【正文】 濕材料和應用場合，同時，本章還介紹了市場上出現的各種濕度傳感器，從干濕球濕度計、毛發(fā)濕度計和露點儀濕度傳感器到電子式濕度傳感器。但目前對這些質量技術指標的測試方法及手段存在以下幾個問題: 1 . 濕度源 ( 濕度發(fā)生裝置)昂貴，不能為普及測試提供方便及良好的條件: 2 . 檢測電路精度不高，易受外界散雜小電容的干擾。針對這些問題，設計目標為: 1 . 提供一套高精度的濕度發(fā)生器，達到較高的性價比。 濕度傳感器測量原理 目前濕度傳感器在生產過程中還停留在手工測試階段，存在很多問題，本節(jié)對電容式濕度傳感器進行了詳細地分析，利用電容式濕度傳感器的等效形式，闡述了使用復數電壓法測量對濕度傳感器的測量過程，建立了復數電壓法電容式濕度傳感器性能測試數學模型。 。 圖 3 2是電容式濕度傳感器復數電壓法測量的具體測量電路，其電路組成包括三個部分:微分電路、反相電路和積分電路。 如下圖 3 3是電容式濕度傳感器復數電壓法在上述測量電路中的波形圖，( a ) 表示正弦波發(fā)生器產生的正弦波波形 。圖32 電容式濕度傳感器復數電壓法測量電路 從右圖實際濕度傳感器的測試結果中，可以看出，進行虛部測量時的積分區(qū)間為（0T/2），進行實部測量的積分區(qū)間為（T/4~3T/4）。同時，電容量C的測量也包含在此表達式中。 進行虛部測量時，和上述積分時間段相同，在T / 4 至3 T / 4 時間段內，對輸出進行采樣，在3 T / 4 至5 T / 4 時間內，對 進行采樣，由 于 ，方向相反，所以兩個時間段的采樣值相同其表達式如下: （316）式中：n—總共采樣的周期個數 虛部測量值 修正值單次采樣結果： 由（313），（315）的推導，可得：= ( 317)式中：電容值C的修正系數。 至此，兩個參數C,Q都已求出。如圖 3 4 ，以測控電路為核心，控制濕度源通道的選擇，將數據采集處理后，同時將數據通過串口通訊發(fā)送到上位機 濕度源模塊 核心測控電路模塊 串口通訊模塊?？紤]的問題有:能否產生較好的信號源 ( 最好頻率可調) 。2. 使用求和運算代替積分運算，電路設計簡單，簡化了固件編程的代碼量:3. DS P本身自帶3 2 k FLASH，可擴展 32 k程序存儲器，32 k數據存儲器，不用仿真，程序直接下載運行，極大地方便了固件的調試。通過對不同周期的信號進行采樣并作累加運算，相當于對該區(qū)間進行積分，根據前面所述測試原理即可計算出電容式濕度傳感器的性能參數:Q，C值。 通訊方式方案選擇 在現代的測試系統(tǒng)中，依靠上位機高速的處理器和海量存儲器來計算和保存數據已成為一種趨勢，目前，與上位機通訊常用的通訊方式有 R S 2 3 2串行通信總線和通用串行總線US B. U S E總線的優(yōu)點如下: 。接口的最高傳輸率可達 1 2 Mb / s 。一個USE口理論上可以連接 127個USE設備。 現在越來越多的PC機上都具有了USE接口，而在本系統(tǒng)中，對數據的實時性有著嚴格的要求，而且數據量較大。同時，由于TMS320LF2407A本身自帶RS232串口，考慮到系統(tǒng)使用的靈活性，也將其放到設計之中。濕度源提供測試環(huán)境需要的標準濕度環(huán)境，濕度源設計的好壞直接關系到系統(tǒng)的精度，故須選用高精度的濕度源，減小在該環(huán)節(jié)的誤差。測控電路實現正弦波數字信號的傳送，對傳感器輸入信號的檢測、調理和控制功能。該項技術將解決以往濕度傳感器測試過程繁瑣、測試元件數量少、測試周期長的問題。四 濕度源設計 濕度是影響我們生活環(huán)境的一個重要參數，人們越來越關注室內空氣質量。一個穩(wěn)定的濕度源對測試系統(tǒng)的好壞起著決定性的作用。濕度跟環(huán)境、地理位置等都有關系。汽化過程與溫度、壓力、表面積和水中的雜質有關。空氣中的水汽含量并不會因為液體的無休止的汽化而不斷的增加，當氣體中的水汽的濃度或密度達到一定的程度就會達到一種動態(tài)的平衡，即濕度達到飽和狀態(tài)。 目前濕度測量多數是濕空氣中的濕度， 濕空氣可以是看成干空氣和水汽的二元混合物。標準的作用是提供準確可靠，同時不以地域和時間為轉移的量值，用以直接地或通過次級標準來標定和鑒定各種類型的測量儀器。并同時采用兩種方式作為濕度計量標準，且把具有高精確度的重量法作為濕度的最高標準 ( 即基準) ，而把恒濕氣體發(fā)生器作為傳遞量值的手段。 