室內(nèi)智能加濕器設計畢業(yè)設計

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1、河南科技大學HENAN UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY學士學位論文論 文 題 目 室 內(nèi) 智 能 加 濕 器 摘 要隨著科學技術(shù)的發(fā)展，社會的不斷進步，人們對生活質(zhì)量的要求在不斷提高。無論是工業(yè)、農(nóng)業(yè)、信息產(chǎn)業(yè)還是服務行業(yè)，它們都朝著智能化、人性化的方向發(fā)展。以人為本的產(chǎn)品設計思路體現(xiàn)了極大的實際價值。四季更替，邁過了氣候宜人的秋季，寒冷干燥的冬季向人們一步步走來。在這個季節(jié)很多人容易皮膚干燥、嗓子干痛。身邊迫切需要一臺小型加濕設備。據(jù)此，我們設計了集顯示、檢測、液位保護、聲光報警、手動調(diào)節(jié)、基于微處理器自動控制的室內(nèi)智能加濕器。在生活中，我們隨處可見

2、使用加濕器的場合。經(jīng)調(diào)查，在人們不斷追求健康生活方式的今天，此實用新型的室內(nèi)加濕器應有廣泛的市場前景，極易為家庭所接受，在技術(shù)水準上具有領先水平，在市場競爭中占有絕對優(yōu)勢。工作原理：采用電容三點式振蕩電路驅(qū)動壓電陶瓷超聲換能器產(chǎn)生超聲波，基于超聲波高頻振蕩原理，在需要進行霧化加濕時，將蒸餾水放入水杯中，水將被超聲波打碎，在水表面產(chǎn)生大量直徑達微米級的顆粒水霧。這樣便達到了給空氣加濕的功能。關鍵字 超聲波，加濕，智能，微處理器ABSTRACTWith the development of science and technology,and the progress of society,Peo

3、ple consequently improve their requirments of living conditions.No matter what is in the industry,agriculture,information industry or service trades,they all develop in the direction of intelligence and humanlization.The idea of design which is man-oriented reflects much actual value.The four season

4、s change.When the autumn of pleasant weather went away,winter of a cold and arid climate comes.Many people are easy to have the problems of dry skin and a sore throat in this season.We really need a small device which can use to increase air humidity.According to this,we design a indoor and intellig

5、ent humidity increasing device which has the ability of displaying,detecting,length of liquid protection,giving an alarm with bell and lamp,manual regulating and automatic control based on microcontroller.In our life,we can easily find out the chance of using this machine.After some investigation,it

6、 has good market prospect and can be easily accepted by families ,respecting the leading lever ,in modern society which people are in pursuit of healthy living style more and more.It has a prevalent market competition advantage.Working theory:If needed,the distilled water is put into cup.The water i

7、s smashed by the ultrasonic from the ultrasonic transducers below,which can atomize the water into very fine automized particles for oxygen moistening.Keywords:ultrosonic,moistening,intelligence,microprocesser第一章 緒論1.1課題背景及意義四季更替，每當進入寒冷干燥的冬季，尤其是我國的北方城市由于風沙天氣較多，人們很容易皮膚干燥、嗓子干痛。此時，身邊需要一臺小型室內(nèi)加濕器改善我們的生活環(huán)

8、境。據(jù)了解人體健康濕度在40%60%之間，在此范圍內(nèi)，人體生理、思維皆處于良好狀態(tài)，工作休息也才會有較好的效果。適宜的濕度還可以抑制病菌的滋生和傳播，提高我們的免疫力。例如流感病毒喜干燥，絕對濕度對流感病毒傳播影響很大。環(huán)境濕度低于35%時，流感病毒的存活時間超過24小時；環(huán)境濕度高于50%時，流感病菌的存活時間不超過10小時。因此，只要適當提高環(huán)境濕度，將環(huán)境濕度控制在50%以上，就可以有效抑制病毒的存活，防止病毒侵襲。我們設計的室內(nèi)智能加濕器是超聲波式加濕器。超聲波加濕器是利用超聲波作為能源的設備。它由功率發(fā)生器產(chǎn)生高頻電流經(jīng)過安裝在水霧化缸底的壓電陶瓷換能片使其將高頻電流轉(zhuǎn)換為相同頻率的

