基于CC4060環(huán)境濕度測(cè)試儀的設(shè)計(jì)

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6 667 Hz左右降低為6 189 Hz，此頻率送到計(jì)數(shù)器CC4060 U2經(jīng)十二分頻輸出，同時(shí)另一塊計(jì)數(shù)器CC4060 U1通過(guò)調(diào)節(jié)定時(shí)元件可以產(chǎn)生6 000 Hz～17 000 Hz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CC4060 U1產(chǎn)生的頻率剛好略大于6189Hz，且遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于6 667 Hz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)的完全互換性，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5 s，在55％RH、25℃、10 kHz條件下，其典型標(biāo)稱電容為180pF，供電電壓一般選5 V，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910 kΩ，與集成電路內(nèi)接的電阻5 kΩ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50 kΩ，濕敏電容常態(tài)下為180pF，R2的阻值一般為576 kΩ左右，可根據(jù)調(diào)試的需要串聯(lián)電位器，實(shí)現(xiàn)最佳的控制精度。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6 667 Hz左右，當(dāng)環(huán)境濕度增大為90％RH時(shí)，頻率會(huì)減少到6 186 Hz左右，引起后續(xù)電路動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)增干和報(bào)警。