带故障检测的PWM风扇转速控制器的设计

摘要随着科技的不断进步，UPS已经成为重要的电源工具。UPS电源不再只是单纯的电源设备，而逐步成为整个网路电源的管理中心。为了解决的散热问题，结合使用的实际情况，对它进行带故障检测的风扇散热分析具有一定的必要性。利用微机技术对电源的温度进行监控，可以方便地对其温度进行控制，从而使电源更加可靠地工作，不但能增加的使用寿命，还能更加提高的智能化。本设计采用单片机作为控制的核心，完成了对温度检测电电路、湿度检测电路、键盘电路、显示电路以及控制电路的硬件设计。其中采用作为温度传感器，HS1101作为湿度传感器，利用控制风扇的转速控制器，另选用了八位数码管显示温度与湿度。设计的重点在于可调速风扇控制电路，以及对风扇故障的检测电路的设计。本系统具有控制简单、方便，精度高，适用面光的特点。关键词：UPS电源 单片机 温湿度检测 风扇转速控制tractWiththetechnologydeveloping,UPSpowerisnotonlyapowersourceequipment,alsograduallybecomesthemanagementcenterofentirenetworkpower.UPShasalreadybecomeanimportantpowertool,whichisusedtosolvetheproblemofheatdissipationofUPS.Itcanconductafaultdetectiontestaboutthefanradiatingincombinationwiththeactualsituation.ThissystemusestheAT89C51single-chipcomputerasthecontrolcore,completingthedesignofthetemperaturedetectioncircuit,thehumiditydetectingcircuit,thekeyboardcircuit,thedisplaycircuitandthecontrolcircuit.Amongthissystem,AD590isusedasthetemperaturesensor,andHS1101isusedasthehumiditysensor.ItutilizesMC642tocontroltherotationspeedofthefan,andatthesametime,itselectseightdigitalnumberstodisplaythetemperatureandhumidity.Thefocalpointofthesystemdesignliesinthedesignofthecircuitfortemperaturedetectionandhumiditydetection.asummaryofthedetectionoftemperatureandhumiditydetectioncircuitdesign.Itfocusesonthedesignofthecontrolcircuitofadjustablespeedfanandthedetectioncircuitofthefan'sfailure.TheapplicationofcomputertechnologytomonitorthetemperatureofUPSpowersupply,canbeconvenienttocontrolthetemperature,sothatitmakestheUPSpowermorereliableinwork.ItcannotonlylengthentheservicelifeofUPS,alsoimprovetheintelligenceofUPS.Keywords:UPSpower AT89C51single-chipcomputertemperatureandhumiditydetection fanspeedcontrol目录摘要 III目录 III第1章 绪论 11.1 选题背景 11.2 的发展与应用 11.3 存在的问题 21.4 本课题的主要研究内容 3第2章 方案比较及论证 42.1 温度传感器的选择 42.2 湿度传感器的选择 52.3 单片机的选择 6第3章 前后向通道的设计 93.1 传感器与A/D转换电路的设计 93.1.1 温度传感器原理及参数 93.1.2 