发明内容
本发明针对现有技术的不足,提出了一种基于MSP430F149单片机的温湿度仪,它适用于常温下的温度测量。
本发明采用的技术方案是:采用MSP430F149单片机作为控制芯片,协调仪器各个部分的工作。传感器信号的接收采用带电桥的放大电路,A/D转换使用MSP430F149内部的12位A/D。采用蓄电池供电,当与上位机相连时可转为上位机供电,并对蓄电池充电。采用RS232/RS485两种通信方式,两种通信方式共用一个DB9口,自动识别具体的通信方式。通过几个零欧姆电阻的焊接组合来实现模拟信号或数字信号的接收。扩展外部FLASH存储器,可以存储历史数据,上传给上位机。带电池电压检测功能,显示采用LED数码管,提供人机交互接口,可以用来选择补偿功能。
该温湿度仪包括控制模块、温度模块、湿度模块、RS232通信模块、RS485通信模块、报警模块、电源模块和电源电压测量模块。
控制模块包括控制芯片U6MSP430F149,JTAG接口J7,跳线J8,液晶接口J10,存储芯片U7AT45DB161D,蜂鸣器接口J11,软键盘接口J9,时钟晶振X1;第一滤波电感FB3,第二滤波电感FB4;第一滤波电容C35,第二滤波电容C36,第三滤波电容C37,第四滤波电容C38,第五滤波电容C39,第六滤波电容C40,第七滤波电容C41,第八滤波电容C42,第九滤波电容C43;第一限流电阻R61,第二限流电阻R62,第三限流电阻R64,第四限流电阻R65,第五限流电阻R66,第六限流电阻R67,第七限流电阻R68,第八限流电阻R69,第九限流电阻R70;第一滤波电阻R63,DCO频率微调电阻R71,快速放电二极管D22,发光二极管LED。
跳线J8的2脚接电源VCC,跳线J8的1脚接JTAG接口J7的2脚,跳线J8的3脚接JTAG接口J7的4脚;第二滤波电感FB4的一端接电源VCC,第二滤波电感FB4的另一端和第三滤波电容C37的一端、第四滤波电容C38的一端以及控制芯片U6的64脚相连,第三滤波电容C37的另一端、第四滤波电容C38的另一端、控制芯片U6的60脚和62脚与模拟地连接;控制芯片U6的61脚接第二湿度模块中第十六限流电阻R53的一端和第六0Ω电阻R50的一端,控制芯片U6的59脚接第一湿度模块中第十四限流电阻R45的一端,控制芯片U6的50脚接第一温度模块中运放U5A的7脚,控制芯片U6的49脚接第二温度模块中运放U5B的10脚;控制芯片U6的48脚接第一限流电阻R61的一端,第一限流电阻R61的另一端接发光二极管LED的阳极,发光二极管LED的阴极接地;控制芯片U6的47脚接RS485通信模块中U2的2脚,控制芯片U6的46脚接RS485通信模块中U2的3脚;控制芯片U6的43脚接第八限流电阻R69的一端,第八限流电阻R69的另一端接液晶接口J10的4脚,控制芯片U6的42脚接液晶接口J10的3脚,控制芯片U6的41脚接液晶接口J10的1脚,液晶接口J10的2脚接地;控制芯片U6的40脚接报警模块中三极管Q3的基极,控制芯片U6的39脚接存储芯片U7的8脚,控制芯片U6的38脚接存储芯片U7的1脚,控制芯片U6的37脚接存储芯片U7的4脚,控制芯片U6的36脚接第二限流电阻R62的一端,第二限流电阻R62的另一端接存储芯片U7的2脚,存储芯片U7的3脚、5脚、6脚、第五滤波电容C39的一端和第六滤波电容C40的一端接电源VCC,第五滤波电容C39的另一端和第六滤波电容C40的另一端接地;控制芯片U6的33脚接RS232通信模块中三极管Q1的集电极和RS485通信模块中芯片U2的1脚,控制芯片U6的32脚接RS232通信模块中第十九限流电阻R12的一端和RS485通信模块中芯片U2的4脚;控制芯片U6的25脚接DCO频率微调电阻R71的一端,DCO频率微调电阻R71的另一端接电源VCC;控制芯片U6的23脚接第七限流电阻R68的一端和软键盘接口J9的6脚,第七限流电阻R68的另一端接电源VCC,控制芯片U6的22脚接第六限流电阻R67的一端和软键盘接口J9的5脚,第六限流电阻R67的另一端接电源VCC,控制芯片U6的21脚接第五限流电阻R66的一端和软键盘接口J9的4脚,第五限流电阻R66的另一端接电源VCC,控制芯片U6的20脚接第四限流电阻R65的一端和软键盘接口J9的3脚,第四限流电阻R65的另一端接电源VCC,控制芯片U6的18脚接第三限流电阻R64的一端和软键盘接口J9的2脚,第三限流电阻R64的另一端接电源VCC,软键盘接口J9的1脚接地;控制芯片U6的19脚接电源+3.4V,控制芯片U6的17脚接第九限流电阻R70的一端,第九限流电阻R70的另一端接蜂鸣器接口J11的1脚,蜂鸣器接口J11的2脚接地;控制芯片U6的16脚接RS485通信模块中三极管Q2的集电极,控制芯片U6的15脚接第二电源模块中第二十六限流电阻R24的一端,控制芯片U6的14脚接第二温度模块中第二0Ω电阻R33的一端,控制芯片U6的12脚接第二湿度模块中第五0Ω电阻R49的一端;控制芯片U6的11脚、第八滤波电容C42的一端和第九滤波电容C43的一端接模拟地,第八滤波电容C42的另一端和第九滤波电容C43的另一端接控制芯片U6的7脚,并从控制芯片U6的7脚引出基准电压VREF;控制芯片U6的6脚接电源电压测量模块中运放U4A的1脚,控制芯片U6的5脚和2脚接模拟地,控制芯片U6的4脚接第二温度模块中运放U5B的15脚,控制芯片U6的3脚接第一温度模块中运放U5A的2脚;第一滤波电感FB3的一端接电源VCC,第一滤波电感FB3的另一端接第一滤波电容C35的一端、第二滤波电容C36的一端和控制芯片U6的1脚,第一滤波电容C35的另一端和第二滤波电容C36的另一端接地;控制芯片U6的1脚接第一滤波电阻R63的一端和快速放电二极管D22的阴极,第一滤波电阻R63的另一端和快速放电二极管D22的阳极接第七滤波电容C41的一端和控制芯片U6的58脚,第七滤波电容C41的另一端接地。
温度模块包括第一温度模块和第二温度模块。第一温度模块包括电桥第一电阻R28,电桥第二电阻R29,电桥第三电阻R30,电桥第四电阻R31;电桥第一电容C23,电桥第二电容C24;第十滤波电容C29,第十一滤波电容C30;第十限流电阻R42,运放U5A,接口J3。
第二温度模块包括电桥第五电阻R34,电桥第六电阻R35,电桥第七电阻R36,电桥第八电阻R52;电桥第三电容C31,电桥第四电容C32;第一0Ω电阻R32,第二0Ω电阻R33,第三0Ω电阻R48;第十一限流电阻R47,运放U5B,接口J4。