9、聲波，再由換能器產(chǎn)生的超聲波通過霧化缸的耦合作用，穿過霧化杯底部的可以穿過聲源的透聲薄膜，從而使超聲波直接作用于霧化杯中的蒸餾水中。超聲波的振蕩作用使水破碎為霧狀微粒，實現(xiàn)增加空氣濕度的目的。事實上在生活中，我們隨處可見使用加濕器的場合。在醫(yī)院里我們會發(fā)現(xiàn)病房內(nèi)配有室內(nèi)加濕器；作為給藥設備是加濕器轉(zhuǎn)為霧化器的又一用途；在溫室大棚中智能加濕器能起到滿足作物良好生長的濕度要求；在計算機機房里，由于十分干燥也常常配有加濕器。除了上述基本功能外，一臺小型的室內(nèi)加濕器還有許多妙用的地方。加入板藍根沖劑或魚腥草注射液或抗病毒口服液，可有效預防流行性感冒；在加濕器里加幾滴醋，能起到殺菌的作用；在加濕器里加幾

10、滴花露水能緩解兒童鼻塞；在加濕器里加幾滴薰衣草精油能提高睡眠質(zhì)量；居室加濕可以讓木質(zhì)家具不變形；加濕器內(nèi)加入淡鹽水，可舒緩喉痛及慢性咽炎；切洋蔥時打開加濕器可以避免流眼淚；電腦旁邊放一臺加濕器可以消除靜電。計算機科學技術(shù)，通信技術(shù)，控制技術(shù)的飛速發(fā)展，與人類健康息息相關領域的產(chǎn)品也不可避免的被賦予了數(shù)字化理念。事實上，過往傳統(tǒng)的室內(nèi)加濕器設計完全可以由模擬硬件電路單一實現(xiàn)，現(xiàn)在我們賦予室內(nèi)加濕器數(shù)字化，智能化，自動化。利用單片機，通過編寫模糊控制算法，實現(xiàn)軟控制。代替手動控制，實現(xiàn)自動控制。室內(nèi)智能加濕器的工作原理是隨著社會的不斷發(fā)展，人們對個體生命價值的認知不斷提升，越來越多的家庭希望利用高

11、科技手段保障身體健康，一種設計合理，技術(shù)先進、經(jīng)濟、實用、可靠的室內(nèi)智能加濕器將會受到社會的歡迎。本文是基于室內(nèi)智能加濕器項目的硬件設計部分實際研究和開發(fā)，并對其進行了設計與實現(xiàn)。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀目前市場上已經(jīng)可以看到許多加濕器的應用產(chǎn)品，性能也比以前問世之初增強了許多。加濕器種類繁多，最常見的有超聲波式加濕器、直接蒸發(fā)式加濕器、電熱式加濕器和離心式加濕器。由于這些產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和加濕原理不同，參數(shù)定值也有所不同。這次設計的是超聲波式的智能加濕器。超聲波使蒸餾水轉(zhuǎn)化為張力波，從而使水形成微粒，可隨氣流行走，達到加濕的目的。超聲波之所以在各個部門中有廣泛的應用，主要之點還在于比聲波具有強大得多的

12、功率，即超聲波的能量傳遞特性。為什么有強大的功率呢？因為當聲波到達某一物質(zhì)中時，由于聲波的作用，使物質(zhì)中的分子也跟著振動，振動的頻率和聲波頻率一樣。分子振動的頻率決定了分子振動的速度。頻率越高，速度越大。物質(zhì)分子由于振動獲得的能量除了與分子的質(zhì)量有關外，還由分子振動的速度平方?jīng)Q定。所以如果聲波的頻率越高，也就是物質(zhì)分子越能得到更高的能量，超聲波的頻率比聲波高很多，超聲波本身可以供給物質(zhì)足夠大的功率。超聲波的聲壓特性。當聲波通入物體時，由于聲波振動使物質(zhì)分子產(chǎn)生壓縮和稀疏的作用，將使物質(zhì)所受的壓力產(chǎn)生變化。由于聲波振動引起附加壓力現(xiàn)象叫聲壓作用。由于超聲波所具有的能量很大，就有可能使物質(zhì)分子產(chǎn)生