湿度传感器HS1101的设计 113.1.3 概述、特点、结构、及应用特性 153.2 后向通道的设计 203.2.1 转换的设计 203.2.2 风扇转速控制系统的设计 213.2.3 风扇开关的设计 27第4章 单片机控制系统设计 294.1 单片机原理 294.1.1 单片机的基本原理 294.1.2 复位、报警、看门狗电路 354.2 扩展接口电路设计 394.2.1 8255概述、特点以及结构特性 394.2.2 8255与单片机的接口电路 424.3 键盘及显示电路的设计 434.3.1 键盘电路的设计 434.3.2 显示电路的设计 43第5章 软件设计 485.1 主程序设计 485.2 中断子程序设计 505.3 显示子程序设计 51参考文献 52致谢 54附录 55第1章 绪论1.1 选题背景对于电脑来说，显示器及主机工作都需要正常的电力供应。尤其是内存，对电源的要求更高。它是一种依赖电能的存储设备，需要不断的刷新动作来保持存储内容。一旦断电，所保存的内容立即消失。如果非正常断电，导致内存中的信息来不及保存到硬盘等存储设备上，就会造成信息因完全丢失或变得不完整而失去价值，从而浪费大量的工作精力、时间、甚至造成巨大的经济损失。而X这样的操作系统，如果不正常关机，内存中的系统信息没有回写到硬盘上，还可能造成系统崩溃，无法再次启动。此外，电脑中的硬盘，虽然应用的是磁存储介质，不会因断电而损失信息，但突然的电力故障会使正在进行读写工作的硬盘物理磁头损坏，或者系统文件在维护文件系统时，造成文件分配表错误，从而造成整个硬盘的报废。另外，现在的操作系统大都能设置虚拟内存，由于突然的断电，使系统来不及取消虚拟内存，从而造成硬盘中的“信息碎片”，不仅浪费了硬盘存储空间，还会导致机器运行缓慢。电脑电源是一种整流电源，过高的电压可能会造成整流器烧毁。而电压尖脉冲和暂态过电压以及电源杂讯等干扰都可能通过整流器进入主机板，影响机器的正常工作，甚至烧毁主机线路。总之，电力问题是计算机工作的重大威胁。但是随着计算机和网络应用的日益重要和广泛，安全可靠的电源已是网络设计和管理人员不得不认真面对的重要问题。“需要是社会发展的第一推动力”，在这种背景下，UPS(不间断电源）应运而生，并伴随电力电子技术的发展，不断推陈出新，在十数年间，不仅造就了一个崭新的产业，而且随着时间的推移更将有蓬勃的发展和灿烂的前景【1】。nterruptiblerSystem），即不间断电源，是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。主要用于给单台计算机、计算机网络系统或其它电力电子设备提供不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给负载使用，此时的就是一台交流市电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断(事故停电)时,立即将机内电池的电能,通过逆变转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏[2]。1.2 的发展与应用最早的UPS现在看起来是个非常古怪的东西：采用了非常原始的机械储能方式，是带有一个大飞轮的电动机——发电机组，在发电机上带有一个数吨重的飞轮，市电1停电后该发电机可以维持正常供电数秒钟。现代的逆变式UPS问世后，在近十几年中得到了迅速发展。就其技术性能讲，它走过了从方波到正弦波、从离线式到在线式、从小功率到大功率、从常规延时（分钟级）到长延时（小时级）、从简单不停电供电到智能化操作和处理功能的发展历程。随着蓄电池和半导体技术的发展，其控制电路也发展很快，由开始的立分元件的简单控制发展到今天的微处理机控制，由硬件控制又发展成软件控制，如软件滤波器；甚至光纤通讯也被引入UPS，而且，微处理机也已被广泛应用于小容量的UPS中，甚至还专门为蓄电池的监控设立了微处理机，以保持电池的最佳状态【3随着计算机网络结构的扩展，现在在网络中应用的UPS不再只是单纯的电源设备，而逐步成为整个网络中电源的管理中心，UPS由最初单纯不间断供电已发展到今天的智能化、多功能。新型的UPS本身融合了多种新技术，UPS不仅是提供不间断电源的工具，而且当作为负载的设备在无人值守时，当市电故障后，UPS可以按照事先的约定顺序关机，甚至还可以自动发传呼或E-mail给管理者。