【文章內(nèi)容簡介】 0℃時(shí) V0=100mV 為止。最后在室溫下進(jìn)行校驗(yàn)。例如，若室溫為 25℃，那么 V0應(yīng)為 25mV。冰水混合物是 0℃環(huán)境，沸水為100℃環(huán)境。 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)為八路的溫度信號采集，而 MC14433 僅為一路輸入，故采用 CD4051組成多路分時(shí)的模擬量信號采集電路，其硬件接口如圖 36 所示圖 36 八路分時(shí)的模擬量信號采集電路硬件接口3. 1. 2 濕度傳感器測量空氣濕度的方式很多，其原理是根據(jù)某種物質(zhì)從其周圍的空氣吸收水分后引起的物理或化學(xué)性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周圍空氣的濕度。電容式、電阻式和濕漲式濕敏原件分別是根據(jù)其高分子材料吸濕后的介電常數(shù)、電阻率和體積隨之發(fā)生變化而進(jìn)行濕度測量的。下面 介紹 HS1100/HS1101 濕度傳感器及其應(yīng)用。一、特點(diǎn)不需校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠性和長期穩(wěn)定性，快速響應(yīng)時(shí)間，專利設(shè)計(jì)的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)，由頂端接觸（HS1100）和側(cè)面接觸（HS1101）兩種封裝產(chǎn)品，適用于線性電壓輸出和頻率輸出兩種電路，適宜于制造流水線上的自動(dòng)插件和自動(dòng)裝配過程等。圖 37a 為濕敏電容工作的溫、濕度范圍。圖 37b 為濕度電容響應(yīng)曲線。 1 0 07 55 02 50 2 00 2 0 4 04 06 08 0 1 0 0溫度 / ℃長期穩(wěn)定正常工作區(qū)區(qū)非正常區(qū)02 0 4 06 0 8 01 7 01 6 01 8 01 9 02 0 0相對濕度 / % R H圖 37a、濕敏電容工作的溫、濕度范圍 圖 37b、濕度電容響應(yīng)曲線。相對濕度在 1%100%RH 范圍內(nèi)；電容量由 16pF 變到 200pF，其誤差不大于177。2%RH；響應(yīng)時(shí)間小于 5S；溫度系數(shù)為 pF/℃。可見精度是較高的。二、濕度測量電路HS1100/HS1101 電容傳感器，在電路構(gòu)成中等效于一個(gè)電容器件，其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。如何將電容的變化量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)易于接受的信號，常有兩種方法：一是將該濕敏電容置于運(yùn)方與租蓉組成的橋式振蕩電路中，所產(chǎn)生的正弦波電壓信號經(jīng)整流、直流放大、再 A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；另一種是將該濕敏電容置于 555 振蕩電路中，將電容值的變化轉(zhuǎn)為與之成反比的電壓頻率信號，可直接被計(jì)算機(jī)所采集頻率輸出的 555 測量振蕩電路如圖 37 所示。集成定時(shí)器 555 芯片外接電阻RR2 與濕敏電容 C，構(gòu)成了對 C 的充電回路。7 端通過芯片內(nèi)部的晶體管對地短路又構(gòu)成了對 C 的放電回路，并將引腳 6 端相連引入到片內(nèi)比較器，便成為一個(gè)典型的多諧振蕩器，即方波發(fā)生器。另外，R3 是防止輸出短路的保護(hù)電阻，R1 用于平衡溫度系數(shù)。圖 3頻率輸出的 555 振蕩電路該振蕩電路兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)的交替過程如下：首先電源 Vs 通過 RR2 向 C 充電，經(jīng) t 充電時(shí)間后，Uc 達(dá)到芯片內(nèi)比較器的高觸發(fā)電平，約 ，此時(shí)輸出引腳 3端由高電平突降為低電平，然后通過 R2 放電，經(jīng) t 放電時(shí)間后，Uc 下降到比較器的低觸發(fā)電平，約 此時(shí)輸出，此時(shí)輸出引腳 3 端又由低電平突降為高電平，如此翻來覆去，形成方波輸出。其中，充放電時(shí)間為 t 充電=C（R4+R2）Ln2 t 放電=CR2 Ln2因而，輸出的方波頻率為f=1/(t 放電+t 充電)=1/[ C（R4+R2）Ln2]可見，空氣濕度通過 555 測量電路就轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之呈反比的頻率信號，表 31 給出了其中的一組典型測試值。