13、顯著的聲壓作用。在通過一般強度的超聲波時，產(chǎn)生的附加壓力可以達到好幾個大氣壓力。液體中存在著如此巨大的聲壓作用，就會引起值得注意的聲壓現(xiàn)象。當超聲波振動使液體分子壓縮時，好像分子受到來自四面八方的壓力；當超聲波振動使液體分子稀疏時，好像受到向外散開的拉力，對于液體，它比較受得住附加壓力的作用。所以在受到壓縮力的時候，不大會產(chǎn)生反常情形。但是在拉力的作用下，液體就會支持不了了，在拉力集中的地方，液體就會斷裂開來。這種斷裂作用特別容易發(fā)生在液體中存在雜質(zhì)或氣泡的地方，因為這些地方液體的強度特別低，也就特別經(jīng)受不起幾倍于大氣壓力的拉力作用。由于發(fā)生斷裂的結(jié)果，液體中會產(chǎn)生許多氣泡狀的小空腔。這種空泡

14、存在的時間很短，一瞬間就會閉合起來，空腔閉合的時候會產(chǎn)生很大的瞬時壓力。液體在這種強大瞬時壓力下，溫度會驟然升高。國內(nèi)外加濕器產(chǎn)品性能主要考慮以下幾點：（1） 加濕量（2） 加濕效率 即加濕器實際加濕量和輸入功率的比值（3） 噪聲（4） 超聲頻率（5） 連續(xù)工作時間（6） 電源電壓（7） 功率（8） 使用環(huán)境（9） 水槽裝水量（10） 水霧化強度（11） 水槽缺水保護（12） 溫度、濕度檢測范圍超聲波式室內(nèi)智能加濕器主要包含以下幾個部件：（1） 單片機（2） 溫濕度傳感器，液位傳感器（3） A/D轉(zhuǎn)換，D/A轉(zhuǎn)換芯片（4） LCD液晶顯示屏（5） LED燈，蜂鳴器，按鍵，水槽（6） 驅(qū)動放大集

15、成芯片（7） 繼電器（8） 超聲波產(chǎn)生的驅(qū)動電路（9） 超聲波產(chǎn)生的電容三點式高頻振蕩電路（10） 超聲換能片1.3本文的主要研究內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)1.3.1本文的主要研究內(nèi)容 本文是在參與的室內(nèi)智能加濕器的項目上基礎上，總結(jié)完善而整理出來的。依據(jù)項目內(nèi)容，論文主要包括以下三個方面的研究內(nèi)容：（1） 室內(nèi)智能加濕器的整體結(jié)構(gòu)設計與實現(xiàn)（2） 室內(nèi)智能加濕器的硬件模塊設計與實現(xiàn)（3） 硬件電路中高頻振蕩器的分析1.3.2本文的組織結(jié)構(gòu) 論文共分為五章，主要的內(nèi)容概要如下：第一章 闡述了本課題的背景和意義，簡要的說明了論文的研究內(nèi)容，闡述了論文的組織結(jié)構(gòu)。第二章 系統(tǒng)總體介紹，包括室內(nèi)智能加濕器的整體

16、功能結(jié)構(gòu)，流程圖，系統(tǒng)主要的工作目標和參數(shù)目標。第三章 對室內(nèi)智能加濕器系統(tǒng)的硬件部分作詳細的介紹，包括：系統(tǒng)主要芯片選型；各個功能模塊的設計與實現(xiàn)；對高頻振蕩器進行分析。第四章 系統(tǒng)的調(diào)試與運行。第五章 對所作的工作進行總結(jié)。第二章 系統(tǒng)的總體設計2.1系統(tǒng)的總體功能結(jié)構(gòu)整個室內(nèi)智能加濕器的設計包括功能和流程兩個部分，其功能結(jié)構(gòu)圖如圖所示：整個室內(nèi)智能加濕器以單片機為核心，實現(xiàn)對內(nèi)部功能的控制，實現(xiàn)對溫度、濕度、液位的檢測，液晶屏的顯示，液位保護，聲光報警，高頻振蕩振幅的控制，手動模式與自動模式的切換，圖2-1中各功能模塊的作用闡述如下： 圖2-1 室內(nèi)智能加濕器的整體功能結(jié)構(gòu)圖 溫度檢測：

17、利用AHT11溫濕度傳感器檢測環(huán)境實時溫度。濕度檢測：利用AHT11溫濕度傳感器檢測環(huán)境實時濕度。是對影響設備輸出量的主要因素的檢測。液位檢測：利用BZ0504液位開關檢測水槽實時液位。判斷有水時輸出0V，無水時5V。單片機控制：我們標配的是STC89C52RC。作為核心部件，實現(xiàn)對內(nèi)部功能的控制。液晶顯示：利用1602液晶顯示模塊。顯示實時的溫濕度。聲光報警：當檢測的液位低于安全值時，蜂鳴器響且LED燈閃亮，提醒用戶給水槽加水。液位保護：當液位低于安全值時，超聲換能片工作易損壞。故此時控制電路輸出控制信號，使驅(qū)動電路中的繼電器動作，切斷驅(qū)動電路。從而使后面的高頻振蕩電路停止工作。M/A切換：

