【正文】 測量提供了理論依據(jù)。 本系統(tǒng)實現(xiàn)了3 2 路電容式濕度傳感器的性能參數(shù)電容值( 0和品質因數(shù)值( Q ) 的高精度、高速測量，在對30100pF 的電容性元件進行測量時，其用誤差為0 . 2 %。 濕度傳感器。 the use of highspeed SPI interface of the D /A chip MAX5722 have a sine wave: the use of US B interface chip PDIUSB DI 2 highspeed USB bus transmission。 USBbus。傳感器作為捕捉信息的器件，在高度信息化社會的科學技術發(fā)展中占有重要的地位。 當今世紀是人類全面進入信息電子化的時代，隨著人類探知領域和空間的拓展，使得人們需要獲得的電子信息種類日益增加，需要信息傳遞的速度加快，信息處理能力增強，因此要求與此相對應的信息采集技術一傳感技術必須跟上信息化發(fā)展的需要。在信息社會中，人們?yōu)榱送苿由鐣a力的發(fā)展，需要用傳感器來檢測許多非電量信息，如力、壓力、流量、速度、溫度、濕度以及生物量等等。 空氣濕度與人類關系密切。茶葉、煙草等加工各類紡織企業(yè)更離不開對濕度的控制。對環(huán)境濕度的控制將直接影響產品質量和產品的成敗問題。 傳感器屬于多學科交叉、技術密集的高技術產品，其技術水平決定于科學研究的水平，而我國在傳感器研究方面科研投資強度偏低，科研設備落后，加之我國存在科研和生產脫節(jié)的現(xiàn)象，所以影響了傳感器科研成果的轉化，造成了我國傳感器產品綜合實力較低，阻礙了傳感器產業(yè)的發(fā)展。在氣象、紡織、集成電路生產、家用電器、食品加工及蔬菜保鮮等方面得到了廣泛的應用。傳感器領域的主要技術正在現(xiàn)有基礎上予以延伸和提高，加速新一代傳感器的開發(fā)和產業(yè)化 1 . 微機械加工技術 ( ME MT技術)將高速發(fā)展，成為新一代微傳感器、微系統(tǒng)的核心技術，是 2 1世紀傳感器技術領域中帶有革命性變化的高新技術。 3 ， 傳感器應用領域得到新的拓展，二次傳感器和傳感器系統(tǒng)的比例大幅度增長，集成化、智能化傳感器與變送器將會呈現(xiàn)暢銷勢頭。相應的系統(tǒng)即為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的任務:采集傳感器輸出的模擬信號并轉換成計算機能識別的數(shù)字信號，然后送入計算機，根據(jù)不同的需要由計算機進行相應的計算和處理，得出所需的數(shù)據(jù)。傳感器輸入信號可以是模擬信號( 如溫度、壓力、電阻、電壓、電流、應變等) 。現(xiàn)在國際上己形成包括DS P芯片設計、制造，DSP開發(fā)工具研制生產，應用和咨詢共同組成的產業(yè)鏈。 通訊技術方式 針對PC機而言，主要的通訊方式有3 種。這兩個指標之間具有相關性，適當降低通信速度，可以提高通信距離，反之亦然。在實際應用中需要進行微處理器和RS 232 間信號電平的轉換。 Play ， 同時USB總線的應用可以清除PC上過多的v 0端口而以一個串行通道取代，使 PC與外設之間的連接更容易。當今已很成熟的濕度測量方法有:利用伸縮、利用水的蒸發(fā)、檢測露點、檢測物質的電特性、利用電磁波和利用吸收式等特殊功能與應用領域的濕度測量傳感器。 伸縮式濕度傳感器 根據(jù)伸縮式濕度傳感器測定的選材，可分為毛發(fā)性和尼龍絲型濕度傳感器。若將伸縮式濕度傳感器與記錄儀配套使用，則可以連續(xù)記錄氣體中的相對濕度。