环境湿度控制器:温湿度控制器怎样使用
题目名称： 环境湿度控制器 姓 名： 班 级：学 号： 日 期：
数字电子电路课程设计任务书
一．设计分组：
制作每两人一组。
二．时间安排：
课程设计起止日期：
三、课程设计任务（即要求）：
课程设计题目：环境湿度控制器的设计与制作
（一）设计指标：
1．基本功能：能够检测一定范围内的湿度值，过限报警。。 2．主要技术参数：
湿度检测范围：10%-100%RH；
检测方式：频率与湿度之间的转换，当频率超过警戒值则指示灯变亮； 报警方式:指示灯变亮报警。
3．设计湿度控制器原理图，学习用multisim 软件设计并且画该原理图，然后仿真。
（二）具体要求：
1．设计方案的论证和选择 （1）、方案提出
*查阅资料确定湿度控制器的电路框图。 * 提出两种以上湿度控制器的电路设计方案。 （2）、方案选择和论证
* 考虑方案的可行性、可靠性等实际问题，选择出较为合理的方案。
* 确定设计方案后，用Protel （或Multisim ）软件绘出电原理图，并对各单元电路的工作原理进行分析。
2．制作、调试湿度控制器实物 ；
3．按设计任务书的要求的格式，撰写或打印课程设计报告书。 4．设计总结和答辩。
（三）实验仪器、工具：
1． 共阳（共阴）七段数码管/计数器/译码驱动集成电路。 2． 导线/电阻/电容/石英晶体/变压器等。 3．示波器、万用表。
四．设计报告要求：
格式要求：（见附录） 内容要求：
1. 画出设计的原理框图，并要求说明该框图的工作过程及每个模块的功能。 2. 画出各功能模块的电路图，加以原理说明（如10进制到6进制转换的原理，个位到十位的进位信号选择和变换等）。
3. 描述设计制作的数字钟及其运行结果。说明测试中出现的故障及其排除方法。 4. 总结：设计过程中遇到的问题及解决办法；课程设计中的心得体会；对课程设计内容、方式、要求等各方面的建议。
5. 附录1：画出总布局接线图（集成块按实际布局位置画，关键的连接单独应画出，计数器到译码器的数据线、译码器到数码管的数据线可以简化画法，但集成块的引脚须按实际位置画，并注明名称。）（或附上实物照片） 6. 附录2：元器件清单。
五、课程设计参考资料
1. 彭介华主编：《电子技术课程设计指导》，高等教育出版社，2002年出版。 2．郑步生. Multisim2001电路设计及仿真入门与应用. 电子工业出版社.2002 3．高吉祥主编．电子技术基础实验与课程设计．北京：电子工业出版社，2002 4．扬志亮. Protel99SE电路原理图设计技术 . 西北工业大学出版社. 2002 5． 6．
2015年12月31日
环境湿度控制系统能实现对环境湿度的控制警告，它设计到压频转换、放大、整形、分频、频率比较等多种电路，具有一定的实用意义。
一． 指标要求
1、基本功能：能够检测一定范围内的湿度值，过限报警。 2、主要技术参数：
湿度检测范围：10%-100%RH；
检测方式：频率与湿度之间的转换，当频率超过警戒值则指示灯
变亮；
报警方式:指示灯变亮报警。
3、设计湿度控制器原理图，学习用multisim 软件设计并且画该原理图，然后仿真。
4、实物具体效果：对湿敏电容轻微哈气，使湿敏电容周围的相对湿度增大，湿度/频率转换电路输出频率降低，当脉冲频率低于设定值（对应相对湿度90％RH ）时，湿度控制电路启动输出（K1 吸合，LED1点亮），停止对湿敏电容哈气，湿敏电容脱湿后（脱湿时间约20秒），湿度控制电路停止输出（K1 断开，LED1熄灭）。
二．设计计算
1．总体方案设计：
本次湿度控制电路主要由湿敏电容、湿度/频率转换电路、基准脉冲发生电路、频率比较电路和湿度控制输出电路组成。系统框图如下图1：
图1
工作稳定等特点，HS1101为容性器件，环境相对湿度在55％RH 时，HS1101的典型容量为180pF ，湿度－容量对应表见图4
图3 图4
左图5为HS1101典型应用图，此电路为典型的555非稳态电路，HS1101作为电容变量接在555的TRIG 与THRES 两引脚
上，引脚7用作电阻R4的短路，等量电容HS1101通过R2与R4充电到门限电压约0.67Vcc ，通过R2放电到触发电平约0.33Vcc ，然后R4通过引脚7短路到地，传感器由不同的电阻R4与R2充放电其循环工作。其输出频率表见下表1：
表1
2) 湿度/频率转换电路
湿度/频率转换电路由湿敏电容HS1101和TLC555等组成湿度/频率转换电路，转换电路将湿度物理量转换为与湿度大小相对应的脉冲频率。
图6
3) 基准脉冲发生电路
基准脉冲发生电路，包括整形和分频）集成电路U3与外部RC 元件组成基准脉冲发生器，经过12级分频后将信号输出。 专门用来产生电脉冲和对电脉冲进行放大、变换和整形的电
图7 路。产生脉冲的方法有多种，例
如：多谐振荡器等。我们这里用的是RC 振荡和CD4060，其中T=2.3RC。
4) 频率比较电路
脉冲频率比较电路由U2和部分外围元件组成，频率比较电路接受来自湿度/频率转换电路和基准脉冲发生电路的信号，比较结果经D 触发器锁存后输出驱动继电器K1吸合。
5) 湿度控制输出电路
通过对tp-a 和tp-c 两点频率的比较来判断是否报警。
图8
图9