18、手動模式與自動模式的切換。系統(tǒng)上電后工作在手動模式下，當需要調(diào)節(jié)加濕量大小時，可以調(diào)節(jié)滑動變阻器以改變加濕量。當按下按鍵后，進入自動模式，由編寫的模糊控制算法實現(xiàn)自動控制。模糊控制信號：單片機輸出的控制信號經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換后，通過與使振蕩驅(qū)動電路中的繼電器動作相配合，控制晶體管導通或關斷。從而控制高頻振蕩電路的工作通斷，實現(xiàn)加濕強度的自動變化。高頻振蕩電路的驅(qū)動電路：通過該驅(qū)動電路，經(jīng)過晶體管的兩級放大，得到電容三點式高頻振蕩電路的偏置電流信號。電容三點式高頻振蕩電路：產(chǎn)生高頻振蕩電流信號，經(jīng)過超聲換能片，得到相同頻率的超聲波信號。高頻振蕩器是室內(nèi)加濕器設計的核心部分。散熱：由于振蕩電路中的大功率晶

19、體管BU406及超聲波換能片均會變熱而影響產(chǎn)品長期的工作性能，故需散熱。2.2系統(tǒng)的整體功能流程圖圖2-2室內(nèi)智能加濕器的整體功能流程圖流程中工作模式是由用戶根據(jù)實際需要確定選擇自動模式還是手動模式。整個流程從上電復位開始，然后對各芯片進行初始化程序。緊接著對設備的工作狀態(tài)進行檢測。調(diào)用顯示處理子程序顯示實時的溫度和濕度值。不斷掃描液位標志看是否缺水，從而相應動作。再掃描M/A按鍵是否被按下，轉(zhuǎn)入相應的處理中，最后回到主程序開始處，重新循環(huán)。2.3控制系統(tǒng)的需求分析2.3.1系統(tǒng)主要實現(xiàn)的工作目標實現(xiàn)目標：設計操作簡便，界面直觀，實時檢測，能精確完成各項控制功能的控制系統(tǒng)。超聲波式室內(nèi)智能加濕

20、器控制系統(tǒng)的任務主要包括：1.7MHZ的高頻振蕩器的實現(xiàn)，液晶屏顯示，聲光報警，液位保護，手動模式/自動模式切換，自動模式中的模糊控制算法的實現(xiàn)。整個加濕器以單片機為核心，實現(xiàn)對各類變量的檢測，及對影響濕度因素檢測后，進行綜合分析，實現(xiàn)對內(nèi)部功能的控制。2.3.2系統(tǒng)主要設計的參數(shù)目標由于該加濕器的功能和控制對象較多，因而采用以單片機為主的控制電路，使控制系統(tǒng)設計簡單而可靠。（1） 主要技術(shù)指標 超聲頻率：1.7MHZ正負10% 最大加濕量：=4ml/min 連續(xù)工作時間：=4小時 電源電壓：45VDC*1A+9VDC*1A 功率：36W 使用環(huán)境：溫度范圍：060C； 相對濕度：20%90%

21、 水槽裝水量：=150ml 水槽缺水保護：=100ml（2） 產(chǎn)品功能及性能 加濕強度：手動模式下由滑動變阻器調(diào)節(jié)，自動模式下由模糊控制算法自動調(diào)節(jié)。缺水自動保護，并聲光報警。手動模式與自動模式可切換。連續(xù)工作時間=5小時。實時顯示環(huán)境溫度濕度值。本產(chǎn)品電路工作穩(wěn)定，電路比較簡潔，元器件成本較低。電路振蕩器工作頻率穩(wěn)定在1.7MHZ正負10%范圍內(nèi)。波形較完整，雜波少。第三章 室內(nèi)智能加濕器的硬件設計與實現(xiàn)3.1概述本室內(nèi)智能加濕器是一種新型的多用途的超聲波式加濕器。它集加濕、檢測、顯示于一體，采用微處理器進行自動控制。技術(shù)先進，操作簡單，使用方便，安全可靠。由于市電是通過開關電源轉(zhuǎn)換降低到安

