【文章內(nèi)容簡介】 始進行32個內(nèi)部時鐘周期的A/D轉換。第8個I/O CLOCK后，必須為高，或I/O CLOCK保持低電平，這種狀態(tài)需要維持36個內(nèi)部系統(tǒng)時鐘周期以等待保持和轉換工作的完成。如果為低時I/O CLOCK上出現(xiàn)一個有效干擾脈沖，則微處理器/控制器將與器件的I/O時序失去同步；若為高時出現(xiàn)一次有效低電平，則將使引腳重新初始化，從而脫離原轉換過程。在36個內(nèi)部系統(tǒng)時鐘周期結束之前，實施步驟(1)～(4)，可重新啟動一次新的A/D轉換，與此同時，正在進行的轉換終止，此時的輸出是前一次的轉換結果而不是正在進行的轉換結果。若要在特定的時刻采樣模擬信號，應使第8個I/O CLOCK時鐘的下降沿與該時刻對應，因為芯片雖在第4個I/O CLOCK時鐘下降沿開始采樣，卻在第8個I/O CLOCK的下降沿開始保存。 溫度傳感器的選型溫度對于精密儀器來說是最重要的環(huán)境參數(shù)。傳統(tǒng)的溫度的測量，選用熱電阻為傳感器，然后采用兩線制、三線制、四線制等接線方式搭建電橋，根據(jù)熱電阻在不同溫度下的電阻來確定所處位置的溫度值。但是由于熱電阻隨溫度變化而引起的變化值較小，例如，常用的鉑電阻在零溫度下的阻值為100Ω，銅電阻阻值為50Ω，因此在傳感器與數(shù)據(jù)采集電路之間的引線過長會引起較大的測量誤差，而系統(tǒng)實際應用中，要求有較長距離的測量。此外，熱電偶是溫度測量中使用最廣泛的傳感器之一。其測溫原理是把兩種不同的導體連接，構成閉合回路，若是兩個連接點保持在不同溫度時，將產(chǎn)生熱電勢，即Seebeek效應。其測量溫區(qū)寬，一般在180℃~2800℃的溫度范圍內(nèi)均可使用。測量的準確度和靈敏度都較高，尤其在高溫范圍內(nèi)，有較高的精度，因此熱電偶在一般的測量和控制系統(tǒng)中，常用于中高溫區(qū)的溫度檢測。但是這種測溫方法需要做冷端補償。以上兩種方法都是根據(jù)溫度的不同，而產(chǎn)生微弱的電壓變化信號，經(jīng)過信號放大、調(diào)理電路后送入A/D轉換器，然后做相應的運算得出最后的溫度值。但是這些方法的采用雖然傳感器廉價，但是需要很多外圍電路，總成本并沒有降低。而且所要測量溫度的位置往往離測試儀器比較遠，所以溫電阻和熱電偶要通過比較長的導線投入到測量點，在信號送入放大和調(diào)理電路之前可能已經(jīng)衰減了一定的程度，所以還需要進行調(diào)零校準。此外信號的放大和調(diào)理電路中噪聲，干擾容易串入檢測信號中，造成誤差，這樣不但提高了對模擬電路設計的要求，同時也降低了檢測的可靠性[6]。所以根據(jù)所要監(jiān)測的溫度范圍50℃~80℃，在本設計中放棄上面的測量方法，而是采用集成溫度傳感器AD590。集成溫度傳感器AD590是美國模擬器件公司生產(chǎn)的集成兩端感溫電流源。AD590是電流型溫度傳感器，通過對電流的測量可得到所需要的溫度值[7]。 溫度傳感器主要特性流過器件的電流(μA)等于器件所處環(huán)境的熱力學溫度(開爾文)度數(shù)：Ir/T=1，式中，Ir—流過器件(AD590)的電流，單位為μA；T—熱力學溫度，單位為K；AD590的測溫范圍為55℃～+150℃；AD590的電源電壓范圍為4～30V，可以承受44V正向電壓和20V反向電壓，因而器件即使反接也不會被損壞；輸出電阻為710mΩ；精度高，AD590在55℃～+150℃范圍內(nèi)，非線性誤差僅為177?！妗?AD590的工作原理AD590溫度感測器是一種已經(jīng)IC化的溫度感測器，它會將溫度轉換為電流。其規(guī)格如下：溫度每增加1℃，它會增加1μA輸出電流。可量測范圍55℃至150℃。供應電壓范圍+4V至30V。： 溫度傳感器AD590的外觀圖Fig Appearance of the temperature sensor AD590AD590的輸出電流是以絕對溫度零度(273℃)為基準，每增加1℃，它會增加1μA輸出電流，因此在室溫25℃時，其輸出電流Io=(273+25)=298μA。Vo的值為Io乘上10K，以室溫25℃而言，(10K298μA)。量測Vo時，不可分出任何電流，否則量測值會不準。 電路設計AD590的輸出電流I=(273+T)μA(T為攝氏溫度)，因此量測的電壓V為(273+T)μA 10K=(+T/100)V。