现代的与服务器上的软件协同工作，还能实现事件记录、故障告警、UPS参数自动测试分析、调节等多项功能，提供了完全的电源管理解决方案。现在有些甚至可以对环境温度、湿度和烟雾等进行监视。的智能化还表现在加强的节能功能即所谓“绿色UPS”上。“绿色以减少系统使用的电能量，既降低了费用又保护了环境。比如“绿色测到打印机长时间空闲后,就会把打印机的电源关闭。当出现打印排队请求时，UPS可以马上给打印机恢复供电，随着“绿色UPS”的出现，为节约能源又提供了理想的解决方案【4】。的基本工作原理如下：当市电正常时，由市电通过给负载供电。UPS对市电进行滤波、稳压和稳频调整后，提供给负载更加稳定和洁净的电源。同时，UPS通过充电器把电能转变为化学能储存在电池中。当侦测到市电异常时，切换到电池供电，通过逆变器（INVERTER）把化学能转变为交流电能，供给负载，以保证对负载的不间断电力供应。此外还有一种旁路（BYPASS）工作状态，它在刚开机或机器故障时，可以把输入经高频滤波后直接输出，保障对负载的供电。停电会造成计算机硬盘的划伤，丢失数据，而用供电就会避免这些麻烦。它可以提供稳定的电压输出，且在市电停电时，UPS内部的电池立即供电。由于它能预防因停电造成的损失，目前已被广泛采用。1.3存在的问题当使用时有着以下的注意事项：1.的使用环境应注意通风良好，利于散热，并保持环境的清洁。22.切勿带感性负载，如点钞机、日光灯、空调等，以免造成损坏。3.的输出负载控制在60%左右为最佳，可靠性最高。4.带载过轻（如1000VA的带100VA负载）有可能造成电池的深度放电，会降低电池的使用寿命，应尽量避免。5.适当的放电，有助于电池的激活，如长期不停市电，每隔三个月应人为断掉市电用带负载放电一次，这样可以延长电池的使用寿命。6.对于多数小型UPS，开机时要避免带载启动，下班时应关闭对于网络机房的UPS，由于多数网络是24小时工作的，所以也必须全天候运行。7.放电后应及时充电，避免电池因过度自放电而损坏。是一种含有储能装置，以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源。它工作期间会产生大量的热量但温度高于80oC时，会使电池过充电产生气体，对电源本身造成不利影响，会减少电源的使用寿命。综上我们可以看出温度对于正常工作时的影响非常重要，如果解决温度影响的问题，那么会更有效的工作，也会增加电源的使用寿命[5][6]。1.4 本课题的主要研究内容根据论文设计要求，确定以下研究内容：1.根据的实际情况，确定温度监控系统的工作过程。2.设计温度监控系统中的测量模块，数据采集模块等。3.设计风扇检测系统并根据采集的数据设计风扇的转速。4.利用C语言，对风扇的转速系统进行软件设计。5.对风扇转速系统进行测量精度和稳定性的检验，并对实际的散热事例进行分析，验证设计符合设计要求。3第2章 方案比较及论证2.1 温度传感器的选择现在市面上有很多传感器，怎样选择一款既符合我们设计要求、且便宜、好用的传感器呢？下面我们就对几款温度传感器在各方面进行一下比较：1.DS1621是公司生产的一种功能较强的数字式温度传感器和恒温控制器。比同系列的DS1621更为简单，接口与12C总线兼容，且可以使用一片控制器控制多达8片的DS1621。数字温度输出达9位，精度为0.5℃。通过读取内部的计数值和用于温度补偿的每摄氏度计数值，利用公式计算还可提高温度值的精度。DS1621可工作在最低2.7V电压下，适用于低功耗应用系统。利用DS1621和一片2051单片机即可以构成一个简洁但功能强大的低电压温度测量控制系统。DS1621无需外围元件即可测量温度，将结果以9位数字量（两字节传输）给出，其测量范围为－55℃～＋155℃，精度为0.5℃；典型转换时间为1s；用户可自行设置恒温计的温度值，且将该设置值存储在非易失存储器中。数据的读出和写入通过一个2－线串行接口完成，DS1621采用8脚P或C封装。利用单片机和多片DS1621可以很容易地构成一个低电压功耗的多点数字测温系统，该系统可应用于大多数应用场合，且能得到较高的测温精度2.由美国公司生产的单线数字温度传感器DS1820可把温度信号直接转换成9位串行数字信号供单片机处理。由于每片DS1820含有唯一的硅串行数，故在一条总线上可挂接多个DS1820(试验表明，当一条总线上挂接的DS1820超过8个时，就必需解决微处理机的总线驱动问题)。