基于CC4060环境湿度测试仪的设计

2014-12-05 10:11:28来源: eccn

随着科技的发展,社会需要能够自动控制的监测设备,环境湿度测试仪就是一种用于环境湿度自动监测控制的设备。本文介绍基于计数器CC4060等构成的环境湿度测试仪,电路简单,调试方便,监测准确,精度高。

1 电路构想
1.1 组成框图
本文环境湿度测试仪的组成框图如图1所示,它由湿度监测器件,湿度频率转换器件,基准频率产生电路,频率电平转换电路,输出控制电路等组成。


1.2 器件选择及原理构思
湿度监测部分采用高分子薄膜式湿敏电容HS1100,具有不需校准的完全互换性,能瞬时退饱和。相对湿度在0%~100%RH范围内,电容量由162pF变到200pF,其误差不大于±2%RH,响应时间小于5 s,在55%RH、25℃、10 kHz条件下,其典型标称电容为180pF,供电电压一般选5 V,工作温度-40℃~100℃。HS1101用做湿度传感器时,测量电路有两种设计方案,一种是线性电压输出式,比例系数为正值;另一种是线性频率输出式,比例系数为负值。本设计采用的是频率输出式。
湿度频率转换电路采用NE555定时器,成本低,性能可靠,只需要外接几个电阻、电容,就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。本电路其与湿敏电容HS1100和电阻等构成多谐振荡器,通过恰当设置电路中的电阻值,输出方波,实现湿度监测量向频率信号的转换,通过频率信号的高低我们就可以得知环境湿度是否正常。
基准频率振荡器和频率电压转换器都采用十四位串行计数器CC4060,它采用CNOS制作工艺、标准DIP-8封装的14位二进制串行计数/分频器集成电路,振荡器的结构可以是RC或晶振电路。CC4060复位端为高电平时,计数器清零且振荡器使用无效;复位端为低电平时,由外接的振荡定时元件控制产生一定频率的信号,并可以输出4分频到10分频,12分频到14分频的脉冲信号。本电路的基准频率振荡器由CC4060及其定时元件组成,产生的频率信号经12分频后送至D触发器,为D触发器提供时钟脉冲。频率电压转换器则利用的是CC4060的分频功能,将NE555定时器输出的频率信号送至CC4060,经12分频后输出至D触发器输入端,根据环境是否潮湿产生相应的电平,驱动D触发器工作输出控制电平。
输出控制电路可以根据实际需要采取相应的电路,本电路的输出控制部分由三极管控制继电器实现,D触发器输出的高电平,使三极管导通驱动继电器动作,产生报警信号或驱动干燥电路工作,使环境湿度恢复到正常值范围。

2 电路实施及参数选择
2.1 湿度监测及湿度频率转换电路(图2)


C是湿敏电容HS1100,容量会随着环境湿度的变化而改变,使②脚和⑥脚的充放电时间常数发生变化,改变③脚的输出信号的频率,实现环境湿度的变化转换为频率的变化,由非电量转变为电量。⑤脚外接电阻R3的阻值为910 kΩ,与集成电路内接的电阻5 kΩ相差很大,所以一般基准电压就可以认为是电源电压VCC,R1的阻值50 kΩ,湿敏电容常态下为180pF,R2的阻值一般为576 kΩ左右,可根据调试的需要串联电位器,实现最佳的控制精度。由以上数值可算出③脚常态下输出的脉冲周期T=(R1+2R2)Cln2,为0.15ms左右,则频率在6 667 Hz左右,当环境湿度增大为90%RH时,频率会减少到6 186 Hz左右,引起后续电路动作,实现增干和报警。

2.2 基准频率振荡器(图3)


基准频率产生电路主要由十四位串行计数器CC4060实现,CC4060⑨⑩脚外接基准频率定时元件,产生信号由脚送入CC4060,本电路C1为0.01ΩF,R4为2.7 kΩ,RP1为4.7 kΩ电位器,通过调节电位器,可以产生周期为0.059 4 ms~0.162 8ms,频率为16.8 kHz~6 kHz信号(f=1/2.2(RP1+R4)C1),此信号经12分频后可以得到4 Hz~1.5 Hz的频率,由①脚输出,进入D触发器CD4013③脚,为频率电平转换提供时钟脉冲。Q1、Q2两个三极管构成线与电路,正常工作时Q1或Q2有一个导通,则复位端脚为低电平,计数器正常工作,当⑦脚4分频输出和①脚12分频输出同时为高电平时,Q1和Q2同时输出高电平,计数器清零,重新开始计数,这个电路主要保证监测电路工作一段时间(0.33ms~1 ms)自动清零一次,避免长时间出现数据错误影响电路正常工作。R5、R6一般都为10 kΩ,R7为47 kΩ,D1为1N4148,Q1、Q2为1015。

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关键字:湿度测试仪  CC4060  频率  NE555

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2014/1205/article_10266.html
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