【正文】 對(duì)于你們，我充滿無(wú)限的感激。感謝各位同學(xué)在課題研究期間所給予的大力幫助，正是因?yàn)橛辛怂麄兊闹С趾凸膭?lì)，我才能堅(jiān)持到底。感謝測(cè)控教研室的各位老師，本人取得的點(diǎn)滴成績(jī)無(wú)不滲透著他們的辛苦勞動(dòng)，正是因?yàn)樗麄円唤z不茍，任勞任怨的教學(xué)，我們才能具有扎實(shí)的基本功來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)工作。在我的畢業(yè)論文寫(xiě)作期間，老師為我提供了種種專業(yè)知識(shí)上的指導(dǎo)和一些富于創(chuàng)造性的建議，沒(méi)有這樣的幫助和關(guān)懷，我不會(huì)這么順利的完成畢業(yè)論文。老師要指導(dǎo)很多同學(xué)的論文，加上本來(lái)就有的教學(xué)任務(wù)和科研項(xiàng)目，工作量之大可想而知，她還在百忙之中抽出大量的時(shí)間來(lái)指導(dǎo)我們。只有牢固的掌握了基礎(chǔ)科學(xué)知識(shí)，我們才能夠研究更深?yuàn)W的理論，才能夠站得更高、看得更遠(yuǎn)。但此次設(shè)計(jì)由于條件的限制未能對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定。④ 本次設(shè)計(jì)的多功能空氣濕度計(jì)雖然基本上實(shí)現(xiàn)了溫濕度的堅(jiān)持和現(xiàn)實(shí)，但由于實(shí)驗(yàn)中，各種因素的干擾很大，產(chǎn)生的誤差也很大。在下次設(shè)計(jì)的時(shí)候可以制作PCB板來(lái)代替面包板。②在本次設(shè)計(jì)中。但是，對(duì)于傳統(tǒng)的模擬傳感器的研究也不能忽視，尤其對(duì)于我們初學(xué)者就顯得更為重要，通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)的模擬傳感器的研究和設(shè)計(jì)，能讓我們更加深刻的理解和掌握其基礎(chǔ)知識(shí)，為今后的深一步研究奠定基礎(chǔ)。在人類的生產(chǎn)生活、科學(xué)探索、國(guó)防軍事、防災(zāi)抗災(zāi)活動(dòng)中，測(cè)溫、測(cè)濕系統(tǒng)廣泛應(yīng)用，其工作環(huán)境也就更加復(fù)雜多樣。此外，系統(tǒng)的應(yīng)用范圍不僅僅局限于空氣溫濕度檢測(cè)，還可作為其它領(lǐng)域自控系統(tǒng)的解決方案。這里我們采用的是LED的動(dòng)態(tài)數(shù)碼顯示，利用其動(dòng)態(tài)掃描的特點(diǎn)，不斷顯示從溫濕度檢測(cè)模塊處得到的相應(yīng)溫度、濕度數(shù)據(jù)值。本系統(tǒng)選用逐漸逼近式ADC0809芯片對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，通過(guò)與單片機(jī)連接再通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)模擬量向數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。這三個(gè)方面是：(1) 溫濕度檢測(cè)模塊本次設(shè)計(jì)中的溫濕度傳感器的選擇并不跟以往一樣選擇集成的數(shù)字化傳感器，而是以敏感元件為基礎(chǔ)利用我們所學(xué)知識(shí)，自行設(shè)計(jì)的溫濕度檢測(cè)模塊，從而更好的培養(yǎng)我們的創(chuàng)新能力和動(dòng)手能力，同時(shí)能夠基本完成設(shè)計(jì)要求和達(dá)到設(shè)計(jì)目的。7 總結(jié)與展望本文通過(guò)理論設(shè)計(jì)和實(shí)際制作相結(jié)合，對(duì)多功能空氣濕度計(jì)展開(kāi)分析與研究。這個(gè)電壓引起的高頻電流將通過(guò)直流穩(wěn)壓電源、放大器及放大器與地之間的分布電容，經(jīng)過(guò)地線再返回負(fù)載突變處組成回路，這樣就構(gòu)成了對(duì)放大器的高頻干擾。所以干擾電壓可由磁感應(yīng)或靜電感應(yīng)產(chǎn)生。(3) 雜散電磁場(chǎng)和交流電源串入高頻干擾放大器周圍存在雜散電磁場(chǎng)時(shí)，放大器的輸入電路或某些重要元件處于這種變動(dòng)的電場(chǎng)和磁場(chǎng)中，就會(huì)感應(yīng)出干擾電壓。