信息写入DS1820或读出DS1820仅需单线接口，同时总线本身也可以向所挂接的DS1820供电，而无需额外电源。由构成的温度检测系统无需任何处围硬件，系统结构简单。DS18B20的测温范围为-55℃～+125℃，精度0.5℃，在1S(典型值)内把温度转换为数字量。用户自设定温度报警上下限。其值是非易失的。报警搜索命令可识别哪片超温度限。DS18B20的特点与工作原理：DS18B20是美国公司最新推出的单总线数字化测温集成电路。它具有独特的单线接口方式，将非电模拟量温度值转换为数字信号输出仅需占用1位I/O端口，能够直接读取被测物体的温度值。它体积小，电压适用范围宽（3V～5V），用户还可以通过编程实现9～12位的温度读数，即具有可调的温度分辨率，因此它的实用性和可靠性比同类产品更高。为了方便用户，采用3脚92封装或8脚C封装。只有一条数据I/O线，属于单总线专用芯片，工作时被测温度值直接以单总线方式传输，大大提高了系统的抗干扰能力和测量精度。测温范围为-55℃～4+125℃，在-10℃～+85℃范围内，精度为±0.5℃每一个芯片的一个64位ID8位是产品类型编号，随后48位是该器件的自身序号，最后8是前面56的循环冗余校验码[10]3.是AD公司利用PN结构正向电流与温度的关系制成的电流输出型两端温度传感器.（热敏器件）是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下：1.流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即：—流过器件（AD590）的电流，单位为T—热力学温度，单位为2.的测温范围为-55℃～+150℃。3.的电源电压范围为4V～30V。电源电压可在范围变化，电流变化1mA，相当于温度变化可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。4.输出电阻为710。5.共有IM档精度最高，在-55℃～+150℃范围内，非线性误差为±0.3℃。温度感测器是一种已经IC化的温度感测器,它会将温度转换为电流,在8051的各种课本中常看到它,相当常用到。其规格如下：1.温度每增加1℃,它会增加1μA输出电流。2.可量测范围-55℃至150℃。3.供应电压范围+4V至的输出电流值说明如下：其输出电流是以绝对温度零度(-273℃)为基准,每增加1℃,它会增加1μA输出电流,因此在室温25℃时,其输出电流I273+25)=298μ的值为Io乘上以室温25℃而言,输出值为2.10K×298μ。量测时,不可分出任何电流,否则量测值会不准。经过上述比较并且结合本课题的实际情况决定选用性能好、有同样功能的传感器，最为主要的是价格的低廉，性价比较高。2.2 湿度传感器的选择湿度传感器，分为电阻式和电容式两种，产品的基本形式都为在基片涂覆感湿材料形成感湿膜。空气中的水蒸汽吸附于感湿材料后，元件的阻抗、介质常数发生很大的变化，从而制成湿敏元件，湿度传感器具有如下特点：5湿度传感器的精度应达到±2%—±5%RH，达不到这个水平很难作为计量器具使用，湿度传感器要达到±2%—±3%RH的精度是比较困难的，通常产品资料中给出的特性是在常温（20℃±10℃）和洁净的气体中测量的。在实际使用中，由于尘土、油污及有害气体的影响，使用时间一长，会产生老化，精度下降，湿度传感器的精度水平要结合其长期稳定性去判断，一般说来，长期稳定性和使用寿命是影响湿度传感器质量的头等问题，年漂移量控制在水平的产品很少，一般都在±2%左右，甚至更高。湿敏元件除对环境湿度敏感外，对温度亦十分敏感，其温度系数一般在0.2~0.8%RH/℃范围内，而且有的湿敏元件在不同的相对湿度下，其温度系数又有差别。温漂非线性，这需要在电路上加温度补偿式。采用单片机软件补偿，或无温度补偿的湿度传感器是保证不了全温范围的精度的，湿度传感器温漂曲线的线性化直接影响到补偿的效果，非线性的温漂往往补偿不出较好的效果，只有采用硬件温度跟随性补偿才会获得真实的补偿效果。湿度传感器工作的温度范围也是重要参数。多数湿敏元件难以在40℃以上正常工作[11]。根据以上湿度传感器的特点，并且与市场实际相符合，可以使用电容型湿度传感器。电容式湿敏元件的有着响应速度快、体积小、线性度好、较稳定的优点，并且还具有较高的性价比，所以本课题采用电容型湿度传感器HS1101。2.3单片机的选择微机系统选择论证：单片机应用系统是一个工业测控系统，从这一观念出发，单片机应用系统应满足下列要求：1.