【正文】 WP ――同一溫度下水蒸汽的飽和水汽壓 [3]。 大氣中含有水汽的多少，表示大氣中的干、濕程度，用濕度來(lái)表示，也就是說(shuō)，濕度表示大氣干濕程度的物理量。實(shí)際中，輸入信號(hào)隨時(shí)間的變化形式多種多樣，無(wú)法統(tǒng)一 研究，所以通常只分析傳感器在標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)作用下的輸出。 傳感器的動(dòng)態(tài)特性 傳感器動(dòng)態(tài)特性是指輸入量隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化時(shí)，其輸出與輸入的關(guān)系。 4. 重復(fù)性 重復(fù)性是指在相同工作條件下，輸入量按同一方向作全量程多次測(cè)試時(shí)，所得傳感器特性曲線不一致性的程度。 3. 遲滯 在相同工作條件下做全量程范圍校準(zhǔn)時(shí)，下行程（輸入量由小到大）和反xdydnS ? 8 行程（輸入量由大到?。┧幂敵鲚斎胩匦郧€往往不重合。 2. 靈敏度 靈敏度是指?jìng)鞲衅髟诜€(wěn)態(tài)下輸出變化對(duì)輸入變化的比值，一般用 nS 來(lái)表示，即 式中： yd ――輸出量的變化； xd ――輸入量的變化。 1. 線性度 傳感器的線性度用傳感器的輸出與輸入之間的線性程度表示。應(yīng)該說(shuō)明，并不是所有的傳感器都能明顯分清敏感元件與轉(zhuǎn)換元件兩個(gè)部分，而是二者全為一體。 系統(tǒng)示 意圖 濕敏元件 HS1101 振蕩電路 NE555 模數(shù)轉(zhuǎn)換 ADC0809 核心處理器 MCU51 個(gè)人 PC 電腦 終端 7 第二章：濕度測(cè)量電路設(shè)計(jì) 傳感器是能夠感受規(guī)定的被測(cè)量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置。 可靠性，本系統(tǒng)所有的環(huán)節(jié)中，都應(yīng)該有著可靠性的 思想，從選用可靠性高的元器件；供電電源采用抗干擾措施；進(jìn)行多向?yàn)V波等作為出發(fā)點(diǎn)。智能濕度測(cè)控器適配各種微控制器，構(gòu)成智能化濕敏控制系統(tǒng)；它們還可以脫離微控制器單獨(dú)工作，自行構(gòu)成一個(gè)溫控儀，既可以工作在連續(xù)轉(zhuǎn)換模式，亦可選擇單次轉(zhuǎn)換模式。用這種模擬集成濕度傳感器來(lái)進(jìn)行室內(nèi)環(huán)境室內(nèi)濕度測(cè)控，外圍電路是較為簡(jiǎn)單，所以這種測(cè)量方法最為廣泛應(yīng)用。其主要缺點(diǎn)是外圍電路比較復(fù)雜、測(cè)量精度比較低 、分辨力不高，還有就是它們的體積比較大、使用起來(lái)不夠方便。室內(nèi)環(huán)境室內(nèi)濕度測(cè)控的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個(gè)階段：傳統(tǒng)的分立式濕度測(cè)量；模擬集成濕度傳感器測(cè)量；智能濕度傳感器測(cè)量 [2]。室內(nèi)環(huán)境濕度高于 70%為高氣濕，人將感到不適；低于 30%為低氣濕，人感到口鼻干燥；最舒適的濕度為 40%～ 60%[1]。 現(xiàn)在技術(shù) 中，對(duì)濕度的測(cè)量有方法多種多樣，也較為容易實(shí)現(xiàn)。為了確保實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)過(guò)程中得到很好的質(zhì)量保證，為了確保室內(nèi)環(huán)境的元器件能夠很好延續(xù)使用生命周期，濕度測(cè)量的提出已經(jīng)引起了工作者的注意。濕度測(cè)量技術(shù)的發(fā)展已有 200 多年的歷史，人們?cè)缇桶l(fā)現(xiàn)了人的頭發(fā)隨大氣濕度變化而伸長(zhǎng)或縮短的現(xiàn)象，因而制成了毛發(fā)濕度計(jì)。 secondly, the sensor, 2 A/D converter and single chip microputer design and selection。本系統(tǒng)完全滿足一般小室內(nèi)環(huán)境的濕度測(cè)控系統(tǒng)的要求，實(shí)現(xiàn)了對(duì)室內(nèi)濕度狀況的全面、實(shí)時(shí)和長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)，也實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)濕 度檢測(cè)的自動(dòng)化智能化。