當(dāng)實(shí)際的輸入模擬電壓信號(hào)為無(wú)規(guī)則的信號(hào)時(shí)，量化噪聲具有白噪聲的特性，是一個(gè)具有相同概率密度函數(shù)的隨機(jī)變量。但是實(shí)際的輸入電壓不一定是量化電平的整數(shù)倍，這就產(chǎn)生了量化誤差。(2) A/D量化噪聲的影響A/D量化噪聲又稱量化誤差，與所用的A/D芯片有關(guān)。這一電流流經(jīng)電路就產(chǎn)生一個(gè)正比于電路電阻的隨時(shí)間而變化的熱噪聲電壓。采用性能優(yōu)良的器件可以減小熱噪聲的影響。電阻熱噪聲是電阻體內(nèi)自由電子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，在電阻體內(nèi)兩端就表現(xiàn)為一個(gè)波形復(fù)雜的交流電壓電阻熱噪聲這種噪聲頻譜極寬而且頻譜是連續(xù)和均勻分布的。(1) 熱噪聲的影響熱噪聲是電子系統(tǒng)中的一種主要噪聲，系統(tǒng)中的所有部位都會(huì)產(chǎn)生熱噪聲，所以其影響就顯得尤為重要。干擾噪聲頻率范圍分布很寬，其來(lái)源有如下幾種：首先，由測(cè)量電路各種環(huán)節(jié)（如模擬電路、電子開(kāi)關(guān)電路等）產(chǎn)生熱噪聲的影響；其次，A/D量化也會(huì)帶來(lái)高頻噪聲；另外，還存在測(cè)試系統(tǒng)本身及其周圍的雜散電磁場(chǎng)和交流電源產(chǎn)生的串入高頻干擾噪聲和工頻干擾。ADC轉(zhuǎn)換采集到的數(shù)字信號(hào)可能引入多種干擾噪聲，如熱噪聲、雜散噪聲、電源電壓變化、參考電壓變化、由采樣時(shí)鐘抖動(dòng)引起的相位噪聲以及由量化誤差引起的噪聲。但是由于系統(tǒng)大都工作的環(huán)境往往具有一定的干擾源，常常給系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行造成威脅，使系統(tǒng)難以達(dá)到額定的或要求的性能指標(biāo)，使系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果與實(shí)際產(chǎn)生誤差，嚴(yán)重之時(shí)，甚至不能正常工作或系統(tǒng)癱瘓而停止工作。 誤差分析由于實(shí)驗(yàn)條件及環(huán)境的干擾，實(shí)驗(yàn)調(diào)試出的空氣溫濕度值與實(shí)際溫濕度值之間存在著一定的誤差。 在對(duì)溫濕度檢測(cè)模塊進(jìn)行調(diào)試時(shí)：先檢查該模塊電路連接是否正確，再接通電路，使該模塊處于工作狀態(tài)，用萬(wàn)用表測(cè)出此時(shí)輸出的模擬電壓值；然后改變測(cè)試環(huán)境即改變空氣溫度和濕度，再按以上步驟操作記錄下這時(shí)的模擬電壓值，比較其有無(wú)變化。6 系統(tǒng)調(diào)試和誤差分析 系統(tǒng)調(diào)試本系統(tǒng)分為溫濕度檢測(cè)模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、LED顯示模塊和語(yǔ)音模塊四個(gè)模塊，在整個(gè)系統(tǒng)調(diào)試前可以按模塊調(diào)試分別調(diào)試。 語(yǔ)音報(bào)警子程序模塊通過(guò)以上的LED顯示，基本上完成了空氣濕度計(jì)的設(shè)計(jì)要求，但為了完善其功能，特設(shè)計(jì)了語(yǔ)音報(bào)警子程序模塊，用戶可根據(jù)自己對(duì)溫濕度的使用要求，通過(guò)鍵盤自行設(shè)置溫度及濕度的報(bào)警值，當(dāng)溫度或濕度值超出用戶設(shè)定的范圍時(shí)，本系統(tǒng)可以自行執(zhí)行語(yǔ)音報(bào)警。 LED顯示子程序模塊該子程序的功能是清楚地顯示空氣中溫度濕度參量的當(dāng)前值。將功能程序段寫(xiě)成子程序的形式，除了方便調(diào)用之外，還有一個(gè)好處那就是以后寫(xiě)程序的時(shí)候如果要用到，就可以直接調(diào)用這個(gè)單元功能模塊。因?yàn)樘D(zhuǎn)指令使得程序難以看懂各程序段之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系。將各個(gè)功能程序以子程序的形式寫(xiě)好，當(dāng)寫(xiě)主程序的時(shí)候，只需要調(diào)用子程序，然后在寄存器的分配上作一下調(diào)整，消除寄存器沖突和I/O沖突即可。