濕度在 1 0 %以下時，其靈敏度也大大降低。因此對于干濕表的測量狀況和濕度值計算方法必須十分注意。因此，只要知道壓力，便可根據(jù)此溫度確定絕對濕度。光束射在鏡上，一個或幾個光傳感器接收鏡面反射的光，冷凝使反射到傳感器的光量發(fā)生突變 ( 參見圖2 1 ) 。 冷凝式光學露點儀的關鍵技術之一是鏡面制冷。 電子式濕度傳感器是利用一些物質的電特性與周圍氣體濕度之間具有一定關系來確定氣體的濕度。便于遠距離傳感，特別適合于自 動控制系統(tǒng)中濕度的控制和監(jiān)測。這類傳感器必須經常清污，而且耐熱性能差，響應速度慢，故應用較少。半導體陶瓷濕度傳感器有Mg Cr204 TiO : 型和ZnCr204 系列，國產MSc 一工 和MS c I I型濕度傳感器均屬Fe3O 。有的濕度傳感器再蓋上一層多孔網(wǎng)罩以增加抗污染能力， 延長使用命。這類濕度傳感器近十年研究得比較活躍， 其主要優(yōu)點是響應時間快， 滯后性小， 在低濕處的靈敏度也高， 穩(wěn)定性好， 制作簡單， 易于實現(xiàn)小型化和集成化。近年來，等離子體復合膜和玻璃陶瓷作為介質的電容式濕度傳感器得到較快發(fā)展。 為相對濕度U %R H時，高分子中吸附水的介電常數(shù)。 濕敏電容的主要優(yōu)點是靈敏度高、產品互換性好、響應速度快、濕度的滯后量小。在基板上，利用微電子技術手段中的蒸金、光刻、腐蝕等技術，制成一對下電極。吸水后，其介電常數(shù)與環(huán)境的相對濕度具有線性關系。而上電極的制作實際就是金屬膜的制造，可以采用濺射、蒸鍍化學鍍、旋涂等方法，其制作工藝與半導體工藝兼容，制造工藝流程如圖 23 清洗 ，氧化蒸鍍下電極刻蝕下電極涂覆感濕膜刻蝕感濕膜固化感濕膜蒸鍍上電極刻蝕上電極劃片焊接 其它類濕度傳感器 電磁波濕度傳感器是利用某些物質吸附水汽后，振蕩頻率、傳播速度、整流特性等物理性能發(fā)生變化的原理來測定相對濕度。二極管型，由P d Z n O組成的二極管型濕度傳感器，整流特性隨P d吸濕程度而變，類似的濕度傳感器還有S D O Z 濕敏二極管。應用于濕度于 1 0 %R H特殊環(huán)境中。隨著儀器儀表向集成化、智能化、多參數(shù)檢測的方向迅速發(fā)展，電子式濕度傳感器愈來愈得到了廣泛的應用。 3 ， 手工測量，一次只能檢測一個，費時費力，測試數(shù)量有限，且測試結果因人而異。 2 . 硬件測試電路的將散雜電容的干擾消除到最小， %: 3 ， 實現(xiàn)對濕度傳感器的批量測試，測試系統(tǒng)能夠實現(xiàn)對 3 2路濕度傳感器的同時測量，同時在硬件測試板做少量改動的情況下，實現(xiàn)按需任意路數(shù)測試。 電容式濕度傳感器的等效形式及單元測量電路 電容式濕度傳感器在測量過程中，就相當于一個微小電容，對于電容的測量，主要涉及到兩個參數(shù)，即電容值C和品質參數(shù)Q。 在經過該電路后受反饋電阻和濕度傳感器的影響形成輸出電壓氣 u。 正弦波發(fā)生器產生的正弦信號 經過微分電路( 濕度傳感器含在此電路中) 后， 信號變成氣 ，對于氣 的輸出， 分成兩路，一路直接經電子開關K1 后進入積分電 路，另一路先經過反 相電路， 使 得輸出為。 ( b ) 表示經過微分電路后相位發(fā)生了偏移的正弦波波形, ( C ) 為對電容的實部進行整流后的波形。 先看實部積分的情況，輸入信號，以此時間為基準，則輸出的相位延遲T/4（即），在T/4至3T/4時間內，K1導通K2斷開，對輸出進行積分，在3T/4至5T/4時間內，K2導通，K1斷開，對進行積分，由于和幅值相同，方向相反，所以倆個時間段的積分值相同。