本文主要討論基于單片機(jī)的濕度元件檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研 究。但是相比而言，測(cè)量濕度要比測(cè)量溫度更加復(fù)雜，這是因?yàn)闇囟仁莻€(gè)獨(dú)立的被測(cè)量，而濕度卻受到大氣壓和溫度的影響。 而且 在 社會(huì)信息科學(xué)的發(fā)展過(guò)程中，控制理論和電子技術(shù)也在不斷更新，基于微控制器的高度智能化測(cè)控技術(shù)逐步成為現(xiàn)實(shí)。 本系統(tǒng)以濕度傳感器 HS1101 作為測(cè)量的器件，所得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò) 8腳時(shí)基集成電路 NE555 振蕩電路處理后，通過(guò) ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換器件接入到 AT89S51單片機(jī)，以單片機(jī)為核心對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄、存儲(chǔ)、處理和報(bào)警。 關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，濕度，傳感器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器件， A/D 轉(zhuǎn)換器。 again, to municate with MCU and PC interface circuit and the software system design and other aspects mainly done the system research. The design of this system is still in the stage of theory is demonstrated, in a variety of programs and collect all sorts of information presented after a feasible interior humidity monitoring system fully meet the general small laboratory humidity measurement and control system requirements, the indoor humidity condition prehensive, realtime and longterm monitoring, also make the indoor humidity detection by intelligent automation. Key words: SCM, humidity, sensor, analog to digital converter, A/D converter. 3 目錄 第一章 前言 4 概述 5 實(shí)驗(yàn)室濕度測(cè)控的意義 5 實(shí)驗(yàn)室濕度測(cè)控的現(xiàn)狀與發(fā)展 6 傳統(tǒng)的分立式濕度測(cè)量 6 模擬集成濕度傳感器測(cè)量 6 智能濕度傳感器測(cè)量 6 本課題的設(shè)計(jì)方案 7 第二章 濕度測(cè)量電路設(shè)計(jì) 8 傳感器的認(rèn)識(shí) 8 傳感器的靜態(tài)特性 8 傳感器的動(dòng)態(tài)特性 9 濕度傳感器的選擇 10 濕度及其表示方法 10 濕度傳感器 HS1101 10 濕度測(cè)量電路 12 NE555 時(shí)基電路 12 基于 555 振蕩電路的濕度測(cè)量電路設(shè)計(jì) 13 第三章 核心電路的設(shè)計(jì) 14 ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 14 ADC0809 應(yīng)用簡(jiǎn)介 14 測(cè)濕電路與單片機(jī)連接 15 濕度誤差補(bǔ)償插值法子程序 16 單片機(jī)電路的設(shè)計(jì) 17 MCS51 單片機(jī) 17 AT89S51 單片機(jī) 17 時(shí)鐘晶振電路和復(fù)位電路 18 總體電路系統(tǒng) 19 LED 報(bào)警設(shè)計(jì) 19 系統(tǒng)總設(shè)計(jì) 20 電路 PCB 版圖設(shè)計(jì) 22 第四章 單片機(jī)與 PC間的串行通訊 25 RS232C 接口 25 單片機(jī)和 PC通信連接 25 簡(jiǎn)單軟件設(shè)計(jì) 27 下位機(jī)軟件設(shè)計(jì) 27 上位機(jī)程序設(shè)計(jì) 28 第五章 結(jié) 論 29 附錄 29 參考文獻(xiàn) 30 致謝 31 4 第一章 ：前言 緒論： 濕度，被定義為表示大氣干燥程度的物理量。