1、- I -摘 要本论文主要讲述了基于西门子 S7-200系列可编程控制器（PLC）为主要的控制元件，实现对环境的温度和湿度进行实时检测和显示，并同时实现对时间进行显示和校正等功能的显示装置的设计方法。本设计的传感器部分采用集成温度和湿度传感器，集成传感器具有功能强、精度高、响应速度快、体积小、微功耗、价格低、适合远距离传输信号等特点。集成传感器的外围电路简单，具有较高的性价比。经过选择集成温度传感器采用电压输出式单片精密集成温度传感器 LM35系列产品；集成湿度传感器选择线性电压输出式集成湿度传感器 HM1500，它的主要特点是采用恒压供电、内置放大电路、能输出与相对湿度呈比例关系的伏特级电压
2、信号、响应速度快、重复性好、抗污染能力强。显示部分采用 LED七段码进行显示，本装置一共使用了十七个 LED数码管进行显示，能够同时显示当时环境的温度、湿度和时间，还可以显示年月日等信息，并能实现当环境的温湿度超过一定范围时进行报警的功能。关键词：P LC；温 度 传 感 器 ；湿 度 传 感 器 ；L ED显 示 装 置- II -The Design of Detection and Display about the Temperature and Humidity Based on PLCAbstractThis paper mainly based on Siemens S7-200
3、 series programmable controller (PLC) for the control of the main components realize the environmental temperature and humidity for real-time detection and display, and to simultaneously achieve right time and calendar set up for display and function display devices design methods.The design of the
4、sensor using integrated temperature and humidity sensors, sensor integration with functional and high accuracy. Fast response, small size, very low-power, low price, suitable for long-distance signal transmission characteristics. Integrated sensor external circuit is simple and low cost and high per
5、formance. Selected integrated temperature sensor output voltage precision-integrated single-chip temperature sensor LM35 series of products; Integrated humidity sensor option linear voltage-output integrated humidity sensors HM1500. Its main feature is the constant voltage power supply, a built-in a
6、mplifier, can be output with the relative humidity is the ratio between the voltage level signal voltage, fast response and good reproducibility, anti-pollution capability. LED used in some of the display code in paragraph 107, the device used a total of 17 LED digital tubes, can also showed that en
7、vironmental temperature, humidity and time, can also display information such as the date, and the environment can be achieved when the temperature and humidity of more than a certain scope for alarm functions. Key words: PLC; Temperature sensor; Humidity sensor; LED display devices - III -目 录摘要 .IA
