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[導(dǎo)讀]摘要:環(huán)境濕度測(cè)試儀由濕敏電容HS1100,濕度頻率轉(zhuǎn)換器件NE555,基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生及分頻器CC4060,頻率電平轉(zhuǎn)換器件CD4013等電路組成。環(huán)境濕度的變化會(huì)引起濕敏電容HS1100容量的改變,使NE555輸出信號(hào)頻率由常態(tài)的6 66

摘要:環(huán)境濕度測(cè)試儀由濕敏電容HS1100,濕度頻率轉(zhuǎn)換器件NE555,基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生及分頻器CC4060,頻率電平轉(zhuǎn)換器件CD4013等電路組成。環(huán)境濕度的變化會(huì)引起濕敏電容HS1100容量的改變,使NE555輸出信號(hào)頻率由常態(tài)的6 667 Hz左右降低為6 189 Hz,此頻率送到計(jì)數(shù)器CC4060 U2經(jīng)十二分頻輸出,同時(shí)另一塊計(jì)數(shù)器CC4060 U1通過調(diào)節(jié)定時(shí)元件可以產(chǎn)生6 000 Hz~17 000 Hz的頻率信號(hào),也經(jīng)過十二分頻輸出,當(dāng)我們調(diào)節(jié)定時(shí)電位器RPI使CC4060 U1產(chǎn)生的頻率剛好略大于6189Hz,且遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于6 667 Hz時(shí),就可以在環(huán)境濕度過大時(shí)輸出高電平信號(hào),啟動(dòng)報(bào)警或增干電路工作。
關(guān)鍵詞:濕度測(cè)試儀;CC4060;頻率;NE555

    隨著科技的發(fā)展,社會(huì)需要能夠自動(dòng)控制的監(jiān)測(cè)設(shè)備,環(huán)境濕度測(cè)試儀就是一種用于環(huán)境濕度自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制的設(shè)備。本文介紹基于計(jì)數(shù)器CC4060等構(gòu)成的環(huán)境濕度測(cè)試儀,電路簡(jiǎn)單,調(diào)試方便,監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確,精度高。

1 電路構(gòu)想
1.1 組成框圖
    本文環(huán)境濕度測(cè)試儀的組成框圖如圖1所示,它由濕度監(jiān)測(cè)器件,濕度頻率轉(zhuǎn)換器件,基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生電路,頻率電平轉(zhuǎn)換電路,輸出控制電路等組成。


1.2 器件選擇及原理構(gòu)思
    濕度監(jiān)測(cè)部分采用高分子薄膜式濕敏電容HS1100,具有不需校準(zhǔn)的完全互換性,能瞬時(shí)退飽和。相對(duì)濕度在0%~100%RH范圍內(nèi),電容量由162pF變到200pF,其誤差不大于±2%RH,響應(yīng)時(shí)間小于5 s,在55%RH、25℃、10 kHz條件下,其典型標(biāo)稱電容為180pF,供電電壓一般選5 V,工作溫度-40℃~100℃。HS1101用做濕度傳感器時(shí),測(cè)量電路有兩種設(shè)計(jì)方案,一種是線性電壓輸出式,比例系數(shù)為正值;另一種是線性頻率輸出式,比例系數(shù)為負(fù)值。本設(shè)計(jì)采用的是頻率輸出式。
    濕度頻率轉(zhuǎn)換電路采用NE555定時(shí)器,成本低,性能可靠,只需要外接幾個(gè)電阻、電容,就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。本電路其與濕敏電容HS1100和電阻等構(gòu)成多諧振蕩器,通過恰當(dāng)設(shè)置電路中的電阻值,輸出方波,實(shí)現(xiàn)濕度監(jiān)測(cè)量向頻率信號(hào)的轉(zhuǎn)換,通過頻率信號(hào)的高低我們就可以得知環(huán)境濕度是否正常。
    基準(zhǔn)頻率振蕩器和頻率電壓轉(zhuǎn)換器都采用十四位串行計(jì)數(shù)器CC4060,它采用CNOS制作工藝、標(biāo)準(zhǔn)DIP-8封裝的14位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)/分頻器集成電路,振蕩器的結(jié)構(gòu)可以是RC或晶振電路。CC4060復(fù)位端為高電平時(shí),計(jì)數(shù)器清零且振蕩器使用無效;復(fù)位端為低電平時(shí),由外接的振蕩定時(shí)元件控制產(chǎn)生一定頻率的信號(hào),并可以輸出4分頻到10分頻,12分頻到14分頻的脈沖信號(hào)。本電路的基準(zhǔn)頻率振蕩器由CC4060及其定時(shí)元件組成,產(chǎn)生的頻率信號(hào)經(jīng)12分頻后送至D觸發(fā)器,為D觸發(fā)器提供時(shí)鐘脈沖。頻率電壓轉(zhuǎn)換器則利用的是CC4060的分頻功能,將NE555定時(shí)器輸出的頻率信號(hào)送至CC4060,經(jīng)12分頻后輸出至D觸發(fā)器輸入端,根據(jù)環(huán)境是否潮濕產(chǎn)生相應(yīng)的電平,驅(qū)動(dòng)D觸發(fā)器工作輸出控制電平。
    輸出控制電路可以根據(jù)實(shí)際需要采取相應(yīng)的電路,本電路的輸出控制部分由三極管控制繼電器實(shí)現(xiàn),D觸發(fā)器輸出的高電平,使三極管導(dǎo)通驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作,產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)或驅(qū)動(dòng)干燥電路工作,使環(huán)境濕度恢復(fù)到正常值范圍。

2 電路實(shí)施及參數(shù)選擇
2.1 濕度監(jiān)測(cè)及濕度頻率轉(zhuǎn)換電路(圖2)