重量法給的測量值是混合比，其定義式為: （41）式中：r為混合比（機水汽質量/單位干氣質量） 為水汽質量 由定義式可知，給出準確的r 值必須選擇一種高效的吸濕劑，一臺具有高靈敏度和準確度的天平，并且準確地測量在溫度t 和壓力P時的干氣的體積V和密度P。 濕度源的測試方法很多，從原理來說，大致可劃分為五類 第一類是改變已知濕度氣體 ( 主要是指飽和濕氣)狀態(tài)的方法。改變溫度的方法，即雙溫法。后者是將一股干氣精確地按比例分為兩股，其中一股用水汽飽和，另一股仍保持干燥，而后進行混合。 第四類是濕度固定點法，即平衡水汽壓法。 如上所述，使用各種濕度發(fā)生器可以精確的提供所需要的濕度量值，此外，也可以利用能夠產生穩(wěn)定的平衡水汽壓力的化學體系來達到這個目的。 相對濕度傳感器多用于對空間靜止氣體的濕度進行監(jiān)測和控制，因此最好采用靜態(tài)法對其進行定量標定。根據拉烏爾定律和享利定律，在定溫和平衡條件下，溶液的組分固定，則其水汽分壓為常量，而改變溶液的組分則可以獲得不同的平衡水汽分壓。在任一溫度下，飽和溶液的濃度是固定不變的，因此，在實際應用中不必確定實際濃度，而只要提供過量的溶質，溶液就能保持飽和狀態(tài)，在飽和溶液中，過量的溶質呈固態(tài)，所以很容易判別溶液的飽和度。 該裝置根據拉烏爾定律和享利定律，利用飽和鹽水溶液可以產生相對濕度固定點這一原理而研制的。 該裝置濕度固定點的設置是利用選擇不同的鹽盒來實現的[ 3 0 ] 。在 5 5 0 ℃的溫度范圍內，設定不同的溫度，可獲得不同溫度下的各相對濕度值。 1 密封措施:因為濕度箱的鹽槽、導管和元件箱構成了封閉的氣體循環(huán)系統(tǒng)，在測試過程中需要在測試儀器的控制下進行濕度氣體的充分交換，所以對這幾個部分的在與外界空氣和相互之間的接口中都需要采用密封措施。故在濕度箱室內懸掛水袋可以增加整個濕度箱的熱容量，提高系統(tǒng)抗熱干擾的能力。同時可以提高氣泵氣的速度，增加飽和液面的面積來加快氣體交換。如果不需要檢定時，可以采用錐形活塞密封探孔。TMS320家族中同一代器件都有相同的 CPU結構，但片內存儲器和外圍配置是不同的。每秒4000萬條指令的處理速度，使LF2407ADSP的控制器可以提供遠遠超過傳統(tǒng)16 位微控制器的性能。 。 基本結構包括:哈佛結構、流水線操作、專用硬件乘法器、特殊DSP指令、快速的指令周期。 K字x16位的數據/ 程序R A M: 544字的雙端口RAM( DARAM) 。10位ADC轉換器。電源管理，具有 3種低功耗模式，能獨立地將外圍器件轉入低功耗工作模式。下面對其各個部分逐一解釋:1. 外部晶振輸入:采用 l0 m的高速晶振。事件A管理器事件B管理器外部儲存擴展口鎖相環(huán)電路FLASHRAM(B0/B1/B2)I/O接口10位A/D輸入異步串行口SCI同步串行口SPIJTAG下載口DSP2407A內核和外圍資源 圖51 TMS320LF2407A 的外圍模塊資源4 電源電路: V的內核電壓，由于A / D采樣是高精度測量，所以需要一個精密參考電壓， V的參考電壓,IS61C6416芯片使用的是 5 V 電壓，這個電壓可以直接由外部輸入。 ( 3 ) VISO _ EN:透視度輸出使能，默認on 。 ( 6 ) XF :引導 ROM使能，默認 on .6 模擬電路:經過濕度傳感器的信號經過放大后，直接進入A / D采樣。Max572214365278 PAGND GNDCS SCLKOUTBOUTAVDD REFDIN 圖5 2 MAX 5 7 2 2的引腳圖 MAX5722 ，運行低功耗模式只有0 .3 u A的電流，采用3 總線的簡單接口，運行頻率可達2 0 M，兩路并行輸出。它是可編程器件，通過對MAX5722 寄存器的寫入，可將輸出控制為單路輸出和雙路輸出，是一種理想的可以和DSP 等高速芯片相接合的器件。該器件采用模塊化的方法實現一個USB 接口，允許在眾多可用的微控制器中選擇最合適的作為系統(tǒng)微控制器，允許使用現存的體系結構并使固件投資減到最小。 PDNSBD12的內部框圖如圖5 3所示: 圖53PDNSBD12內部結構框圖 1 模擬收發(fā)器:集成的收發(fā)器直接通過終端電阻與U S B電纜接口。PLL的工作不需要外部器件。這個模塊的功能包括:同步模式識別、并/串轉換、位填充/不填充、CRC校驗、PID確認、地址識別以及握手鑒定。 