為了將電壓量測出來又需使輸出電流I不分流出來，我們使用電壓追隨器其輸出電壓V2等于輸入電壓V。由于一般電源供應較多零件之后，電源是帶噪聲的，因此我們使用齊納二極管作為穩(wěn)壓零件，再利用可變電阻分壓。接下來我們使用差動放大器其輸出Vo為（100K/10K）（V2V1）=T/10，如果現(xiàn)在為攝氏28℃，輸出電壓接A/D轉換器，那么A/D轉換輸出的數(shù)字量就和攝氏溫度成線形比例關系。 AD590溫度傳感器使用原理圖Fig AD590 temperature sensor schematic濕度傳感器是非密封性的，為保護測量的準確度和穩(wěn)定性，應盡量避免在酸性、堿性及含有機溶劑的氣氛中使用。也避免在粉塵較大的環(huán)境中使用。為正確反映欲測空間的濕度，還應避免將傳感器安放在離墻壁太近或空氣不流通的死角處。如果被測的房間太大，就應放置多個傳感器。有的濕度傳感器對供電電源要求比較高，甚至無法工作。使用時應提供合適的、符合精度要求的供電電源。濕敏電阻的特點是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測量濕度。濕敏電阻的種類很多，例如硅濕敏電阻、陶瓷濕敏電阻等。濕敏電阻的優(yōu)點是靈敏度高，主要缺點是線性度和產(chǎn)品的互換性差。濕敏元件的線性度及抗污染性差，在檢測環(huán)境濕度時，濕敏元件要長期暴露在待測環(huán)境中，很容易被污染而影響其測量精度及長期穩(wěn)定性[8]。本設計中采用相對濕度傳感器HIH3610。HIH3610是美國Honey well公司生產(chǎn)的相對濕度傳感器，該傳感器采用熱固聚酯電容式傳感頭，同時在內(nèi)部集成了信號處理功能電路，因此該傳感器可完成將相對濕度值變換成電容值，再將電容值轉換成線性電壓輸出的任務，同時該傳感器還具有精度高、響應快、高穩(wěn)定性、低溫漂、抗化學腐蝕性能強及互換性好等優(yōu)點。 圖 濕度傳感器HIH3610外觀圖 Fig Humidity Sensor Appearance of the HIH3610 HIH3610主要特性（1）熱固性聚合物電容傳感器，帶集成信號處理電路；（2）3針可焊塑封；（3）寬量程：0～100%RH非凝結，寬工作溫度范圍 –40～85℃；（4）高精度：177。2%RH，極好的線形輸出；（5）5VDC恒壓供電，；（6）低功耗設計 200181。A驅動電流；（7）激光修正互換性；（8）快速響應 5秒 慢流動的空氣中；（9）穩(wěn)定性好,低溫飄,抗化學腐蝕性能。 HIH3610電壓與濕度特性曲線Fig the HIH3 610 voltage curve with the humidity HIH3610主要技術指標Table the HIH3 610 major technical indicators測量范圍/ (%RH)測量精度/ (%RH)電源電壓/ V電源電流μA輸出范圍或輸出形式工作溫度范圍/℃主要特點0～100+2/24～200～40～+85線性電壓輸出線，性能最好，抗污染能力最強由輸出電壓與相對濕度關系曲線可得出如下結論：（1）HIH3610在供電電壓為5V時，其消耗電流僅為200μA，故HIH3610濕度傳感器對電源沒有功率方面的要求，為低功耗產(chǎn)品的設計提供更好的解決方案。（2）HIH3610輸出電壓為：Vo=Vi[+] （公式1）即輸出電壓Vo不僅正比于溫度測量值，且與電源電壓值Vi有關，若Vi固定為5V，則其值僅由相對溫度值決定。（3）HIH3610測量的濕度值還與環(huán)境溫度有關，故應進行溫度補償，補償公式為：RH=RH0/() （公式2）式中：T為環(huán)境攝氏溫度值。利用HIH3610的線性電壓輸出可直接輸入到控制器或其他裝置。一般僅需取出200μA電流，HIH3610系列測濕傳感器就能理想地用于低引出、電池供電系統(tǒng)。HIH3610系列測濕傳感器作為一個低成本、可軟焊的單個直插式組建（SIP）提供儀表測量質(zhì)量的相對濕度（RH）傳感性能。RH傳感器可用在二引線間有間距的配量中，它是一個熱固塑料型電容傳感元件，其芯片內(nèi)具有信號處理功能。傳感元件的多層結構對應用環(huán)境的不利因素，諸如潮濕、灰塵、污垢、油類和環(huán)境中常見的化學品具有最佳的抗力。 