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温湿度控制系统设计 第2页

更新时间:2008-12-25:  来源:毕业论文

温湿度监控系统设计
图2-1多路并行模拟量输入通道 
图2-2多路分时的模拟量输入通道
第三章    系统总体设计
本设计是基于单片机对数字信号的高敏感和可控性、温湿度传感器可以产生模拟信号,和A/D模拟数字转换芯片的性能,我设计了以8031基本系统为核心的一套检测系统,其中包括A/D转换、单片机、复位电路、温度检测、湿度检测、键盘及显示、报警电路、系统软件等部分的设计。
 
图3-1       系统总体框图 
 本设计由信号采集、信号分析和信号处理三个部分组成的。
    (一) 信号采集  由AD590、HS1100及多路开关CD4051组成;
    (二) 信号分析  由A/D转换器MC14433、单片机8031基本系统组成;
    (三) 信号处理  由串行口LED显示器和报警系统等组成。
3.1  信号采集
3.1.1  温度传感器
集成温度传感器AD590 是美国模拟器件公司生产的集成两端感温电流源。
 
一. 主要特性
AD590是电流型温度传感器,通过对电流的测量可得到所需要的温度值。根据特性分挡,AD590的后缀以I,J,K,L,M表示。AD590L,AD590M一般用于精密温度测量电路,其电路外形如图3-2所示,它采用金属壳3脚封装,其中1脚为电源正端V+;2脚为电流输出端I0;3脚为管壳,一般不用。集成温度传感器的电路符号如图3-2所示。 
图3-2 AD590外形(图1)及电路符号(图2)
1、流过器件的电流(μA)等于器件所处环境的热力学温度(开尔文)度数,即:
I T/T=1μA /K
式中:IT—— 流过器件(AD590)的电流,单位μA。
T——热力学温度,单位K。
   2、 AD590的测温范围-55℃- +150℃。
  3、 AD590的电源电压范围为4V-30V。电源电压可在4V-6V范围变化,电流IT变化1μA,相当于温度变化1K。AD590可以承受44V正向电压和20V反向电压,因而器件反接也不会损坏。
4、输出电阻为710MΩ。
5、精度高。AD590共有I、J、K、L、M五档,其中M档精度最高,在-55℃~+150℃范围内,非线形误差±0.3℃。
2 AD590的工作原理
  在被测温度一定时,AD590相当于一个恒流源,把它和5~30V的直流电源相连,并在输出端串接一个1kΩ的恒值电阻,那么,此电阻上流过的电流将和被测温度成正比,此时电阻两端将会有1mV/K的电压信号。其基本电路如图3-3所示。
 
图3-3 AD590内部核心电路
  图3-3是利用ΔUBE特性的集成PN结传感器的感温部分核心电路。其中T1、T2起恒流作用,可用于使左右两支路的集电极电流I1和I2相等;T3、T4是感温用的晶体管,两个管的材质和工艺完全相同,但T3实质上是由n个晶体管并联而成,因而其结面积是T4的n倍。T3和T4的发射结电压UBE3和UBE4经反极性串联后加在电阻R上,所以R上端电压为ΔUBE。因此,电流I1为:
                               I1=ΔUBE/R=(KT/q)(lnn)/R
  对于AD590,n=8,这样,电路的总电流将与热力学温度T成正比,将此电流引至负载电阻RL上便可得到与T成正比的输出电压。由于利用了恒流特性,所以输出信号不受电源电压和导线电阻的影响。图3中的电阻R是在硅板上形成的薄膜电阻,该电阻已用激光修正了其电阻值,因而在基准温度下可得到1μA/K的I值。
 
图3-4 AD590内部电路
  图3-4所示是AD590的内部电路,图中的T1~T4相当于图3-3中的T1、T2,而T9,T11相当于图3-3中的T3、T4。R5、R6是薄膜工艺制成的低温度系数电阻,供出厂前调整之用。T7、T8,T10为对称的Wilson电路,用来提高阻抗。T5、T12和T10为启动电路,其中T5为恒定偏置二极管。
  T6可用来防止电源反接时损坏电路,同时也可使左右两支路对称。R1,R2为发射极反馈电阻,可用于进一步提高阻抗。T1~T4是为热效应而设计的连接防式。而C1和R4则可用来防止寄生振荡。该电路的设计使得T9,T10,T11三者的发射极电流相等,并同为整个电路总电流I的1/3。T9和T11的发射结面积比为8:1,T10和T11的发射结面积相等。
  T9和T11的发射结电压互相反极性串联后加在电阻R5和R6上,因此可以写出:
                                         ΔUBE=(R6-2 R5)I/3
  R6上只有T9的发射极电流,而R5上除了来自T10的发射极电流外,还有来自T11的发射极电流,所以R5上的压降是R5的2/3。
  根据上式不难看出,要想改变ΔUBE,可以在调整R5后再调整R6,而增大R5的效果和减小R6是一样的,其结果都会使ΔUBE减小,不过,改变R5对ΔUBE的影响更为显著,因为它前面的系数较大。实际上就是利用激光修正R5以进行粗调,修正R6以实现细调,最终使其在250℃之下使总电流I达到1μA/K。
二. 基本应用电路
图3-8是AD590用于测量热力学温度的基本应用电路。因为流过AD590的电流与热力学温度成正比,当电阻R1和电位器R2的电阻之和为1kΩ时,输出电压V0随温度的变化为1mV/K。但由于AD590的增益有偏差,电阻也有偏差,因此应对电路进行调

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