件里面包含兩個基本元件：光發(fā)射元件（發(fā)光管）和光接收元件（一般采用光敏二極管或光敏三極管），光發(fā)射管通電后能發(fā)出較強(qiáng)的光束，這光束照射到光接收元件時，其電阻會急劇下降，利用光接收元件的這個特性可以用來控制或調(diào)整下一級（一般為三極管）的導(dǎo)通程度或形狀開關(guān)狀態(tài)，因光電隔離元件中的