整体电路具体效果如下：对湿敏电容轻微哈气，使湿敏电容周围的相对湿度增大，湿度/频率转换电路输出频率降低，当脉冲频率低于设定值（对应相对湿度90％RH ）时，湿度控制电路启动输出（K1 吸合，LED1点亮），停止对湿敏电容哈气，湿敏电容脱湿后（脱湿时间约20秒），湿度控制电路停止输出（K1 断开，LED1熄灭）。
c) 各元件原理介绍
时基电路TLC555
TLC555与NE555参数基本相同，但TLC555为COMS 结构，具有温漂小、
内部分布参数小等优点，是一块时基集成电路，它可以构成多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器等，是一块用途广泛的集成电路。
TLC555集成电路管脚如图13：
TLC555引脚功能简介：
1脚：公共地端为负极。
2脚：低触发端TRIG ，低于1／3电源电
压时即导通。
CD4060 通过外部简单的RC 元件，可实现RC 振荡，其振荡频率计算公式 为F=1/(2.3RC),输出方波频率可选，有2的4次方～10次方，12次方， 13次方，14 次方。
双重数据触发器CD4013
CD4013是由具有置位（SET ）和复位（RESET ）功能的2个数据型触发器构成的，对数据输入施加的信息，以时钟输入的低电平读入，以高电平传输到输出端Q 。置位和复位，通过把各自的输入做成高电平，能够独立地进行时钟输入。
图16
图16为CD4013的引脚图，图17为CD4013的内部框图
图17 计数器仿真
三、 制作调试
1、 按原理图和各元件从低到高的焊接要求，进行相应的焊接。 2、 外部接线
J1接入+5V、＋12V 和GND 工作电源。
3、 调试
（1） 调试目的，当湿度大于90％RH 时，继电器K1吸合，反之K1断开。 （2） 湿度/频率转换电路。测量电路板TP-A 点的频率，TP-A 点的频率范围应
该在6033Hz ～7351Hz 范围内，湿度与脉冲频率的关系见表1
Hz ）
表1
（3） 基准频率调整。调节RP1可改变RC 振荡频率，将RC 振荡电路的振荡
频率调整为6186Hz （对应相对湿度90％RH ），如果我们把频率计的探头直接接入RC 振荡电路，会严重引起振荡电路频率漂移，所有我们只能测量通过4级分频后的脉冲信号(TP-B点) ，通过4级分频后的信号为6186÷16≈386Hz 。
（4） 频率比较电路，对湿敏电容轻微哈气，使湿度增大，湿度转换电路输出
频率降低，当TP-A 点的频率小于TP-C 点的频率时继电器K1吸合。
4、调试结果
将各接口（+12V、VCC 、地、TP-A 、TP-B 、TP-C 、TP-D ）进行相应的焊接和导线接入（注意+12V与VCC 共地）。接好所有后，打开电源，看见显示输入的灯亮起。
图19
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随后在那个白色的湿敏电容周围哈气，经几次，另外那盏灯亮起，如图20。此时说明，湿敏电容周围的湿度大于90％RH ，继电器K1吸合，警报灯亮起。
最后，测试各输出点的频率。
图21：检测的是TP-B 与TP-D ，即整形、分频后的波形。
5、操作中所遇问题和解决方法
（1）问题：在焊接时，将输入端朝向接反，导致无法正常连接导线。 解决：在朝向相反的那段焊上粗导线，以引出信号。 （2）问题：第一次调试时，接入电源，但第一盏指示灯未亮。
解决：经核查线路，发现是该灯的正反极接反，用工具将锡融化并
吸出，拔出灯，重新焊接。
（3）问题：因粗线无法连接后续导线，因而需再接细线，但细线总断。 解决：将连接部分直接焊住，并在剪线时注意技巧，尽量介绍金属
丝的磨损和折损。
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图20
图21
（4）问题：因粗线无法一开始调试时，怎么哈气，警示灯就是亮不起来。 解决：用螺丝刀调节时基电路TLC555上的调节螺丝，将频率控制在
386HZ 左右，再吹气，则几下后，灯即亮起。
四、 总结
在本次课程设计中，原先一直以为是做数字钟的，但经老师的鼓动和对队友水平的信任，我们尝试了环境湿度控制器的制作。
一开始，拿到器材，感觉还是很庆幸的，焊接点不是很多，元件看着也简单。但在焊接的过程中，深深记得，我们差点将各触发器直接焊接在电路板上；还有，各电容、灯、元器件的正负，在焊接时也是茫然的。当时感觉自己的水平真的是纸上谈兵，在日后的学习中，要额外注意这些小点，为自己打下一个更扎实的基础。
焊接时间不长，半天多些，我们便进行了调试。一开始，因指示灯的反焊，吓得我们以为那儿出现大问题了，后经调整，灯如期亮了，心中欢喜，向成功迈出第一步。再就是后面的调整频率和示波器的显示，虽然有些迷茫，但和几组湿度控制器的小伙伴们一起，慢慢的也就懂的了。较顺利的完成了最终的调试。
总而言之，从这回的课程设计里，我学会了怎么样制作和调节湿度控制器，也感受到了数字电子电路和传感器的真正实际应用。其实我们平日里所学习的课程还是简单和基础的，要想真正的因此工作或进行创造，进一步深入的学习是相当有必要的。 五．参考文献 参考文献：
[1] 彭介华. 数字电子电路课程设计指导. 北京：高等教育出版社，2002. [2] 康华光. 数字电子电路基础－数字部分. 北京：高等教育出版社，2002. [3] [4]
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