【正文】 A,B 為串行數據輸入端，CLK 位同步時鐘輸入端。本設計選用了單片機兩個接 口，通過并行移位寄存器 74LS164 擴展的 4 個 8 位并行輸出接口來驅動 LED。完成輸入后，再按一下“輸入使能鍵”，程序即退出設定狀態(tài)，進入工作運行。 本設計中輸入按鍵只有 4 個，一個為“輸入使能鍵”，一個為“模式設定鍵”，一個為“左移鍵”，另兩個為“加法鍵”、“減法鍵”。 通常所用的按鍵為輕觸機械開關，正常情況下按鍵的接點是 斷開的，當我們按壓按鈕時，由于機械觸點的彈性作用，一個按鍵開關在閉合時不會馬上穩(wěn)定地煙臺大學畢業(yè)論文（設計） 25 接通，在斷開時也不會一下子斷開。 1234B R I D G E 11234B R I D G E 110 0u F / 25 V 10 0u F / 25 V 10 0u F / 25 V10 0u F / 50 V10 0u F / 50 V220VGND GNDGNDL M 78 05L M 78 12L M 78 15+ 15 V+ 15 V+12V+5V供電系統(tǒng)電壓轉換芯片C3C4C5C6C7C8C9C 10C 11D 10D 11 圖 系統(tǒng)電源圖 鍵盤電路與顯示單路設計 鍵盤電路設計 單片機的按鍵輸入一般可分為簡單的獨立式按鍵輸入及行列式鍵盤輸入兩種。 煙臺大學畢業(yè)論文（設計） 24 圖 X25045 看門狗電路硬件連接圖 電源電路 在本設計中主要用到 +5V， +12V， 15V。圖 電路中， CPU 的復位信號共有 3 個：上電復位 (C R2)，人工復位 (S、 R R2)和 Watchdog 復位 (C R3)，通過或門綜合后加到 RESET 端。 X25045 芯片內包含有一個看門狗定時器，可通過軟件預置系統(tǒng)的監(jiān)控時間。 RESET：復位輸出。當它低電平時，寫操作被禁止； SCK：串行時鐘輸入，其上升沿將數據或命令寫入，下降沿將數據輸出； SO：串行輸出，數據由此引腳逐位輸出； 其引腳功能如下 ： 硬件看門狗是真正意義上的 “程序運行監(jiān)視器 ”，如計 數型的看門狗電路通常由 555 多諧振蕩器、計數器以及一些電阻、電容等組成，分立元件組成的系統(tǒng)電路較為復雜，運行不夠可靠。 看門狗電路一般有軟件看門狗和硬件看門狗兩種。在 8096 系列單片機和增強型煙臺大學畢業(yè)論文（設計） 23 8051 系列單片機中，該系統(tǒng)已經做在芯片內部，用戶只要用軟件開放它就可以，使用很方便。 “看門狗”電路 工控系統(tǒng)在運行時，通常都會遇到各種各樣的現場干擾，抗干擾能力是衡量工控系統(tǒng)性能的一個重要指標。利用 TGS4160 傳感器并通過高輸入阻抗、低偏置電流的 運放進行放大，再作一些簡單的運算處理，就可以在 CO2 濃度為 300～ 5000ppm 的范圍內測得信號，該信號為 0～幾百毫伏的電壓信號，可以供高精度 A／ D 采樣使用。、預熱時間為 7天或大于 7天的條件下，測得傳感器在濃度為 350ppm中的 EMF值是 220～490mV，而 ΔEMF 在 350～ 3500ppm 的 CO2 濃度中的值是 44～ 72mV，因此 在實際測量應用電路中，要根據傳感器的特點要求，除使用高輸入阻抗（ ≥100GΩ）、低偏置電流（ ≤1pA）的運算放大器外，還要對測得的信號進行處理。2℃ 、濕度為 65177。 ΔEMF 值可由下式求得： ΔEMF＝ EMF1－ EMF2 （ 38） 其中， EMF1 為 350ppm 的 CO2 中的 EMF 值； EMF2 為所測量的 CO2 的 EMF值。