【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，用濕度來表示，也就是說，濕度表示大氣干濕程度的物理量。實際中，輸入信號隨時間的變化形式多種多樣，無法統(tǒng)一 研究，所以通常只分析傳感器在標準輸入信號作用下的輸出。 傳感器的動態(tài)特性 傳感器動態(tài)特性是指輸入量隨時間動態(tài)變化時，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試時，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時，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 靈敏度是指傳感器在穩(wěn)態(tài)下輸出變化對輸入變化的比值，一般用 nS 來表示，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 個人 PC 電腦 終端 7 第二章：濕度測量電路設(shè)計 傳感器是能夠感受規(guī)定的被測量并按照一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。 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；進行多向濾波等作為出發(fā)點。智能濕度測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工作，自行構(gòu)成一個溫控儀，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進行室內(nèi)環(huán)境室內(nèi)濕度測控，外圍電路是較為簡單，所以這種測量方法最為廣泛應(yīng)用。其主要缺點是外圍電路比較復(fù)雜、測量精度比較低 、分辨力不高，還有就是它們的體積比較大、使用起來不夠方便。室內(nèi)環(huán)境室內(nèi)濕度測控的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下三個階段：傳統(tǒng)的分立式濕度測量；模擬集成濕度傳感器測量；智能濕度傳感器測量 [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，對濕度的測量有方法多種多樣，也較為容易實現(xiàn)。為了確保實驗生產(chǎn)過程中得到很好的質(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，濕度測量的提出已經(jīng)引起了工作者的注意。濕度測量技術(shù)的發(fā)展已有 200 多年的歷史，人們早就發(fā)現(xiàn)了人的頭發(fā)隨大氣濕度變化而伸長或縮短的現(xiàn)象，因而制成了毛發(fā)濕度計。 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)境的濕度測控系統(tǒng)的要求，實現(xiàn)了對室內(nèi)濕度狀況的全面、實時和長期的監(jiān)測，也實現(xiàn)了室內(nèi)濕 度檢測的自動化智能化。本文主要討論基于單片機的濕度元件檢測系統(tǒng)設(shè)計研 究。但是相比而言，測量濕度要比測量溫度更加復(fù)雜，這是因為溫度是個獨立的被測量，而濕度卻受到大氣壓和溫度的影響。 而且 在 社會信息科學(xué)的發(fā)展過程中，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控技術(shù)逐步成為現(xiàn)實。 本系統(tǒng)以濕度傳感器 HS1101 作為測量的器件，所得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過 8腳時基集成電路 NE555 振蕩電路處理后，通過 ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換器件接入到 AT89S51單片機，以單片機為核心對數(shù)據(jù)進行記錄、存儲、處理和報警。 關(guān)鍵詞：單片機，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 實驗室濕度測控的意義 5 實驗室濕度測控的現(xiàn)狀與發(fā)展 6 傳統(tǒng)的分立式濕度測量 6 模擬集成濕度傳感器測量 6 智能濕度傳感器測量 6 本課題的設(shè)計方案 7 第二章 濕度測量電路設(shè)計 8 傳感器的認識 8 傳感器的靜態(tài)特性 8 傳感器的動態(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 濕度測量電路 12 NE555 時基電路 12 基于 555 振蕩電路的濕度測量電路設(shè)計 13 第三章 核心電路的設(shè)計 14 ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 14 ADC0809 應(yīng)用簡介 14 測濕電路與單片機連接 15 濕度誤差補償插值法子程序 16 單片機電路的設(shè)計 17 MCS51 單片機 17 AT89S51 單片機 17 時鐘晶振電路和復(fù)位電路 18 總體電路系統(tǒng) 19 LED 報警設(shè)計 19 系統(tǒng)總設(shè)計 20 電路 PCB 版圖設(shè)計 22 第四章 單片機與 PC間的串行通訊 25 RS232C 接口 25 單片機和 PC通信連接 25 簡單軟件設(shè)計 27 下位機軟件設(shè)計 27 上位機程序設(shè)計 28 第五章 結(jié) 論 29 附錄 29 參考文獻 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。但是人們對于濕度傳感器中的濕敏元件的認識，是從 1938 年美國 研制成功浸涂式氯化鋰濕敏元件才開始的。