电桥第一电阻R28的一端和电桥第二电阻R29的一端接基准电压VREF_B,电桥第一电阻R28的另一端接接口J3的1脚、运放U5A的6脚和电桥第一电容C23的一端,电桥第一电容C23的另一端接地;电桥第二电阻R29的另一端接运放U5A的5脚、电桥第三电阻R30的一端和电桥第二电容的C24的一端,电桥第三电阻R30的另一端接电桥第四电阻R31的一端,电桥第四电阻R31的另一端和电桥第二电容的C24的另一端接地;第十限流电阻R42的一端接接接口J3的2脚,第十限流电阻R42的另一端接地;第十滤波电容C29的一端和第十一滤波电容C30的一端接电源VP1,第十滤波电容C29的另一端和第十一滤波电容C30的另一端接地;运放U5A的2脚接控制模块中控制芯片U6的3脚,运放U5A的7脚接控制模块中控制芯片U6的50脚,运放U5A的16脚接电源VP1。
电桥第五电阻R34的一端和电桥第六电阻R35的一端接基准电压VREF_B,电桥第五电阻R34的另一端接接口J4的1脚、运放U5B的11脚和电桥第三电容C31的一端,电桥第三电容C31的另一端接地;电桥第六电阻R35的另一端接运放U5B的12脚、电桥第七电阻R36的一端和电桥第四电容C32的一端,电桥第七电阻R36的另一端接电桥第八电阻R52的一端,电桥第八电阻R52的另一端和电桥第四电容C32的另一端接地;第十一限流电阻R47的一端接接口J4的3脚,第十一限流电阻R47的另一端接地;第一0Ω电阻R32的一端接接口J4的1脚,第一0Ω电阻R32的另一端接控制模块中控制芯片U6的4脚,第二0Ω电阻R33的一端接接口J4的2脚,第二0Ω电阻R33的另一端接控制模块中控制芯片U6的14脚,第三0Ω电阻R48的一端接接口J4的3脚,另一端接地。运放U5A的15脚接控制模块中控制芯片U6的4脚,运放U5A的10脚接控制模块中控制芯片U6的49脚。实际应用中第一0Ω电阻R32、第二0Ω电阻R33和第三0Ω电阻R48三者中只焊接一个,以接收不同信号。
湿度模块包括第一湿度模块和第二湿度模块。第一湿度模块包括第二滤波电阻R41,第三滤波电阻R54;第十二滤波电容C28,第十三滤波电容C33;第十二限流电阻R43,第十三限流电阻R44,第十四限流电阻R45;第一反馈电阻R55,运放U4C,接口J5。
第二湿度模块包括第四0Ω电阻R46,第五0Ω电阻R49,第六0Ω电阻R50;第十五限流电阻R51,第十六限流电阻R53,第十七限流电阻R56;第四滤波电阻R57,第十四滤波电容C34,第二反馈电阻R58,运放U4D,接口J6。
第二滤波电阻R41的一端接电源VP1,第二滤波电阻R41的另一端接第十二滤波电容C28的一端、接口J5的3脚和第二湿度模块中第四0Ω电阻R46的一端,第十二滤波电容C28的另一端接地;接口J5的1脚接模拟地,接口J5的2脚接第十二限流电阻R43的一端,第十二限流电阻R43的另一端接第十三限流电阻R44的一端,第十三限流电阻R44的另一端接第三滤波电阻R54的一端、第十三滤波电容C33的一端和运放U4C的10脚,第三滤波电阻R54的另一端和第十三滤波电容C33的另一端接模拟地;运放U4C的8脚接第十四限流电阻R45的一端,第十四限流电阻R45的另一端接控制模块中控制芯片U6的59脚和第一反馈电阻R55的一端,第一反馈电阻R55的另一端接运放U4C的9脚。
第四0Ω电阻R46的一端接第一湿度模块中接口J5的3脚,第四0Ω电阻R46的另一端接接口J6的1脚和第五0Ω电阻R49的一端,第五0Ω电阻R49的另一端接控制模块中控制芯片U6的12脚;接口J6的3脚接模拟地,接口J6的2脚接第十五限流电阻R51的一端,第十五限流电阻R51的另一端接第十七限流电阻R56的一端,第十七限流电阻R56的另一端接第四滤波电阻R57的一端、第十四滤波电容C34的一端和运放U4D的12脚,第四滤波电阻R57的另一端和第十四滤波电容C34的另一端接模拟地;运放U4D的14脚接第十六限流电阻R53的一端,第十六限流电阻R53的另一端接控制模块中控制芯片U6的61脚和第二反馈电阻R58的一端,第二反馈电阻R58的另一端接运放U4D的13脚;第六0Ω电阻R50的一端接接口J6的2脚,第六0Ω电阻R50的另一端接控制模块中控制芯片U6的61脚。实际应用中第四0Ω电阻R46、第五0Ω电阻R49和第六0Ω电阻R50三者中只焊接一个,以接收不同信号。
RS232通信模块包括DB9口J1,第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8;第十五滤波电容C1,第十六滤波电容C2,第十七滤波电容C3,第十八滤波电容C4;第一上拉电阻R4,第一分压电阻R1,第二分压电阻R2,第十八限流电阻R3,第十九限流电阻R12;输入电平转换三极管Q1,输出电平转换运放U1A。
DB9口J1的3脚接第一二极管D1的阳极,J1的4脚接第二二极管D2的阳极,J1的8脚接第三二极管D3的阳极,J1的9脚接第四二极管D4的阳极,J1的7脚接第五二极管D5的阳极,第一二极管D1的阴极、第二二极管D2的阴极、第三二极管D3的阴极、第四二极管D4的阴极和第五二极管D5的阴极接第十五滤波电容C1的一端和第十七滤波电容C3的一端,第二二极管D2的阴极引出RS232正电源VP2,第十五滤波电容C1的另一端和第十七滤波电容C3的另一端接地;DB9口J1的7脚接第六二极管D6的阳极,DB9口J1的2脚接第八二极管D8的阳极,第六二极管D6的阴极和第八二极管D8的阴极接第十六滤波电容C2的一端和第十八滤波电容C4的一端,第六二极管D6的阴极引出RS232负电源VEE,第十六滤波电容C2的另一端和第十八滤波电容C4的另一端接地;DB9口J1的3脚接第一分压电阻R1的一端,第一分压电阻R1的另一端接第二分压电阻R2的一端、第七二极管D7的阴极和输入电平转换三极管Q1的基极,第二分压电阻R2的另一端、第七二极管D7的阳极和输入电平转换三极管Q1的发射极接地;输入电平转换三极管Q1的集电极接控制模块中控制芯片U6的33脚和第一上拉电阻R4的一端,第一上拉电阻R4的另一端接电源VCC;DB9口J1的2脚接输出电平转换运放U1A的1脚,输出电平转换运放U1A的4脚接RS232正电源VP2,输出电平转换运放U1A的8脚接RS232负电源VEE,输出电平转换运放U1A的2脚接第十九限流电阻R12的一端,第十九限流电阻R12的另一端接控制模块中控制芯片U6的32脚,输出电平转换运放U1A的3脚接第十八限流电阻R3的一端,第十八限流电阻R3的另一端接基准电压VREF_B。