表 3空氣濕度與電壓頻率的典型值 07 3 5 16 06 6 0 01 07 2 2 47 06 4 6 82 07 1 0 0 8 06 3 3 03 06 9 7 69 06 1 6 84 06 8 5 3 1 0 0 6 0 3 35 0 6 7 2 8頻率濕度頻率濕度% R HH Z% R H H Z三、多路檢測信號的實(shí)現(xiàn) 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)為八路的濕度信號采集，故采用 CD4051 組成多路分時(shí)的模擬量信號采集電路，其硬件接口如圖 38 所示圖 38 八路分時(shí)的模擬量信號采集電路硬件接口 3．1．3 多路開關(guān)多路開關(guān)，有稱“多路模擬轉(zhuǎn)換器” 。多路開關(guān)通常有 n 個(gè)模擬量輸入通道和一個(gè)公共的模擬輸入端，并通過地址線上不同的地址信號把 n 個(gè)通道中任一通道輸入的模擬信號輸出，實(shí)現(xiàn)有 n 線到一線的接通功能。反之，當(dāng)模擬信號有公共輸出端輸入時(shí) ，作為信號分離器，實(shí)現(xiàn)了 1 線到 n 線的分離功能。因此，多路開關(guān)通常是一種具有雙向能力的器件。在本設(shè)計(jì)中，由于采用了溫濕度雙量控制，所以在信號采集中將有兩個(gè)模擬量被提取，這時(shí)選用多路開關(guān)就是很必要的。我選用的是 CD4051 多路開關(guān)，它是一種單片、COMS、8 通道開關(guān)。該芯片由DTL/TTLCOMS 電平轉(zhuǎn)換器，帶有禁止端的 8 選 1 譯碼器輸入，分別加上控制的 8 個(gè)COMS 模擬開關(guān) TG 組成。CD4051 的內(nèi)部原理框圖如圖 39 所示。圖 3CD4051 的內(nèi)部原理框圖 　　　 圖中功能如下：通道線 IN/OUT（11113）：該組引腳作為輸入時(shí)，可實(shí)現(xiàn) 8 選 1 功能，作為輸出時(shí)，可實(shí)現(xiàn) 1 分 8 功能。XCOM（3）：該引腳作為輸出時(shí)，則為公共輸出端；作為輸入時(shí)，則為輸入端。A、B、C（19）：地址引腳INH（6）：禁止輸入引腳。若 INH 為高電平，則為禁止各通道和輸出端 OUT/IN 接至；若 INH 為低電平，則允許各通道按表 32 關(guān)系和輸出段 OUT/IN 接通。V DD（16）和VSS（8）：V DD為正電源輸入端，極限值為 17V；V SS為負(fù)電源輸入端，極限值為17V。VGG（7） ；電平轉(zhuǎn)換器電源，通常接+5V 或5V。CD4051 作為 8 選 1 功能時(shí)，若 A、B、C 均為邏輯“0” （INH=0） ，則地址碼00013 經(jīng)譯碼后使輸出端 OUT/IN 和通道 0 接通。其它情況下，輸出端 OUT/IN 輸出端 OUT/IN 和各通道的接通關(guān)系如下 表 32輸入狀態(tài) 輸入狀態(tài)INH C B A接通通道INH C B A接通通道0 0 0 0 0 0 1 0 1 50 0 0 1 1 0 1 1 0 60 0 1 0 2 0 1 1 1 70 0 1 1 3 1 x x x 均不顯示0 1 0 0 43．2 信號分析與處理3．2．1 A/D 轉(zhuǎn)換一．A/D 轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)為了把溫度、濕度檢測電路測出的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送 CPU 處理，本系統(tǒng)選用了雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器 MC14433，它精度高，分辨率達(dá) 1/1999。由于 MC14433只有一路輸入，而本系統(tǒng)檢測的多路溫度與濕度信號輸入，故選用多路選擇電子開關(guān)，可輸入多路模擬量。MC14433 A/D 轉(zhuǎn)換器由于雙積分方法二次積分時(shí)間比較長，所以 A/D 轉(zhuǎn)換速度慢，但精度可以做得比較高；對周期信號變化的干擾信號積分為零，抗干擾性能也比較好。目前，國內(nèi)外雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器集成電路芯片很多，大部分是用于數(shù)字測量儀器上。常用的有 位雙積分 A/D 裝換器 MC14433 和 位雙積分 A/D 轉(zhuǎn)換器 ICL7135二．MC14433A/D 轉(zhuǎn)換器件簡介MC14433 是三位半雙積分型的 A/D 轉(zhuǎn)換器，具有精度高，抗干擾性能好的優(yōu)點(diǎn)，其缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速率低，約 1—10 次/秒。