摘要：環(huán)境濕度測(cè)試儀由濕敏電容hs1100，濕度頻率轉(zhuǎn)換器件ne555，基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生及分頻器cc4060，頻率電平轉(zhuǎn)換器件cd4013等電路組成。環(huán)境濕度的變化會(huì)引起濕敏電容hs1100容量的改變，使ne555輸出信號(hào)頻率由常態(tài)的6667hz左右降低為6189hz，此頻率送到計(jì)數(shù)器cc4060u2經(jīng)十二分頻輸出，同時(shí)另一塊計(jì)數(shù)器cc4060u1通過(guò)調(diào)節(jié)定時(shí)元件可以產(chǎn)生6000hz～17000hz的頻率信號(hào)，也經(jīng)過(guò)十二分頻輸出，當(dāng)我們調(diào)節(jié)定時(shí)電位器rpi使cc4060u1產(chǎn)生的頻率剛好略大于6189hz，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于6667hz時(shí)，就可以在環(huán)境濕度過(guò)大時(shí)輸出高電平信號(hào)，啟動(dòng)報(bào)警或增干電路工作。
關(guān)鍵詞：濕度測(cè)試儀；cc4060；頻率；ne555
隨著科技的發(fā)展，社會(huì)需要能夠自動(dòng)控制的監(jiān)測(cè)設(shè)備，環(huán)境濕度測(cè)試儀就是一種用于環(huán)境濕度自動(dòng)監(jiān)測(cè)控制的設(shè)備。本文介紹基于計(jì)數(shù)器cc4060等構(gòu)成的環(huán)境濕度測(cè)試儀，電路簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確，精度高。
1、電路構(gòu)想
1．1組成框圖
本文環(huán)境濕度測(cè)試儀的組成框圖如圖1所示，它由濕度監(jiān)測(cè)器件，濕度頻率轉(zhuǎn)換器件，基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生電路，頻率電平轉(zhuǎn)換電路，輸出控制電路等組成。
1．2器件選擇及原理構(gòu)思
濕度監(jiān)測(cè)部分采用高分子薄膜式濕敏電容hs1100，具有不需校準(zhǔn)的*互換性，能瞬時(shí)退飽和。相對(duì)濕度在0％～100％rh范圍內(nèi)，電容量由162pf變到200pf，其誤差不大于±2％rh，響應(yīng)時(shí)間小于5s，在55％rh、25℃、10khz條件下，其典型標(biāo)稱(chēng)電容為180pf，供電電壓一般選5v，工作溫度-40℃～100℃。hs1101用做濕度傳感器時(shí)，測(cè)量電路有兩種設(shè)計(jì)方案，一種是線性電壓輸出式，比例系數(shù)為正值；另一種是線性頻率輸出式，比例系數(shù)為負(fù)值。本設(shè)計(jì)采用的是頻率輸出式。
濕度頻率轉(zhuǎn)換電路采用ne555定時(shí)器，成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。本電路其與濕敏電容hs1100和電阻等構(gòu)成多諧振蕩器，通過(guò)恰當(dāng)設(shè)置電路中的電阻值，輸出方波，實(shí)現(xiàn)濕度監(jiān)測(cè)量向頻率信號(hào)的轉(zhuǎn)換，通過(guò)頻率信號(hào)的高低我們就可以得知環(huán)境濕度是否正常。
基準(zhǔn)頻率振蕩器和頻率電壓轉(zhuǎn)換器都采用十四位串行計(jì)數(shù)器cc4060，它采用cnos制作工藝、標(biāo)準(zhǔn)dip-8封裝的14位二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)／分頻器集成電路，振蕩器的結(jié)構(gòu)可以是rc或晶振電路。cc4060復(fù)位端為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零且振蕩器使用無(wú)效；復(fù)位端為低電平時(shí)，由外接的振蕩定時(shí)元件控制產(chǎn)生一定頻率的信號(hào)，并可以輸出4分頻到10分頻，12分頻到14分頻的脈沖信號(hào)。本電路的基準(zhǔn)頻率振蕩器由cc4060及其定時(shí)元件組成，產(chǎn)生的頻率信號(hào)經(jīng)12分頻后送至d觸發(fā)器，為d觸發(fā)器提供時(shí)鐘脈沖。頻率電壓轉(zhuǎn)換器則利用的是cc4060的分頻功能，將ne555定時(shí)器輸出的頻率信號(hào)送至cc4060，經(jīng)12分頻后輸出至d觸發(fā)器輸入端，根據(jù)環(huán)境是否潮濕產(chǎn)生相應(yīng)的電平，驅(qū)動(dòng)d觸發(fā)器工作輸出控制電平。
輸出控制電路可以根據(jù)實(shí)際需要采取相應(yīng)的電路，本電路的輸出控制部分由三極管控制繼電器實(shí)現(xiàn)，d觸發(fā)器輸出的高電平，使三極管導(dǎo)通驅(qū)動(dòng)繼電器動(dòng)作，產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)或驅(qū)動(dòng)干燥電路工作，使環(huán)境濕度恢復(fù)到正常值范圍。
2、電路實(shí)施及參數(shù)選擇
2．1濕度監(jiān)測(cè)及濕度頻率轉(zhuǎn)換電路（圖2）