該系統(tǒng)控制核心是對(duì)單片機(jī)8051，其工作過(guò)程是：系統(tǒng)通電后，單片機(jī)8051進(jìn)入監(jiān)控狀態(tài)，同時(shí)完成對(duì)各擴(kuò)展端口的初始化工作。 主程序流程圖系統(tǒng)監(jiān)控程序是系統(tǒng)的主程序，它是系統(tǒng)程序的框架，控制著單片機(jī)系統(tǒng)按預(yù)定操作方式運(yùn)轉(zhuǎn)。首先要根據(jù)系統(tǒng)的總體功能來(lái)選擇一種最合適的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)，然后根據(jù)實(shí)時(shí)性的要求，合理地安排監(jiān)控軟件和各執(zhí)行模塊之間地調(diào)度關(guān)系。這里將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個(gè)執(zhí)行模塊進(jìn)行功能定義和接口定義。設(shè)計(jì)思路主要如下：（1） 實(shí)現(xiàn)流程中的具體子模塊；它是用來(lái)完成各種實(shí)質(zhì)性的功能如測(cè)量、計(jì)算、顯示、通訊等。建立濕度與數(shù)字量間的線性模型為：H=D+其中H表示濕度值，D表示H所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，表示線性系數(shù)，表示線性常數(shù)。CHR01所測(cè)相對(duì)濕度和輸出電壓值存在的線性關(guān)系為：=+1079[RH(10%～90%)]，輸出電壓?jiǎn)挝粸閙V。因此如求YV電壓所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量時(shí)，只需令X=Y/K(bit)，再將X變?yōu)?6進(jìn)制數(shù)即可求得相應(yīng)的數(shù)字量。 進(jìn)行標(biāo)度變換，首先要賦予數(shù)據(jù)以合適的物理單位，也即一個(gè)單位轉(zhuǎn)換系數(shù)。其變換公式如下： （5）式（5）中Y表示參數(shù)測(cè)量值，表示參數(shù)量程最大值，表示參數(shù)量程最小值，表示對(duì)應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換后的輸入值，表示對(duì)應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換后的輸入值，X表示測(cè)量值Y對(duì)應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換值。 本系統(tǒng)選用的濕敏電阻為線性電壓輸出模塊，相對(duì)濕度和輸出電壓值有著相對(duì)應(yīng)的線性關(guān)系，故采用線性標(biāo)度變換。 在微機(jī)化測(cè)控系統(tǒng)中，因?yàn)楸粶y(cè)對(duì)象的各種數(shù)據(jù)的量綱和數(shù)值與A/D轉(zhuǎn)換的輸入值是不同的，所有這些都必須經(jīng)過(guò)變送器轉(zhuǎn)換成A/D所能接收的信號(hào)0~5V，再由A/D轉(zhuǎn)換成00H~0FFH的數(shù)字量。因此為了能夠顯示帶有被測(cè)量量綱單位的數(shù)值，就必須進(jìn)行必要的變換，這里主要是用于數(shù)字運(yùn)算、顯示輸出的標(biāo)度變換。最后可以求的[RH(10%～90%)]。函數(shù) [RH(10%～90%)]的圖形接近于一條直線，在相異節(jié)點(diǎn)處的值為。階次n還與逼近的函數(shù)特性有關(guān)，若接近線性，可取n=1；若接近拋物線，可取n=2。在實(shí)際應(yīng)用中，的階次n需要根據(jù)要求逼近的精度來(lái)確定。設(shè)： （2）則式（2）有n+1個(gè)待定系數(shù)，由插值條件式（1）剛好給出n+1個(gè)方程 （3）當(dāng)互不相同時(shí)，則式（3）有唯一解。如果構(gòu)造n次多項(xiàng)式滿足： i=0,1,2…，n （1）稱為函數(shù)的插值多項(xiàng)式，叫做插值節(jié)點(diǎn)。采用多項(xiàng)式函數(shù)計(jì)算的特點(diǎn)是計(jì)算簡(jiǎn)單，只需用加、減、乘等運(yùn)算，而且其導(dǎo)數(shù)與積分仍然是多項(xiàng)式?？晒┻x擇的函數(shù)很多，常用的是多項(xiàng)式插值函數(shù)。本節(jié)使用代數(shù)插值法來(lái)解決濕度傳感器的非線性問(wèn)題。