8、bstract II目 录 .III第一章 引 言 .11.1 课题的背景和意义 .1第二章 系统简介及方案论证 .22.1 系统设计主要技术指标与参数 .22.2 设计方案的论证 .2第三章 可编程控制器概述 .53.1 PLC的系统组成与工作原理 .53.1.1 PLC的组成结构 53.1.2 PLC的扫描工作原理 .53.1.3 PLC的常用指令 .63.1.4 创建子程序 .163.2 PLC的发展趋势 .18第四章 系统的硬件方案与设计 204.1 传感器的选型与设计 204.1.1 集成温度传感器介绍与选型 .204.1.2 集成湿度传感器介绍与选型 .234.2 PLC的选型与模
9、块配置 274.2.1 PLC的选型原则 .274.2.2 本系统中可编程序控制器的选取及其特点 284.3显示方案的设计 .354.3.1 与 LED显示相关的知识 354.3.2 显示方案的设计 364.4 工作电源部分 .40第五章 系统软件设计 425.1 显示系统主程序 425.1.1 温度读入子程序 42- IV -5.1.2 湿度读入子程序 435.1.3 显示子程序 445.1.4 实时时钟指令 455.2 程序清单 46结 论 47参考文献 49致谢 34附 录 .501.主程序梯形图及指令表 502.时钟初始化子程序 0梯形图及指令表 533.实时时钟读入子程序 1梯形图及
10、指令表 544.温度读入子程序 2梯形图及指令表 585.湿度读入子程序 3梯形图及指令表 636.显示子程序 4梯形图及指令表 657.中断 0（调时闪）梯形图及指令表 .678.中断 1（报警闪）梯形图及指令表 .681第一章 引 言1.1 课题的背景和意义温度、湿度和人类的生产、生活有着密切的关系，同时也是工业生产中最常见最基本的工艺参数，例如机械、电子、石油、化工等各类工业中广泛需要对温度、湿度的检测与控制。并且随着人们生活水平的提高，人们对自己的生存环境越来越关注，而空气中温湿度的变化与人体的舒适度和情绪都有直接的影响，所以对温度、湿度的检测及控制就非常有必要了。总之，环境温湿度的检
11、测与调节仪器的设计和开发具有非常大的市场前景和实用价值。本设计是基于西门子S7-200系列PLC为主要控制元件进行设计的，可编程控制器（PLC）是综合了计算机技术、自动控制技术的一种新型的、通用的自动控制装置。它具有功能强、可靠性高、使用灵活方便，易于编程及适应工业环境下应用等一系列优点，近年来的工业自动化、机电一体化、传统产业技术等方面应用越来越广，成为现代工业控制三大支柱之一。PLC的最终目标是用于实践，提高生产力。如今，应用PLC已经成为世界潮流，PLC将在我国得到更全面的推广应用。本文主要介绍了对环境的温湿度进行检测和显示装置的设计方法。此装置不仅可以显示环境的温湿度，还可以进行年、月
12、、日、时、分、秒的显示。随着工业化程度的不断提高，人们的时间观念越来越强，因此对时间及年月日的显示也是非常必要的，有比较大的现实意义。2第二章 系统简介及方案论证2.1 系统设计主要技术指标与参数1、能够比较精确地实现对环境温度的检测，测温范围-2585，可以提供1/4的精度。2、能够较精确地实现对环境湿度的检测，测量湿度范围为(0%100%)RH。3、能实现环境温湿度的同时显示，并能实现温湿度的报警。4、能够实现年、月、日、时、分、秒的显示，同时能进行任何时候数值的校正。5、设计出传感器的接线电路，显示器的连接电路，PLC 接线图，梯形图，指令表及元器件的选择与计算。6、用 DXP画图软件画
13、出整张电路图。2.2 设计方案的论证PLC与其他微型计算机相比,更适于在恶劣的工业环境中运行,且数据处理功能大大增强, 具有强大的功能指令，编程也极为方便简单编程指令具有模块化功能,能够解决就地编程、监控、通讯等问题。PLC 的梯形图语言清晰、直观、可读性强, 易于掌握.PLC 具有丰富的功能指令，能实现加减乘除四则运算及数据传送比较移位等功能，还具有实时时钟指令，可方便的实现定时及时间和年月日的设置与显示。系统总原理框图如下图1所示。温度传感器湿度传感器按钮开关PLC显 示装 置3图2.1 系统总原理框图PLC的主要优点可概括如下:1、高可靠性(1)所有的输入接口电路均采用光电隔离，使工业现