RS485通信模块包括第九二极管D9,第十二极管D10,第十一二极管D11;第三分压电阻R5,第四分压电阻R6,第五分压电阻R7,第六分压电阻R8,第七分压电阻R9,第八分压电阻R10,第二上拉电阻R11;三极管Q2,RS485通信芯片U2。
第三分压电阻R5的一端接RS232通信模块中DB9口J1的第8脚,第三分压电阻R5的另一端接第九二极管D9的阳极和第五分压电阻R7的一端,第九二极管D9的阴极和第五分压电阻R7的另一端接地;第四分压电阻R6的一端接RS232通信模块中DB9口J1的第9脚,第四分压电阻R6的另一端接第十二极管D10的阳极和第六分压电阻R8的一端,第十二极管D10的阴极和第六分压电阻R8的另一端接地;第七分压电阻R9的一端接RS232通信模块中DB9口J1的第7脚,第七分压电阻R9的另一端接第八分压电阻R10的一端、第十一二极管D11的阴极和三极管Q2的基极,第八分压电阻R10的另一端、第十一二极管D11的阳极和三极管Q2的发射极接地;第二上拉电阻R11的一端接电源VCC,第二上拉电阻R11的另一端接三极管Q2的集电极,三极管Q2的集电极接控制模块中控制芯片U6的16脚;RS485通信芯片U2的1脚接控制模块中控制芯片U6的33脚,U2的2脚接控制模块中控制芯片U6的47脚,U2的3脚接控制模块中控制芯片U6的46脚,U2的4脚接控制模块中控制芯片U6的32脚,U2的5脚接地,U2的6脚接第九二极管D9的阳极,U2的7脚接第十二极管D10的阳极,U2的8脚接电源+3.4。
报警模块包括第十二二极管D12,第十三二极管D13,三极管Q3,三极管Q4,第二十限流电阻R13,第二十一限流电阻R14,接口J2。
三极管Q3的基极接控制模块中控制芯片U6的40脚,三极管Q3的发射极接第二十限流电阻R13的一端,第二十限流电阻R13的另一端接地;三极管Q3的集电极接三极管Q4的基极,三极管Q4的发射极接第十二二极管D12的阴极和第十三二极管D13的阴极,第十二二极管D12的阳极接RS232通信模块中DB9口J1的4脚,第十三二极管D13的阳极接RS232通信模块中DB9口J1的7脚;三极管Q4的集电极接接口J2的1脚和第二十一限流电阻R14的一端,第二十一限流电阻R14的另一端和接口J2的2脚接地。
电源模块包括第一电源模块和第二电源模块。第一电源模块包括第二十二限流电阻R15,第二十三限流电阻R16,第二十四限流电阻R17,第二十五限流电阻R22;第九分压电阻R18,第十分压电阻R19,第十一分压电阻R20,第十二分压电阻R21;第三反馈电阻R27,第五滤波电阻R23,第六滤波电阻R26;第十九滤波电容C5,第二十滤波电容C6,第二十一滤波电容C7,第二十二滤波电容C8,第二十三滤波电容C9,第二十四滤波电容C10,第二十五滤波电容C11,第二十六滤波电容C21,第一反馈电容C22;第十四二极管D14,第十五二极管D15,第十六二极管D16,第十七二极管D17,第十八二极管D18;运放U1B,运放U4B,三极管Q5,蓄电池BT1。
第六滤波电阻R26的一端接控制模块中控制芯片U6的7脚,第六滤波电阻R26的另一端接运放U4B的6脚和第二十六滤波电容C21的一端,第二十六滤波电容C21的另一端接地;运放U4B的7脚接第三反馈电阻R27的一端、第一反馈电容C22的一端和第二十二限流电阻R15的一端,运放U4B的7脚输出基准电压VREF_B,用于温度模块中的电桥基准电压VREF_B,第三反馈电阻R27的另一端和第一反馈电容C22的另一端接运放U4B的5脚;第二十二限流电阻R15的另一端接运放U1B的6脚,运放U1B的4脚接地,运放U1B的8脚接RS232通信模块中RS232正电源VP2、第十九滤波电容C5的一端、第二十滤波电容C6的一端和三极管Q5的集电极,第十九滤波电容C5的另一端和第二十滤波电容C6的另一端接地;运放U1B的7脚接第二十三限流电阻R16的一端,第二十三限流电阻R16的另一端接第二十四限流电阻R17的一端,第二十四限流电阻R17的另一端接三极管Q5的基极;三极管Q5的发射极接第十一分压电阻R20的一端、第二十一滤波电容C7的一端和第二十二滤波电容C8的一端,第二十一滤波电容C7的另一端和第二十二滤波电容C8的另一端接地;第十一分压电阻R20的另一端接第九分压电阻R18的一端,第九分压电阻R18的另一端接第十分压电阻R19的一端,第十分压电阻R19的另一端接第十二分压电阻R21的一端和运放U1B的5脚,第十二分压电阻R21的另一端接地;第十四二极管D14的阳极和第十五二极管D15的阳极接三极管Q5的发射极,第十五二极管D15的阴极接第十六二极管D16的阳极和第十七二极管D17的阳极,第十六二极管D16的阴极的接第五滤波电阻R23的一端和第二十五滤波电容C11的一端,并输出电源+3.4V,第五滤波电阻R23的另一端和第二十五滤波电容C11的另一端接地;第十四二极管D14的阴极接第二十五限流电阻R22的一端,第二十五限流电阻R22的另一端接电池BT1的正极和第十八二极管D18的阳极,电池BT1的负极接地,第十八二极管D18的阴极接第二十三滤波电容C9的一端、第二十四滤波电容C10的一端和第十七二极管D17的阴极,第十八二极管D18的阴极输出电源VCC,第二十三滤波电容C9的另一端和第二十四滤波电容C10的另一端接地。
第二电源模块包括第二十六限流电阻R24,第二十七限流电阻R25;第三滤波电感FB1,第四滤波电感FB2;第二十七滤波电容C12,第二十八滤波电容C13,第二十九滤波电容C14,第三十滤波电容C15,第三十一滤波电容C17,第三十二滤波电容C18,第三十三滤波电容C19,第三十四滤波电容C20;第十九二极管D19,第二十二极管D20,第二十一二极管D21,三极管Q6,三极管Q7;第二反馈电容C16,电源芯片U3。
