【正文】 .................................................29附錄 II .....................................................................................................................41附錄 III ....................................................................................................................42附錄 IV....................................................................................................................43本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）1第 1 章 緒 論 引言隨著“信息時(shí)代”的到來，作為獲取信息的手段——傳感器技術(shù)得到了顯著的進(jìn)步，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，對其要求越來越高，需求越來越迫切。傳感器技術(shù)已成為衡量一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。因此，了解并掌握各類傳感器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及特性是非常重要的。由于傳感器能將各種物理量、化學(xué)量和生物量等信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，使得人們可以利用?jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測量、信息處理和自動(dòng)控制，但是它們都不同程度地存在溫漂和非線性等影響因素。傳感器主要用于測量和控制系統(tǒng)，它的性能好壞直接影響系統(tǒng)的性能。因此，不僅必須掌握各類傳感器的結(jié)構(gòu)、原理及其性能指標(biāo)，還必須懂得傳感器經(jīng)過適當(dāng)?shù)慕涌陔娐氛{(diào)整才能滿足信號的處理、顯示和控制的要求，而且只有通過對傳感器應(yīng)用實(shí)例的原理和智能傳感器實(shí)例的分析了解，才能將傳感器和信息通信和信息處理結(jié)合起來，適應(yīng)傳感器的生產(chǎn)、研制、開發(fā)和應(yīng)用。另一方面，傳感器的被測信號來自于各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，每個(gè)領(lǐng)域都為了改革生產(chǎn)力、提高工效和時(shí)效，各自都在開發(fā)研制適合應(yīng)用的傳感器，于是種類繁多的新型傳感器及傳感器系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。濕度傳感器是其中重要的一類傳感器。其發(fā)展速度之快，以及其應(yīng)用之廣，并且還有很大潛力。 設(shè)計(jì)意義在人的日常生活中，人的居住空間也是一個(gè)人工環(huán)境?？諝馕廴?，直接威脅人的身體健康；噪音污染，影響人的情緒，工作，休息，飲食，可以導(dǎo)致神經(jīng)衰弱；溫度過熱，過冷，導(dǎo)致人的不適，耗費(fèi)電能；空氣過濕，將使人們感到沉悶和窒息；空氣過燥，又會(huì)使人的口腔感到不適，甚至可能發(fā)生咽喉炎等疾病。如果能系統(tǒng)自動(dòng)控制這個(gè)最常見的空間，人的生活將更舒適。所以說，這是一個(gè)很有發(fā)展前途的課題，國內(nèi)外的學(xué)者已經(jīng)進(jìn)行了相關(guān)系統(tǒng)的研制，本也就其中最難測量的物理量濕度進(jìn)行研究。為此我使用專門測量濕度的傳感器，對濕度進(jìn)行測量。在國外，傳感器受到普遍的重視，且不同國家傳感器的發(fā)展各具特色。如:美國和日本在產(chǎn)品品種和性能方面不相上下。日本的發(fā)展特點(diǎn)是:先占領(lǐng)民用產(chǎn)品市場，再向高水平發(fā)展。日本十分重視研究開發(fā)功能材料，并建立了許多專業(yè)工本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2廠。而美國傳感器研究水平較高，力圖先解決研究中的難題，再轉(zhuǎn)入生產(chǎn)。歐洲在許多大學(xué)設(shè)立了傳感器研究中心，側(cè)重于理論研究。國外傳感器發(fā)展的一種傾向是:制造技術(shù)、信息處理技術(shù)、新材料的研究開發(fā)與應(yīng)用同時(shí)進(jìn)行，并向集成化、多功能化、智能化、薄膜化方向發(fā)展。 傳感器的種類可分為力、熱、濕、氣、磁、光、電等，國內(nèi)外已有很多生產(chǎn)廠家。