14、场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。(2)各个输入端口均采用RC滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms。(3)各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。(4)采用性能优良的开关电源。(5)对采用的器件进行严格的筛选。(6)良好的自诊断功能，一旦电源或其他软、硬件发生异常情况，CPU立即采取有效措施，以防止故障扩大。2、丰富的I/O接口模块PLC针对不同的工业现场信号，如:交流或直流;开关量或模拟量;电压或电流;脉冲或电位;强电或弱电等。有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如:按钮;行程开关;接近开关;传感器及变送器;电磁线圈;控制阀等直接连接。另外，为了提高操作性能，它还有多种人机对
15、话的接口模块;为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块等等。3、采用模块化结构为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。4、编程简单易学PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。5、安装简单，维修方便4PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可
16、投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。6、兼容性强，可操作度高PLC系统硬件全面，可与多种器件搭配使用，如TD200文本显示器、VOP系列人机界面，各种温度、压力、湿度传感器。这使得其功能无比强大，可以针对任何问题做出实物系统。5第三章 可编程控制器概述3.1 PLC的 系 统 组 成 与 工 作 原 理3.1.1 PLC的组成结构PLC本质上是一台用于控制的专用计算机，因此它与一般的控制机在结构上有很大的相似性。PLC 的主要特点是能力，也就是说，它的基本结构主要
17、是围绕着适宜于过程控制的要求来进行设计的。按结构形式的不同，PLC 可分为整体式和组合式两类。整体式 PLC是将中央处理单元(CPU)、存储器、输入单元、输出单元、电源、通信接口等组装成一体，构成主机。另外还有独立的 I/O扩展单元与主机配合使用。主机中，CPU 是 PLC的核心，I/O 单元是连接 CPU与现场设备之间的接口电路，通信接口用于 PLC与编程器和上位机等外部设备的连接。组合式 PLC将 CPU单元、输入单元、输出单元、智能 I/O单元、通信单元等分别做成相应的电路板或模块，各模块插在底板上，模块之间通过底板上的总线相互联系。装有 CPU单元的底板称为 CPU底板，其它称为扩展底
18、板。CPU底板与扩展底板之间通过电缆连接，距离一般不超过 10m。3.1.2 PLC的扫描工作原理与其它计算机系统相同，PLC 的 CPU采用分时操作原理，每一时刻执行一个操作，随时间顺序执行各个操作。这种分时操作进程称为 CPU对程序的扫描。PLC上电后，首先进行初始化，然后进入循环工作过程。一次循环可归纳为五个工作阶段，各阶段完成的任务如下：公共处理。复位监控定时器(WDT)，进行硬件检查，用户内存检查等。检查正常后，方可进行下面的操作。如果有异常情况，则根据错误的严重程度发出报警或停止 PLC运行。I/O刷新。输入刷新时，CPU 从输入电路中读出各输入点状态，并将此状态写入输入映象寄存器
19、中;输出刷新时，将输出继电器的元件映象寄存器的状态传送到输出锁存电路，再经输出电路隔离和功率放大，驱动外部负载。执行用户程序。在程序执行阶段，6CPU按先左后右，先上后下的顺序对每条指令进行解释、执行，CPU 从输入映象寄存器和输出映象寄存器中读出各继电器的状态，根据用户程序给出的逻辑关系进行逻辑运算，运算结果再写入输出映象寄存器中。外 设 端 口 服 务 。 完 成 与 外 设 端 口 连 接 的 外 围 设 备 (如 编 程 器 )或 通 讯适 配 器 的 通 信 处 理 。3.1.3 PLC的常用指令ASCII码转换指令有效的 ASCII码字符为十六进制的 30到 39和 41到 46。
20、在 ASCII码和十六进制数之间相互转换 ASCII码转十六进制数指令（ATH）将一个长度为 LEN从 IN开始的 ASCII码字符串转换成从 OUT开始的十六进制数。十六进制数转 ASCII码指令（HTA）将从输入字节 IN开始的十六进制数，转换成从 OUT开始的ASCII码字符串。被转换的十六进制数的位数由长度 LEN给出。能够被转换的 ASCII码字符串或者十六进制数的最大数量为 255。有效 ASCII码输入有效的 ASCII码输入字符是 0到 9的十六进制数代码值 30到 39，和大写字符 A到 F的十六进制数代码值 41到 46这些字母数字字符。使 ENO=0的错误条件：H SM1