Fig and the HIH3160 interface 光電器件的種類與選擇光電式傳感器的物理基礎是光電效應，即半導體材料的許多電學特性都因受到光的照射而發(fā)生變化。光電效應通常分為兩大類，即外光電效應和內(nèi)光電效應。在光照度測量中，常用的光電器件是光電池和光敏二級管。光電池作為光電器件需要保持溫度恒定，以保證測量精度。光敏二極管的溫度變化對暗電流影響很大，對光電流影響很小，較適合于光照度的測量。通過對兩者的結構與工作原理及四個特性的比較可知，光電池的漏電流、結電容較大，并聯(lián)電阻較小。用光電池探測輻射時，有噪聲大、動態(tài)范圍和線性區(qū)小、響應慢等缺點。同時，光電池的疲勞現(xiàn)象直接影響其響應度的穩(wěn)定性。另外，這兩種器件的光譜特性也不同，光敏二極管的光譜特性與光譜光視效率更接近。硅光敏二極管在光照特性上、溫度特性上、頻率特性上等，都更適合于智能溫室控制光照度傳感器的測量。從光譜特性上可以看出，硅光敏二極管的光譜響應范圍是400nm~1l00nm，可滿足設計要求的波譜范圍300nm~1100nm。選擇硅光敏二極管作為光照度傳感器的光電轉換元件。根據(jù)工作環(huán)境、測量精度、線性度、互換性、靈敏度、相應速度、穩(wěn)定性、功耗、體積大小以及易于與MCU接口等，本監(jiān)測儀選用集成光照度傳感器TSL253。（1）.關于光照度的說明根據(jù)國際照明委員會制定的標準，光通量與光譜輻射能通量有如下關系: 式中，單位為W/mm。 單位為Im。 是683(Im/W)。 為光譜光視效率。所謂照度，是每單位面積中入射的光通量，照度單位采用lm/mm，但這種單位跟光發(fā)射強度(從單位面積發(fā)射的光量)的單位相同。為了避免混淆，一般以Ix作單位。（2）.采集電路的組成與原理與溫度、濕度采集電路組成相比，光照采集電路的組成較為復雜。其測光原理是利用光敏器件的光電轉換原理設計的。其光譜靈敏度的特性在可見光區(qū)與十分接近，而對紫外光和紅外光則無響應。:圖 光照度測量電路結構 Structure of illumination measure circuit濾光片的前面加一塊乳白色玻璃片，為的是使濾光片接收的是漫射光，這樣光敏二極管的響應就與入射光的方向無關了，這就是余弦修正。氣體傳感器種類繁多。按所用氣敏材料及其特性不同，可分為光學式、熱學式，質(zhì)量式，電化學式等，其中電化學式氣體傳感器根據(jù)其原理可分為:電位型，電導型，電流型。電流型傳感器以其既能滿足一般檢測所需要的靈敏度和準確性，又有體積小，操作簡單，攜帶方便，可用于現(xiàn)場監(jiān)測且價格低廉等優(yōu)點，在目前己有的各類氣體檢測方法中占有重要的地位。該類傳感器可檢測氣體濃度范圍之寬(由ppb級直至百分濃度)，應用范圍之廣是任何一種氣體傳感器所難以比擬的。電流型氣體傳感器有許多種，用于檢測不同氣體，其主要應用領域有:安全檢測，環(huán)境監(jiān)測，以及其它特殊用途。本課題中，氣體傳感器用于室內(nèi)空氣中有毒有害氣體氨氣、苯、甲醛的檢測。氣體傳感器是將空氣中氨氣、苯、甲醛氣體的濃度轉化為相應電信號的元件。傳感器產(chǎn)生的電信號在傳送、放大過程中常受各種惡劣環(huán)境和各種干擾的影響，特別是固定式儀器的傳感器，長期連續(xù)運轉，又有防爆和供電容量的限制，因此對氣體傳感器的要求非常嚴格。可見，傳感器是氣體檢測報警儀的基礎和核心的部件，它的優(yōu)劣決定了有害氣體檢測報警儀的質(zhì)量和功能指標。一般考察傳感器有以下幾個項目:①檢測范圍和分辨率。②檢測精度和重復性:③穩(wěn)定性和零點漂移。④反應速度。⑤選擇性和抗干擾能力。⑥抗中毒能力和壽命。⑦抗環(huán)境(溫濕度)影響能力。⑧安全性，防爆性能。⑨互換性和檢修方便。⑩體積小，重量輕、電流小、節(jié)電性好。在實際的測試中，因為本課題中不涉計到高溫、易燃性氣體的測量，所以選用熱線型半導體氣敏傳感器MR511。1 機艙通風量的確定方法 1）按換氣次數(shù)計算 通風量 式中 n——換氣次數(shù)，可根據(jù)有無集控室在換氣次數(shù)每小時25～40 次范圍內(nèi)選??； V——機艙容積（m3）。2）按設備散熱量計算式中 m1——主機工作場所余熱計算因數(shù)； q1——主機每單位功率每小時散熱量，kJ/ kwh； N－主機功率（kw）； △t1——工作場所與艙外空氣的溫度差，可取5～8℃。 對于低速柴油機 q1=230～28