第三滤波电感FB1的一端、第二十七滤波电容C12的一端和第二十八滤波电容C13的一端接电源VCC,第二十七滤波电容C12的另一端和第二十八滤波电容C13的另一端接地,第三滤波电感FB1的另一端接第二十九滤波电容C14的一端、第三十滤波电容C15的一端和三极管Q6发射极,第二十九滤波电容C14的另一端和第三十滤波电容C15的另一端接地;第二十六限流电阻R24的一端接控制模块中控制芯片U6的15脚,第二十六限流电阻R24的另一端接三极管Q7的基极,三极管Q7的发射极接地,三极管Q7的集电极接第二十七限流电阻R25的一端,第二十七限流电阻R25的另一端接三极管Q6的基极,三极管Q6的集电极接电源芯片U3的8脚;电源芯片U3的8脚接第十九二极管D19的阳极,第十九二极管D19的阴极接第二十二极管D20的阳极和第二反馈电容C16的一端,第二反馈电容C16的另一端接电源芯片U3的2脚,第二十二极管D20的阴极接第二十一二极管D21的阳极;第二十一二极管D21的阴极接第三十一滤波电容C17的一端、第三十二滤波电容C18的一端和第四滤波电感FB2的一端,第三十一滤波电容C17的另一端和第三十二滤波电容C18的另一端接模拟地,第四滤波电感FB2的另一端接第三十三滤波电容C19的一端和第三十四滤波电容C20的一端,第三十三滤波电容C19的另一端和第三十四滤波电容C20的另一端接模拟地;电源芯片U3的3脚和5脚接模拟地。
电源电压测量模块包括第三十五滤波电容C25,第三十六滤波电容C26,第三十七滤波电容C27;第四反馈电阻R39,第五反馈电阻R40;第十三分压电阻R37,第十四分压电阻R38,运放U4A。
第十三分压电阻R37的一端接电源VP1,第十三分压电阻R37的另一端接第十四分压电阻R38的一端、第三十五滤波电容C25的一端和运放U4A的3脚,第十四分压电阻R38的另一端和第三十五滤波电容C25的另一端接地;第四反馈电阻R39的一端和第五反馈电阻R40的一端接运放U4A的2脚,四反馈电阻R39的另一端和第五反馈电阻R40的另一端接运放U4A的1脚;运放U4A的11脚、第三十六滤波电容C26的一端、第三十七滤波电容C27的一端接电源VP1,运放U4A的4脚、第三十六滤波电容C26的另一端、第三十七滤波电容C27的另一端接地。
本发明的主要特点是低功耗,可自动充电,高精度,可以接收模拟和数字两种信号。低功耗是通过使用TI公司的超低功耗系列单片机MSP460F149来实现的,配合软件设计,仪器在不工作时可处于休眠状态。本仪器通过DB9口和上位机相连时,可以自动转为上位机供电模式,还可以对蓄电池进行充电,延长了电池使用寿命。本发明的高精度是通过控制器内部的12位A/D模块和电桥电路实现的,电桥电路还可以对信号进行前端滤波处理。该仪器除了可以接收模拟信号外,还可以接收数字信号,并进行处理(市场上现有的同类仪器只能接收模拟信号)。另外本发明的通信方式也有创新,使用两种通信方式,RS232和RS485,并且共用同一接口,使该仪器的体积进一步减小,方便携带。最后本发明还实现了电压测量、报警以及软键盘交互功能,进一步扩展了它的功能。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示,基于MSP430单片机的温湿度仪包括控制模块1、第一温度模块2、第二温度模块3、第一湿度模块4、第二湿度模块5、RS232通信模块6、RS485通信模块7、报警模块8、第一电源模块9、第二电源模块10、电源电压测量模块11。本实施例中的电源由第一电源模块和第二电源模块提供,第一电源模块提供电源电压VCC和+3.4V,VCC为3.3V,电源VCC为控制模块、RS232通信模块、RS485通信模块、第二电源模块提供工作电压,电压+3.4V为控制模块和RS485通信模块提供3.4V电压。第二电源模块提供电源电压VP1,VP1为5.1V,它由VCC升压得到,VP1为第一温度模块、第二温度模块、第一湿度模块、第二湿度模块和电源电压测量模块提供工作电压,VP1又经过电源电压测量模块变换后送到控制模块进行A/D转换,转换结果用于计算湿度值。报警模块的工作电源是由上位机通过DB9口J1的4脚或7脚提供的,控制模块中A/D提供的基准电压VREF(2.5V)经电源模块中的电压跟随器变换为VREF_B。VREF_B也为2.5V,它为第一温度模块和第二温度模块中的电桥提供基准电压。当该仪器与上位机相连时,不论采用RS232通信方式与RS485通信方式中的哪一种,都通过DB9口J1为第一电源模块中的蓄电池BT1充电(如图1中的充电电压VP2所示)。本实施例的主要目的是采集温度和湿度数据,传感器送来的温度或湿度信号经第一温度模块、第二温度模块、第一湿度模块和第二湿度模块接收变换后送往控制模块进行A/D转换和一定数学变换后,由控制模块送往显示液晶来显示,显示液晶包含在控制模块里。第二温度模块和第二湿度模块还可以用来接收数字信号,具体实施见下面温度模块和湿度模块的说明。
如图2所示,控制模块包括控制芯片U6MSP430F149,JTAG接口J7,跳线J8,液晶接口J10,存储芯片U7AT45DB161D,蜂鸣器接口J11,软键盘接口J9,时钟晶振X1;第一滤波电感FB3,第二滤波电感FB4;第一滤波电容C35,第二滤波电容C36,第三滤波电容C37,第四滤波电容C38,第五滤波电容C39,第六滤波电容C40,第七滤波电容C41,第八滤波电容C42,第九滤波电容C43;第一限流电阻R61,第二限流电阻R62,第三限流电阻R64,第四限流电阻R65,第五限流电阻R66,第六限流电阻R67,第七限流电阻R68,第八限流电阻R69,第九限流电阻R70;第一滤波电阻R63,DCO频率微调电阻R71,快速放电二极管D22,发光二极管LED。
跳线J8的2脚接电源VCC,跳线J8的1脚接JTAG接口J7的2脚,跳线J8的3脚接JTAG接口J7的4脚;第二滤波电感FB4的一端接电源VCC,第二滤波电感FB4的另一端和第三滤波电容C37的一端、第四滤波电容C38的一端以及控制芯片U6的64脚相连,第三滤波电容C37的另一端、第四滤波电容C38的另一端、控制芯片U6的60脚和62脚与模拟地连接;控制芯片U6的61脚接第二湿度模块中第十六限流电阻R53的一端和第六0Ω电阻R50的一端,控制芯片U6的59脚接第一湿度模块中第十四限流电阻R45的一端,控制芯片U6的50脚接第一温度模块中运放U5A的7脚,控制芯片U6的49脚接第二温度模块中运放U5B的10脚;控制芯片U6的48脚接第一限流电阻R61的一端,第一限流电阻R61的另一端接发光二极管LED的阳极,发光二极管LED的阴极接地;控制芯片U6的47脚接RS485通信模块中U2的2脚,控制芯片U6的46脚接RS485通信模块中U2的3脚;控制芯片U6的43脚接第八限流电阻R69的一端,第八限流电阻R69的另一端接液晶接口J10的4脚,控制芯片U6的42脚接液晶接口J10的3脚,控制芯