但是人們對(duì)于濕度傳感器中的濕敏元件的認(rèn)識(shí)，是從 1938 年美國(guó) 研制成功浸涂式氯化鋰濕敏元件才開(kāi)始的。在現(xiàn)代社會(huì)信息科技的不斷迅速發(fā)展中，計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸和濕敏元件的高速更新，使得濕度的測(cè)量正朝著自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。但精度和反應(yīng)度卻是各種方法中的瓶頸，本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就是從精度上和高反應(yīng)度上進(jìn)行測(cè)控、選器件、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，盡可能使做出來(lái)的系統(tǒng)可以更好更精確更實(shí)時(shí)地檢測(cè)到室內(nèi)濕度的變化，并及時(shí)讀取數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最終顯示在個(gè)人電腦終端，使得工作者能夠在最短的時(shí)間內(nèi)對(duì)環(huán)境不斷發(fā)生變化的濕度有著實(shí)時(shí)的了解，并可以針對(duì)不同的狀況做出不同的反應(yīng)。在室內(nèi)環(huán)境所使用的各種儀器設(shè)備中，空氣濕度對(duì)其影響是非常明顯的，無(wú)論是使用過(guò)程對(duì)精度的影響，還是在保養(yǎng)過(guò)程中使得容易老化，容易被侵蝕。 傳統(tǒng)的分立式濕度測(cè)量 傳統(tǒng)的電阻濕度計(jì)、半導(dǎo)體濕敏元器件等，都屬于分立式濕度測(cè)量元件，使用這些元器件來(lái)進(jìn)行測(cè)量濕度的，統(tǒng)稱為分立式濕度測(cè)量。所以，傳統(tǒng)的分立式濕度測(cè)量方法受到了現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)發(fā)展的挑戰(zhàn)，已經(jīng)逐漸被淘汰。本系統(tǒng)也 是基于這樣集成 IC 的傳感器 HS1101 來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的。 進(jìn)入 21 世紀(jì)的第一個(gè)年代，智能濕度測(cè)控技術(shù)正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、 開(kāi)發(fā)虛擬傳感器測(cè)量和網(wǎng)絡(luò)傳感器測(cè)控、研制單片測(cè)量系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。 性價(jià)比，本課題所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的核心是單片機(jī)，它本身有著多個(gè)優(yōu)勢(shì)，要使得系統(tǒng)能夠廣泛地應(yīng)用，在充分考慮可靠性的同時(shí)，盡可能降低成本，提高系統(tǒng)的性價(jià)比。通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。例如半導(dǎo)體氣體、濕度傳感器等，它們一般都是將感受的被測(cè)量直接轉(zhuǎn)換 為電信號(hào)，沒(méi)有中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié) [3]。如果不考慮遲滯和蠕變效應(yīng)，一般可用下面的多項(xiàng)式表示。 對(duì)于線性傳感器，它的靈敏度就是它的靜態(tài)特性的斜率。也就是說(shuō)，對(duì)應(yīng)同一大小的輸入信號(hào)，傳感器正反行程的輸出信號(hào)大小不相等，此即遲滯現(xiàn)象。多次重復(fù)測(cè)試的曲線重復(fù)性好，誤差也小。很多傳感器要在動(dòng)態(tài)條件下檢測(cè)，被測(cè)量可能以各種形式隨時(shí)間變化。 研究動(dòng)態(tài)特性可以從時(shí)域和頻域兩個(gè)方面采用瞬態(tài)響應(yīng)法和頻率響應(yīng)法來(lái)分析。 大氣濕度有兩種表示方法：絕對(duì)濕度與相對(duì)濕度。 濕度傳感器 HS1101 濕度傳感器 HS1101 是基于獨(dú)特工藝設(shè)計(jì)的電容元件，這些相對(duì)濕度傳感器可以大批量生產(chǎn)?？梢?jiàn)其精度是較高的。 