22、全電壓，再加上加濕振蕩器與單片機控制電路是分離設計的，所以不會有觸電、漏電發(fā)生。嵌入式控制系統(tǒng)的硬件電路包含模擬和數(shù)字兩個部分。數(shù)字電路部分以組成單片機運行的基本電路為主，并配以液晶顯示，控制接口電路等。而模擬電路部分主要包括1.7MHZ高頻振蕩電路的驅(qū)動部分，及電容三點式高頻振蕩電路的分析與設計及信號檢測部分。關鍵部件采用了一定的保護措施，如缺水保護。實際上進一步設計成產(chǎn)品還應加上風機等散熱裝置以保證其可靠的長期運行。加濕器能把蒸餾水霧化為2微米左右的顆粒，速度快，效果好。3.2系統(tǒng)主要芯片選型及介紹嵌入式控制系統(tǒng)設計包含多個功能模塊和接口，在系統(tǒng)設計之初要對各個部分選擇滿足設計功能要求、性

23、能穩(wěn)定、性價比高的芯片。下面簡要的介紹控制系統(tǒng)中設計的主要芯片。（1）主控制芯片STC89C52RC 選用的是MCS-51系列的單片機。STC89C52RC型號。顧名思義，這種計算機的最小系統(tǒng)只用了一片集成電路，即可進行簡單運算和控制。一臺能夠工作的計算機要有這樣幾個部分組成：CPU（進行運算和控制）、RAM（數(shù)據(jù)存儲）、ROM（程序存儲）、輸入/輸出設備（例如：串行口、并行輸出口）。在個人計算機上這些部分被分成若干塊芯片，安裝在一個稱之為主板的印刷線路板上。而在單片機中，這些部分，全部被做到一塊集成電路芯片中了，所以就稱為單片機，而且有些單片機除了上述部分外，還集成了其他部分如A/D轉(zhuǎn)換，D

24、/A轉(zhuǎn)換等。圖3-1 STC89C52RC引腳圖 STC89C52芯片共40引腳。18腳為通用I/O接口P1.0P1.7，9腳為RST復位鍵，10腳為RXD串口輸入，11腳為TXD串口輸出，1219引腳為I/O P3接口，（其中12、13引腳為INT0中斷0，INT1中斷1；14，15引腳為計數(shù)脈沖T0、T1；16、17引腳為WR寫控制和RD讀控制輸出端；18、19引腳為晶振諧振器），20引腳為地線，2128引腳為P2接口高8位地址總線，29引腳為PSEN片外ROM選通端，單片機對片外ROM操作時，29引腳輸出低電平，30引腳為ALE/PROG地址鎖存器，31引腳EA為ROM取指令控制器，高電

25、平片內(nèi)取，低電平片外取，3239引腳為P0.7P0.0，40引腳為+5V電源。（2）液晶顯示芯片SMC1602A LCM圖3-2 1602主要技術(shù)參數(shù)圖3-3 1602接口信號說明圖3-4 1602與單片機模擬口線方式（3）模數(shù)轉(zhuǎn)換器：8位A/D芯片，TLC549CPTLC549芯片是TI公司生產(chǎn)的一種性價比非常高的8位A/D轉(zhuǎn)換器，它以8位開關電容逐次逼近的方法實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。其轉(zhuǎn)換速度小于17微秒。它能方便地采用三線串行接口方式與各種未處理器連接。 主要特性：1. 8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換器，總不可調(diào)整誤差0.5LSB。2. 采用三線串行方式與微處理器接口。3. 片內(nèi)提供4MHZ內(nèi)部系統(tǒng)時鐘，

26、并與操作控制用的外部I/O CLOCK相互獨立。4. 有片內(nèi)采樣保持電路，轉(zhuǎn)換時間17us，包括存取與轉(zhuǎn)換時間轉(zhuǎn)換速度達40000次/秒。5. 差分高阻抗基準電壓輸入，其范圍是：1V差分基準電壓VCC+0.2V6. 寬電源范圍：3V-6.5V，低功耗，當片選信號/CS為低，芯片選中處于工作狀態(tài)。內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳： TLC549芯片包含內(nèi)部系統(tǒng)時鐘、采樣和保持電路、8位A/D轉(zhuǎn)換電路、輸出數(shù)據(jù)寄存器以及控制邏輯電路，它采用/CS，I/O CLOCK和DATAOUT三根線實現(xiàn)與微控制器MCU或微處理器CPU進行串行通訊。其中/CS，I/O CLOCK作為輸入控制，芯片選擇端/CS低電平有效，當/CS

