毕业设计论文_相对湿度测量仪的设计.doc

-大学本科生毕业设计（论文）开题报告毕业设计题目：相对湿度测量仪的设计学 院：专业班级：学生姓名：指导教师:年 4月 2日目录一、 课题研究的目的和意义 3二、 课题研究的主要任务和预期目标 31主要任务及要求 3 2预期目标 3三、设计方案 4 1设计思想 4 2方案论证 6 2.1 课题的原理框图 7 2.2课题的方案具体论证 7 3设计中要解决的主要问题和措施 8四、课题进度安排 9五、参考文献10相对湿度测量仪的设计一、 课题研究的目的和意义 在工农业生产、气象、环保、科研等部门，经常需要对环境湿度进行测量及控制，快速、准确地测量出环境湿度有着重要作用。电容式相对湿度传感器hs11001101是基于独特工艺设计的电容元件，具有可靠性高、稳定性好、反应时间快等优点，可用于线性电压或频率输出回路当中。本设计采用hs11001101的频率输出特性，来实现对环境相对湿度的测量 通过本次毕业设计，进一步巩固传感器电路知识，达到熟练运用的目的；通过本次毕业设计，进一步熟悉在面对实际问题中对传感电路的运用，提高自我水平。在老师的指导下，独立完成课程设计，培养严谨的科学态度和认真学习的工作作风，培养创造性思维方式。二、课题研究的主要任务和预期目标1主要任务及要求应用集成传感器技术与电子技术相结合设计出相对湿度测量器。重点是集成传感器hs1101湿敏电容传感器的功能研究。对所有的工作进行总结。2预期目标要求能做到基本的电路及实物，基本上能测到一般空气的相对湿度。三、设计方案1设计思想 湿度：表示大气干燥程度的物理量。现在湿度测量主要有两种方式:干湿球测量法、电子式湿度传感器测量法。在此选用的是电子式湿度传感器测量法，其电路系统主要由控制电路、湿度测量电路、接口电路、显示电路和键盘组成，如图2所示。其中，控制电路由单片机以及外围元件构成，主要完成定时、湿度频率数据采集、数据处理和结果显示等任务。湿度测量电路实现环境湿度与频率的转换，其输出信号的频率与湿度单值对应。接口电路主要完成输出频率信号的整形、电平匹配等，送入单片机的定时计数器t1。t1工作于计数器方式，定时记录脉冲数并存入内存缓冲区。 湿度传感器hs1101是基于独特工艺设计的电容元件，这些相对湿度传感器可以大批量生产。可以应用于办公室自动化，车厢内空气质量控制，家电，工业控制系统等。它有以下几个显著的特点：1、 全互换性，在标准环境下不需校正2、 长时间饱和下快速脱湿3、 可以自动化焊接，包括波峰或水浸4、 高可靠性与长时间稳定性5、 专利的固态聚合物结构6、 可用于线性电压或频率输出回路7、 快速反应时间hs1101的简单物照图如图2-15。图2-1：hs1101实物照相对湿度在0%100%rh范围内；电容量由162pf变到200pf,其误差不大于2%rh；响应时间小于5s；温度系统为0.04pf/。可见其精度是较高的。其湿度电容响应曲线如图2-2：20 40 60 80 100 相对湿度% 200 190 180 170 电容f图2-2：hs1101湿度电容响应曲线hs1101的一些常用参数如表2-1：表2-1：hs1101常用参数参数符号参数值单位工作温度ta-40100储存温度tstg-40125供电电压vs10vac湿度范围rh0100%rh焊接时间=260t10s根据该型号湿度传感器与频率的对应关系，就可以得到当前的湿度值。如下表：表3.1 湿度频率映照表2方案论证2.1 课题的原理框图 开始基于单片机的hs1101传感器湿度测量电路，主要由几个部分组成：传感器数据采集电路，模数转换电路，单片机主板电路等。其程序流程图如图3-7所示。 硬件初始化 湿度采集接口电路连接 单片机 数据处理 湿度显示 图3-7：系统总流程图2.2 课题的方案具体论证此方案是基于湿度hs1101传感器，在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。涉及如何将电容的变化量准确地转变为计算机易于接受的信号时，常用两种方法:一是将hs1101置于运放与阻容组成的桥式振荡电路中，所产生的正弦波电压信号经整流、直流放大、再a/d转换为数字信号;另一种是将hs1101置于555振荡电路中，将电容值的变化转为与之呈反比的电压频率信号，可直接被计算机所采集。