在現(xiàn)代社會信息科技的不斷迅速發(fā)展中，計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸和濕敏元件的高速更新，使得濕度的測量正朝著自動化、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)計就是從精度上和高反應(yīng)度上進行測控、選器件、系統(tǒng)的設(shè)計，盡可能使做出來的系統(tǒng)可以更好更精確更實時地檢測到室內(nèi)濕度的變化，并及時讀取數(shù)據(jù)進行處理，最終顯示在個人電腦終端，使得工作者能夠在最短的時間內(nèi)對環(huán)境不斷發(fā)生變化的濕度有著實時的了解，并可以針對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，空氣濕度對其影響是非常明顯的，無論是使用過程對精度的影響，還是在保養(yǎng)過程中使得容易老化，容易被侵蝕。 傳統(tǒng)的分立式濕度測量 傳統(tǒng)的電阻濕度計、半導(dǎo)體濕敏元器件等，都屬于分立式濕度測量元件，使用這些元器件來進行測量濕度的，統(tǒng)稱為分立式濕度測量。所以，傳統(tǒng)的分立式濕度測量方法受到了現(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 來進行設(shè)計的。 進入 21 世紀的第一個年代，智能濕度測控技術(shù)正朝著高精度、多功能、總線標準化、高可靠性及安全性、 開發(fā)虛擬傳感器測量和網(wǎng)絡(luò)傳感器測控、研制單片測量系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。 性價比，本課題所設(shè)計的系統(tǒng)的核心是單片機，它本身有著多個優(yōu)勢，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，盡可能降低成本，提高系統(tǒng)的性價比。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量直接轉(zhuǎn)換 為電信號，沒有中間轉(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式表示。 對于線性傳感器，它的靈敏度就是它的靜態(tài)特性的斜率。也就是說，對應(yīng)同一大小的輸入信號，傳感器正反行程的輸出信號大小不相等，此即遲滯現(xiàn)象。多次重復(fù)測試的曲線重復(fù)性好，誤差也小。很多傳感器要在動態(tài)條件下檢測，被測量可能以各種形式隨時間變化。 研究動態(tài)特性可以從時域和頻域兩個方面采用瞬態(tài)響應(yīng)法和頻率響應(yīng)法來分析。 大氣濕度有兩種表示方法：絕對濕度與相對濕度。 濕度傳感器 HS1101 濕度傳感器 HS1101 是基于獨特工藝設(shè)計的電容元件，這些相對濕度傳感器可以大批量生產(chǎn)?？梢娖渚仁禽^高的。 時基電路 NE555 是一個能產(chǎn)生精確定時脈沖的高穩(wěn)度控制器，其輸出驅(qū)動電流可達200mA.。 ： NE555 框圖 基于 555 振蕩電路的濕度測量電路設(shè)計 12 圖：測濕電路圖 把 HS1101 和 NE555 同時接入電路中的電路設(shè)計原理圖如圖 24 所示。此時 555 定時器內(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 R3 和內(nèi)部放電 BJT 進行放電 ,當(dāng) C1 兩端電壓降低到 ccV /3 時 ,定時器又翻轉(zhuǎn) ,使輸出變?yōu)椤?1” ,內(nèi)部放電BJT 截止 ,VCC 又開始通過 R2 和 R3 對 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 ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 在單片機應(yīng)用中，特別是在實時控制系統(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)字量送入計算機內(nèi)進行加工處理。 應(yīng)用簡介 ADC0809 具有 8路模擬量輸入，可在程序控制下對任意通道進行 A/D 轉(zhuǎn)換，輸出 8 位二進制數(shù)字量。 ADC0809 的轉(zhuǎn)換時鐘由單片機的 ALE 提供。 測濕電路與單片機連接圖 濕度誤差補償插值法子程序 從 NE555 時基電路中輸出的是一個模擬信號， ADC0809 的作用就是要把這個單片機不能識別的模擬信號轉(zhuǎn)換成一個可以讀取的數(shù)字信號。實際的測量值 ix 一定會落在某個區(qū)間 ? ?1, ?kk xx 內(nèi)，即 kx ix 1?kx 。由于單片機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、價格低廉、易于開發(fā)應(yīng)用。 HMOS制造工藝的 MCS51單片機都采用 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)位對單片機來說，是程序還沒開始執(zhí)行，是在做準備工作。 AT89S51復(fù)位與晶振電路 總體電路系統(tǒng) 報警設(shè)計 本設(shè)計中，在 ST89S51 單片機的 口外接一個 LED二極管作為對濕度測控的報警輸出。其程序流程圖如圖所示。所以，在本系統(tǒng)設(shè)計中，考慮到目前只是計劃應(yīng)用于較小的機房中，監(jiān)測點不多，因此本文沒有對片內(nèi) RAM 進行擴展或是改換單片機的型號。例如： 口通過電阻用于 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 定時器內(nèi)部溫度補償?shù)?，其?yīng)該具有 1%的精度。本設(shè)計的 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，再進行元件的布局。 21 4. 對于電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容、微動開關(guān)等可調(diào)元件的布局要考慮整機的結(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)計的電路中所用到 的元件的實物照片如下所示： 晶振 集成與非門 ADC0809