其中環(huán)境濕度的檢測與控制越來越受到重視。 眾所周知，空氣是多種氣體的混合物，其主要成分是由氧、氮兩種氣體以及總數(shù)不到 1%的稀有氣體和二氧化碳組成，此外空氣中還有一種重要的、數(shù)量上經(jīng)常變化的成分—水汽。通常，空氣中水汽的含量用濕度表示?？諝鉂穸扰c人類關(guān)系密切。人們的日常生活和生產(chǎn)活動(dòng)以及動(dòng)植物的生存，都與周圍環(huán)境的濕度息息相關(guān)，從日常生活、家電、交通、醫(yī)療、氣象、工農(nóng)業(yè)都需要進(jìn)行濕度測量。如:為防止庫中的食品、武器彈藥、金屬材料等物品霉?fàn)€、生銹，必須保證環(huán)境的干燥。而水果、種子、肉類等的保存又需要保證一定的濕度，這些都須對濕度進(jìn)行測量與控制。茶葉、煙草的加工及紡織行業(yè)等都離不開對溫度的監(jiān)控。在家用電器上濕度測量廣泛用于空調(diào)機(jī)、微波爐、攝像機(jī)等電器。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，果園、大棚蔬菜等種植對濕度的要求更加嚴(yán)格。 總之，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，要求濕度傳感器向微型化和集成化方向發(fā)展，同時(shí)要求傳感器抗污染、長壽命，對環(huán)境濕度的控制將直接影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品的成敗問題。因此，隨著工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防、科技及整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，對環(huán)境濕度的控制和檢測越來越受到人們的重視，市場需求也越來越大。本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3第 2 章 總體方案設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)框圖3個(gè)HIH3610濕度傳感器A/D轉(zhuǎn)換ADC0809LED顯示電路預(yù)定按鍵加濕電路報(bào)警電路除濕電路時(shí)鐘電路AT89C51單片機(jī)圖 總體設(shè)計(jì)框圖 器件選擇 傳感器部分：傳感器以探頭形式安裝在車間內(nèi)，是由濕度傳感器及相應(yīng)調(diào)理電路組成。其中濕度傳感器，采用 HIH3610 濕度傳感器，測量精度高，響應(yīng)迅速，能直接將濕度信號轉(zhuǎn)換為直流電壓信號輸出。根據(jù)濕敏電阻在濕度改變時(shí)，阻值發(fā)生相應(yīng)變化的特性，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換電路將采集到的濕度信號轉(zhuǎn)換為電壓值，送 A/D 通道處理。 A/D 轉(zhuǎn)換電路： 本系統(tǒng)中，濕度為緩變信號，而且轉(zhuǎn)換成的電平信號為低電平緩變信號，對 A/D 轉(zhuǎn)換的要求不高，所以選用較為廉價(jià)的 ADC0809。該芯片采用的 9 位逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器，完全可以滿足設(shè)計(jì)需要，并且可以根據(jù)需要擴(kuò)展檢測電路。本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4 濕度檢測電路：總線上的電壓經(jīng)二極管整流，電容濾波后給濕度傳感器和總線器件供電。三個(gè)濕度傳感器 HIH3610 濕度輸出電壓送入 ADC0809 經(jīng) A/D 轉(zhuǎn)換后，送入AT89C51。 時(shí)鐘電路部分：日歷時(shí)鐘 DS12887 內(nèi)含鋰電池，RAM 數(shù)據(jù)可保存 10 年以上，具有時(shí)鐘，警號，12/24 小時(shí)制選擇等功能。RAM 包括 10B 的時(shí)間控制寄存器和 4B 的狀態(tài)寄存器及 114B 的通用 RAM 區(qū)。 顯示電路：采用 8 位 LED 顯示電路對濕度值和溫度值進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。鎖存驅(qū)動(dòng)電路選用了 74LS164 芯片，滿足設(shè)計(jì)要求。 加濕除濕電路：當(dāng)檢測的濕度值高于設(shè)定的濕度值范圍時(shí)，單片機(jī)停止加濕，同時(shí)進(jìn)行除濕；當(dāng)濕度值低于設(shè)定的濕度范圍時(shí)，單片機(jī)停止除濕進(jìn)行加濕。為了得到準(zhǔn)確的濕度測量值，還應(yīng)該在測量濕度的同時(shí)測量環(huán)境濕度傳感器電源電壓值。 預(yù)定值按鍵電路：為了完成預(yù)定濕度值的設(shè)置，系統(tǒng)中設(shè)置了 5 個(gè)按鍵，分別為開始鍵，加一鍵，減一鍵，設(shè)定鍵和確認(rèn)鍵。 