【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 為電源正端V＋；2 腳為電流輸出端 I0；3 腳為管殼，一般不用。01A D 5 9 0 +A. ...圖 32 集成溫度傳感器的電路流過(guò)器件的電流（μA）等于器件所處環(huán)境的熱力學(xué)溫度（開爾文）度數(shù)，即：I T/T=1μA /K 式中：I T—— 流過(guò)器件（AD590）的電流，單位 μA。T——熱力學(xué)溫度，單位 K。AD590 的測(cè)溫范圍55℃ +150℃。AD590 的電源電壓范圍為 4V30V。電源電壓可在 4V6V 范圍變化，電流 IT變化1μA，相當(dāng)于溫度變化 1K。AD590 可以承受 44V 正向電壓和 20V 反向電壓，因而器件反接也不會(huì)損壞。輸出電阻為 710MΩ。精度高。AD590 共有 I、J、K、L、M 五檔，其中 M 檔精度最高，在55℃～+150℃范圍內(nèi)，非線形誤差177。℃。（2）AD590 的工作原理在被測(cè)溫度一定時(shí)，AD590 相當(dāng)于一個(gè)恒流源，把它和 5～30V 的直流電源相連，并在輸出端串接一個(gè) 1kΩ的恒值電阻，那么，此電阻上流過(guò)的電流將和被測(cè)溫度成正比，此時(shí)電阻兩端將會(huì)有 1mV／K 的電壓信號(hào)。其基本電路如圖 33 所示。圖 33 AD590內(nèi)部核心電路圖 33 是利用 ΔU BE特性的集成 PN 結(jié)傳感器的感溫部分核心電路。其中 TT2 起恒流作用，可用于使左右兩支路的集電極電流 I1 和 I2 相等；TT4 是感溫用的晶體管，兩個(gè)管的材質(zhì)和工藝完全相同，但 T3 實(shí)質(zhì)上是由 n 個(gè)晶體管并聯(lián)而成，因而其結(jié)面積是 T4 的 n 倍。T3 和 T4 的發(fā)射結(jié)電壓 UBE3和 UBE4經(jīng)反極性串聯(lián)后加在電阻 R 上，所以 R 上端電壓為 ΔU BE。因此，電流 I1 為： I1＝ΔU BE／R＝（KT／q） （lnn）／R對(duì)于 AD590，n＝8，這樣，電路的總電流將與熱力學(xué)溫度 T 成正比，將此電流引至負(fù)載電阻 RL上便可得到與 T 成正比的輸出電壓。由于利用了恒流特性，所以輸出信號(hào)不受電源電壓和導(dǎo)線電阻的影響。圖 3 中的電阻 R 是在硅板上形成的薄膜電阻，該電阻已用激光修正了其電阻值，因而在基準(zhǔn)溫度下可得到 1μA／K 的 I 值。圖 34 AD590內(nèi)部電路圖 34 所示是 AD590 的內(nèi)部電路，圖中的 T1～T4 相當(dāng)于圖 33 中的 TT2，而T9，T11 相當(dāng)于圖 33 中的 TT4。RR6 是薄膜工藝制成的低溫度系數(shù)電阻，供出廠前調(diào)整之用。TT8，T10 為對(duì)稱的 Wilson 電路，用來(lái)提高阻抗。TT12 和 T10為啟動(dòng)電路，其中 T5 為恒定偏置二極管。　　T6 可用來(lái)防止電源反接時(shí)損壞電路，同時(shí)也可使左右兩支路對(duì)稱。R1，R2 為發(fā)射極反饋電阻，可用于進(jìn)一步提高阻抗。T1～T4 是為熱效應(yīng)而設(shè)計(jì)的連接防式。而 C1和 R4 則可用來(lái)防止寄生振蕩。該電路的設(shè)計(jì)使得 T9，T10，T11 三者的發(fā)射極電流相等，并同為整個(gè)電路總電流 I 的 1／3。T9 和 T11 的發(fā)射結(jié)面積比為 8：1，T10 和 T11的發(fā)射結(jié)面積相等。　　T9 和 T11 的發(fā)射結(jié)電壓互相反極性串聯(lián)后加在電阻 R5 和 R6 上，因此可以寫出： ΔU BE＝（R 6－2 R 5）I／3　　R6 上只有 T9 的發(fā)射極電流，而 R5 上除了來(lái)自 T10 的發(fā)射極電流外，還有來(lái)自T11 的發(fā)射極電流，所以 R5 上的壓降是 R5 的 2／3。　　根據(jù)上式不難看出，要想改變 ΔU BE，可以在調(diào)整 R5 后再調(diào)整 R6，而增大 R5 的效果和減小 R6 是一樣的，其結(jié)果都會(huì)使 ΔU BE減小，不過(guò)，改變 R5 對(duì) ΔU BE的影響更為顯著，因?yàn)樗懊娴南禂?shù)較大。實(shí)際上就是利用激光修正 R5 以進(jìn)行粗調(diào)，修正 R6 以實(shí)現(xiàn)細(xì)調(diào)，最終使其在 250℃之下使總電流 I 達(dá)到 1μA／K。（3）基本應(yīng)用電路圖 35 是 AD590 用于測(cè)量熱力學(xué)溫度的基本應(yīng)用電路。因?yàn)榱鬟^(guò) AD590 的電流與熱力學(xué)溫度成正比，當(dāng)電阻 R1和電位器 R2的電阻之和為 1kΩ 時(shí)，輸出電壓 V0隨溫度的變化為 1mV/K。但由于 AD590 的增益有偏差，電阻也有偏差，因此應(yīng)對(duì)電路進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整的方法為：把 AD590 放于冰水混合物中，調(diào)整電位器 R2，使V0=+25=（mV） 。但這樣調(diào)整只保證在 0℃或 25℃附近有較高的精度 [16]。圖 35 AD590應(yīng)用電路表 31 AD590溫度與電流的對(duì)應(yīng)關(guān)系表 （4）攝氏溫度測(cè)量電路如圖 35 所示，電位器 R2用于調(diào)整零點(diǎn)，R 4用于調(diào)整運(yùn)放 LF355 的增益。調(diào)整方法如下：在 0℃時(shí)調(diào)整 R2，使輸出 V0=0，然后在 100℃時(shí)調(diào)整 R4使 V0=100mV。