21、.7（非法的 ASCII码）只对 ATH有效H 0006（间接寻址）H 0091（操作数超出范围）受影响的 SM标志位：H SM1.7（非法的 ASCII码）将数值转为 ASCII码整数转 ASCII码（ITA） 、双整数转 ASCII码（DTA）和实数转 ASCII码（RTA）指令，分别将整数、双整数或实数值转换成 ASCII码字符。表 6-18 ASCII码转换指令的有效操作数输入/输出 数据类型 操作数IN BYTE IB、QB、VB、MB、SMB、SB、LB、*VD、*LD、*ACINT IW、QW、VW、MW、SMW、SW、LW、T、C、AC、AIW、*LD、*AC、常数DINT I
22、D、QD、VD、MD、SMD、SD、LD、AC、HC、*VD、*LD、*7数REALID、QD、VD、MD、SMD、SD、LD、AC、*VD、*LD、*AC、LEN、FMT BYTE IB、QB、VB、MB、SMB、SB、LB、AC、*VD、*LD、*AC、OUT BYTE IB、QB、VB、MB、SMB、SB、LB、*VD、*LD、*AC整数转 ASCII码指令的操作数整数转 ASCII码（ITA）指令将一个整数字 IN转换成一个 ASCII 使 ENO=0的错误条件：码字符串。格式 FMT指定小数点右侧的转换精度和小数点是使 H 0006（间接寻址）用逗号还是点号。转换结果放在 OUT指定
23、的连续 8个字节中。H 非法的格式H nnn5ASCII码字符串始终是 8个字节。整数转 ASCII码指令的格式操作数如图 6-15所示。输出缓冲区的大小始终是 8个字节，nnn 表示输出冲区中小数点右侧的数字位数。nnn 的合理范围是 0到 5。将小数点右侧的位数定为 0，使得所显示数值没有小数点。对于 nnn大于 5的情况，输出缓冲区会被空格键的 ASCII码填冲。c 指定是用逗号（c=1）或者点号（c=0）作为整数和小数的分隔符。高 4位必须为 0。图 6-15中给出了一个数值的例子，其格式为使用点号（c=0） ，小数点右侧有三位小数（nnn=011） 。输出缓冲区的格式符合以下规则：-
24、 正数值写入输出缓冲区时没有符号位。- 负数值写入输出缓冲区时以负号（-）开头。- 小数点左侧的开头的 0（除去靠近小数点的那个之外）被隐藏。- 数值在输出缓冲区中是右对齐的。FMT输出 输出输出 输出 输出 输出 输出输出MSB LSB +1 +2 +3 +4 +5 +6 +77 6 543 210 输入=12 0 . 0120 0 00c nnn 输入=-123 - 0 . 1 238输入=1234 1 . 234c=逗号（1）或者点号（0）nnn=小数点右侧的位数输入=-12345 - 1 2 . 345图 6-15 整数转 ASCII码（ITA）指令的 FMT操作数双整数转 ASCII
25、码指令操作双整数转 ASCII码（DTA）指令将一个双字 IN转换成一个 使 ENO=0的错误条件：ASCII码字符串。格式操作数 FMT指定小数点右侧的转换精 H 0006（间接寻址）度。转换结果存储在从 OUT开始的连续 12个字节中。H 非法的格式H nnn5输出缓冲区的大小总是 12个字节。图 6-16描述了双整数转 ASCII码指令的格式操作数。nnn 表示输出缓冲区中小数点右侧的数字位数nnn的合理范围是 0到 5。将小数点右侧的位数定为 0，使得所显示的数值没有小数点。对于 nnn大于的情况，输出缓冲区会被空格键的 ASCII码填冲。c 指定是用逗号（c=1）或者点号（c=0）作
26、为整和小数的分隔符。高 4位必须为 0。图 6-16中给出了一个数值的例子，其格式为使用点号（c=0） ，小数点右侧有四位小数（nnn=100） 。输出缓冲区的格式符合以下规则：- 正数值写入输出缓冲区时没有符号位。- 负数值写入输出缓冲区时以负号（-）开头。- 小数点左侧的开头的 0（除去靠近小数点的那个之外）被隐藏。- 数值在输出缓冲区中是右对齐的。FMT输出输出输出 输出输出输出输出输出输出输出 输出 输出MSB LSB+1 +2 +3 +4 +5 +6 +7 +8 +9 +10 +1197 6 543 210输入=-12 - 0 . 0 01 20 0 00c nnn输入=123456