由于上式（312）替換為： （313）令 （314）所以，K為常數(shù)，有： （315）可以看出，K為常數(shù)，虛部測量和電容C成正比，對虛部電壓的測量完成了電容值C的測量。由式（317）可見，虛部測量值正比于電容C的值，所以由 得值可以完成電容值C的測量值。完成了濕度傳感器的測量。溫度源模塊核心測控電路模塊串口通訊模塊 圖3 4硬件設計模塊框圖 圖3 5 是使用MC U 5 1 系列單片機實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的過程，外部正弦波發(fā)生器產生的正弦波信號經過濕度傳感器后，經過調試電路，送往單片機的A / D轉換通道，數(shù)據(jù)采樣處理后的結果經過處理后，送往串口，由上位機顯示出測量值。能否實現(xiàn)對連續(xù)信號的積分值的運算或可以高速的A / D采樣。4. 系統(tǒng)模塊的減少，大大提高系統(tǒng)的可靠性。在此方案中需要重點注意的問題是對信號采樣需要嚴格的統(tǒng)一起點或者起始區(qū)間。連接外設不必再打開機箱。也可提供低速方式，速率為1 .5 Mb / s。連接的方式也十分靈活，既可以使用設備串行連接，也可以使用集線器Hub ，把多個設備連接在一起，再同PC機的USE口相接。USE集線器提供5V/ 500 mA電源，足以直接支持一些小型儀器工作。 綜上所述，結合本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送量選用USB和RS232接口兩種接口作為通訊方式，使用靈活，USB選用了PHIIP公司的PDIUSBDI2芯片，是一種比較常用的接口芯片。整個系統(tǒng)的控制、測量以及運算由T MS 3 2 0 L F 2 4 0 7 A 處理。實現(xiàn)了對電容式濕度傳感器C值、Q值的測量。對濕度源的控制和對濕度傳感器的測試分開進行，增加了系統(tǒng)測試的復雜程度，操作人員需要手工控制濕度循環(huán)時間和濕度平衡時間，然后操作測試儀器對濕度傳感器進行測試。適當?shù)臏貪穸拳h(huán)境，使人們感覺舒適。 眾所周知，空氣是由氮氣、氧氣、二氧化碳氣體及少量的稀有氣體和水汽組成。地球的三分之二是由水組成，水是一切生物和有機體賴以生存的物質，只要有水和生物的地方，其周圍的空氣中或多或少的含有水汽，這是因為水可以直接從液體變化成氣體，這種現(xiàn)象我們稱之為汽化。溫度高則汽化快，壓力大則汽化慢，表面積大則汽化容易，氣體中如含有油則汽化慢。飽和氣有四種情況:氣體由純水汽組成的汽一液平衡。千空氣雖然有多種氣體組成， 但一般情況下， 除高原干空氣的二氧化碳及微量工業(yè)氣體外， 空氣的其它成份是不隨時間地點而變化的， 可以把它當作一元組分來看待。 由于現(xiàn)存的濕度表示方法和單位相當繁雜，同時因為濕度這個量用實物來體現(xiàn)比較困難，因此，迄今為止國際上關于濕度及其單位還沒有統(tǒng)一的定義，從而也就無法根據(jù)定義來復現(xiàn)這個單位。在國際上，國際法制計量組織于1977年和1978年先后提出 “ 關于氣體濕度計量儀器的等級傳遞系統(tǒng)圖”等有關濕度標準的三個國際提案，如圖4 1 所示。除了以上要求外，重量法還具有以下特點:，因為要有充分的吸濕時間。氣體的狀態(tài)是由壓力、溫度和體積來確定，對于飽和濕氣，若改變狀態(tài)，水汽含量亦隨之改變。以及同時改變壓力和溫度的方法。第三類是膜滲透法。這種方法是利用某些鹽類或其它化合物 ( 如硫酸和甘油)的水溶液在一定的條件下其氣相中的水汽分壓保持值定的原理。這兩種方法各有特點。常見的靜態(tài)標定法為飽和鹽溶液法。