在不要求高速轉(zhuǎn)換的場合，例如，在低速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，被廣泛采用。MC14433A/D 轉(zhuǎn)換器與國內(nèi)產(chǎn)品 5G14433 完全相同，可以互換。MC14433A/D 轉(zhuǎn)換器的被轉(zhuǎn)換電壓量程為 或 。轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)以BCD 碼的形式分四次送出（最高位輸出內(nèi)容特殊，詳見表 33） 。多路選擇開關(guān)鎖存器個(gè)位 十位 百位 千位極性判別溢出控制電路 C M O S 線性電路時(shí)鐘 / O R 過量程V R 基準(zhǔn)電壓V A G 模擬地V X 被測電壓D UE O C R 1R 1 / C 1C 1C 0 1C 0 2Q 0 ～ Q 3 D S 1 ～ D S 4實(shí)時(shí)顯示轉(zhuǎn)換周期圖 310 MC14433A/D 轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部邏輯框圖 圖 311 MC14433 引腳圖MC14433 的框圖（圖 310）和引腳（圖 311）功能說明各引腳的功能如下：電源及共地端VDD： 主工作電源+5V。VEE: 模擬部分的負(fù)電源端，接5V。VAG： 模擬地端。VSS： 數(shù)字地端。VR： 基準(zhǔn)電壓。外界電阻及電容端RI： 積分電阻輸入端，VX=2V 時(shí)，R1=470?；VX=200Mv 時(shí)，R1=27K? 。C1： 積分電容輸入端。C1 一般為 。 C0 C02： 外界補(bǔ)償電容端，電容取值約 。 R1/C1： R1 與 C1 的公共端。CLKI、 CLKO ： 外界振蕩器時(shí)鐘調(diào)節(jié)電阻 Rc，Rc 一般取 470 K? 左右。轉(zhuǎn)換啟動(dòng)/結(jié)束信號端EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出端，正脈沖有效。DU： 啟動(dòng)新的轉(zhuǎn)換，若 DU 與 EOC 相連，每當(dāng) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束后，自動(dòng)啟動(dòng)新的轉(zhuǎn)換。過量程信號輸出端/OR ： 當(dāng)|Vx|?VR，過量程/OR 輸出低電平。位選通控制線DS4DS1： 選擇個(gè)、十、百、千位，正脈沖有效。DS1 對應(yīng)千位，DS4 對應(yīng)個(gè)位。每個(gè)選通脈沖寬度為 18 個(gè)時(shí)鐘周期，兩個(gè)相應(yīng)脈沖之間間隔為 2 個(gè)時(shí)鐘周期?！? / 2 C L K 周期1 6 4 0 0 個(gè)時(shí)鐘脈沖周期1 8 個(gè)時(shí)鐘脈沖周期E O CD S 1D S 2D S 3D S 4( 最高位 ) 1 / 2 位 2 個(gè)時(shí)鐘脈沖周期最低位 圖 312 MC14433 選通脈沖時(shí)序圖BCD 碼輸出線Q0Q3： BCD 碼輸出線。其中 Q0 為最低位，Q3 為最高位。當(dāng) DSDS3 和 DS4 選通期間，輸出三位完整的 BCD 碼數(shù)，但在 DS1 選通期間，輸出端 Q0Q3 除了表示個(gè)位的 0 或 1 外，還表示了轉(zhuǎn)化值的正負(fù)極性和欠量程還是過量程其含意見表33 表 3 DS1 選通時(shí) Q3～Q0 表示的結(jié)果Q 2Q 1Q 0 01000011表示結(jié)果千位數(shù)為 0千位數(shù)為 1結(jié)果為正結(jié)果為負(fù)輸入過量程輸入欠Q 31001由表可知 Q3 表示 1/2 位，Q3=“0”對應(yīng) 1，反之對應(yīng) 0。 Q2 表示極性，Q2=“1”為正極性，反之為負(fù)極性。 Q0=“1”表示超量程：當(dāng) Q3=“0”時(shí)，表示過量程；當(dāng) Q3=“1”時(shí)，表示欠量程；一． MC14433 與 8031 單片機(jī)的接口設(shè)計(jì)由于 MC14433 的 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果是動(dòng)態(tài)分時(shí)輸出的 BCD 碼，Q0～Q3HE DS1～DS4 都不是總線式的。因此，MCS51 單片機(jī)只能通過并行 I/O 接口或擴(kuò)展I/O 接口與其相連。對于 8031 單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)來說