基于CC4060的环境湿度测试仪的设计与实现

2016-08-25 10:13:54来源: eefocus 关键字:CC4060  环境湿度测试仪
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施密特触发器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。

2.3 频率电压转换电路(图4)


频率电压转换电路主要由十四位串行计数器CC4060和四D触发器CD4013组成,由NE555③脚送来的频率信号,由CC4060 U2的脚送入计数器,经十二分频后由①脚输出,常态频率为1.6 Hz,湿度增大到90%RH时,频率降为1.5 Hz,送至D触发器CD4013⑤脚,同时输出高电平使Q3导通,锁存进入的信号电平,阻止后面的脉冲信号再次进入CC4060 U2,防止出现干扰,D触发器在CC4060 U1的时钟脉冲(频率为4 Hz~1.5 Hz)控制下,在CD4013①脚输出高电平,控制继电器工作,带动报警或增干电路工作。D触发器工作与否显然取决于CC4060 U1送入的时钟脉冲,U1和U2输出的脉冲下限频率是一样的,这显然无法控制D触发器正常工作,这就需要我们在调试的过程中,轻微调节RP1,使CC4060 U1输出的时钟频率稍高于1.5 Hz,但低于1.6 Hz(对着湿敏电容吹气增回湿度的方法调试),就能保证电路在常态时D触发器不工作,当湿度超过90%RH时,D触发器输出高电平,驱动后面电路工作。R9为2.2 kΩ,R10为10 kΩ,R11可以和R7合为一个电阻,Q3为1815。

2.4 输出控制电路


输出控制电路采用三极管驱动继电器实现,将CD4013①脚输出的电平信号送至NPN型三极管1815的基极。常态时,CD4013①输出低电平,三极管截止,继电器释放;当湿度超过规定量时,CD4013输出高电平,三极管导通,继电器吸合,报警和增干电路工作。

3 结束语

用湿敏电容HS1100、十四位串行计数器CC4060、D触发器CD4013等组成的环境湿度测试仪,具有操作简单,调试方便,体积小,精度高等优点,对于一般的电子爱好者都可以轻松调试成功。

关键字:CC4060  环境湿度测试仪

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/article_2016082516920.html
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