【正文】 0 5 1多 路開(kāi) 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(kāi) 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 T T2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； T T4 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。 R R6 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。 T T12 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(lái)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。 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。 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)更多資料 8 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)， R4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)， V0=0mV， 100℃時(shí) V0=100mV 為止。例如，若室溫為 25℃，那么 V0應(yīng)為 25mV。 四 .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 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?chē)目諝馕账趾笠鸬奈锢砘蚧瘜W(xué)性質(zhì)的變化，間接地獲得該物質(zhì)的吸水量及周?chē)諝獾臐穸取Ｏ旅? 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 2 002 0 4 04 06 08 01 0 0溫 度 /℃長(zhǎng) 期 穩(wěn) 定正常工作區(qū)區(qū)非正常區(qū) 24681701618019020相對(duì)濕度/%RH 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(jiàn)，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 31 給出了其中的一組典型測(cè)試值。多路開(kāi)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。因此，多路開(kāi)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(kāi)關(guān)，它是一種單片、 COMS、 8 通道開(kāi)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) 接通 通道 輸入狀態(tài) 接通 通道 INH C B A INH C B A 0 0 0 0 0 0 1 0 1 5 0 0 0 1 1 0 1 1 0 6 0 0 1 0 2 0 1 1 1 7 0 0 1 1 3 1 x x x 均不顯示 0 1 0 0 4 3． 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 更多資料 13 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(jiàn)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(guò)量程信號(hào)輸出端 /OR ： 當(dāng) |Vx|?VR，過(guò)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) DS DS3 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(guò)量程其含意見(jiàn)表33 更多資料 15 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(guò) 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”表示超量程：當(dāng) Q3=“ 0”時(shí)，表示過(guò)量程；當(dāng) Q3=“ 1”時(shí)，表示欠量程； 一． MC14433 與 8031 單片機(jī)的接口設(shè)計(jì) 由于 MC14433 的 A/D 轉(zhuǎn)換 結(jié)果是動(dòng)態(tài)分時(shí)輸出的 BCD 碼， Q0～ Q3HE DS1～DS4 都不是總線式的。對(duì)于 8031 單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)說(shuō)， MC14433 可以直接和其 P1 口或擴(kuò)展I/O 口 8155/8255 相連。它由傳感器采集非電信號(hào)，從傳感器出來(lái)經(jīng)過(guò)功率放大過(guò)程，使信號(hào)放大，再經(jīng)過(guò)模 /數(shù)轉(zhuǎn)換成為計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，再送入計(jì)算機(jī)系更多資料 16 統(tǒng)的相應(yīng)端口。 3. 2. 2. 1 8031 的片內(nèi)結(jié)構(gòu) 8031 是有 8 個(gè)部件組成，即 CPU，時(shí)鐘電路，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，并行口（ P0～ P3）串行口，定時(shí)計(jì)數(shù)器和中斷系統(tǒng)，它們均由單一總線連接并被集成在一塊半導(dǎo)體芯片上，即 組成了單片微型計(jì)算機(jī)， 8031 就是 MCS51 系列單片機(jī)中的一種。還可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯和算術(shù)的運(yùn)算。 內(nèi)存： 內(nèi)部存儲(chǔ)器可分做程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，但在 8031 中無(wú)片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 。 并行 I/O 口 ： MCS51 有四個(gè) 8 位的并行 I/O 口， P0， P1， P2， P3，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸出。 中斷控制系統(tǒng)： 8031 有五個(gè)中斷源，既外部中斷兩個(gè)，定時(shí)計(jì)數(shù)中斷兩個(gè)，串行中斷一個(gè)，全部 的中斷分為高和低的兩個(gè)輸出級(jí)。 VSS（ 20 引腳）接地。 XTAL2（ 18 引腳）在內(nèi)部，接至上述振蕩器的反向輸入端，當(dāng)采用外部振蕩器時(shí)， 對(duì) MCS51 系列該引腳接收外部震蕩信號(hào)，即把該信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘的輸入端。在掉電時(shí)，此引腳接備用電源 VDD，以保持 RAM 數(shù)據(jù)不丟失，當(dāng) BVCC 低于規(guī)定的更多資料