27、7 123 . 45 67c=逗号（1）或者点号（0）nnn=小数点右侧的位数图 6-16 双整数转 ASCII码（DTA）指令的 FMT操作数实数转 ASCII码指令操作实数转 ASCII码指令（RTA）将一个实数值 IN转为 ASCII码字符 使 ENO=0的错误条件：串。格式操作数 FMT指定小数点右侧的转换精度，小数点是用 H 0006（间接寻址）逗号还是用点号表示和输出缓冲区的大小。H nnn5转换结果存储在从 OUT开始的输出缓冲区中。 H ssss5）图 6-19是对整数转字符串指令中格式操作数的描述。输出字符串的长度总是 8个字符。nnn 表示输出缓冲区中小数点右侧的数字位数。
28、nnn 的合理范围为 0到 5。将小数点右侧的位数定为 0，使得所显示的数值没有小数点。如果 nnn的值大于 5，输出是由 12个空格键的 ASCII码组成的字符串。c 指定是用逗号（c=1）或者点号（c=0）作为整数和小数的分隔符。格式操作数的高 4位必须为 0。图 6-19中给出一个数值的例子，其格式为：使用点号（c=0）并且小数点后保留 4位小数。OUT 的值为字符串的长度。输出缓冲区的格式符合以下规则：- 正数值写入输出缓冲区时没有符号位。- 负数值写入输出缓冲区时以负号（-）开头。- 小数点左侧的开头的 0（除去靠近小数点的那个之外）被隐藏。- 数值在输出缓冲区中是右对齐的。实数转字
29、符串指令操作实数转字符串指令（RTS）将一个实数值 IN转换为一个 ASCII 使 ENO=0的错误条件：码字符串。格式操作数 FMT指定小数点右侧的转换精度和使用 H 0006（间接寻址）11逗号还是点号作为小数点。H 0091（操作数超出范围）转换结果放在从 OUT开始的一个字符串中。结果字符串的长度 H 非法的格式由格式操作数给出，它可以是 3到 15个字符。要得到更多信 nnn 5息，请参见第 4章字符串的格式一节。 ssss =I”指令。2. 按住鼠标左键将比较指令拖到第二个程序段中。3. 单击触点上方的“?” ，输入定时器号：T33。4. 按回车键确认后，光标会自动移动到比较指令下
30、方的比较值参数。5. 在该处输入比较值 406. 按回车键确认。输出指令的输入步骤如下：1. 双击位逻辑图标，显示位逻辑指令并选择输出线圈。2. 按住鼠标左键将输出线圈拖到第二个程序段中。3. 单击线圈上方的“?” ，输入地址：Q0.0。4. 按回车键确认。输入程序段 3：定时器复位当计时值到达预置时间值（100）时，定时器触点会闭合。T33 闭合会使 M0.0置位。由于定时器是靠M0.0的常闭触点启动的，M0.0 的状态由 0变 1会使定时器复位。输入触点 T33的步骤如下：181. 在位逻辑指令中选择常开触点。2. 按住鼠标左键将触点拖到第三个程序段中。3. 单击触点上方的“?” ，输入地
31、址：T33。4. 按回车键确认。输入线圈 M0.0的步骤如下：1. 在位逻辑指令中选择输出线圈。2. 按住鼠标左键将输出线圈拖到第三个程序段中。3. 双击线圈上方的“?” ，输入地址：M0.0。4. 按回车键确认。存储例子程序在输入完以上三个程序段后，您就已经完成了整个例子程序。当您存储程序时，您也创建了一个包括S7-200 CPU类型及其它参数在内的一个项目。保存项目：1. 在菜单条中选择菜单命令 File Save As。2. 在 Save As对话框中输入项目名。3. 点击 Save存储项目。项目存储之后，您可以下载程序到 S7-200。下载例子程序1. 您可以点击工具条中的下载图标或者
32、在命令菜单中选择 File Download来下载程序。2. 点击 OK下载程序到 S7-200。如果您的 S7-200处于运行模式，将有一个对话提示您 CPU将进入停止模式。单击Yes将 S7-200置于 STOP模式。将 S7-200转入运行模式如果想通过 STEP 7-Micro/WIN软件将 S7-200转入运行模式，S7-200 的模式开关必须设置为 TERM或者 RUN。当 S7-200处于 RUN模式时，执行程序：1. 单击工具条中的运行图标或者在命19令菜单中选择 PLC RUN。2. 点击 Yes切换模式。当 S7-200转入运行模式后，CPU 将执行程序使 Q0.0的 LE
33、D指示灯时亮时灭。3.2 PLC的 发 展 趋 势目前的可编程控制器有以下几个方面的发展趋势：(1)向小型化、专用化方向发展。当前开发出许多简易、经济、超小型可编程控制器，以使用于单机控制和机电一体化，真正成为继电器的替代品。(2)向大型化、复杂化、高功能、分散型、多层分布式工厂自动化网络方向发展。可编程控制器输入输出容量已超过 32K，扫描速度小于 1mS/千步。（3）编程语言和编程工具朝着标准化和高级化方向发展。可编程控制器问世时间虽然不长，但已步入成熟阶段。这种工业专用微机系统是高精技术普及化的典范，使计算机进入工业各行业，使机械设备和生产线控制更新换代。可编程控制器将成为工业控制的主要
