基于单片机的数字湿度传感系统毕业论文(编辑修改稿)

基于单片机的数字湿度传感系统毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

定的，即传感器的输出－输入特性为直线。 在相同工作条件下做全量程范围校准时，下行程（输入量由小到大）和反行程（输入量由大到小）所得输出输入特性曲线往往不重合。 也就是说，对应同一大小的输入信号，传感器正反行程的输出信号大小不相等，此即迟滞现象。 迟滞（或称回程误差）正是用来描述传感器在正反行程期间特性曲线不重合程度的。 迟滞的大小常用正反行程最大输出差值 △ ymax 对满量程输出 yFS 的百分比来表示的 [4]。 重复性是指在相同工作条件下，输入量按同一方向作全量程多次测试时，所得传感器特性曲线不一致性的程度。 多次重复测试的曲线重复性好，误差也小。 重复特性的好坏是与许多因素有关的，与产生迟滞现象具有的原因。 其它的特性还有分辨力，传感器能检测到的最小输入增量称分辨力，在输入零点附近的分辨力称为阈值；零漂，传感器在零输入状态下，输出值的变化零漂，零漂可用相对误差表示，也可用绝对误差表示。 传感器的动态特性 传感器动态特性是指输入量随时间动态变化时，其输出与输入的关系。 很多传感器要在动态条件下检测，被测量可能以各种形式随时间变化。 只要输入量是时间的函数，则其输出量也将是时间的函数，其间的关系要用动态特性来说明。 为研究传感器的动态特性，可建立其动态数学模型，用数学中的逻辑推理和运算方法，分拆传感器在动态变化的输入量作用下，输出量如何随时间改变。 实际中，输入信号随时间的变化形式多种多样，无法统一研究，所以通常只分析传感器在标准输入信号作用下的输出。 研究动态特性可以从时域和频域两个方面采用瞬态响应法和频率响应法来分 析。 由于输入信号的时候函数形式是多种多样的，在时域内研究传感器基于 单片机的数字湿度传感系统 6 的响应特性时，只能研究几种特定的输入时间函数如阶跃函数、脉冲函数和斜坡函数等的响应特性。 对于任意输入 x(t)所引起的响应 y(t)，可以利用两个函数的卷积关系，即系统的响应 y(t)等于冲激响应函数 h(t)同激励 x(t)的卷积，即 () 湿度传感器工作原理 湿度及其表示方法 在自然界中，凡是有水和生物的地方，在其周围的大气里总是含有或多或少的水汽。 大气中含有水汽的多少，表示大气中的干、湿程度，用湿度来表示，也就是说，湿度表示大气干湿程度的物理量。 大气湿度有两种表示方法：绝对湿度与相对湿度。 绝对湿度 绝对湿度表示单位体积空气里所含水汽的质量，其表示为 () 式中： ρ ――被测空气的绝对（ g/m3， mg/m3）； MV ――被测空气中水汽的质量（ g， mg）； V――被测空气的体积（ m3）。 相对湿度： 相对湿度是气体的绝对湿度（ ρ v）与同一温度下，水蒸汽已达到饱和的气体的绝对湿度（ ρ W）之比，常用 %RH来表示。 其中 ρ v――待测气体的水汽分压； ρ W――同一温度下水蒸汽的饱和水汽压 [4]。 数字湿度传感器 HS1101 湿度传感器 HS1101 是基于独特工艺设计的电容元件，这些相对湿度传感器可以大批量生产。 可以应用于办公室自动化，车厢内空气质量控制，家           t dtxhtxthty 0 VMV基于 单片机的数字湿度传感系统 7 电，工业控制系统等。 它有以下几个显著的特点： ，在标准环境下不需校正 ，包括波峰或水浸 HS1101 的简单物照图如图 [5]。 图 HS1101 实物照 相对湿度在 0%～ 100%RH范围内；电容量由 162pF 变到 200pF， 其误差不大于  2%RH；响应时间小于 5s；温度系统为 ℃。 可见其精度是较高的。 其湿度－电容响应曲线如图 ： 图 HS1101 湿度－电容响应曲线 基于 单片机的数字湿度传感系统 8 HS1101 的一些常用参数如表 ： 表 HS1101 常用参数 参数 符号 参数值 单位 工作温度 Ta 40～ 100 ℃ 储存温度 Tstg 40～ 125 ℃ 供电电压 Vs 10 Vac 湿度范围 RH 0～ 100 %RH 焊接时间@=260℃ t 10 S 湿度测量电路工作原理 NE555 时基电路 NE555 是一个能产生精确定时脉冲的高稳度控制器，其输出驱动电流可达 200mA.。 在多谐振荡器工作方式时，其输出的脉冲占空比由两个外接电阻和一个外接电容确定；在单稳态工作方式时，其延时时间由一个外接电阻和一个外接电容确定，它可以延时数微秒到数小时。 其工作电压范围为： ≤ VCC≤ 16V。 NE555 的框图如图 所示。 图 NE555 框图 基于 单片机的数字湿度传感系统 9 基于 555 振荡 电路的湿度测量电路设计 如图 为系统测湿电路图。 图 测湿电路图 把 HS1101 和 NE555 同时接入电路中的电路设计原理图如图 24 所示。 NE555 电路功能的简单概括为 ： 当 6 端和 2 端同时输入为“ 1”时 ， 3 端输出为“ 0”；当 6 端和 2 端同时输入为“ 0”时 ， 3 端输出为“ 1”。 在此电路中 ，555 定时器正是根据这一功能用作多稳态触发器输出频率信号的。 当电源接通时 ， 由于 6 和 2 端的输入为“ 0” ， 则定时器 3 脚输出为“ 1”；又由于 C1 两端电压为 0， 故 VCC 通过 R2 和 R3 对 C1充电 ， 当 C1 两端电压达到 2 VCC /3 时 ， 定时电路翻转 ， 输出变为“ 0”。 