27、高電平時I/O CLOCK輸入被禁止，且DATAOUT輸出為高阻態(tài)。 圖3-5 TLC549內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖圖3-6 TLC549引腳排列圖 （4）DA轉(zhuǎn)換芯片： TLC5616CP 目前，數(shù)模轉(zhuǎn)換器從接口上可分為兩大類：并行接口數(shù)模轉(zhuǎn)換器和串行接口數(shù)模轉(zhuǎn)換器。并行接口數(shù)模轉(zhuǎn)換器的引腳多，體積大，占用單片機的口線多；而串行數(shù)模轉(zhuǎn)換器的體積小，占用單片機的口線少，為減少線路板的面積和占用單片機的口線，可采用TLC5615串行數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生可變基準電壓。TLC5615為美國德州儀器公司1999年推出的產(chǎn)品，是具有串行接口的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，其輸出為電壓型，最大輸出電壓是基準電壓的兩倍。帶有上電復位功能。 T

28、LC5615的特點： 1.10位CMOS電壓輸出； 2.5V單電源供電； 3.與CPU三線串行接口； 4.最大輸出電壓可達基準電壓的兩倍； 5.輸出電壓具有和基準電壓相同的極性； 6.建立時間12.5us； 7.內(nèi)部上電復位； 8.最大僅1.75mw。圖3-7 TLC5615引腳排列圖 TLC5615引腳說明：TLC5615有小型和塑料DIP封裝，DIP封裝的TLC5615芯片引腳排列如圖。引腳功能說明如下：腳1DIN：串行數(shù)據(jù)輸入端；腳2SCLK：串行時鐘輸入端；腳3CS：芯片選用通端，低電平有效；腳4DOUT：用于級聯(lián)時串行數(shù)據(jù)輸出端；腳5AGND：模擬地；腳6REFIN：基準電壓輸入。（

29、5）ULN2003基本資料ULN是集成達林頓管IC，內(nèi)部還集成了一個消線圈反電動勢的二極管，可用來驅(qū)動繼電器。它是雙列16腳，NPN晶體管矩陣，最大驅(qū)動電壓50V,電流500MA，輸入電壓5V，適用于TTL，CMOS，由達林頓管組成驅(qū)動電路。它的輸出端允許通過電流為200MA，飽和壓降CVE為1V左右，耐壓BVCEO約為36V，用戶輸出口的外接負載可根據(jù)以上參數(shù)估算。 采用集電極開路輸出，輸出電流大，故可直接驅(qū)動繼電器或固體繼電器，也可直接驅(qū)動低壓電燈泡。通常單片機驅(qū)動ULN2003時，上拉2K的電阻較為合適。同時COM引腳應該懸空或接電源。 ULN2003是一個非門電路，包含7個單元，單獨每

30、個單元驅(qū)動電流最大為350MA。在設計中我們可以用ULN2003來驅(qū)動繼電器，蜂鳴器。圖3-8 ULN2003的引腳電路 （6）AHT11電阻式溫濕度傳感器 電氣參數(shù)：1. 供電電壓：DC 4.56V2. 耗電電流：2mA(MAX 3mA)3. 使用溫度范圍：0604. 使用濕度范圍：95%RH以下5. 濕度檢測范圍：2090%RH6. 保存溫度范圍：0607. 保存濕度范圍：80%RH以下8. 濕度檢測精度：5%RH9. 標準濕度輸出電壓：相對濕度（%RH）20 30 40 50 60 70 80 90 輸出電壓（ V ）0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 2.7 （7）

31、BZ0504電子液位計 電氣參數(shù)： 1.工作電壓：5V，正負10% 2.功耗：1，則電路將產(chǎn)生自激振蕩。振蕩頻率除了決定于電路中的電阻和電容外，還決定于晶體管的極間電容、電路的分布電容等人們不能確定的因素。圖3-22 帶通濾波器變換成正弦波振蕩電路 圖3-21所示的帶通濾波器中同向比例運算電路的比例系數(shù)Auf、電路的品質(zhì)因素Q、中心頻率f0、f=f0時通帶放大倍數(shù)Aup、截止頻率fp1與fp2分別為Auf=Uo/Ui=1+Rf/R4,Q=1/3-Auf,f0=1/2RC,Aup=Auf/3-Auf。從上表達式可以看出，當R4減小時，Auf增大，Q增大，Aup必將隨之增大；而且fp1與fp2之差