有大量的测控接口，这些测控接口及测控功能电路配置和测控要求与测控对象密切相关。2.必须适应现场环境要求。计算机系统及接口电路设计，配置必须考虑到应用系统安放的环境要求。单片机是本方案的灵魂，所以我们选择是需要慎之又慎，下面我们来拿凌阳的16位单片机和做一下比较。凌阳的16位单片机的内核采用凌阳最新推出的MicrocontrollerandSignalProcessor16位微机处理器芯片，以下简称&P。围绕P所形成的16位u＇nSP系列单片机，以下简称&P家族。采用的是模块式集成结构，它以&P内核为中心集成不同规模的ROMPAM和功能丰富的各种外设部P内核是一个通用的和结构。除此之外的其它功能模块均为可选结构。以及这种结构可大可小可有可无，借助这种通用结构附加可选结构的积木式的构成，6便可成为各种系列的派生产品，以适合不同场合，这样做无疑会使每种派生产品具有更强的功能和更低的成本。&P家族有有以下特点：体积小，集成度高，可靠性好易于扩展。&P家族把各功能把各功能部件模块化地集成在一个芯片里。内部采用总线结构，因为减少了各功能部件之间的连接，提高了其可靠性和抗干扰能力，另外，模块化的结构易于系列的扩展，以适应不同用户的需求。具有较强PTM家族的中断系统支持10个中断向量及10余个中断源，适合实时应用领域。高性能价格比：μ’nSPTM家族片内带有高寻址能力的IPTM的指令系统提供出具有较高运算速度的16位，16位的乘法运算指令和内积运算指令，为其应用添加了功能，使得μ’nSPTM家族运用在复杂的数字信号处理方面既很便利又比专用的芯片廉价。凌阳的16位单片机功能强、效率高的指令系统：μ’nSPTM的指令系统的指令格式紧凑，执行迅速，并且其指令结构提供了对高级语言的支持，这可以大大缩短产品的开发时间。低功耗、低电压：μ’nSPTM家族采用制造工艺，同时增加了软件激发的弱振方式，空闲方式和掉电方式，极大地降低了其功耗，另外，μ’nSPTM家族的工作电压范围大，能在低电压供电时正常工作，且能用电池供电，这对于其在野外作业等领域中的应用具有特殊的意义。并且支持语音识别，语音产生。凌阳单片机的语音识别模块自带语音的API函数，其中包括A2000格式和S480格式自动播放及手动播放的播放函数，S240、MS01格式自动播放的播放函数、DVR格式的语音录放函数和语音识别函数，让凌阳单片机不但可以作为普通的单片机开发系统，而且还可以作为一个语音系统进行语音播放、语音录放和语音识别，大大降低了凌阳单片机的开发难度，并增强了凌阳单片机的使用领域和功能【12】。是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的低电压，高性能位微处理器，该器件采用高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。整个PEROM阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持管脚处于低电平来完成。在芯片擦操作中，代码阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。此外，AT89C51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，CPU停止工作。但RAM，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止[13]。但是基于本课题的研究，由于本次设计所占用的资源并不是很多，并且凌阳单片机比51单片机昂贵的多，所以选择单片机。7温度传感器风扇控制器系统结构框图如下图2-1所示。温度传感器风扇控制器转换湿度传感器报警电路复位数码显示图2-1 系统结构框图复位数码显示8第3章 前后向通道的设计本系统以89C51单片机作为温度检测系统的控制中心，因为89C51片内带有一个的FLASH可编程/可擦除/只读存储器；它采用了工艺和公司的高密度非易失性存储器技术，而且其输出引脚和指令系统都与51兼容。由于多路寻检就必须用外部设备来实现其强大的功能，所以外部扩展一片8255并行接口，用于传感器对温度进行检测，符合本课题的研究。采用进行A/D转换器，并利用俩片实现8位数字LED的数据显示，利用来实现直流电机的PWM风扇转速。系统还采用看门狗技术，以保证在程序溢出时使系统复位，并加入自动开关风扇电路，利用来实现风扇的自动关断。