時(shí)基電路 NE555 是一個(gè)能產(chǎn)生精確定時(shí)脈沖的高穩(wěn)度控制器，其輸出驅(qū)動(dòng)電流可達(dá)200mA.。 ： NE555 框圖 基于 555 振蕩電路的濕度測(cè)量電路設(shè)計(jì) 12 圖：測(cè)濕電路圖 把 HS1101 和 NE555 同時(shí)接入電路中的電路設(shè)計(jì)原理圖如圖 24 所示。此時(shí) 555 定時(shí)器內(nèi)部的放電 BJT 的基極電壓為“ 1” ,放電 BJT 導(dǎo)通 ,從而使電容 C1 通過(guò) R3 和內(nèi)部放電 BJT 進(jìn)行放電 ,當(dāng) C1 兩端電壓降低到 ccV /3 時(shí) ,定時(shí)器又翻轉(zhuǎn) ,使輸出變?yōu)椤?1” ,內(nèi)部放電BJT 截止 ,VCC 又開(kāi)始通過(guò) R2 和 R3 對(duì) C1 充電 ,如此周而復(fù)始 ,形成振蕩。 13 第三章：核心電路的設(shè)計(jì) ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 在單片機(jī)應(yīng)用中，特別是在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，常常需要把外界連續(xù)變化的物理量（如濕度、濕度、壓力、流量），變成數(shù)字量送入計(jì)算機(jī)內(nèi)進(jìn)行加工處理。 應(yīng)用簡(jiǎn)介 ADC0809 具有 8路模擬量輸入，可在程序控制下對(duì)任意通道進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換，輸出 8 位二進(jìn)制數(shù)字量。 ADC0809 的轉(zhuǎn)換時(shí)鐘由單片機(jī)的 ALE 提供。 測(cè)濕電路與單片機(jī)連接圖 濕度誤差補(bǔ)償插值法子程序 從 NE555 時(shí)基電路中輸出的是一個(gè)模擬信號(hào)， ADC0809 的作用就是要把這個(gè)單片機(jī)不能識(shí)別的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)可以讀取的數(shù)字信號(hào)。實(shí)際的測(cè)量值 ix 一定會(huì)落在某個(gè)區(qū)間 ? ?1, ?kk xx 內(nèi)，即 kx ix 1?kx 。由于單片機(jī)把各種功能部件集成在一塊芯片上，因此它的結(jié)構(gòu)緊湊、超小型化、可靠性高、價(jià)格低廉、易于開(kāi)發(fā)應(yīng)用。 HMOS制造工藝的 MCS51單片機(jī)都采用 40引腳的雙列直插（ DIP）方式， CHMOS制造工藝的 80C31/80C51 除采用 DIP 封裝方式外，還采用 PLCC 方形的封裝方式。復(fù)位對(duì)單片機(jī)來(lái)說(shuō)，是程序還沒(méi)開(kāi)始執(zhí)行，是在做準(zhǔn)備工作。 AT89S51復(fù)位與晶振電路 總體電路系統(tǒng) 報(bào)警設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中，在 ST89S51 單片機(jī)的 口外接一個(gè) LED二極管作為對(duì)濕度測(cè)控的報(bào)警輸出。其程序流程圖如圖所示。所以，在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，考慮到目前只是計(jì)劃應(yīng)用于較小的機(jī)房中，監(jiān)測(cè)點(diǎn)不多，因此本文沒(méi)有對(duì)片內(nèi) RAM 進(jìn)行擴(kuò)展或是改換單片機(jī)的型號(hào)。例如： 口通過(guò)電阻用于 LED 的外接； 和 P0所有接口接 ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換器等等。R4 是用作 555 定時(shí)器內(nèi)部溫度補(bǔ)償?shù)?，其?yīng)該具有 1%的精度。本設(shè)計(jì)的 PCB 版圖是直接從生成的網(wǎng)絡(luò)表直接載入的，載入元件封裝后，再進(jìn)行元件的布局。 21 4. 對(duì)于電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容、微動(dòng)開(kāi)關(guān)等可調(diào)元件的布局要考慮整機(jī)的結(jié)構(gòu)要求。用 Protel 軟件里面的 3D效果圖工具可以得到下面的圖： 22 系統(tǒng) 3D效果圖 本設(shè)計(jì)的電路中所用到 的元件的實(shí)物照片如下所示： 晶振 集成與非門(mén) ADC0809