雖然，嚴格來說拉烏爾定律只適用于理想的稀溶液，但推廣到非理想溶液沒有很大的偏差。由飽和鹽溶液提供的相對濕度范圍可以從3 %到98%，其準確度大約為1%到3% 。該Y v 度源由元件箱、循環(huán)泵、鹽槽 ( 5個)組成，采用單片機與虛擬儀器軟件控制濕度的發(fā)生流程，其整體結構如圖 4 2所示，濕度源為裝有不同飽和鹽溶液的鹽槽，用于產生不同的濕度點。所有鹽盒都處于同一恒溫槽內。 該濕度箱從機械結構上可以分為飽和鹽箱、控制箱、元件箱、氣體管道以及循環(huán)泵槽五個主要部分。具體的措施是對于測試箱門和元件箱門的設計中采用密封磁條進行密封，在鹽槽的的有機玻璃缸體和缸蓋采用橡皮膠條進行密封，在鹽槽與導氣管、測試箱與導氣管的連接上采用氣體接頭進行密封。同時在箱體內部不宜懸掛水袋的地方固定苯板，實現(xiàn)溫度隔離的作用。 :根據(jù)量值傳遞的原理，我們可以用高一級別的測試標準來檢定較低級別的測試裝置的精度。五 硬件電路設計及編程 硬件電路設計 硬件電路的設計分為四部分: TMS320LF2407A的主板設計、正弦波產生電路的設計、串行通訊口的設計和濕度開關板通道選擇的設計。派生的器件使用新的片內存儲器和外設來滿足全球電子市場上大范圍的應用需要。 TMS320LF2407A的主要特點有: 。 5 具有單周期內操作的多個硬件地址產生器。TMS320LF2407A的資源豐富，采用高性能的靜態(tài) CMOS技術，使得供電電壓降為 3 .3 V，減小的控制器功耗。兩個時間管理器模塊 EVA和 EVB。16位串行外部設備接口( ( SPI ) 模塊基于鎖相環(huán)( PLL ) 的時鐘發(fā)生器。 以上介紹了所有 DSP具備的核心功能和外圍模塊功能，給予全方面的考慮，我們的設計應盡可能的把其功能都用上。2. 鎖相環(huán)電路 ( PLL電路) :這個電路使用了兩個電容和一個電阻串并聯(lián)。由于用到 US B 串口，這個串口本身就帶 5V電壓，所以做了個跳線，5 V電壓可以由外部輸入，也可以由USB串口直接提供。 ( 4 ) MP/MC : off接高電平，( 微處理器) 用外部程序存儲器。7. 通用I / O口:結合濕度開關扳，使用了6個I / O口來完成3 2路通道的切換，這里是用來了 IOPE的6根口線，配上需要的電壓和模擬地即可，其余 FO直接引出各用。在一 400 C到 + + 125。 本文設計使用了PHILIPS 公司的 PDNSBD12 器件。這種靈活性減少了開發(fā)時間、風險和成本，是開發(fā)低成本且高效的USB 外圍設備解決方案的一種最快途徑。 2 電壓調整器:片上集成的 1個 3 .3 V電壓調整器為模擬收發(fā)器供電，也提供連接到外部 1 .5 k上拉電阻的輸出電壓。 4 位時鐘恢復位:時鐘恢復電路用4倍過采樣原理從輸入的USB數(shù)據(jù)流中恢復時鐘，能跟蹤US B規(guī)范中指出的信號抖動和頻率漂移。 6 SoftConnect高速設備:USB的連接是靠把D + k的上拉電阻接到高電平來建立的，在PDNSBD12中，這個上拉電阻是集成在芯片內的，缺省是沒有連接到 VDD，這個連接是靠外部 MCU發(fā)一個命令來建立的。在 US B設備枚舉時L E D指示燈將立即閃亮。這種特性可以使我們知道PDNSBD12的狀態(tài)，方便電路調試。PDNSBD12支持多路復用和非多路復用的地址和數(shù)據(jù)總線?？梢詫崿F(xiàn)更快的高達2Mbi t/sec的訪問速度。A O口控制PDNSBD12的輸入是數(shù)據(jù)還是命令。復位后等待至少 3 ms再對PDNSBD12寄存。 的值降到 2 .0 V ， 但是他仍然具