片U6的41脚接液晶接口J10的1脚,液晶接口J10的2脚接地;控制芯片U6的40脚接报警模块中三极管Q3的基极,控制芯片U6的39脚接存储芯片U7的8脚,控制芯片U6的38脚接存储芯片U7的1脚,控制芯片U6的37脚接存储芯片U7的4脚,控制芯片U6的36脚接第二限流电阻R62的一端,第二限流电阻R62的另一端接存储芯片U7的2脚,存储芯片U7的3脚、5脚、6脚、第五滤波电容C39的一端和第六滤波电容C40的一端接电源VCC,第五滤波电容C39的另一端和第六滤波电容C40的另一端接地;控制芯片U6的33脚接RS232通信模块中三极管Q1的集电极和RS485通信模块中芯片U2的1脚,控制芯片U6的32脚接RS232通信模块中第十九限流电阻R12的一端和RS485通信模块中芯片U2的4脚;控制芯片U6的25脚接DCO频率微调电阻R71的一端,DCO频率微调电阻R71的另一端接电源VCC;控制芯片U6的23脚接第七限流电阻R68的一端和软键盘接口J9的6脚,第七限流电阻R68的另一端接电源VCC,控制芯片U6的22脚接第六限流电阻R67的一端和软键盘接口J9的5脚,第六限流电阻R67的另一端接电源VCC,控制芯片U6的21脚接第五限流电阻R66的一端和软键盘接口J9的4脚,第五限流电阻R66的另一端接电源VCC,控制芯片U6的20脚接第四限流电阻R65的一端和软键盘接口J9的3脚,第四限流电阻R65的另一端接电源VCC,控制芯片U6的18脚接第三限流电阻R64的一端和软键盘接口J9的2脚,第三限流电阻R64的另一端接电源VCC,软键盘接口J9的1脚接地;控制芯片U6的19脚接电源+3.4V,控制芯片U6的17脚接第九限流电阻R70的一端,第九限流电阻R70的另一端接蜂鸣器接口J11的1脚,蜂鸣器接口J11的2脚接地;控制芯片U6的16脚接RS485通信模块中三极管Q2的集电极,控制芯片U6的15脚接第二电源模块中第二十六限流电阻R24的一端,控制芯片U6的14脚接第二温度模块中第二0Ω电阻R33的一端,控制芯片U6的12脚接第二湿度模块中第五0Ω电阻R49的一端;控制芯片U6的11脚、第八滤波电容C42的一端和第九滤波电容C43的一端接模拟地,第八滤波电容C42的另一端和第九滤波电容C43的另一端接控制芯片U6的7脚,并从控制芯片U6的7脚引出基准电压VREF;控制芯片U6的6脚接电源电压测量模块中运放U4A的1脚,控制芯片U6的5脚和2脚接模拟地,控制芯片U6的4脚接第二温度模块中运放U5B的15脚,控制芯片U6的3脚接第一温度模块中运放U5A的2脚;第一滤波电感FB3的一端接电源VCC,第一滤波电感FB3的另一端接第一滤波电容C35的一端、第二滤波电容C36的一端和控制芯片U6的1脚,第一滤波电容C35的另一端和第二滤波电容C36的另一端接地;控制芯片U6的1脚接第一滤波电阻R63的一端和快速放电二极管D22的阴极,第一滤波电阻R63的另一端和快速放电二极管D22的阳极接第七滤波电容C41的一端和控制芯片U6的58脚,第七滤波电容C41的另一端接地。
图2中JTAG接口J7用于程序烧写和在线调试程序。电感FB3和FB4及与其相连的电容起电源滤波作用,使系统工作稳定,其中电容C35和电容C38为0.1μF,电容C36和C37为10μF。二极管D22,R63和C41构成慢速充电快速放电电路,电压正向时,D22截止,C41通过R63充电至电源电压,由于R63阻值较大,为200K,所以时间常数τ(=RC)也很大,充电慢。当电源电压反向时,D22导通,R63近似短路,D22导通电阻很小,时间常数也很小,将电容C41的电压迅速放掉,保护控制芯片U6MSP430F149不受损坏。传感器信号放大后从控制芯片U6的引脚59(ARH_1)、61(ARH_2)、3(ATIN_1)、4(ATIN_2)、12(ARH_2_1)及14(ATIN_2_1)送入片上A/D,信号PT_SHUTDOWN_1和PT_SHUTDOWN_2用于在不测量温度时关闭温度模块的运放U5A和U5B,使系统功耗降低。信号TxD_EN和RxD_EN用于控制RS485通信芯片U2的工作,分别是发送允许和接收允许。接口J10是LCD显示液晶接口,由控制芯片U6提供时钟信号LED_CLK和数据信号LED_DI。U7是外接的串行FLASH存储芯片AT45DB161D,用SPI通信方式和控制芯片U6通信,SCK是时钟信号,SO和SI分别是数据输出(对于FLASH芯片)和数据输入,CS是片选信号,用于控制芯片U6和FLASH存储芯片U7通信时选中它。U7可用于存储历史数据,上传给上位机。外接电阻R71用于稳定控制芯片内部DCO的振荡频率,R71选用精度为1%的100KΩ高精度电阻。J11处外接报警器,J9处外接软键盘,用于调试系统和温度补偿,具体功能由软件设计决定。时钟晶振X1为32768Hz,MSP430系列单片机的外接晶振不用接电容来稳定振荡频率。信号VREF是控制芯片U6中A/D输出的参考电压,经过第一电源模块中的电压跟随器输出为信号VREF_B后可用于电压基准。LED用于显示系统的工作状态,蜂鸣器接口J11处外接蜂鸣器。
如图3所示,第一温度模块包括电桥第一电阻R28,电桥第二电阻R29,电桥第三电阻R30,电桥第四电阻R31;电桥第一电容C23,电桥第二电容C24;第十滤波电容C29,第十一滤波电容C30;第十限流电阻R42,运放U5AISL28270IAZ,接口J3。
电桥第一电阻R28的一端和电桥第二电阻R29的一端接基准电压VREF_B,电桥第一电阻R28的另一端接接口J3的1脚、运放U5A的6脚和电桥第一电容C23的一端,电桥第一电容C23的另一端接地;电桥第二电阻R29的另一端接运放U5A的5脚、电桥第三电阻R30的一端和电桥第二电容的C24的一端,电桥第三电阻R30的另一端接电桥第四电阻R31的一端,电桥第四电阻R31的另一端和电桥第二电容的C24的另一端接地;第十限流电阻R42的一端接接接口J3的2脚,第十限流电阻R42的另一端接地;第十滤波电容C29的一端和第十一滤波电容C30的一端接电源VP1,第十滤波电容C29的另一端和第十一滤波电容C30的另一端接地;运放U5A的2脚接控制模块中控制芯片U6的3脚,运放U5A的7脚接控制模块中控制芯片U6的50脚,运放U5A的16脚接电源VP1。