如果采用實(shí)測(cè)的方法，制作表格為控制系統(tǒng)提供外界的物理量變化，則需要采集大量離散點(diǎn)，這樣雖然從整體趨勢(shì)上能反映函數(shù)圖像的走向，但是畢竟需要較大的存儲(chǔ)空間，而且對(duì)采集的兩個(gè)相鄰離散點(diǎn)之間的其它點(diǎn)的數(shù)據(jù)處理也很麻煩。目前，解決這類問(wèn)題的常用方法是插值法和曲線擬合法。如果由傳感器搭建的電路的輸出與輸入是成線性關(guān)系的，那么對(duì)控制程序的編制將顯得異常容易；反之，輸出與輸人是非線性關(guān)系的，那么必須找到一個(gè)合適的算法把這種函數(shù)關(guān)系輸入給控制系統(tǒng)從而把外界物理量的變化時(shí)刻表現(xiàn)出來(lái)。這樣，傳感器及其它電路的特性就顯得非常重要了?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)檢測(cè)到的外界物理信號(hào)的變化作出準(zhǔn)確的判斷，及時(shí)發(fā)出各種控制數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)／模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬量(一般為電壓)，去控制執(zhí)行部件按系統(tǒng)的要求動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)精確控制。 傳感器的非線性補(bǔ)償 解決傳感器非線性的重要性傳感器相當(dāng)于控制系統(tǒng)的“感官”。4 檢測(cè)數(shù)據(jù)的處理在微機(jī)化測(cè)控系統(tǒng)中，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換送入微機(jī)的數(shù)據(jù)是經(jīng)采集系統(tǒng)對(duì)被測(cè)量進(jìn)行測(cè)量得到的原始數(shù)據(jù)，它們應(yīng)該真實(shí)地反映原始信號(hào)的主要特征，這些原始測(cè)量數(shù)據(jù)在送入微機(jī)后通常要先進(jìn)行一定的處理，然后才能輸出用做顯示器的顯示數(shù)據(jù)或控制器的控制數(shù)據(jù)。芯片采用多電平直接模擬量存儲(chǔ)技術(shù), 每個(gè)采樣值直接存貯在片內(nèi)閃爍存貯器中,因此能夠非常真實(shí)、自然地再現(xiàn)語(yǔ)音、音樂(lè)、音調(diào)和效果聲,避免了一般固體錄音電路因量化和壓縮造成的量化噪聲和金屬聲。芯片采用CMOS技術(shù),內(nèi)含振蕩器、防混淆濾波器、平滑濾波器、音頻放大器、自動(dòng)靜噪及高密度多電平閃爍存貯陳列。其中關(guān)鍵為ISD4002語(yǔ)音芯片。具體電路圖如下： LED數(shù)字顯示電路 語(yǔ)音模塊設(shè)計(jì)由上述設(shè)計(jì)可知，我們能夠顯示出空氣的溫度、濕度值，但為了使其功能更加完善，特設(shè)計(jì)了語(yǔ)音模塊，用戶可根據(jù)自己對(duì)溫濕度的使用要求，通過(guò)鍵盤自行設(shè)置溫度及濕度的報(bào)警值，當(dāng)溫度或濕度值超出用戶設(shè)定的范圍時(shí)，本系統(tǒng)可以自行執(zhí)行語(yǔ)音報(bào)警。由于靜態(tài)顯示要用到多片串入并出芯片，考慮到電路板成本計(jì)算。應(yīng)用于LED指示燈、產(chǎn)品的設(shè)計(jì)中只有一個(gè)7段LED碼需要顯示。這兩種顯示方式各有利弊。動(dòng)態(tài)顯示方式主要是出于簡(jiǎn)化電路和產(chǎn)品成本考慮，在大多數(shù)場(chǎng)合都可以達(dá)到用戶要求。所謂動(dòng)態(tài)顯示就是一位一位地輪流點(diǎn)亮顯示器各個(gè)位（掃描），對(duì)于顯示器的每一位來(lái)說(shuō)，每隔一段時(shí)間點(diǎn)亮一次，利用人的視覺(jué)暫留功能可以看到整個(gè)顯示。由于接口電路畢竟有限，對(duì)于太多顯示位的情況，靜態(tài)顯示方式根本無(wú)法適應(yīng)。其顯示方法比較簡(jiǎn)單，只要將顯示段碼送至段碼口，并把位控字送至位控口即可。各段碼位的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：段碼位D7D6D5D4D3D2D1D0顯示段dpgfeDcba： 十六位進(jìn)制數(shù)和空白字符與P的顯示段碼字型共陽(yáng)極段碼共陰極段碼字型共陽(yáng)極段碼共陰極段碼