為了保證 CO2 的準確測量，除了保證加熱電壓穩(wěn)定及對環(huán)境溫度的變化進行溫度補償外，更主要的是要測量兩電極之間變化的電勢值 ΔEMF，而不是絕對電勢值 EMF，因為 ΔEMF與 CO2 濃度變化之間有一個較好的線性關系。為了使該傳感器保持在最敏感的溫度上，一般需要給加熱器提供加熱電壓進行加熱，但加熱電壓的變化將直接影響傳感器的穩(wěn)定性，因此加熱電壓必須穩(wěn)定，其范圍應在 177。其反應式如下： 陽極反應： 3222 COLi2e1 / 2 OCO2 L i ????? (34) 陰極反應： ONa2e1 /2 O2 N a 22 ???? (35) 總體反應： 2232 CO2 L iONa2 N aCOLi ???? ?? (36) 煙臺大學畢業(yè)論文（設計） 22 作為電化學反應的結果，根據耐斯特方程，該過程將產生如下電勢（ MFE ）： ))l n ( p ( C OT ) / ( 2 F )(REE 2CMF ??? (37) 式中： 2coP 為 CO2 的分壓； CE 為常數； R 是氣體常數； T 為溫度值（ K）； F是法拉第常數。內部熱敏電阻的作用是通過該電阻探測環(huán)境溫度，以便對該傳感器進行溫度補償，從而使校正后的測量值更加準確。其等效的內部結構見圖 所示。為了達到降低干擾氣體影響的目的， TGS4160 在內外兩層不銹鋼網之間還填充有吸 附材料（沸石）。元件的內層采用 100 目雙層不銹鋼網套在鍍鎳銅環(huán)上，并用高強度樹脂粘合劑與基襯固定在一起。它的陰極由鋰碳酸鹽和鍍金材料制成，而陽極只是鍍金材料。 TGS4160 二氧化碳傳感器是一種內含熱敏電阻的混合式 CO2 敏感元件。 使用濕度 5～ 95％ RH； 5％； 加熱器功耗： ； VDC； 使用壽命： 2022 天； TGS4160 傳感器的主要技術參數如下： 此外，為了方便客戶使用，外 FIGARO 公司還專門設計了帶溫度補 償的傳感器處理模塊 AM－ 4。這種二氧化碳傳感器除具有體積小、壽命長、選擇性和穩(wěn)定性好等特點外，同時還具有耐高濕低溫的特性，可廣泛用于自動通風換氣系統(tǒng)或是 CO2 氣體的長期監(jiān)測等應用場合。 我們很容易得到電容值和濕度的關系為： RH=(Cx163)/ （ 35） 根據上式，我們很容易求的相應的濕度值?？梢酝ㄟ^微處理器采集 555 芯片的頻率，然后查表即可得出 相對濕度值。充電、放電時間分別為 （ 31） （ 32） 輸出波形的頻率和占空比的計計算公式如下： (33) (34) 由此可以看出，空氣相對濕度與 555 芯片輸出頻率存在一定線性關系。 HS1101 的等效電容通過 R57 和 R58 充電達到上限電壓（近似于 VCC，時間記為 T1），這時 555 的引腳 3 由高電平變?yōu)榈碗娖?，然后通過 R58 開始放電，由于 R57 被 7 引腳內部短路接地，所以只放電到觸發(fā)界線（近似于 VCC，時間記為 T2），這時 555 芯片的 引腳 3 變?yōu)楦唠娖健? HS1101 作為一個變化的電容器，連接 2 和 6 引腳。 7 端通過芯片內部的晶體管對地短路實現對 HS1101 的放電回路，并將引腳 2， 6 端相連引入到片內比較器，構成一個多諧波振蕩器，其中， R57 相對于 R58 必須非常的小，但決不能低于一個最小值?？梢宰詣踊附樱úǚ搴富蛩? 下表為 HS1101 的一些特性參數： 表 HS1101 參數 參數 符號 參數值 單位 工作溫度 Ta 40~100 ℃ 儲存溫度 Tstg 40~125 ℃ 供電電壓 Vs 10 Vac 濕度范圍 RH 0~100 %RH 焊接時間 T=260℃ t 10 S 煙臺大學畢業(yè)論文（設計） 18 表 35 HS1101 的工作特性： 濕度測量電路 HS1101 測量濕度采用將 HS1101 置于 555 振蕩電路中，將電容值的變化磚換成電壓頻率信號，可以直接被微處理器采集。