32、減小，即頻帶變窄，選頻特性好?？梢韵胂螽擜uf趨近于3時，Aup將趨近于無窮大，表明電路即使在無輸入的情況下，也會有頻率為f0的輸出電壓，即電路產(chǎn)生了自激振蕩。因為電路僅對頻率為f0的信號有無窮大的放大倍數(shù)，而對其他頻率的信號迅速衰減，所以輸出電壓為正弦波。輸出電壓是靠電阻R3反饋回來的信號取代輸入信號。可見帶通濾波器在參數(shù)取值合適時可以變換成正弦波振蕩電路，而且振蕩頻率為f0。與負反饋放大電路中的自激振蕩不同，正弦波振蕩電路的振蕩頻率是認為確定的。 可見，在正弦波振蕩電路中，一要反饋信號能夠取代輸入信號，而若要如此，電路中必須引入正反饋；二要有外加的選頻網(wǎng)絡，用于確定振蕩頻率。 通常，可將正

33、弦波振蕩電路分解為圖3-22所示方框圖，上一個方框為放大電路，下一個方框為反饋網(wǎng)絡，反饋極性為正。當輸入量為零時，反饋量等于凈輸入量，若由于電擾動，電路產(chǎn)生一個幅值很小的輸出量，它含有豐富的頻率，而如果電路只對頻率為f0的正弦波產(chǎn)生正反饋過程，則輸出信號為X0Xf（Xi）Xo。 圖3-23 正弦波振蕩電路方框圖 在正反饋過程中，Xo越來越大。由于晶體管的非線性特性，當Xo的幅值增大到一定程度時，放大倍數(shù)的幅值將減小。因此Xo不會無限制地增大，當Xo增大到一定數(shù)值時，電路達到動態(tài)平衡。這時輸出量通過反饋網(wǎng)絡產(chǎn)生反饋量作為放大電路的輸入量，而輸入量又通過放大電路維持著輸出量。寫成表達式為：Xo=A

34、FXo也就是正弦波振蕩的平衡條件為|AF|=1，A+F=2n。為了使輸出量在合閘后能夠有一個從小到大直至平衡在一定幅值的過程，電路的起振條件為|AF|1電路把除頻率f=f0以外的輸出量均逐漸衰減為零，因此輸出量為f=f0的正弦波。 從以上分析可知，正弦波振蕩電路必須由以下四個部分組成：（1） 放大電路：保證電路能夠有從起振到動態(tài)平衡的過程，使電路獲得一定幅值的輸出量，實現(xiàn)能量的控制。（2） 選頻網(wǎng)絡：確定電路的振蕩頻率，使電路產(chǎn)生單一頻率的振蕩。（3） 正反饋網(wǎng)絡：引入正反饋，使放大電路的輸入信號等于反饋信號。（4） 穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：也就是非線性環(huán)節(jié)，作用是使輸出信號幅值穩(wěn)定。在不少實用電路中，常將

35、選頻網(wǎng)絡和正反饋網(wǎng)絡合二而一；而且，對于分立元件放大電路，也不再加穩(wěn)幅環(huán)節(jié)，而依靠晶體管特性的非線性來起穩(wěn)幅作用。正弦波振蕩電路常用選頻網(wǎng)絡所用元件來命名，分為RC正弦波振蕩電路、LC正弦波振蕩電路和石英晶體正弦波振蕩電路。我們要求超聲頻率是1.7MHz左右，而LC正弦波振蕩電路的振蕩頻率多在1MHz以上。從理論上講，任何滿足放大倍數(shù)要求的放大電路與選頻網(wǎng)絡都可以組成正弦波振蕩電路；但是，實際上所選用的放大電路應具有盡可能大的輸入電阻和盡可能小的輸出電阻，以減小放大電路對選頻特性的影響。因此通常選用引入電壓串聯(lián)負反饋的放大電路，如同相比例運算電路。3.4.2正弦波振蕩器 振蕩器是不需外信號激勵

