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1、空气湿度测量仪数据采集系统设计报告课题名称:基于STM32F103开发板片上ADC的空气湿度数据采集系统设计者：学号：联系方式：一、项目简介空气湿度在许多方面有重要的用途，在大气学、气象学和气候学中它主要是理论中的一个重要值。湿度的检测广泛应用于工业过程、农业温室、仓库和气象、环保、智能建筑等领域，人感觉的舒适程度、物质的反应过程以及农作物的生长发育均与周围环境的湿度有着密切的关系。例如：在存放水果的仓库里湿度决定水果的成熟。在存放金属的仓库里湿度过高可能导致腐蚀。其它许多货物比如化学药剂、烟、酒、香肠、木、艺术品、集成电路等等也必须在一定的湿度或在湿度为零的条
2、件下存放。因此在许多仓库、博物馆、图书馆、计算机中心和一定的工厂（比如微电子工业）中都有空调装置来控制室内的湿度随着社会的发展和生活水平的提高，小型，快速，灵敏的湿度测量仪表在现代生活中，尤其是在智能办公大厦和智能居民小区中有着广阔的应用前景。二、主要技术指标(1)分辨率:0.23%RH(2)转换速率:55.6KHz(4)测量范围:0%RH～100%RH(3)精度:≤±3%RH(4)工作温度:-40～100℃三、项目的工作原理（1）空气湿度的表示方法湿度：表示大气干燥程度的物理量。在此意义下，常用绝对湿度、相对湿度、以及露点等物理量来表示。(1)绝对湿度是一定体
3、积的空气中含有的水蒸气的质量，一般其单位是克/立方米。绝对湿度的最大限度是饱和状态下的最高湿度。(2)相对湿度是50%的空气含有达到同温度的空气的饱和点的一半的水蒸气。相对湿度超过100%的空气中的水蒸气一般凝结出来。随着温度的增高空气中可以含的水就越多，也就是说，在同样多的水蒸气的情况下温度升高相对湿度就会降低。因此在提供相对湿度的同时也必须提供温度的数据。通过相对湿度和温度也可以计算出露点。(3)露点温度:当保持压力一定而降温,使混合气体中的水蒸气达到饱和而开始结露或结霜时的温度称为露点温度(℃),简称为露点。目前应用最多的是相对湿度。我们的测量仪测量的就是
4、空气的相对湿度(RH)。（2）系统的原理框单片机片上ADC进行模数转换，处理数据液晶显示电容型湿敏传感器电容/电压变换器RC低通滤波器图1.1系统原理框图（3）各元器件作用1.湿敏传感器HS1101本设计是基于电容式湿敏元件的薄膜电容的容量(实际为其电介质材料的介电常数ε) 随着湿度的变化而变化。根据湿敏电容在环境中电容的实际容量来确定环境的湿度，为了便于测量要把电容转化为电压然后进行A/D采样和数据显示。湿敏电容HS1101由法国Humirel公司生产，HS1101具有以下优点：(1)不需校准的完全互换性;(2)长时间饱和下快速脱湿;(3)高可靠性和长时间的稳
5、定性;(4)响应时间快;(5)受温度的影响小;(6)适用于线性电压输出和频率输出电路;(7)专利的故态聚合物结构;HS1101的参数表格：(Ta=25℃,@10KHz,除非特别标定)参数符号参数值（MinTypMax）单位湿度范围RH0~100%RH标称电容@55%RHC177180183pF平均灵敏度(33%~75%RH)△C/%RH0.34pF/%RH曲线精度（10%~90%）+/-2%RH迟滞+/-1.5%长时间稳定性0.5%RH/yr反应时间ta5S供电电压Vs5/10V工作温度Ta-40~100℃图1.2HS1101典型输出曲线从电容的典型输出曲线可以
6、看出当相对湿度在0——100%（RH）范围内变化时电容器的电容的容量由162pF——202pF,误差不大于2%。2.基于双集成定时器CC7556的电容/电压变换器容量-电压变换器的设计:图1.3电容电压变换器为便于测量,须将电容的容量的变化转换为电压的输出,完成这种功能的电路称为电容－电压变换器。本设计的变换器电路如图4所示,其中和是双集成定时器CC7556内部的两个完全相同的定时器。其中和、组成多谐振荡器;和、构成单稳态触发器在多谐振荡器中由于没有接定时电阻,所以振荡脉冲的占空比q1≈100%。因为振荡频率为Hz,周期为μs。将输出的脉冲信号送到的触发端,由于
7、即为容量随湿度的变化而变化的湿敏电容器,因此,变换器从单稳态触发器输出的单一脉冲信号的信号的脉冲宽度为:=ln3≈×1.1=1.1×…………(1)当以pF为单位时,脉冲信号的占空比为:==2.2×100%………………………(2)这样,输出电压的平均值将与成正比,即与成正比关系。将通过电阻和电容滤波，然后由于单稳态触发器输出脉冲的高电平=0.8,因此=q2。当湿度从0变为100(RH%)时,则从162pF线性增大到202pF,按照(2)式,可以得到:q2=35.6%～44.4%这时的变换范围为1.424～1.776V。经过STM32F103单片机片上ADC进行模数
8、转换后经过标度变换后用液