34、手段和重要的基础控制设备。20第四章 系统的硬件方案与设计4.1 传 感 器 的 选 型 与 设 计传感器是本设计最重要的部件之一，它的选取好坏对整个系统而言，非常重要。现在生产传感器的公司很多，所研制的传感器类型也很多，但其性能差异并不很大。本设计在选择传感器上掌握的基本原则是稳定性好，价格低廉，使用方便。4.1.1 集成温度传感器介绍与选型目前主要采用近年来发展最快的半导体集成温度传感器,它内部采用差分对管等线性化技术及激光校准手段等,测温电路十分简单可靠。这类传感器在生产时已经校准,可省去标定工序,大大地方便了用户的使用。它有多种输出:如电流型、电压型、PWM 型、数字型等可供用户选择。
35、本论文着重分析电流型、电压型集成温度传感器主要特点及一些典型应用。1. 集成温度传感器LM35概述LM35概述LM35系列适合用密封的TO-46晶体管封装，而LM35C就适合于塑料TO-92晶体管封装它们有如下的特点:(1)直接用摄氏温度校准;(2)线性+l0.mV/比例因数;(3)保证0.5精度(在+25时);(4)-55+150额定范围;(5)适用于遥控设备;(6)因晶体片微调而低费用;(7)工作在430V; (8)小于60A漏泄电流;（9）较低自热，在静止空气中0.08; (10)只有1/4非线性值:(11)低阻抗输出1mA:负载时0.1。参数:电源电压:+35V-0.2V输出电压:+6
36、V-1.0V输出电流:l0mA输出阻抗：1mA负载时0.1漏泄电流：小于60A21比例因数：线性+10.0mV/特定工作温度范围:LM35,LM35A为-55+150;LM35C,LM35CA为-40+110；LM35D为0+100。LM35工作原理LM35系列的内部框图如图2所示。由VT1、VT2构成了温度传感器，二者的发射结面积之比为10:1。A2是电压放大器。R1、R2分别为VT1和VT2发射结压降的取样电阻。VD是电流源的温度补偿二极管。由VT3和R3、R4组成了发射极输出式电路。其工作原理是利用在不同电流密度下的晶体管VT1、VT2的发射结正向压降之差 ，作为基本的温度敏感元件，经过
37、变换后，在 端获得与摄氏温BEU0U度成正比的电压输出信号。输出电压的电压温度系数 =10mV/。利用下列公VK式可计算出被测温度t()：图4.1 LM35系列的内部框图公式（4-1）001/VUKtmCt LM35基本应用电路由 LM35系列构成的简易型摄氏温度传感电路，分别如图 3（a） （b）所示.(a)图所示电路的测温范围是+2+150， （b）图示出的电路测量满量程（-55+150）的摄氏温度。为测量负温度值，需要采用双电源供电，在输出端接上电阻 R,R的下端接负电源-Us。R 值由下式确定：23 1AA2231 A1VT110EVT22N930R1VDV?1R2=nR1R4=R3/
38、8R3VT3USU022LM35VD2IN914VD1IN914-+U0UsGNDR18K+UsLM35Vout(+4 20V)0m V+10m V/ LM35 U0VccGNDR100K-VccR=-Us/50A 公式（4-2）举例说明，当 Us=+5V,-Us=-5V时，R=100k。此时，当天=-55时，Uo=-55mV；当 t分别为+25、+150时，Uo 依次为 250mV和 1500mV。图 4.2（a） 图 4.2（b）采用单电源供电时为获得负电源，可在 LM35的 GND与公共地址之间，串入两只 IN914型硅二极管 VD1、VD2，以提供-1.4V 的负电源。电路如图 4所示
39、，测温范围-55+150。图 4.3 单电源供电时全范围测温电路为了满足系统的设计要求，经过比较和选择认为LM35型号的集成温度传感器更加适合本系统的设计。此传感器采用己知温度系数的基准源作为温敏元件。芯片内部则采用差分对管等线性化技术，实现了温敏传感器的线性化，也提高了传感器的精度与热敏电阻、热电偶等传统传感器相比，具有线性好、精度高、体积小、校准方便、价格低、外围电路简单等特点，非常适合本系统温度采集的测量工作。23L M 35 U 0V c cG N DR100K-V c c为了实现-2555的温度测量范围，采用LM35的全温度测量接线方法，具体的接线图如图5所示图4.4 设计接线图图中