    C是濕敏電容HS1100,容量會(huì)隨著環(huán)境濕度的變化而改變,使②腳和⑥腳的充放電時(shí)間常數(shù)發(fā)生變化,改變③腳的輸出信號(hào)的頻率,實(shí)現(xiàn)環(huán)境濕度的變化轉(zhuǎn)換為頻率的變化,由非電量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?。⑤腳外接電阻R3的阻值為910 kΩ,與集成電路內(nèi)接的電阻5 kΩ相差很大,所以一般基準(zhǔn)電壓就可以認(rèn)為是電源電壓VCC,R1的阻值50 kΩ,濕敏電容常態(tài)下為180pF,R2的阻值一般為576 kΩ左右,可根據(jù)調(diào)試的需要串聯(lián)電位器,實(shí)現(xiàn)最佳的控制精度。由以上數(shù)值可算出③腳常態(tài)下輸出的脈沖周期T=(R1+2R2)Cln2,為0.15ms左右,則頻率在6 667 Hz左右,當(dāng)環(huán)境濕度增大為90%RH時(shí),頻率會(huì)減少到6 186 Hz左右,引起后續(xù)電路動(dòng)作,實(shí)現(xiàn)增干和報(bào)警。
2.2 基準(zhǔn)頻率振蕩器(圖3)


    基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生電路主要由十四位串行計(jì)數(shù)器CC4060實(shí)現(xiàn),CC4060⑨⑩腳外接基準(zhǔn)頻率定時(shí)元件,產(chǎn)生信號(hào)由腳送入CC4060,本電路C1為0.01ΩF,R4為2.7 kΩ,RP1為4.7 kΩ電位器,通過調(diào)節(jié)電位器,可以產(chǎn)生周期為0.059 4 ms~0.162 8ms,頻率為16.8 kHz~6 kHz信號(hào)(f=1/2.2(RP1+R4)C1),此信號(hào)經(jīng)12分頻后可以得到4 Hz~1.5 Hz的頻率,由①腳輸出,進(jìn)入D觸發(fā)器CD4013③腳,為頻率電平轉(zhuǎn)換提供時(shí)鐘脈沖。Q1、Q2兩個(gè)三極管構(gòu)成線與電路,正常工作時(shí)Q1或Q2有一個(gè)導(dǎo)通,則復(fù)位端腳為低電平,計(jì)數(shù)器正常工作,當(dāng)⑦腳4分頻輸出和①腳12分頻輸出同時(shí)為高電平時(shí),Q1和Q2同時(shí)輸出高電平,計(jì)數(shù)器清零,重新開始計(jì)數(shù),這個(gè)電路主要保證監(jiān)測(cè)電路工作一段時(shí)間(0.33ms~1 ms)自動(dòng)清零一次,避免長(zhǎng)時(shí)間出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤影響電路正常工作。R5、R6一般都為10 kΩ,R7為47 kΩ,D1為1N4148,Q1、Q2為1015。
2.3 頻率電壓轉(zhuǎn)換電路(圖4)


    頻率電壓轉(zhuǎn)換電路主要由十四位串行計(jì)數(shù)器CC4060和四D觸發(fā)器CD4013組成,由NE555③腳送來的頻率信號(hào),由CC4060 U2的腳送入計(jì)數(shù)器,經(jīng)十二分頻后由①腳輸出,常態(tài)頻率為1.6 Hz,濕度增大到90%RH時(shí),頻率降為1.5 Hz,送至D觸發(fā)器CD4013⑤腳,同時(shí)輸出高電平使Q3導(dǎo)通,鎖存進(jìn)入的信號(hào)電平,阻止后面的脈沖信號(hào)再次進(jìn)入CC4060 U2,防止出現(xiàn)干擾,D觸發(fā)器在CC4060 U1的時(shí)鐘脈沖(頻率為4 Hz~1.5 Hz)控制下,在CD4013①腳輸出高電平,控制繼電器工作,帶動(dòng)報(bào)警或增干電路工作。D觸發(fā)器工作與否顯然取決于CC4060 U1送入的時(shí)鐘脈沖,U1和U2輸出的脈沖下限頻率是一樣的,這顯然無法控制D觸發(fā)器正常工作,這就需要我們?cè)谡{(diào)試的過程中,輕微調(diào)節(jié)RP1,使CC4060 U1輸出的時(shí)鐘頻率稍高于1.5 Hz,但低于1.6 Hz(對(duì)著濕敏電容吹氣增回濕度的方法調(diào)試),就能保證電路在常態(tài)時(shí)D觸發(fā)器不工作,當(dāng)濕度超過90%RH時(shí),D觸發(fā)器輸出高電平,驅(qū)動(dòng)后面電路工作。R9為2.2 kΩ,R10為10 kΩ,R11可以和R7合為一個(gè)電阻,Q3為1815。
2.4 輸出控制電路


    輸出控制電路采用三極管驅(qū)動(dòng)繼電器實(shí)現(xiàn),將CD4013①腳輸出的電平信號(hào)送至NPN型三極管1815的基極。常態(tài)時(shí),CD4013①輸出低電平,三極管截止,繼電器釋放;當(dāng)濕度超過規(guī)定量時(shí),CD4013輸出高電平,三極管導(dǎo)通,繼電器吸合,報(bào)警和增干電路工作。

3 結(jié)束語
    用濕敏電容HS1100、十四位串行計(jì)數(shù)器CC4060、D觸發(fā)器CD4013等組成的環(huán)境濕度測(cè)試儀,具有操作簡(jiǎn)單,調(diào)試方便,體積小,精度高等優(yōu)點(diǎn),對(duì)于一般的電子愛好者都可以輕松調(diào)試成功。

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