3位数字电压表

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,科技创新实践,课程介绍,一、课程简介,设立科技创新实践课程的目的是为了培养和提高学生的实践能力,动手能力,创新精神和创造能力,为学生参加校内外的各类科技创新实践活动提供必要的准备,为毕业后参加科研打下坚实的基础,.,(,包括专利申请文件,),为目标的实践性专业选修课。本课程是电类专业本科学生的一门专业实践性课程，主要针对我校电子信息类专业各年级的学有余力、乐于创新的本科生。通过本课程的学习和实践，能够培养学生良好的创新精神和创新能力，加深并扩大所学的理论知识范围，强化学生运用基本理论分析和处理实际问题的能力，同时有助于学生养成实事求是，一丝不苟，严谨的科学态度和独立工作能力。,1,二、本课程的主要内容,主要介绍创新实践中常用的模拟电子、数字电子、传感器等方面的基本知识，设计与制作的注意事项等；介绍创新思维技巧、选题与方案设计技巧、系统连调技巧等。结合稳压电源设计、数据采集模块设计、液晶显示模块设计、温度测量电路设计、步进电极驱动电路设计等具体课题，对学生进行创新实践活动的基本训练。,如果学生感兴趣的话，也可以介绍一些关于专利的基础知识（例如专利的检索，专利的种类，专利的的申请等）。,2,学生要结合学校开展的电子设计大赛、挑战杯、科技立项等课外创新实践活动,每人,(,或每组,),选择一个题目，根据实际题目，查阅文献资料，独立地提出实现方案,设计出具体电路,然后购买材料,搭接电路,利用实验室的仪器设备，进行制作调试,.,学生在老师指导下，最终要完成一件具有一定创新特色的作品,还要提交科研报告,报告要包括摘要、前言、方案论证、系统框图、电路图、测试结果、总结（含心得体会）、参考资料等。,3,简易湿度测量仪的设计与制作,1.,设计任务,:,设计一个简易湿度测量仪,用来测 量空气的湿度,.,2.,技术指标,:,湿度测量范围：,5%RH95%RH,，测湿精度：,2%RH,3.,测量结果用数字显示,在工业生产中，湿度的测控直接关系到产品的质量。精密仪器、半导体集成电路与元器件制造场所，湿度的测控尤显得更加重要。此外，湿度测控在气象预报、医疗卫生、食品加工等行业都有广泛的应用。,4,一,.,湿度的表示方法,空气中含有水蒸气的量称为湿度。湿度的表示方法有很多，主要有质量百分比和体积百分比、相对湿度和绝对湿度、露点（霜点）等表示法。,1,相对湿度：水蒸气压是在一定的温度条件下，混合气体中存在的水蒸气分压（,e,）。而饱和蒸汽压是指在同一温度下，混合气体中所含水蒸气压的最大值（,e,）。温度越高，饱和水蒸汽压越大。在某一温度下，待测气体中的水蒸汽分压与相同温度下水的饱和水蒸汽压的百分比，称为相对湿度，用,%RH,表示,它是一个无量纲的量，其表示式为：,%RH=(e/es)100%,式中的,e,表示待测气体中的水中蒸汽分压；,es,表示待测气体中的饱和水蒸汽压。,5,2.,绝对湿度,:,绝对湿度表示单位体积内，空气中所含水蒸汽的质量，用,AH,表示。其定义为：,AH,=(m/V) ,单位是克,/,立方米,-,g/M3,式中，,m,待测空气中水蒸汽的质量,V-,待测空气的总体积,v,-,待测空气的绝对湿度,6,二,.,湿度的测量,湿度传感器是能感受到外接湿度变化，并通过器件材料的物理或化学性质的变化，将湿度信号转化为有用信号的器件。对湿度传感器通常要求：在各种环境中稳定性好，响应时间短，寿命长，有互换性，耐污染和受温度影响小等。,有电容式和电阻式两种。在实际的测量中，对湿度传感器的电容值和电阻值进行直接测量并不方便，对其变化量的测量显得更为困难，所以不采用直接测量的方式，而是将电容信号或电阻信号转换成易于测量的电流、电压或频率信号。,湿度传感器种类繁多，可根据使用环境选择合适的传感器。下面我们介绍电容式高分子湿度传感器,HS1101,。,7,HS1101,高分子湿度传感器是,Humirel,公司的产品，常用在成本低的场合，比如：家电，农业大棚，办公自动化及工控系统。还可用于任何需要湿度补偿的场合。其特点是：长期饱和后可迅速恢复；高可靠性和长期稳定性；专利固态多聚酯结构；快速响应；可以电压或频率输出等。,HS1101,的典型性曲线如图,1,所示。,8,HS1101,的电容的拟和曲线公式：,C(pf)=C55%*(1.25*10,-7,RH,-3,-1.36*10,-5,RH2+2.19*10,-3,RH+9.01*10,-1,),（,2-1,）,通过,HS1101,的典型曲线图可见在要求不高的情况下，可以认为相对湿度,电容成线性关系。