系統(tǒng)工作原理本次設(shè)計(jì)的濕度檢測系統(tǒng)主要由單片機(jī)控制電路，濕度檢測電路和外圍電路組成。首先，由濕度檢測電路將各個(gè)檢測點(diǎn)的濕度數(shù)據(jù)檢測出來，然后將模擬信號送至 A/D 轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，A/D 轉(zhuǎn)換電路將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號送如單片機(jī)處理，之后由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)比較分析，把實(shí)時(shí)濕度數(shù)值由顯示電路中顯示出來。當(dāng)濕度高于或低于規(guī)定數(shù)值時(shí)，單片機(jī)發(fā)出指令，由加濕除濕電路進(jìn)行加濕除濕，并且同時(shí)報(bào)警。由鍵盤電路可改變預(yù)設(shè)的濕度范圍，從而根據(jù)季節(jié)和時(shí)間等具體需要對濕度檢測系統(tǒng)控制的濕度范圍進(jìn)行調(diào)節(jié)。本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5第 3 章 單元電路設(shè)計(jì)及連接 傳感器濕度采集傳感器選用 HIH3610 濕度傳感器。傳感器以探頭形式安裝在車間內(nèi)，是由濕度傳感器及相應(yīng)調(diào)理電路組成。其中濕度傳感器 HIH3610 濕度傳感器，HIH3610 型濕度傳感器為 Honeywell 公司生產(chǎn)的 HIH 系列濕度傳感器。其內(nèi)部裝有相對濕度與溫度測量的感測裝置，以高聚合物配合多孔性白金屬為感測材料，并以多孔性為帶電極，同時(shí)在感測器外部利用抗水性的不銹鋼多孔性燒結(jié)物將其封裝。HIH3610 型濕度感測器是用以偵測當(dāng)時(shí)空氣中水蒸汽度和飽和水蒸氣度的比例關(guān)系。其工作原理為將金屬氧化物粉末燒結(jié)成陶瓷物，由燒結(jié)的程度可得到一多孔狀的 物體，而此多空狀的物體表面會(huì)吸收水分子中的離子，使得濕度感測器產(chǎn)生物理變化，即使感測部分的材料阻抗發(fā)生改變。當(dāng)濕度高時(shí)，在多孔質(zhì)表面的吸附層變得更厚，阻抗變得更低，而使電流更容易通過，因此可以很容易測量到濕度的大小。HIH3610 測量精度高，響應(yīng)迅速，能直接將濕度信號轉(zhuǎn)換為直流電壓信號輸出。根據(jù)濕敏電阻在濕度改變時(shí)，阻值發(fā)生相應(yīng)變化的特性，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換電路將采集到的濕度信號轉(zhuǎn)換為電壓值，送 A/D 通道處理。 HIH3610 是為大批量 OEM 設(shè)計(jì)，具有儀表級測量性能，低成本，SIP 封裝。線形放大電壓輸出，驅(qū)動(dòng)電流200181。A，適合電池供電，器件一致性好。量程：0~100%RH 非凝結(jié)，寬工作溫度范圍–40~85176。，高精度：177。2%RH，極好的線形輸出 5VDC 恒壓供電，放大線形電壓輸出，低功耗設(shè)計(jì) 200181。A 驅(qū)動(dòng)電流，激光修正互換性，快速響應(yīng)15 秒，慢流動(dòng)的空氣中穩(wěn)定性好,抗化學(xué)腐蝕性能高。HIH3602A 性能規(guī)格： 濕度感測 100kΩ 177。5％@25℃相對濕度精確度 177。2％RH，0~100％RH（非凝結(jié)狀態(tài)） ，25℃，5VdcDC supply相對濕度線性特性 177。％RH相對濕度磁滯規(guī)格 177。％RH of Span Maximum相對濕度重現(xiàn)率 177。％RH相對濕度響應(yīng)時(shí)間 50s 於緩速流動(dòng)空氣中@25℃本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）6相對濕度穩(wěn)定度 177。1％RH（5 年內(nèi)相對濕度 50％）電源供電 c to 電流供電 操作經(jīng)濟(jì)范圍 0~100％RH （非凝結(jié)狀態(tài)）操作溫度范圍 40℃~85℃（40℉~185℉）溫度感測精確度 177。3℃@25℃DQ VDDVADGNDDS2430VDDOUTGNDHIH3610100KC20210PF20220PFVD1VD2圖 HIH3610 濕度傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路圖 A/D 轉(zhuǎn)換電路本系統(tǒng)中，濕度為緩變信號，而且轉(zhuǎn)換成的電平信號為低電平緩變信號，對A/D 轉(zhuǎn)換的要求不高，所以選用較為廉價(jià)的 ADC0809。該芯片完全可以滿足設(shè)計(jì)需要，并且可以根據(jù)需要擴(kuò)展檢測電路。