如此反復(fù)調(diào)整多次，直至 0℃時(shí)，V 0=0mV，100℃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。（5）多路檢測(cè)信號(hào)的實(shí)現(xiàn) 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)為八路的溫度信號(hào)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(hào)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(hào)采集電路硬件接口攝氏溫度（單位：℃）AD590 電流（單位：uA）經(jīng) 10KΩ 電壓（單位：V）10 0 10 20 30 40 50 60 100 濕度傳感器測(cè)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(cè)量的。下面 介紹 HS1100/HS1101 濕度傳感器及其應(yīng)用。（1）特點(diǎn)不需校準(zhǔn)的完全互換性，高可靠性和長(zhǎng)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(guò)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(zhǎng)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(duì)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(duì)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。（2）濕度測(cè)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(cè)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(hào)，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(hào)經(jīng)整流、直流放大、再 A/D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；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(hào)，可直接被計(jì)算機(jī)所采集 [19]。頻率輸出的 555 測(cè)量振蕩電路如圖 38 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(duì) C 的充電回路。7 端通過(guò)芯片內(nèi)部的晶體管對(duì)地短路又構(gòu)成了對(duì) 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 38 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(guò)程如下：首先電源 Vs 通過(guò) 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(guò) 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(lái)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(guò) 555 測(cè)量電路就轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之呈反比的頻率信號(hào)，表 32 給出了其中的一組典型測(cè)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)0 7351 60 6600 10 7224 70 646820 7100 80 630030 6976 90 616840 6853 100 603350 6728（3）多路檢測(cè)信號(hào)的實(shí)現(xiàn) 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)為八路的濕度信號(hào)采集，故采用 CD4051 組成多路分時(shí)的模擬量信號(hào)采集電路，其硬件接口如圖 39 所示圖 39 八路分時(shí)的模擬量信號(hào)采集電路硬件接口 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(guò)地址線上不同的地址信號(hào)把 n 個(gè)通道中任一通道輸入的模擬信號(hào)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(hào)有公共輸出端輸入時(shí) ，作為信號(hào)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(hào)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。這里選用的是 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 [16]。CD4051 的內(nèi)部原理框圖如圖 310 所示。圖 310 CD4051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 33 各通道的接通關(guān)系圖輸入狀態(tài) 接通通道 輸入狀態(tài) 接通通道INH C B A INH C B A0