【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 關(guān)系為： 1)環(huán)境溫度 150℃ ,U 0 =1500mV； 第 10 頁(yè) 共 26 頁(yè) 2)環(huán)境溫度 25℃， U 0 =250mV； 3)環(huán)境溫度 55℃， U 0 =550mV． 由于所測(cè)量的溫度范圍是 25℃～ 55℃ 。所以，在實(shí)際應(yīng)用電路中的電壓信號(hào)的輸出量值在 ～ 。 集成濕度傳感器介紹與選型 濕度是表示空氣中水蒸氣含量多少的尺度。在物理學(xué)和氣象學(xué)中，大氣濕度的表示方法是多種多樣的，而且都有各自的物理量和相應(yīng)單位。在諸多方法中，習(xí)慣使用的是絕對(duì)濕度和相對(duì)濕度。 ①絕 對(duì)濕度：絕對(duì)濕度定義為在每立方米濕空氣中，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下所含水蒸汽的質(zhì)量，以字符ρ表示，單位 3g/m 。再由氣體狀態(tài)方程式 n n nP U R T? 可得 n n nnP P P1 0 0 0 2 . 1 6 9R T 4 6 1 T 2 7 3 . 1 5 t? ? ? ? ? ?ρ 公式（ 43） 式中 nP 為空氣中水蒸氣的分壓力 (帕 )； T為空氣中的干球絕對(duì)溫度 (K)； t為空氣中干球的攝氏溫度 (℃ )； nR 為水蒸氣的氣體常數(shù)， nR =461。 ②相對(duì)濕度 :相對(duì)濕度是指空氣中水蒸氣分壓力 nP 與同溫度下飽和水蒸汽壓力 bP 之比值。用 r表示相對(duì)濕度為： nbPr 100%P?? 公式（ 44） 選擇集成濕度傳感器應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：感濕性能好、靈敏度高、響應(yīng)速度快、測(cè)量 范圍寬，要有較好的一致性、可重復(fù)性，線性度要好、濕滯小較高的穩(wěn)定性和可靠性，有較強(qiáng)的抗污染能力、使用壽命長(zhǎng)。 目前，國(guó)外生產(chǎn)集成濕度傳感器的主要廠家及典型產(chǎn)品分別為 Honeywell公司（ HIH360HIH360 HIH3610型）， Humirel公司（ HM1500、 HM15 HF322 HTF3223型）， Sensiron公司（ SHT1 SHT15型）。 由于 HM1500濕度傳感器的精度較高，測(cè)量范圍大，反應(yīng)時(shí)間較快，溫度依賴性比較低，長(zhǎng)期穩(wěn)定性能好，用 戶使用方便，價(jià)格實(shí)惠，是性價(jià)比極高的一款集成濕度傳感器，故本方案采用 HM1500做為濕度測(cè)量的傳感器。 第 11 頁(yè) 共 26 頁(yè) HM1500 橋 式 振蕩電路 低 通 濾波器 放大器 HM1500是法國(guó) Humirel公司于 2020年推出的一種基于硬質(zhì)封裝的 HS1101濕敏電容的電壓輸出式集成濕度傳感器。它將側(cè)面接觸式濕敏電容與濕度信號(hào)調(diào)理器集成在一個(gè)模塊中，集成度高，有很小的易于安裝的接頭，因此不需要外圍元件，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，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。 第 12 頁(yè) 共 26 頁(yè) 圖 7 HM1500的輸出電壓與相對(duì)濕度的響應(yīng)曲線 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） 第 13 頁(yè) 共 26 頁(yè) 下圖為 HM1500內(nèi)部電路圖， 圖 8 HM1500 內(nèi)部電路圖 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： 第 14 頁(yè) 共 26 頁(yè) 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) 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)，輸出部分則輸出第 15 頁(yè) 共 26