如图4所示,第二温度模块包括电桥第五电阻R34,电桥第六电阻R35,电桥第七电阻R36,电桥第八电阻R52;电桥第三电容C31,电桥第四电容C32;第一0Ω电阻R32,第二0Ω电阻R33,第三0Ω电阻R48;第十一限流电阻R47,运放U5B ISL28270IAZ,接口J4。
电桥第五电阻R34的一端和电桥第六电阻R35的一端接基准电压VREF_B,电桥第五电阻R34的另一端接接口J4的1脚、运放U5B的11脚和电桥第三电容C31的一端,电桥第三电容C31的另一端接地;电桥第六电阻R35的另一端接运放U5B的12脚、电桥第七电阻R36的一端和电桥第四电容C32的一端,电桥第七电阻R36的另一端接电桥第八电阻R52的一端,电桥第八电阻R52的另一端和电桥第四电容C32的另一端接地;第十一限流电阻R47的一端接接口J4的3脚,第十一限流电阻R47的另一端接地;第一0Ω电阻R32的一端接接口J4的1脚,第一0Ω电阻R32的另一端接控制模块中控制芯片U6的4脚,第二0Ω电阻R33的一端接接口J4的2脚,第二0Ω电阻R33的另一端接控制模块中控制芯片U6的14脚,第三0Ω电阻R48的一端接接口J4的3脚,另一端接地。运放U5A的15脚接控制模块中控制芯片U6的4脚,运放U5A的10脚接控制模块中控制芯片U6的49脚。实际应用中第一0Ω电阻R32、第二0Ω电阻R33和第三0Ω电阻R48三者中只焊接一个,以接收不同信号。
图3和图4中的运放U5A和U5B采用的是双通道微功耗仪表放大器ISL28270IAZ,它的电压放大倍数是G=(1+RF/RG)。接口J3处可以直接将传感器铂电阻焊上,也可以外接传感器,接口J4用于外接传感器。运放ISL28270IAZ两个通道U5A和U5B前端均采用电桥放大电路,能精确的接收信号,且有滤波作用,两个电桥臂上的四个电容值都是0.1μF。信号PT_SHUTDOWN_1和PT_SHUTDOWN_2用于关闭放大器的两个通道,以降低功耗。图4中有几个0Ω电阻,它们根据需要决定是否焊上。当R32,R33和R48都不焊时,可以接收模拟传感器电压信号,当焊上R32或R33时,可以接收数字信号,若只焊上R48,则可以在接收模拟传感器信号时改变电桥的输入阻抗。
如图5所示,第一湿度模块包括第二滤波电阻R41,第三滤波电阻R54,第十二滤波电容C28,第十三滤波电容C33,第十二限流电阻R43,第十三限流电阻R44,第十四限流电阻R45,第一反馈电阻R55,运放U4C TLV2324ID,接口J5。
第二滤波电阻R41的一端接电源VP1,第二滤波电阻R41的另一端接第十二滤波电容C28的一端、接口J5的3脚和第二湿度模块中第四0Ω电阻R46的一端,第十二滤波电容C28的另一端接地;接口J5的1脚接模拟地,接口J5的2脚接第十二限流电阻R43的一端,第十二限流电阻R43的另一端接第十三限流电阻R44的一端,第十三限流电阻R44的另一端接第三滤波电阻R54的一端、第十三滤波电容C33的一端和运放U4C的10脚,第三滤波电阻R54的另一端和第十三滤波电容C33的另一端接模拟地;运放U4C的8脚接第十四限流电阻R45的一端,第十四限流电阻R45的另一端接控制模块中控制芯片U6的59脚和第一反馈电阻R55的一端,第一反馈电阻R55的另一端接运放U4C的9脚。
如图6所示,第二湿度模块包括第四0Ω电阻R46,第五0Ω电阻R49,第六0Ω电阻R50;第十五限流电阻R51,第十六限流电阻R53,第十七限流电阻R56,第四滤波电阻R57,第二反馈电阻R58;第十四滤波电容C34,运放U4DTLV2324ID,接口J6。
第四0Ω电阻R46的一端接第一湿度模块中接口J5的3脚,第四0Ω电阻R46的另一端接接口J6的1脚和第五0Ω电阻R49的一端,第五0Ω电阻R49的另一端接控制模块中控制芯片U6的12脚;接口J6的3脚接模拟地,接口J6的2脚接第十五限流电阻R51的一端,第十五限流电阻R51的另一端接第十七限流电阻R56的一端,第十七限流电阻R56的另一端接第四滤波电阻R57的一端、第十四滤波电容C34的一端和运放U4D的12脚,第四滤波电阻R57的另一端和第十四滤波电容C34的另一端接模拟地;运放U4D的14脚接第十六限流电阻R53的一端,第十六限流电阻R53的另一端接控制模块中控制芯片U6的61脚和第二反馈电阻R58的一端,第二反馈电阻R58的另一端接运放U4D的13脚;第六0Ω电阻R50的一端接接口J6的2脚,第六0Ω电阻R50的另一端接控制模块中控制芯片U6的61脚。实际应用中第四0Ω电阻R46、第五0Ω电阻R49和第六0Ω电阻R50三者中只焊接一个,以接收不同信号。
图5和图6中的运放选择低电压低功耗的四运放TLV2324ID,该四运放包括电源电压测量模块中的运放U4A、第一电源模块中的U4B、第一湿度模块中的运放U4C,第二湿度模块中的运放U4D。湿度模块同样有两路接收放大电路,图5中J5的3脚和图6中J6的1脚为湿度传感器提供电源电压VP1。图6中的电路和图5中的类似,不同的是多了几个0Ω电阻,通过它们的焊接组合,可以接收不同信号。如果只焊上R46,则为传感器供电,接收模拟电压信号,若焊上R49或R50,则可以接收数字信号。该模块的电源选择5.1V的VP1,它由第二电源模块提供。图中滤波电容C28为10μF,C33和C34为0.1μF。
如图7所示,RS232通信模块包括DB9口J1,第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8;第十五滤波电容C1,第十六滤波电容C2,第十七滤波电容C3,第十八滤波电容C4;第一上拉电阻R4,第一分压电阻R1,第二分压电阻R2,第十八限流电阻R3,第十九限流电阻R12;输入电平转换三极管Q1MMBT9014LT1G,输出电平转换运放U1A LM2904DR。