此时 555 定时器内部的放电BJT 的基极电压为“ 1” ， 放电 BJT 导通 ， 从而使电容 C1 通过 R3 和内部放电BJT 进行放电 ， 当 C1 两端电压降低到 VCC /3 时 ， 定时器又翻转 ， 使输出变为“ 1” ， 内部放电 BJT 截止 ， VCC 又开始通过 R2 和 R3 对 C1 充电 ， 如此周而复始 ， 形成振荡。 其工作循环中的充电时间为 Th=(R2+R3)C1；放电时间为 T1 = *C3； 输出脉冲占空比为 q ＝ (R2+R3)/(R2+2R3)， 为了使输出脉冲占空比接近 50％ ， R2 应远远小于 R3。 当外界湿度变化时 ， HS1101 两端电容值发生改变 ， 从而改变定时电路的输出频率。 因此只要测出 555 的输出频率 ， 并根据湿度与输出频率的关系 ， 即可求得环境的湿度 [6]。 基于 单片机的数字湿度传感系统 10 单片机工作原理 MCS51 单片机 其所谓的单片机就是把中央处理器 CPU、存储器 ROM/RAM、输入输出接口电路以及定时器 /计数器等部件制作在一块集成电路芯片中，构成一个完整的微型计算机――单片微型计算机。 由于单片机把各种功能部件集成在一块芯片上，因此它的结构紧凑、超小型化、可靠性高、价格低廉、易于开发应用。 MCS51 单片机包括 803 805 8751 等很多型， 89C52 是 INTEL 公司MCS51 系列单片机中基本的产品。 AT89C52 单片机 本课题所设计的系统的核心采用的是 89C52 单片机， 89C52 是 INTEL公司MCS51 系列单片机中基本的产品，它采用 ATMEL 公司可靠的 CMOS 工艺技术制造的高性能 8 位单片机，属于标准的 MCS51的 HCMOS 产品。 它结合了CMOS 的高速和高密度技术及 CMOS 的低功耗特征，它基于标准的 MCS51单片机体系结构和指令系统，属于 89C51 增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能，适合于类似马达控制等应用场合。 89C52 内置 8 位中央处理单元、 512 字节内部数据存储器 RAM、 8k 片内程序存储器（ ROM） 32 个双向输入 /输出 (I/O)口、 3 个 16 位定时 /计数器和 5 个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。 此外， 89C52 还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。 在空闲模式下冻结 CPU 而 RAM 定时器、串行口和中断系统维持其功能。 掉电模式下，保存RAM 数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。 89C52 有 PDIP(40pin)和 PLCC(44pin)两种封装形式。 图 是 89C52 的 PDIP 封装引脚图。 基于 单片机的数字湿度传感系统 11 图 89C52 的 PDIP 封装 AT89C52 单片机功能介绍 （ 1）引脚功能 电源引脚 —— VCC 正常运行和编程校验时为 5V电源， VSS 为接地端。 I/O 总线 —— （ P0 口）， （ P1 口）， (P2 口 )， （ P3 口） 为输入 /输出引线。 XTAL2：片内振荡器反相器的输出端，也是内部时钟发生器的输入端。 控制总线 —— ALE/PROG：地址锁存允许 /编程信号线。 当 CPU访问外部存储器时， ALE用来锁存 P0 输出的地址信号的低 8 位。 它的频率为振荡频率的1/6。 在对 8751 编程时，此引脚输入编程脉冲信号。 PSEN：外接程序存储器读选通信号。 EA/VPP：访问内部程序存储器的控制信号。 当 EA=1 时， CPU从片内 ROM读取指令； EA=0 时， CPU从片外 ROM读取指令。 此外，当对 8751 内部EPROM 编程时， 21V编程电源由此端输入。 RST/VPD：复位输入信号。 当该引脚上出现 2 个机器周期以上的高电平时，可实现复位操作。 此引脚为掉电保护后备电源之输入引脚。 （ 2） AT89C52 单片机功能概述： AT89C52 是一个低电压，高性能 CMOS 8 位单片机，片内含 8k bytes 的可反复擦写的 Flash只读程序存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存基于 单片机的数字湿度传感系统 12 储技术生产，兼容标准 MCS51 指令系统，片内置通用 8 位中央处理器和Flash 存储单元，功能强大的 AT89C52 单片机可为您提供许多较复杂系统控制应用场合。 AT89C52 有 40 个引脚， 32 个外部双向输入 /输出（ I/O）端口，同时内含2 个外中断口， 3 个 16 位可编程定时计数器 ， 2 个全双工串行通信口， 2 个读写口线， AT89C52 可以按照常规方法进行编程 ， 但不可以在线编程 (S 系列的才支持在线编程 )。 其将通用的微处理器和 Flash 存储器结合在一起，特别是可反复擦写的 Flash存储器可有效地降低开发成本。 AT89C52 有 PDIP、 PQFP/TQFP 及 PLCC 等三种封装形式，以适应不同产品的需求。 （ 3） 主要功能特性： 兼容 MCS51 指令系统 8k 可反复擦写 (1000 次） Flash ROM 32 个双向 I/O 口 256x8bit内部 RAM 3 个 16 位可编程定时 /计数器中断 时钟频率 024MHz 2 个串行中断 可编程 UART串行通道 2 个外部中断源 共 6 个中断源 2 个读写中断口线 3 级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能。