ADC0809 是采樣頻率為 8 位的、以逐次逼近原理進(jìn)行模—數(shù)轉(zhuǎn)換的器件。其內(nèi)部有一個(gè) 8 通道多路開關(guān)，它可以根據(jù)地址碼鎖存譯碼后的信號，只選通 8 個(gè)單斷模擬輸入信號中的一個(gè)進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換。主要特性：　　1）8 路 8 位 A／D 轉(zhuǎn)換器，即分辨率 8 位。 　　2）具有轉(zhuǎn)換起?？刂贫恕?　　3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100μs。　　4）單個(gè)＋5V 電源供電 ?！　?）模擬輸入電壓范圍 0～＋5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）7　　6）工作溫度范圍為40～＋85 攝氏度。 　　7）低功耗，約 15mW。 ADC0809 功能引腳介紹： IN026 msb21 2122 20IN127 23 1924 18IN228 25 826 15IN31 27 14lsb28 17IN42 EOC 7IN53 ADDA 25IN64 ADDB 24ADDC 23IN75 ALE 22ref()16 ENABLE 9START 6ref(+)12 CLOCK 10ADC0809圖 ADC0809 引腳圖引腳功能： ADC0809 芯片有 28 條引腳，采用雙列直插式封裝。下面說明各引腳功能。 　　IN0 ～I(xiàn)N7：8 路模擬量輸入端。　　21 ～28：8 位數(shù)字量輸出端?！　DDA、ADDB、ADDC：3 位地址輸入線，用于選通 8 路模擬輸入中的一路 ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。 　　START： A／D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號，輸入，高電平有效。 　　EOC： A／D 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，當(dāng) A／D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸出一個(gè)高電平（轉(zhuǎn)換期間一直為低電平） 。 　　OE ：數(shù)據(jù)輸出允許信號，輸入，高電平有效。當(dāng) A／D 轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，此端輸入一個(gè)高電平，才能打開輸出三態(tài)門，輸出數(shù)字量?！　LK：時(shí)鐘脈沖輸入端。要求時(shí)鐘頻率不高于 640KHZ。 　　REF（+） 、REF（）：基準(zhǔn)電壓。 　　Vcc：電源，單一＋5V 。 　　GND：地。 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8內(nèi)部結(jié)構(gòu) ：ADC0809 是 CMOS 單片型逐次逼近式 A／D 轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 所示，它由 8 路模擬開關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、8 位開關(guān)樹型 D／A 轉(zhuǎn)換器、逐次逼近圖 ADC0809 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖A/D 轉(zhuǎn)換后得到的數(shù)據(jù)應(yīng)及時(shí)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)傳送的關(guān)鍵問題是如何確認(rèn) A/D 轉(zhuǎn)換的完成，因?yàn)橹挥写_認(rèn)完成后，才能進(jìn)行傳送。為此可采用下述三種方式。a 定時(shí)傳送方式：對于一種 A/D 轉(zhuǎn)換其來說，轉(zhuǎn)換時(shí)間作為一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是已知的和固定的。例如 ADC0809 轉(zhuǎn)換時(shí)間為 128μs，相當(dāng)于 6MHz 的 MCS51 單片機(jī)共 64 個(gè)機(jī)器周期。可據(jù)此設(shè)計(jì)一個(gè)延時(shí)子程序，A/D 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)后即調(diào)用此子程序，延遲時(shí)間一到，轉(zhuǎn)換肯定已經(jīng)完成了，接著就可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。b 查詢方式：A/D 轉(zhuǎn)換芯片由表明轉(zhuǎn)換完成的狀態(tài)信號，例如 ADC0809 的 EO