c是濕敏電容hs1100，容量會(huì)隨著環(huán)境濕度的變化而改變，使②腳和⑥腳的充放電時(shí)間常數(shù)發(fā)生變化，改變③腳的輸出信號(hào)的頻率，實(shí)現(xiàn)環(huán)境濕度的變化轉(zhuǎn)換為頻率的變化，由非電量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏?。⑤腳外接電阻r3的阻值為910kω，與集成電路內(nèi)接的電阻5kω相差很大，所以一般基準(zhǔn)電壓就可以認(rèn)為是電源電壓vcc，r1的阻值50kω，濕敏電容常態(tài)下為180pf，r2的阻值一般為576kω左右，可根據(jù)調(diào)試的需要串聯(lián)電位器，實(shí)現(xiàn)*的控制精度。由以上數(shù)值可算出③腳常態(tài)下輸出的脈沖周期t=（r1+2r2）cln2，為0．15ms左右，則頻率在6667hz左右，當(dāng)環(huán)境濕度增大為90％rh時(shí)，頻率會(huì)減少到6186hz左右，引起后續(xù)電路動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)增干和報(bào)警。
2．2基準(zhǔn)頻率振蕩器（圖3）
基準(zhǔn)頻率產(chǎn)生電路主要由十四位串行計(jì)數(shù)器cc4060實(shí)現(xiàn)，cc4060⑨⑩腳外接基準(zhǔn)頻率定時(shí)元件，產(chǎn)生信號(hào)由腳送入cc4060，本電路c1為0．01ωf，r4為2．7kω，rp1為4．7kω電位器，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器，可以產(chǎn)生周期為0．0594ms～0．1628ms，頻率為16．8khz～6khz信號(hào)（f=1／2．2（rp1+r4）c1），此信號(hào)經(jīng)12分頻后可以得到4hz～1．5hz的頻率，由①腳輸出，進(jìn)入d觸發(fā)器cd4013③腳，為頻率電平轉(zhuǎn)換提供時(shí)鐘脈沖。q1、q2兩個(gè)三極管構(gòu)成線與電路，正常工作時(shí)q1或q2有一個(gè)導(dǎo)通，則復(fù)位端腳為低電平，計(jì)數(shù)器正常工作，當(dāng)⑦腳4分頻輸出和①腳12分頻輸出同時(shí)為高電平時(shí)，q1和q2同時(shí)輸出高電平，計(jì)數(shù)器清零，重新開(kāi)始計(jì)數(shù)，這個(gè)電路主要保證監(jiān)測(cè)電路工作一段時(shí)間（0．33ms～1ms）自動(dòng)清零一次，避免長(zhǎng)時(shí)間出現(xiàn)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤影響電路正常工作。r5、r6一般都為10kω，r7為47kω，d1為1n4148，q1、q2為1015。
2．3頻率電壓轉(zhuǎn)換電路（圖4）
頻率電壓轉(zhuǎn)換電路主要由十四位串行計(jì)數(shù)器cc4060和四d觸發(fā)器cd4013組成，由ne555③腳送來(lái)的頻率信號(hào)，由cc4060u2的腳送入計(jì)數(shù)器，經(jīng)十二分頻后由①腳輸出，常態(tài)頻率為1．6hz，濕度增大到90％rh時(shí)，頻率降為1．5hz，送至d觸發(fā)器cd4013⑤腳，同時(shí)輸出高電平使q3導(dǎo)通，鎖存進(jìn)入的信號(hào)電平，阻止后面的脈沖信號(hào)再次進(jìn)入cc4060u2，防止出現(xiàn)干擾，d觸發(fā)器在cc4060u1的時(shí)鐘脈沖（頻率為4hz～1．5hz）控制下，在cd4013①腳輸出高電平，控制繼電器工作，帶動(dòng)報(bào)警或增干電路工作。d觸發(fā)器工作與否顯然取決于cc4060u1送入的時(shí)鐘脈沖，u1和u2輸出的脈沖下限頻率是一樣的，這顯然無(wú)法控制d觸發(fā)器正常工作，這就需要我們?cè)谡{(diào)試的過(guò)程中，輕微調(diào)節(jié)rp1，使cc4060u1輸出的時(shí)鐘頻率稍高于1．5hz，但低于1．6hz（對(duì)著濕敏電容吹氣增回濕度的方法調(diào)試），就能保證電路在常態(tài)時(shí)d觸發(fā)器不工作，當(dāng)濕度超過(guò)90％rh時(shí)，d觸發(fā)器輸出高電平，驅(qū)動(dòng)后面電路工作。r9為2．2kω，r10為10kω，r11可以和r7合為一個(gè)電阻，q3為1815。
2．4輸出控制電路
輸出控制電路采用三極管驅(qū)動(dòng)繼電器實(shí)現(xiàn)，將cd4013①腳輸出的電平信號(hào)送至npn型三極管1815的基極。常態(tài)時(shí)，cd4013①輸出低電平，三極管截止，繼電器釋放；當(dāng)濕度超過(guò)規(guī)定量時(shí)，cd4013輸出高電平，三極管導(dǎo)通，繼電器吸合，報(bào)警和增干電路工作。
3、結(jié)束語(yǔ)
用濕敏電容hs1100、十四位串行計(jì)數(shù)器cc4060、d觸發(fā)器cd4013等組成的環(huán)境濕度測(cè)試儀，具有操作簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，體積小，精度高等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于一般的電子愛(ài)好者都可以輕松調(diào)試成功。