40、：电阻R的阻值按照R=Vcc/50mA来选择电路的输出电压与温度的线性关系为：1)环境温度150,U =1500mV； 02)环境温度25，U =250mV； 03)环境温度-55，U =-550mV 0由于所测量的温度范围是-2555 。所以，在实际应用电路中的电压信号的输出量值在-0.25V0.55V之间。4.1.2 集成湿度传感器介绍与选型1.湿度的概念湿度是表示空气中水蒸气含量多少的尺度。在物理学和气象学中，大气湿度的表示方法是多种多样的，而且都有各自的物理量和相应单位。在诸多方法中，习惯使用的是绝对湿度和相对湿度。绝对湿度：绝对湿度定义为在每立方米湿空气中，在标准状态下所含水蒸汽的质
41、量，以字符表示，单位 。再由气体状态方程式 可3g/mnnPURT得24公式（4-3）nnnPP102.169RT473.5t式中 为空气中水蒸气的分压力(帕)；T为空气中的干球绝对温度(K)；t为n空气中干球的摄氏温度()； 为水蒸气的气体常数， =461。nRnR相对湿度:相对湿度是指空气中水蒸气分压力 与同温度下饱和水蒸汽压P力 之比值。用r表示相对湿度为：bP公式（4-4）nbPr10%2.集成湿度传感器介绍选择集成湿度传感器应考虑以下几点：感湿性能好、灵敏度高、响应速度快、测量范围宽，要有较好的一致性、可重复性，线性度要好、湿滞小较高的稳定性和可靠性，有较强的抗污染能力、使用寿命长。
42、目前，国外生产集成湿度传感器的主要厂家及典型产品分别为Honeywell公司（HIH-3602、HIH-3605、HIH-3610型） ，Humirel公司（HM1500、HM1520、HF3223、HTF3223型） ，Sensiron公司（SHT11、SHT15型） 。3.湿度传感器选择及电路设计由于HM1500湿度传感器的精度较高，测量范围大，反应时间较快，温度依赖性比较低，长期稳定性能好，用户使用方便，价格实惠，是性价比极高的一款集成湿度传感器，故本方案采用HM1500做为湿度测量的传感器。HM1500是法国Humirel公司于2002年推出的一种基于硬质封装的HS1101湿敏电容的电
43、压输出式集成湿度传感器。它将侧面接触式湿敏电容与湿度信号调理器集成在一个模块中，集成度高，有很小的易于安装的接头，因此不需要外围元件，使用非常方便。其主要特点是采用恒压供电，输出与相对湿度呈比例关系的伏特级电压信号，响应速度快，对温度的依赖性非常低，可靠性与长期稳定性高，互换性好，专利的固态聚合物结构，浸水无影响，长时间处于饱和状态后能快速脱湿，抗污染能力强。一、HM1500的性能特点：内部包含由湿敏电容构成的桥25HM1500 桥 式振荡电路低 通滤波器放大器式振荡器、低通滤波器和放大器，能输出与相对湿度成线性关系的直流电压信号，输出阻抗为70，适配带ADC的单片机。HM1500属于通用型湿
44、敏传感器，测量范围是（0%100%）RH，输出电压范围是+1V+4V。相对湿度为55%时的标称输出电压为2.48V。测量精度为3%RH，灵敏度为+25mV/RH，温度系数为0.1%RH/，湿度迟滞为1.5%RH，响应时间为5s。产品的互换性好，抗腐蚀性强。不受水凝结的影响，长期稳定性指标为0.5%RH/年。采用+5V电源（允许范围是+4.75V+5.25V） ，工作电流为0.4mA（典型值），漏电流300A。工作温度范围是-30+60。二、HM1500的工作原理：HM1500采用恒压供电，内置放大电路，能输出与相对湿度呈比例关系的伏特级电压信号，响应速度快、重复性好、抗污染能力强。HM1500
45、的测湿元件选用湿敏电容HS1101，在一个有机玻璃或玻璃片上首先用扩散法制作两个电极，然后涂上有机膜作为介质，形成一个电容器件。当外界相对湿度变化时，感湿膜能吸附和释放水汽分子，引起其介电常数发生变化，从而使元件电容量改变。利用电容量与相对湿度的函数关系即可测量湿度。内部电路框图如图6。HM1500的输出电压与相对湿度的响应曲线如图7。运用最小二乘法可以求出其输出电压与相对湿度之间的关系：=1.079+0.2568RH 公式（4-5）0UU。图4.5 HM1500工作原理26图4.6 HM1500的输出电压与相对湿度的响应曲线在（10%95%）RH范围内， 时，输出电压与相对湿度的对应关AT23C系见表4.1。表4.1 HM1500的 与RH的对应关系( )0UAT23CRH/(%) 10 15 20 25 30 35 40 45 50/V0U1.325 1.465 1.600 1.735 1.860 1.990 2.110 2.235 2.360RH/(%) 55 60 65 70 75 80 85 90 95/V02.480 2.605 2.370 2.860 2.990 3.125 3.260 3.405 3.555当 时，可按下式对读数值加以修正：AT23C 公式（4-6）RH3A12.4(T)e下图为HM1500内部电路图，