DB9口J1的3脚接第一二极管D1的阳极,J1的4脚接第二二极管D2的阳极,J1的8脚接第三二极管D3的阳极,J1的9脚接第四二极管D4的阳极,J1的7脚接第五二极管D5的阳极,第一二极管D1的阴极、第二二极管D2的阴极、第三二极管D3的阴极、第四二极管D4的阴极和第五二极管D5的阴极接第十五滤波电容C1的一端和第十七滤波电容C3的一端,第二二极管D2的阴极引出RS232正电源VP2,第十五滤波电容C1的另一端和第十七滤波电容C3的另一端接地;DB9口J1的7脚接第六二极管D6的阳极,DB9口J1的2脚接第八二极管D8的阳极,第六二极管D6的阴极和第八二极管D8的阴极接第十六滤波电容C2的一端和第十八滤波电容C4的一端,第六二极管D6的阴极引出RS232负电源VEE,第十六滤波电容C2的另一端和第十八滤波电容C4的另一端接地;DB9口J1的3脚接第一分压电阻R1的一端,第一分压电阻R1的另一端接第二分压电阻R2的一端、第七二极管D7的阴极和输入电平转换三极管Q1的基极,第二分压电阻R2的另一端、第七二极管D7的阳极和输入电平转换三极管Q1的发射极接地,输入电平转换三极管Q1的集电极接控制模块中控制芯片U6的33脚和第一上拉电阻R4的一端,第一上拉电阻R4的另一端接电源VCC;DB9口J1的2脚接输出电平转换运放U1A的1脚,输出电平转换运放U1A的4脚接RS232正电源VP2,输出电平转换运放U1A的8脚接RS232负电源VEE,输出电平转换运放U1A的2脚接第十九限流电阻R12的一端,第十九限流电阻R12的另一端接控制模块中控制芯片U6的32脚,输出电平转换运放U1A的3脚接第十八限流电阻R3的一端,第十八限流电阻R3的另一端接基准电压VREF_B。
图7中的电路为系统提供RS232串口通信,其中Q1、R1、R2、R4和D7组成的电路用来转换输入电平,U1A、R3和R12组成的电路用来转换输出电平,VREF_B是参考电压,二极管D7是电压箝位二极管,电压反向时将其入地,以免损坏仪器。图中RS232正电源由232_DTR引入,负电源由232_RTS或232_TXD引入,图中所有二极管当电压为正时导通,电压为负时截止,可以预防上位机传来的电源为负时损坏元器件。电容C1、C2、C3和C4通过与其相连的二极管充放电,并为电池储能充电,电容C1和C2为0.1μF,电容C3和C4为10μF。电压VP2用作蓄电池电路的充电电压和运放U1A的正电源,VEE用作运放U1A的负电源。运放U1A和RS485通信模块中的运放U1B选用双运放LM2904DR。
如图8所示,RS485通信模块包括第九二极管D9,第十二极管D10,第十一二极管D11;第三分压电阻R5,第四分压电阻R6,第五分压电阻R7,第六分压电阻R8,第七分压电阻R9,第八分压电阻R10,第二上拉电阻R11;三极管Q2MMBT9014LT1G,RS485通信芯片U2ISL83483IBZ。
第三分压电阻R5的一端接RS232通信模块中DB9口J1的第8脚,第三分压电阻R5的另一端接第九二极管D9的阳极和第五分压电阻R7的一端,第九二极管D9的阴极和第五分压电阻R7的另一端接地;第四分压电阻R6的一端接RS232通信模块中DB9口J1的第9脚,第四分压电阻R6的另一端接第十二极管D10的阳极和第六分压电阻R8的一端,第十二极管D10的阴极和第六分压电阻R8的另一端接地;第七分压电阻R9的一端接RS232通信模块中DB9口J1的第7脚,第七分压电阻R9的另一端接第八分压电阻R10的一端、第十一二极管D11的阴极和三极管Q2的基极,第八分压电阻R10的另一端、第十一二极管D11的阳极和三极管Q2的发射极接地;第二上拉电阻R11的一端接电源VCC,第二上拉电阻R11的另一端接三极管Q2的集电极,三极管Q2的集电极接控制模块中控制芯片U6的16脚;RS485通信芯片U2的1脚接控制模块中控制芯片U6的33脚,U2的2脚接控制模块中控制芯片U6的47脚,U2的3脚接控制模块中控制芯片U6的46脚,U2的4脚接控制模块中控制芯片U6的32脚,U2的5脚接地,U2的6脚接第九二极管D9的阳极,U2的7脚接第十二极管D10的阳极,U2的8脚接电源+3.4。
图8中的RS485通信方式和图7中的RS232通信方式共用一个DB9接口J1,两种通信方式的识别由485_PWR信号完成,RS485电源由DB9接口J1的7脚引入。当采用RS485通信方式时,三极管Q2基极为高电平,Q2导通,信号485_PWR为低电平有效信号,此时由程序识别采用RS485通信方式。本实施例采用ISL83483为信号转换芯片,当TxD_EN有效时,CPU_TXD信号经过U2ISL83483转换后送往外部。当RxD_EN有效时,A_485和B_485信号经过U2转换后从U2的1脚送往控制器U6的33脚。D9与R7,D10与R8,D11与R10分别构成箝位电路,防止电压反向时对各部分电路元件造成损坏。
如图9所示,报警模块包括第十二二极管D12,第十三二极管D13,三极管Q3MMBT9014LT1G,三极管Q4MMBT8550LT1G,第二十限流电阻R13,第二十一限流电阻R14,接口J2。
三极管Q3的基极接控制模块中控制芯片U6的40脚,三极管Q3的发射极接第二十限流电阻R13的一端,第二十限流电阻R13的另一端接地;三极管Q3的集电极接三极管Q4的基极,三极管Q4的发射极接第十二二极管D12的阴极和第十三二极管D13的阴极,第十二二极管D12的阳极接RS232通信模块中DB9口J1的4脚,第十三二极管D13的阳极接RS232通信模块中DB9口J1的7脚;三极管Q4的集电极接接口J2的1脚和第二十一限流电阻R14的一端,第二十一限流电阻R14的另一端和接口J2的2脚接地。
报警模块主要用于当环境温度或湿度高于预设值时发出报警信号。
如图10所示,第一电源模块包括第二十二限流电阻R15,第二十三限流电阻R16,第二十四限流电阻R17,第二十五限流电阻R22;第九分压电阻R18,第十分压电阻R19,第十一分压电阻R20,第十二分压电阻R21;第三反馈电阻R27,第五滤波电阻R23,第六滤波电阻R26;第十九滤波电容C5,第二十滤波电容C6,第二十一滤波电容C7,第二十二滤波电容C8,第二十三滤波电容C9,第二十四滤波电容C10,第二十五滤波电容C11,第二十六滤波电容C21,第一反馈电容C22;第十四二极管D14,第十五二极管D15,第十六二极管D16,第十七二极管D17,第十八二极管D18;运放U1B LM2904DR,运放U4B TLV2324ID,三极管Q5,蓄电池BT1。