,9,10,1.,湿度,-,频率转换电路,可用,HS1101,将湿度变化转换为电容变化，再将电容的变化转换为频率信号的变化。本设计应用了由,7555,定时器组成的典型多谐振荡电路。,图,2,由,7555,定时器构成的振荡电路,R2,549K,R4,49.9K,R1,1732K,R3,1K,TRIG,2,Q,3,R,4,CVolt,5,THR,6,DIS,7,VCC,8,GND,1,U1,7555,+5,HS1101,F_out,11,555,型号,R1,R2,7555(Harris),1732K,549K,LMC555(National),1238K,562K,TLC555(Texas),909K,576K,TS555(STM),100nF,电容,523K,12,2.,频率,/,电压转换电路,将湿度信号转换为频率信号后，由于,A/D,转换器的输入信号是电压信号，所以必须将频率信号进一步转换为电压信号。,F/V,转换器可采用通用型,V/F(F/V),变换器,LM331,。,LM331,只有,8,个引脚，外围连接线路简单，可以工作在,4V-40V,电压范围内，,LM331,不仅能够作为,V/F,变换，亦可用作,F/V,变换,而且价格较低,. LM331,的主要性能参数如下：,1.,电压工作范围：,4V-40V,；,2.,频率工作范围：,1Hz-100kHz,；,3.,最大线性度：,0.01%,；,4.,低功耗：,Vs=5V,典型值为,15mW,。,本文采用了由,LM331,组成的,F/V,转换电路，如图,2-6,所示。该电路,F/V,线性度较好，温度系数低、功耗低以及动态范围宽等特点。,13,14,3.,湿度信号调理电路,LM331,输出的湿度信号不一定能满足显示器件的要求,例如要用,3,又,1/2,位数字式电压表显示,在湿度测量范围内,(0%RH100%RH),最好将湿度信号调整到,0100mV,或,01V,这样便于用,3,又,1/2,位数字式电压表的,0200mV,或,02V,档显示,.,可用下面给出的减法电路对湿度信号进行调整,.,15,图,4(a),的传递函数是,图,4(b),的传递函数是,16,三,.,注意事项,:,1.,高分子湿度传感器,HS1101,有两个引脚,其中有一个引脚,(,接底板的引脚,),要接地,.,2. 555,定时器、,LM331,、,LM324,等的直流供电电源要结合显示器件统一考虑,比如用单电源,+5V,+9V,+12V,等供电,用双电源,5V, 9V, 12V,等,最好不要超过,12V,。,这里我们建议用,+5V,或,+9V,电源供电,因为,LM324,既可以用双电源供电,也可以用单电源供电,.,而且,+5V,或,+9V,容易获得,.,3.,在湿度测量范围内,(0%RH100%RH),最好将湿度信号调整到,100mV,或,1V,满量程,这样便于用,3,又,1/2,位数字式电压表的,0-200mV,或,0-2V,档显示,. 100mV(,或,1V),对应着,100%RH,这时测湿灵敏度为,1mV/1%RH(,或,10mV/1%RH).,17,4,.,当集成运放的输出电压大,(,例如,5V,),而,3,又,1/2,位数字式电压表的量程小时,(,例如,2V,满量程,),这时可以在集成运放的输出端加由固定电阻和电位器组成的分压器加以调整,.,如下图所示,.,18,四,.,思考题,1.,什么是湿度传感器的响应时间,?,什么是湿度传感器的恢复时间,? HS1101,的响应时间和恢复时间各是多少,?,2. HS1101,是电容式传感器,它要受到连线分布电容的影响,这个问题如何解决,?,19,五,.,参考资料,1.,湿度传感器,HS1101,说明书,(Technical data, Data sheet):,2. LM331,说明书,(Datas heet),可查阅美国国家半导体公司,(National Semiconductor),网站,其工作原理可参阅阎石编 “数字电子技术基础” 第四版,P345-P347,3.,双积分式,A/D,转换器,ICL7106,ICL7107,的结构和工作原理,3,又,1/2,位数字式电压表的工作原理和使用方法,.,4.,王化祥,:,传感器原理及应用,(,第三版,),天津大学出版社,P231-P243,20,