3.1传感器与A/D转换电路的设计3.1.1温度传感器原理及参数是美国模拟器件公司生产的单片集成两端感温电流源。它的主要特性如下：1.流过器件的电流（mA）等于器件所处环境的热力学温度（开尔文）度数，即：—流过器件（AD590）的电流，单位为T—热力学温度，单位为2.的测温范围为-55℃～+150℃。3.的电源电压范围为4V～30V。电源电压可在范围变化，电流变化1mA，相当于温度变化可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件反接也不会被损坏。4.输出电阻为710。5.共有IM档精度最高，在-55℃～+150℃范围内，非线性误差为±0.3℃。温度感测器是一种已经IC化的温度感测器,它会将温度转换为电流。温度每增加1℃,它会增加1μA输出电流。可量测范围-55℃至150℃。供应电压范围至的输出电流值说明如下：其输出电流是以绝对温度零度(-273℃)为基准,每增加1℃,它会增加1μA输出电流,因此在室温25℃时,其输出电流I273+25)=298μ的值为Io乘上以室温25℃而言,输出值为2.10K×298μ时,不可分出任何电流,9否则量测值会不准）电路分析：的输出电流IμT为摄氏温度),因此量测的电压V为(μA(2.73+T/100)V。为了将电压量测出来又需使输出电流I不分流出来,我们使用电压追随器其输出电压等于输入电压由于一般电源供应较多零件之后,电源是带杂讯的,因此我们使用齐纳二极体作为稳压零件,再利用可变电阻分压,其输出电压需调整至2.接下来我们使用差动放大器其输出为(×(在为摄氏28度,输出电压为2.ad590典型应用电路如图3-1所示。图3-1 90的封装形式，图3-2 90用于测量热力学温度的基本应用电路。因为流过的电流与热力学温度成正比，当电阻R（a）封装形式（b）基本应用电路的封装及基本应用电路和电位器的电阻之和为1kΩ电压VO随温度的变化为的增益有偏差，电阻也有误差，因此应对电路进行调整。调整的方法为：把放于冰水混合物中，调整电位器使25℃)条件下调整电位器,使2+25=298.但这样调整可保证在0℃或25℃附近有较高精度[16]。10表3-1 90与电流的关系摄氏温度电流经10K电阻电压0273.2uA2.732V10283.2uA2.832V20293.2uA2.932V30303.2uA3.032V40313.2uA3.132V50323.2uA3.232V60333.2uA3.332V100372.2uA3.722V3.1.2 湿度传感器HS1101的设计一、HS1101简介湿度传感器HS1101是基于独特工艺设计的电容元件，这些相对湿度传感器可以大批量生产。可以应用于办公室自动化，车厢内空气质量控制，家电，工业控制系统等。它有以下几个显著的特点：1.全互换性，在标准环境下不需校正2.长时间饱和下快速脱湿3.可以自动化焊接，包括波峰或水浸4.高可靠性与长时间稳定性5.专利的固态聚合物结构6.可用于线性电压或频率输出回路7.快速反应时间HS1101的简单实物图如图3-3所示。图3-3 1101实物图相对湿度在范围内；电容量由162pF变到200pF,其误差不大于115s；温度系统为0.04pF/℃。可见其精度是较高的【17】。其湿度—电容响应曲线如图3-4。电容20 40 60 80 100相对湿度%图3-4：1101湿度－电容响应曲线HS1101的一些常用参数如表3-2所示。表3-2 1101常用参数参数符号参数值单位工作温度-40～100℃储存温度tg-40～125℃供电电压10c湿度范围0～100焊接时间60℃t10S二、湿度检测电路的设计HS1101电容传感器，在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。将电容的变化能被计算机采集时可有两种方案：一是将HS1101置于运放与阻容组成的桥式振荡电路中，所产生的正弦波电压信号经整流、直流放大、再A/D转换为数字信号;另一种是将置于555振荡电路中，将电容值的变化转为与之呈反比的电压频率信号，可直接被计算机所采集。本课题采用第二种方案。12(rI大约在1971 由SigneticsCorporation发布，在当时是唯一非常快速且商业化的rIC，在往后的30 非常普遍被使用，且延伸出许多的应用电 技术版本的TimerIC如MOTOROLA的MC1455已被大的使用，但原规格的依然正常的在市场上供应，尽管新版IC在功能上有部份的改善，但其脚位劲能并没变化，所以到目前 可直接的代用。