第六滤波电阻R26的一端接控制模块中控制芯片U6的7脚,第六滤波电阻R26的另一端接运放U4B的6脚和第二十六滤波电容C21的一端,第二十六滤波电容C21的另一端接地;运放U4B的7脚接第三反馈电阻R27的一端、第一反馈电容C22的一端和第二十二限流电阻R15的一端,运放U4B的7脚输出基准电压VREF_B,用于温度模块中的电桥基准电压,第三反馈电阻R27的另一端和第一反馈电容C22的另一端接运放U4B的5脚;第二十二限流电阻R15的另一端接运放U1B的6脚,运放U1B的4脚接地,运放U1B的8脚接RS232通信模块中RS232正电源VP2、第十九滤波电容C5的一端、第二十滤波电容C6的一端和三极管Q5的集电极,第十九滤波电容C5的另一端和第二十滤波电容C6的另一端接地;运放U1B的7脚接第二十三限流电阻R16的一端,第二十三限流电阻R16的另一端接第二十四限流电阻R17的一端,第二十四限流电阻R17的另一端接三极管Q5的基极;三极管Q5的发射极接第十一分压电阻R20的一端、第二十一滤波电容C7的一端和第二十二滤波电容C8的一端,第二十一滤波电容C7的另一端和第二十二滤波电容C8的另一端接地;第十一分压电阻R20的另一端接第九分压电阻R18的一端,第九分压电阻R18的另一端接第十分压电阻R19的一端,第十分压电阻R19的另一端接第十二分压电阻R21的一端和运放U1B的5脚,第十二分压电阻R21的另一端接地;第十四二极管D14的阳极和第十五二极管D15的阳极接三极管Q5的发射极,第十五二极管D15的阴极接第十六二极管D16的阳极和第十七二极管D17的阳极,第十六二极管D16的阴极的接第五滤波电阻R23的一端和第二十五滤波电容C11的一端,并输出电源+3.4,第五滤波电阻R23的另一端和第二十五滤波电容C11的另一端接地;第十四二极管D14的阴极接第二十五限流电阻R22的一端,第二十五限流电阻R22的另一端接电池BT1的正极和第十八二极管D18的阳极,电池BT1的负极接地,第十八二极管D18的阴极接第二十三滤波电容C9的一端、第二十四滤波电容C10的一端和第十七二极管D17的阴极,并输出电源VCC,第二十三滤波电容C9的另一端和第二十四滤波电容C10的另一端接地。
如图11所示,第二电源模块包括第二十六限流电阻R24,第二十七限流电阻R25;第三滤波电感FB1,第四滤波电感FB2;第二十七滤波电容C12,第二十八滤波电容C13,第二十九滤波电容C14,第三十滤波电容C15,第三十一滤波电容C17,第三十二滤波电容C18,第三十三滤波电容C19,第三十四滤波电容C20;第十九二极管D19,第二十二极管D20,第二十一二极管D21;三极管Q6MMBT8550LT1G,三极管Q7MMBT9014LT1G;第二反馈电容C16,电源芯片U3LMC7660。
第三滤波电感FB1的一端、第二十七滤波电容C12的一端和第二十八滤波电容C13的一端接电源VCC,第二十七滤波电容C12的另一端和第二十八滤波电容C13的另一端接地,第三滤波电感FB1的另一端接第二十九滤波电容C14的一端、第三十滤波电容C15的一端和三极管Q6发射极,第二十九滤波电容C14的另一端和第三十滤波电容C15的另一端接地;第二十六限流电阻R24的一端接控制模块中控制器U6的15脚,第二十六限流电阻R24的另一端接三极管Q7的基极,三极管Q7的发射极接地,三极管Q7的集电极接第二十七限流电阻R25的一端,第二十七限流电阻R25的另一端接三极管Q6的基极,三极管Q6的集电极接电源芯片U3的8脚;电源芯片U3的8脚接第十九二极管D19的阳极,第十九二极管D19的阴极接第二十二极管D20的阳极和第二反馈电容C16的一端,第二反馈电容C16的另一端接电源芯片U3的2脚,第二十二极管D20的阴极接第二十一二极管D21的阳极;第二十一二极管D21的阴极接第三十一滤波电容C17的一端、第三十二滤波电容C18的一端和第四滤波电感FB2的一端,第三十一滤波电容C17的另一端和第三十二滤波电容C18的另一端接模拟地,第四滤波电感FB2的另一端接第三十三滤波电容C19的一端和第三十四滤波电容C20的一端,第三十三滤波电容C19的另一端和第三十四滤波电容C20的另一端接模拟地;电源芯片U3的3脚和5脚接模拟地。
图10中的BT1是蓄电池,平时由它对整个仪器供电。当没有和上位机相连时,VP2电压为0,VDC也为0,二极管D14截止,D18导通,提供给系统的电源电压VCC约为3.3V。二极D17也截止,此时网络标识+3.4处的电压也为0。当系统通过串口和上位机相连时,VP2处有电压。控制模块中控制芯片U6上的A/D提供的基准电压VREF经过电压跟随器(由运放TLV2324ID的U4B部分和电阻电容组成)后输出2.5V电压VREF_B。VREF_B和电压VP2经由运放U1B、三极管Q5和相关元件组成的串联稳压电路,最后输出4V电压VDC。VDC加到二极管D14的正极,使其导通,通过电阻R22对蓄电池BT1充电,并且二极管D18导通,提供系统工作电源VCC。VDC使二极管D15和D16也导通,提供3.4V电压,用作RS485通信芯片U2的电源和控制器U620脚的+3.4V电压输入。图11中的U3LMC7660是开关电容电压变换器,它可以把+1.5V~+10V范围内的正电压转换为-1.5~-10范围内的负电压,也可以用作电压升压器。这里使用它的升压功能,把3.3V电压VCC升到5.1V的VP1。图11中FB1和FB2及各自的四个电容组成π型滤波电路,使电源VP1纹波很小,为传感器提供稳定的电源电压。信号VDD_ON用于控制第二电源模块的工作,当VDD_ON为高电平时,三极管Q7导通,三极管Q6也导通,使电源电压VCC加到LMC7660的第8脚。当VDD_0N为低电平时,Q7截止,Q6也截止,Q6的集电极电压很低,芯片LMC7660不工作,停止提供电源电压VP1。
如图12所示,电源电压测量模块包括第三十五滤波电容C25,第三十六滤波电容C26,第三十七滤波电容C27;第四反馈电阻R39,第五反馈电阻R40;第十三分压电阻R37,第十四分压电阻R38,运放U4A TLV2324ID。
第十三分压电阻R37的一端接电源VP1,第十三分压电阻R37的另一端接第十四分压电阻R38的一端、第三十五滤波电容C25的一端和运放U4A的3脚,第十四分压电阻R38的另一端和第三十五滤波电容C25的另一端接地;第四反馈电阻R39的一端和第五反馈电阻R40的一端接运放U4A的2脚,四反馈电阻R39的另一端和第五反馈电阻R40的另一端接运放U4A的1脚;运放U4A的11脚、第三十六滤波电容C26的一端、第三十七滤波电容C27的一端接电源VP1,运放U4A的4脚、第三十六滤波电容C26的另一端、第三十七滤波电容C27的另一端接地。
图12中的滤电容C25和C26为0.1μF,滤波电容C27为10μF。电源电压量测模块的作用是将电源VP1的一半经电压跟随器后送入控制模块中控制芯片U6中的A/D模块进行转换,转换后的结果用于计算湿度值。VP1的一半经电阻R37和电阻R38分压得到,电阻R37和电阻R38都为100KΩ,电压跟随器由运放U4A、电阻R39和电阻R40组成。