基于西门子S7-200plc的温度和湿度检测和显示(4)

第四章 系统的硬件方案与设计

图4-3 LM35系列的内部框图

U0?KV?t??10mV/0C??t 公式（4-1）

④LM35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4-4（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：

R=︱-Us/50μA︱ 公式（4-2） 举例说明，当Us=+5V,-Us=-5V时，R=100kΩ。此时，当天=-55℃时，Uo=-55mV；当t分别为+25℃、+150℃时，Uo依次为250mV和1500mV。

+Us(+4～20V)0mV+10mV/℃LM35VccU0R100KGND-VccLM35 Vout

图4-4（a） 图4-4（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4-7所示，测温范围--55～+150℃。

VD1IN914VD2IN914- 13 - R18KLM35GNDU0+Us-

第四章 系统的硬件方案与设计

图4-5 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。

为了实现-25℃～55℃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4-6所示．

Vcc

LM35

GND

U0R100K-Vcc图4-6 设计接线图

图中：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 0=1500mV； 2)环境温度25℃，U 0=250mV； 3)环境温度-55℃，U 0=-550mV．

由于所测量的温度范围是-25℃～55℃ 。所以，在实际应用电路中的电压信号的输出量值在-0.25V～0.55V之间。

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第四章 系统的硬件方案与设计

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。

①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量，以字符ρ表示，单位g/m3 。再由气体状态方程式PnUn?RnT可得

ρ?PnPPn 公式（4-5） ?1000?n?2.169?RnT461T273.15?t式中Pn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为空气中干球的摄氏温度(℃)；Rn为水蒸气的气体常数，Rn=461。

②相对湿度:相对湿度是指空气中水蒸气分压力Pn与同温度下饱和水蒸汽压力Pb之比值。用r表示相对湿度为：

r?Pn?100% 公式（4-6） Pb7.45t235?t式中Pn和Pb的单位采用毫巴(mb)时，由马格奴斯经验公式计算饱和水蒸气压力:

Pb?P0?10 公式（4-7）

式中P0=6.1mb。空气中水蒸气分压力按下列公式计算：

Pn?Pbw?AP(ts?tw) 公式（4-8）

式中：P0为湿球温度tw时饱和水蒸汽压力；ts为干球温度(℃)；tw为湿球温度(℃)；P为大气压力(mb)；A是与风速v有关，通常按下列公式计算：

A?(593.1?135.1v?48)?10?6 公式（4-9） v可知，相对湿度为干球温度、湿球温度、风速、大气压力的函数，当大气压力变化不大时，对给定的检测条件V不变，那么只要测得t ，t 即可得相对湿度。

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第四章 系统的硬件方案与设计

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。

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）。这些产品可分成以下三种类型：

①线性电压输出式集成湿度传感器

典型产品有HIH3605/3610、HM1500/1520。其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信号，响应速度快，重复性好，抗污染能力强。

②线性频率输出集成湿度传感器

典型产品为HF3223型。它采用模块式结构，属于频率输出式集成湿度传感器，在55%RH时的输出频率为8750Hz（型值），当相对湿度从10%变化到95%时，输出频率就从9560Hz减小到8030Hz。这种传感器具有线性度好、抗干扰能力强、便于配数字电路或单片机、价格低等优点。

③频率/温度输出式集成湿度传感器

典型产品为HTF3223型。它除具有HF3223的功能以外，还增加了温度信号输出端，利用负温度系数（NTC）热敏电阻作为温度传感器。当环境温度变化时，其电阻值也相应改变并且从NTC端引出，配上二次仪表即可测量出温度值。

3.常用的集成湿度传感器主要有：

①HIH-3610是美国Honeywell公司生产的具有信号处理功能的热固聚酯电容式相对湿度传感器，线性放大输出、工厂标定，独特的多层结构能非常好地抵抗环境的侵蚀，诸如湿气、尘埃、脏物、油、及一些化学品。工作范围：温度-40℃～+85℃，相对湿度0%～100%RH，精度达到±2%RH，激光修正互换性至5%RH，低功耗驱动电流设计为200μA，反应时间为15s，稳定性好、较低的漂移、抗化学腐蚀性能强。

②HF3223湿度传感器是法国Humirel公司生产的专利的固态聚合物结构相

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第四章 系统的硬件方案与设计

对湿度传感器，具有线性的频率输出，湿度测量范围10%～95%RH，精度±5%RH，湿度迟滞±1.5%RH，温度工作范围-30℃～+80℃，温度特性好，高可靠性与长时间稳定性，在长时间处于饱和状态后快速脱湿，反应时间10s，对化学品有较高的抵抗性，浸水没有影响。

③HM1500湿度传感器是法国Humirel公司采用Humirel专利湿敏电容HS1101设计制造的相对湿度传感器。带防护棒式封装，5VDC恒压供电，1～4VDC放大线性电压输出，便于用户使用。湿度测试量程为0%～100%RH，精度达±3%RH（10%～95%RH范围），防灰尘，可有效抵抗各种腐蚀性气体物质，非常低的温度依赖性，长期稳定性好，反映时间5s，广泛应用于机房监控，智能楼宇，仓库监控等控制场合，价格实惠，是一款性价比极高的湿度传感器。

4.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湿敏电容的电压输出式集成 …… 此处隐藏：1831字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……