是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉冲信号[17]的特点有：1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。2.它的操作电源电压范围极大，可与等逻辑电路配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。5.静态电流最大值=5=引脚图功能配置说明下，实物图如图3-5所示。图3-5 55引脚图Pin1(接地)：地线(或共同接地)，通常被连接到电路共同接地。Pin2(触发点)：这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于VCC，下缘须低于VCC。Pin3(输出)：当时间周期开始555的输出输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。周期的结束输出回到0伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约200mA。Pin4(重置)：一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。13Pin5(控制)：这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。Pin6(重置锁定)6重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从VCC电压以下移至VCC以上时启动这个动作。Pin7(放电)：这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为时为LOW，对地为低阻抗，当输出为时为n8(V：这是555个计时器IC的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5伏特(最小值)伏特(最大值)是一个能产生精确定时脉冲的高稳度控制器，其输出驱动电流可达。在多谐振荡器工作方式时，其输出的脉冲占空比由两个外接电阻和一个外接电容确定；在单稳态工作方式时，其延时时间由一个外接电阻和一个外接电容确定，它可以VCC延时数微秒到数小时。其工作电压范围为：4.5V 16VVCC应用于湿度检测原理图如图3-6所示。图3-6 湿度检测电路把HS1101和同时接入电路中的电路设计原理图如图2-4电路功能的简单概括为:当6端和2端同时输入为“1”时,3端输出为“0”；当6端和2端同时输入为“0”时,3端输出为“1”。在此电路中,555定时器正是根据这一功能用作多稳态触发器输出频率信号的。当电源接通时,由于6和2端的输入“0,则定时器3脚输出“1又由于1两14端电压为0,故cc通过2和3对1充电,当1两端电压达到2cc/3时,定时电路翻转,555定时器内部的放电T的基极电压为“1”,放电T导通,从而使电容通过和内部放电T进行放电,当两端电压降低到Vcc/3时,定时器又翻转,内部放电T截止,又开始通过和对充电,如此周而复始,形成振荡。其工作循环中的充电时间为7(电时间为1

=0.7R3*输出脉冲占空比为q＝(/(,为了使输出脉冲占空比接近50％,应远远小于R3。当外界湿度变化时,HS1101两端电容值发生改变,从而改变定时电路的输出频率。因此只要测出555的输出频率,并根据湿度与输出频率的关系,即可求得环境的湿度[18]。3.1.3概述、特点、结构、及应用特性是美国国家半导体公司生产的工艺8通道，8位逐次逼近式模数转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换，在其内部有一个高阻抗斩波稳定比较器，逐次逼近寄存器，8路模拟开关由地址锁存器和译码器控制。该器件无需调零和满量程调整，且其三态输出也可以锁存，所以易于与单片机进行接口。是采样频率为8位的、以逐次逼近原理进行模—数转换的器件。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。该器件无需调零和满量程调整，且其三态输出可以锁存，所以易于与单片机进行接口。的核心是一个逐次逼近的A/D转换电路，