【正文】 .........................................................................................................................................................33 第一章 緒論1. 1 選題背景防潮、防霉、防腐、防爆是倉庫日常工作的重要內(nèi)容，是衡量倉庫管理質(zhì)量的重要指標(biāo)。它直接影響到儲(chǔ)備物資的使用壽命和工作可靠性。但傳統(tǒng)的方法是用與濕度表、毛發(fā)濕度表、雙金屬式測(cè)量計(jì)和濕度試紙等測(cè)試器材，通過人工進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)不符合溫度和濕度要求的庫房進(jìn)行通風(fēng)、去濕和降溫等工作。因此我們需要一種造價(jià)低廉、使用方便且測(cè)量準(zhǔn)確的溫濕度測(cè)量?jī)x。對(duì)于測(cè)量系統(tǒng)而言，如何準(zhǔn)確獲得被測(cè)信號(hào)是其核心任務(wù)；而對(duì)測(cè)控系統(tǒng)來講，對(duì)被控對(duì)象狀態(tài)的測(cè)試和對(duì)控制條件的監(jiān)察也是不可缺少的環(huán)節(jié)。工業(yè)生產(chǎn)過程的自動(dòng)化測(cè)量和控制，幾乎主要依靠各種傳感器來檢測(cè)和控制生產(chǎn)過程中的各種參量，使設(shè)備和系統(tǒng)正常運(yùn)行在最佳狀態(tài)，從而保證生產(chǎn)的高效率和高質(zhì)量。熱電阻是利用導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的特性制成的測(cè)溫元件。其主要的特點(diǎn)為精度高、測(cè)量范圍大、便于遠(yuǎn)距離測(cè)量。缺點(diǎn)是價(jià)格貴，溫度系數(shù)小，受到磁場(chǎng)影響大，在還原介質(zhì)中易被玷污變脆。（℃+ |t| ） ，B 級(jí)為177。銅電阻的溫度系數(shù)比鉑電阻大，價(jià)格低，也易于提純和加工；但其電阻率小，在腐蝕性介質(zhì)中使用穩(wěn)定性差。 方案二：采用 AD590，它的測(cè)溫范圍在55℃～+150℃之間，而且精度高?！妗Ｊ褂每煽?。作為電流輸出型傳感器的一個(gè)特點(diǎn)是，和電壓輸出型相比，它有很強(qiáng)的抗外界干擾能力。綜合比較方案一與方案二，方案二更為適合于本設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)于溫度傳感器的選擇。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。HOS201 濕敏傳感器為高濕度開關(guān)傳感器，它的工作電壓為交流 1V 以下，頻率為 50HZ～1KHZ，測(cè)量濕度范圍為 0～100%RH，工作溫度范圍為 0～50℃，阻抗在 75%RH（25℃）時(shí)為 1MΩ。然而，這種傳感器只限于一定范圍內(nèi)使用時(shí)具有良好的線性，可有效地利用其線性特性。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。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。可見精度是較高的。而且還不具備在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中對(duì)溫度30～50℃的要求，因此，我們選擇方案二來作為本設(shè)計(jì)的濕度傳感器。方案一、采用多路并行模擬量輸入通道?？傮w成本可以作得較低。（3） 軟件簡(jiǎn)單，各通道可以獨(dú)立編程。 這種結(jié)構(gòu)的模擬量通道特點(diǎn)為：（1） 對(duì) ADC、S/H 要求高。（3） 硬件簡(jiǎn)單，成本低。綜合比較方案一與方案二，方案二更為適合于本設(shè)計(jì)系統(tǒng)對(duì)于模擬量輸入的要求，比較其框圖，方案二更具備硬件簡(jiǎn)單的突出優(yōu)點(diǎn)，所以選擇方案二作為信號(hào)的輸入通道。A D 5 9 0溫度檢測(cè)C D4 0 5 1多路開關(guān)H S 1 1 0 0濕度檢測(cè) M C 1 4 4 3 3A / D 轉(zhuǎn)換單片機(jī)串行口L E D 顯示報(bào)警電路C D4 0 5 1多路開關(guān) 圖31 系統(tǒng)總體框圖 本設(shè)計(jì)由信號(hào)采集、信號(hào)分析和信號(hào)處理三個(gè)部分組成的。3．1 信號(hào)采集3．1．1 溫度傳感器集成溫度傳感器 AD590 是美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的集成兩端感溫電流源。根據(jù)特性分擋，AD590 的后綴以 I，J，K，L，M 表示。集成溫度傳感器的電路符號(hào)如圖 32 所示。T——熱力學(xué)溫度，單位 K。 AD590 的電源電壓范圍為 4V30V。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。精度高?！?。其基本電路如圖 33 所示。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。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。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。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。TT12和 T10 為啟動(dòng)電路，其中 T5 為恒定偏置二極管。R1，R2 為發(fā)射極反饋電阻，可用于進(jìn)一步提高阻抗。而C1 和 R4 則可用來防止寄生振蕩。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?！　「鶕?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，改變 R5 對(duì) ΔU BE的影響更為顯著，因?yàn)樗懊娴南禂?shù)較大。二． 基本應(yīng)用電路圖 38 是 AD590 用于測(cè)量熱力學(xué)溫度的基本應(yīng)用電路。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） 。 圖 35 　AD590 應(yīng)用電路三． 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。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。例如，若室溫為 25℃，那么 V0應(yīng)為 25mV。 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3. 1. 2 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。下面 介紹 HS1100/HS1101 濕度傳感器及其應(yīng)用。圖 37a 為濕敏電容工作的溫、濕度范圍。 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。2%RH；響應(yīng)時(shí)間小于 5S；溫度系數(shù)為 pF/℃。二、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。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。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)。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(cè)量電路就轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之呈反比的頻率信號(hào)，表 31 給出了其中的一組典型測(cè)試值。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(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。因此，多路開關(guān)通常是一種具有雙向能力的器件。我選用的是 CD4051 多路開關(guān)，它是一種單片、COMS、8 通道開關(guān)。CD4051 的內(nèi)部原理框圖如圖 39 所示。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。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。VGG（7） ；電平轉(zhuǎn)換器電源，通常接+5V 或5V。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(hào)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(cè)電路測(cè)出的模擬信號(hào)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。MC14433 A/D 轉(zhuǎn)換器由于雙積分方法二次積分時(shí)間比較長(zhǎng)，所以 A/D 轉(zhuǎn)換速度慢，但精度可以做得比較高；對(duì)周期信號(hào)變化的干擾信號(hào)積分為零，抗干擾性能也比較好。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(jiǎn)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。MC14433A/D 轉(zhuǎn)換器與國(guó)內(nèi)產(chǎn)品 5G14433 完全相同，可以互換。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） 。VEE: 模擬部分的負(fù)電源端，接5V。VSS： 數(shù)字地端。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 一般為 。 R1/C1： R1 與 C1 的公共端。轉(zhuǎn)換啟動(dòng)/結(jié)束信號(hào)端EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出端，正脈沖有效。過量程信號(hào)輸出端/OR ： 當(dāng)|Vx|?VR，過量程/OR 輸出低電平。DS1 對(duì)應(yīng)千位，DS4 對(duì)應(yīng)個(gè)位。～～～～～～1 / 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。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(duì)應(yīng) 1，反之對(duì)應(yīng) 0。 Q0=“1”表