7 GoodLinkL: GoodLink是靠一個引腳接發(fā)光二極管實現的。在掛起期間，LED熄滅。對于微控制器，PDNSBD12可以看成是一個有 8位數據總線和 1位地址線的存儲設備。 在本系統(tǒng)中，采用 USB通訊，其接口設計圖如圖 5 4歲所示PDNSBD12可以為 DSP提供一個通用的并行接口。通過DSP的DOD7引腳與PDNSBD12的數據口相連，作為數據的輸入輸出通道，所有的數據。 PDNSBD12具有內置的上電復位電路所以RE SETN腳可直接連到Vcc 在本設計中，由于PDNSBD12的工作電壓為5 V , 則將 5 V接到 Vcc腳而將Vout ( 接去禍電容) 。此外當設備沒有連接時如果D 十 線為高而D 一 線為低設備也會進入空閑模式，在掛起時，VOUT3 。 在本設計中，當主機要求進入掛起狀態(tài)或者當主機本身處于掛起狀態(tài)時，系統(tǒng)進入掛起，那么 U S B線處于空閑模式。RD, WE口控制PDNSBD12 的讀寫。端點0和1緩沖區(qū)的大小為16字節(jié)，端點2為雙緩沖 6 4字節(jié) ( 雙向模式) 。在主端點 ( 端點2 )和局部共享存儲器之間也可使用 D MA( 直接存儲器存取)傳輸。 8 存儲器管理單元 MMU和集成 RAM :MMU和集成 RAM 能緩沖USB ( 工作在12M 6/s )數據傳輸和微控制器之間并行接口之間的速度差異，這允許微控制器以自己的速度讀寫U S B包。當被成功枚舉并配置時，PDNSBD12指示燈將會始終亮。這使得系統(tǒng)微處理器可以在決定建立 USB連接之前完成初始化。 5 PHILIPS串行接口引擎 PSIE: PHILIPS的 SIE完全實現 USB協議層。作為選擇，PDNSBD12提供集成1 .5 k上拉電阻的Soft Connect 技術。PDNSBD12完全符合USB 規(guī)范，也能適應大多數設備類規(guī)范的設計，如成像類、大容量存儲類、通信類、打印類和人工輸入設備等，因此PDNSBD12非常適合做很多外圍設備，如打印機、掃描儀、外部大容量存儲器 ( Zip 驅動器)和數碼相機等。下面首先介紹一下PDNSBD12芯片特點和內部結構。C 之間輸出穩(wěn)定，具有很寬的環(huán)境輸出溫度范圍。 正弦波產生電路的設計 選用美信公司的高速同步串行 D/A轉換芯片MAX5722 ，它引腳圖及其功能如圖52表51 所示。on接低電平，〔 微控制器)使用片內flash 。5. 撥 碼開關說明: ( 1 ) VCCP : Off接地( 運行時) ， on接5伏( 硬件仿真時)默認 off 。外部晶振通過此電路后，頻率擴大到40M ，以滿足信號發(fā)生的需要。圖5 1 將TMS320LF2407A的外圍模塊資源都列出來了， 設計首先要完成濕度傳感器的測試功能，需要用其自身的高頻產生正弦波，這里選用了同步串行口SPI 來完成這項工作，高速芯片MAX5722產生的正弦波經濕敏原件后返回到10位A /D輸入通道進行采樣，采樣后的結果可以通過異步串口SCI ，或者USB傳輸到 PC機，由上位機進行結果數值的顯示。高達 41個可單獨編程或復用的輸入/ 輸出( GPIO ) 引腳?？蓴U展的外部存儲( LF2407 ) 總共具有 192 K字x1 6位的空間?；赥 MS 3 2 0 C 2 XXDS P的CPI核，保證了TMS320LF24OX系列代碼和TMS320系列 DSP代碼兼容。 。 ，可以同時訪問指令和數據。通過把存儲器和外設集成為一個單片器件，TMS320系列降低了系統(tǒng)功耗，并節(jié)省了電路板的空間，提高系統(tǒng)的可靠性。以下幾節(jié)將會對它們的設計進行詳細的說明。飽和鹽溶液定點濕度發(fā)生裝置在濕度測量基準中屬于工作基準，在濕度等級中，干濕球溫度計法處于飽和鹽溶液法的上一等級，其測量精度達到國家二級標準。 :測試箱在通過氣道與鹽槽內的氣體進行氣體交換時，通常需要較長的時間才能使測試箱的濕氣達到鹽箱的飽和氣濕度，而這個時間同測試箱濕氣與飽和氣體的體積比、氣體交換速度有關。 :由于濕度測試環(huán)境在具有恒定溫度的測試室，因而并不需要考慮溫度的長期產生溫度穩(wěn)定性，但是我們仍需要在測試箱與外界空氣有短暫接觸而波動時使用該測試箱內部的溫度誤差最小。下面列出了主要的設計參數 〔 單位:MM) . 濕度箱體總體積：640*450*730； 鹽箱的容積：375*480*70； 元件箱容積：150*155*75