36、、自身將直流電轉(zhuǎn)換為交流電能的裝置。凡是可以完成這一目的的裝置都可以作為振蕩器。但是由電子管、晶體管等器件與L、C、R等元件組成的振蕩器則完全取代了以往所有產(chǎn)生振蕩的方法，因為它有如下優(yōu)點：1） 它將直流電轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娔?，而本身靜止不動，不需做機械轉(zhuǎn)動或移動。2） 它產(chǎn)生的是“等幅振蕩”。3） 使用方便，靈活性大，它的功率可自毫瓦級至幾百千瓦，工作頻率可自極低頻率至微波波段。 正弦波振蕩器按工作原理可分為反饋式振蕩器與負阻式振蕩器兩大類。反饋式振蕩器是在放大器電路中加入正反饋，當正反饋足夠大時，放大器產(chǎn)生振蕩，變成振蕩器。所謂產(chǎn)生振蕩是指這時不需要外加激勵信號，而是由本身的正反饋信號來代替外加

37、激勵信號的作用。負阻式振蕩器則是將一個呈現(xiàn)負阻特性的有源器件直接與諧振電路相接，產(chǎn)生振蕩。 振蕩器通常工作于丙類，因此它的工作狀態(tài)是非線性的。(1) LCR回路中的瞬變現(xiàn)象 參考圖3-23假設開關S先放于圖位置，使電容C最初充電到電壓V，然后將S轉(zhuǎn)換到另一端，C上的電荷經(jīng)過L、R放電。由基爾霍夫定律可得：Ldi/dt+Ri+1/cidt=0。=R/2L稱為回路的衰減系數(shù)；w0=1/LC稱為回路的固有角頻率。 圖3-24 LCR自由振蕩電路1）2w02時，此時不能產(chǎn)生振蕩。此種情形稱為過阻尼。也就是R太大無法產(chǎn)生振蕩 。如圖3-24： 圖3-25 電流變化曲線2）2=w02時，得電流隨時間變化曲

38、線如圖3-25，仍然不是振蕩的，此時稱為臨界阻尼。因為只要R再減小一點，即產(chǎn)生振蕩。圖3-26 電流變化曲線3） 20且R2L/C R=0 R0圖3-27 21的情況下起振，而后隨著振幅的增強，A0就向A過渡。直到振幅增大到某一程度，出現(xiàn)AF=1時，振蕩就達到平衡狀態(tài)。因此振蕩器的起振條件為AoF1,平衡條件為AF=1。即AF=1，A+F=2n。由振幅平衡條件可以確定振蕩器的振幅，由相位平衡條件可以確定振蕩器的頻率。 上面所討論的振蕩平衡條件只能說明振蕩能在某一狀態(tài)平衡，但還不能說明這平衡狀態(tài)是否穩(wěn)定。平衡狀態(tài)只是建立振蕩的必要條件，但還不是充分條件。已建立的振蕩能否維持，還必須看平衡狀態(tài)是否

39、穩(wěn)定。穩(wěn)定條件也分為振幅穩(wěn)定與相位穩(wěn)定兩種。1） 振幅平衡的穩(wěn)定條件 圖3-29 軟自激的振蕩特性 如圖3-28畫出了放大倍數(shù)A和反饋系數(shù)的倒數(shù)1/F隨振幅Vom的變化曲線。兩者相交的交點Q就是振蕩器的振幅平衡點。在平衡點附近，放大倍數(shù)隨振幅的變化特性具有負的斜率，即A/Vom|Vom=Vomq0。為了保持振蕩器相位平衡點穩(wěn)定，振蕩器本身應具有恢復相位平衡的能力。故振蕩器電路應能夠產(chǎn)生一個新的相位變化，以抵消外因引起的變化，故相位穩(wěn)定條件為/w1。至于電路的靜態(tài)工作點在后面進一步討論，這里暫不涉及。該圖的高頻等效電路如圖3-33： 圖3-34 高頻等效電路 其中L2、C2組成的等效并聯(lián)回路諧振頻率為f=1/2L2C21.7MHZ,它對1.7HZ的晶體振蕩頻率呈現(xiàn)一等效電容。而L1、C1組成的等效串聯(lián)諧振頻率f=f=1/2L1C11.7MHZ, 它也對1.7HZ的晶體振蕩頻率呈現(xiàn)一等效電容。故此電路就等效為圖3-31型電路。另外我認為這里發(fā)射極加電感L1、L2的原因是：一個是在振蕩器振幅的穩(wěn)定過程中提供發(fā)射極自給偏置電壓；另一個是電感使大功率管子的電流不能突變；還有可能是因為在實際測試時當添加L1、L2為該值時，加濕器效果最好。這是在忽略兩個電感對振蕩器結(jié)構(gòu)的影響，依然按共射電路及電容反饋的假