数据处理的主要任务是确定测定的频率与相对湿度值之间的计算关系。文中将555振荡电路的输出端fout与单片机的t1脚相连，计数出1 s的脉冲个数，即振荡器的输出频率，然后进行频率与湿度之间的转换。1、555时基电路：ne555是一个能产生精确定时脉冲的高稳度控制器，其输出驱动电流可达200ma.。在多谐振荡器工作方式时，其输出的脉冲占空比由两个外接电阻和一个外接电容确定；在单稳态工作方式时，其延时时间由一个外接电阻和一个外接电容确定，它可以延时数微秒到数小时。其工作电压范围为：4.5v16v。 2、adc0809模数转换器：在单片机应用中，特别是在实时控制系统中，常常需要把外界连续变化的物理量（如湿度、湿度、压力、流量），变成数字量送入计算机内进行加工处理。反之，也需要将计算机输出的数字量转为连续变化的模拟量，用心控制调节一些执行机构，实现对被控对象的控制。这种由模拟量变为数字量，或由数字量转为模拟量的转换，通常叫做模/数，或数/模转换。用以实现这类转换的器件，叫做模/数（a/d）转换器或数/模（d/a）转换器7。adc0809具有8路模拟量输入，可在程序控制下对任意通道进行a/d转换，输出8位二进制数字量。其主要性能有：逐次比较型；cmos工艺制造；单电源供电；无需外部进行零点和满量度调整；可锁存三态输出，输出与ttl兼容；易与各种微控制器接口；具有锁存控制的8路模拟开关；分辨率为8位；功耗为15mw；转换时间（）为128；转换精度为8。3、测湿电路与单片机连接：ne555的输出端跟adc0809的in0通道相接，则adc0809芯片的地址选通为addr0,addr1,addr2都接地。adc0809的转换时钟由单片机的ale提供。adc0809的典型转换频率为640khz，ale信号频率与晶振频率有关，如果晶振频率取12mhz，则ale的频率为2mhz，所以adc0809的时钟端clk与单片机的ale端相接时，要考虑分频。8051通过地址线p2.0和读写控制线、来控制模拟输入通常地址锁存、启动和输出允许。3设计中要解决的主要问题和措施 1) 研究的基本内容基于hs1101传感器的测湿电路在实验中对湿度的采集、测量、表示。基于555振荡电路的湿度测量电路设计，测量电路与单片机之间的链接。2) 拟解决主要问题 hs1101的特性及作用， 基于555振荡电路的湿度测量电路设计， 测湿电路与单片机连接 数据处理 四、课题进度安排时间具体内容第1周课题认证，收集资料第2周查阅资料第3周查阅资料，起草开题报告第4周学习hs1101相关知识及测量电路，提交开题报告第5周学习湿度测量相关电路连接第6周进行器件分析和具体电路设计第7周对各部分电路进行功能分析第8周连接电路部件，实现相应功能第9周连接电路部件，实现相应功能第10周连接电路部件，实现相应功能第11周连接电路部件，实现相应功能第12周对电路整体测试实现设计要求第13周撰写毕业设计论文第14周撰写毕业设计论文第15周撰写毕业设计论文第16周准备毕业设计答辩第17周毕业设计答辩五、参考文献：1 施昌彦、虞惠霞，实验室质量管理，北京：化学工业出版社，20062 沙占友，智能化集成温度传感器原理与应用，北京：机械工业出版社，20023 刘迎春、叶湘滨，传感器原理设计与应用，长沙：国防科技大学出版社，20044 周旭，现代传感器技术，北京：国防工业出版社，20075 humirel，relative humidity sensor hs1101/hs1101z。humirel，20026 张萍、黄增双，基于555定时器的数字化测湿方法的研究，自动化技术与应用，26（09）：106-107，20067 李林功、吴飞青、王兵、丁晓，单片机原理与应用，北京：机械工业出版社，20078 hnatek、eugene r.，a users handbook of d/a and d/a converters，new york：wiley,19769 李光忠，基于单片机的温湿度检测系统的设计，中国学术期刊(光盘版)电子杂志社，200810 南