全互換性 在標準環(huán)境下不需校正 長時間飽和下快速脫濕 快速反應時間 在需要濕度補償的場合他也可以得到很大的應用。 濕度傳感器 HS1101 特點： 基于獨特工藝設計的電容元件，這些相對濕度傳感器可以大批量生產。 . 1 濕度傳感器 HS1101 簡介 溫度檢測采用 HS1101 型溫度傳感器， HS1101 是 HUMIREL 公司生產的變容式相對濕度傳感器，采用獨特的工藝設計。 目前，國內市場上出現了不少國內外濕度傳感器產品，電容式濕敏元件較為多見。 近年來，國內外在濕度傳感器研發(fā)領域取得了長足進步。此外，濕度的標準也是一個難題。用干濕球濕度計或毛發(fā)濕度計來測量濕度的方法，早已無法滿足現代科技發(fā)展的需要。 圖 CD4013 電路圖 煙臺大學畢業(yè)論文（設計） 17 濕度傳感器的選擇及其電路設計 由于應用領域的不同，對濕度傳感器的技術要求也不盡相同。 分頻器 CD4043 在此系統(tǒng)中 ADC0809 只接兩路模擬信號，一個是濕度電壓信號，另一個是CO2 濃度電壓信號。最大不可調誤差： ADC08091/2LSB ADC08091LSB 功耗為 15MW 當 OE 輸入高電平 時，輸出三態(tài)門打開，轉換結果的數字量輸出到數據總線上。下降沿啟動 A／ D 轉換，之后 EOC 輸出信號變低，指示轉換正在進行。此地址經譯碼選通 8 路模擬輸入之一到比較器。 GND：地。 REF（ +）、 REF（ ）：基準電壓。 CLK：時鐘脈沖輸入端。 OE：數據輸出允許信號，輸入，高電平有效。 煙臺大學畢業(yè)論文（設計） 16 START： A／ D 轉換啟動信號，輸入，高電平有效。 21～ 28： 8 位數字量輸出端。下面說明各引腳功能。內部結構 ADC0809 是 CMOS 單片型逐次逼近式 A／ D 轉換器，它由 8 路模擬開關、地址鎖存與譯碼器、比較器、 8 位開關樹型 D／ A 轉換器、逐次逼近 （ 6）工作溫度范圍為 40～＋ 85 攝氏度 （ 7）低功耗，約 15mW。 （ 2）具有轉換起?？刂贫?。 圖 ADC0809 芯片圖 1. ADC0809 內部電路組成及轉換原理 ADC0809 是采樣頻率為 8 位的、以逐次逼近原理進行模 — 數轉換的器件。 溫度測量電路圖： 5K20K1K25K5K10K50KI N 0A2L M 35812VA1L F 35315V測溫電路AD590 R 19溫度傳感器C A PC A PD3D I O D E S C H O T T K Y15v15V15VC 13R 17R 18R 19R 20R 21R 22R 23D 1015V5VC13C14 圖 溫度測量電路 煙臺大學畢業(yè)論文（設計） 15 A/D 轉換器 ADC0809 簡介 單片機接受的是數字信號，而傳感器經 測量電路輸出的是模擬電壓信號，因此就需要把模擬信號轉換為數字信號的元件 A/D 轉換器。調整方法為：把 AD590 放入冰水混合物中，調整電位器 R1，是輸出電壓 U=；或在室溫條件下通過調節(jié)電位器 R2，使輸出電壓 U=，調整電位器 R3，使 U=。本設計用了具有獨立調節(jié)功能的測溫電路。 AD590產生的電流與絕對溫度成正比，它可接收的工作電壓為 4V－ 30V，檢測的溫度范圍為－ 55℃－＋ 150℃，它有非常好的線性輸出性能，溫度每增加 1℃，其電流增加 1uA。 ℃。 輸出電阻為 710MW。 AD590 可以承受 44V 正向電壓和 20V