内容发布更新时间 : 2024/11/16 19:02:33星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

（6）电阻式湿度片：利用吸湿膜片随湿度变化改变其电阻值的原理，常用的有碳膜湿敏电阻和氯化锂湿度片两种。前者用高分子聚合物和导电材料碳黑，加上粘合剂配成一定比例的胶状液体，涂覆到基片上组成的电阻片；后者是在基片上涂上一层氯化锂酒精溶液，当空气湿度变化时，氯化锂溶液浓度随之改变从而也改变了测湿膜片的电阻。

（7）薄膜湿敏电容：是以高分子聚合物为介质的电容器，因吸收（或释放）水汽而改变电容值。它制作精巧，性能优良，常用在探空仪和遥测中。

随着智能检测系统的飞速发展，基于单片机的温湿度检测系统将多传感器系统结合在一起。如何把多传感器集中于一个检测控制系统，综合利用来自多传感器的信息，获得对被测对象的可靠了解和解释，以利于系统做出正确的响应、决策和控制，是智能检测控制系统中需要解决的首要问题。在温湿度要求严格的场合，利用多传感技术可以提高系统的可靠性和精度，亦可以提高系统的时间空间的覆盖范围。

1.3本课程设计的主要内容

单片机是系统的控制核心，所以单片机的性能关系到整个系统的好坏。因此单片机的选择，对所设计系统的实现以及功能的扩展有着很大的影响。单片机种类很多，在众多51系列单片机中，较为常用的是ATMEL 公司的AT89C51和AT89S52单片机，AT89C51片内4KROM是Flash工艺的，使用专用的编程器自己就可以随时对单片机进行电擦除和改写，片内有128字节的RAM。而AT89S52含有在系统可编程的Flash存储器，片内有8K闪存，RAM的容量也较AT89C51大，为256字节。显然这种单片机优点更多，开发时间也大为缩短。因此，在本次设计中选用了ATMEL公司的AT89S52单片机。

温湿度信号的采集为模拟信号，而单片机接收的为数字信号，因此需要进行AD转换，在需要进行多路AD转换时，目前常采用多通道AD转换器，如ADC0809、AD574等。这些转换器多为8通道，电路较为复杂。如果只需完成单个通道8位转换，且速度要求不高时，采用TLC549是一种较好的选择，TLC549是单通道的AD转换芯片，8位开关电容型逐次逼近模数转换器，它具有三个控制输入端，采用简单的3线串行接口可方便地与微处理器进行连接，且价格适中，是作为AD转换的最佳选择器件之一。

键盘接口电路较为简单，而显示部分有两种方案供选择：一种为LCD，一种为LED。LCD液晶显示的像素单元是整合在同一块液晶版当中分隔出来的小方格。通过数码控制这些极小的方格进行显像。显示非常细腻但是造价很高。而LED数码显示中每一个像素单元就是一个发光二极管，如果是单色，一般是红色发光二极管。如果是彩色，一般是三个三原色小二极管组成的一个大二极管。这些二极管组成的矩阵由数码控制实时显示文字或图象，造价相对低廉，显示效果也较好。由于单片机工作现场存在着各种干扰，为保证系统的可靠工作，本设计选择了常用的看门狗芯片X5045，以实现对单片机的复位，监控等功能。软件程序的设计也考虑了抗干扰措施。

本设计中，最终选用的集成温度传感器AD590是美国模拟器件公司生产的集成两端感温电流源，通过对电流的测量可得到所需要的温度值。湿度传感器是采用了HIH-3610相对湿度传感器它是一种热固聚脂电容式传感器。采集到的湿度信号再配以进行适当的放大，经过AD转换送至单片机，实现湿度的显示与控制。

系统主要由以上元器件组成，通过硬件电路和软件程序的设计，实现系统的基本功能。

第2章 系统总体方案设计

本设计是基于单片机对数字信号的高敏感和可控性、温湿度传感器可以产生模拟信号，和AD模拟数字转换芯片的性能，此设计以AT89S52基本系统为核心的一套检测系统，其中包括AD转换、单片机、复位电路、温度检测、湿度检测、键盘及显示、报警电路、系统软件等部分的设计。系统总体方框图如图2.1。

图2.1 系统总体框图

本设计由信号采集、信号分析和信号处理三个部分组成的： (1) 信号采集 由AD590、HIH-3610及多路开关CD4051组成； (2) 信号分析 由AD转换器TLC549芯片、单片机AT89S52基本系统组成； (3) 信号显示 由串行口LED显示器和报警电路组成。

2.1 温度传感器

集成温度传感器AD590是美国模拟器件公司生产的集成两端感温电流源。

AD590是电流型温度传感器，通过对电流的测量可得到所需要的温度值。 2.1.1 温度传感器主要特性

流过器件的电流(μA)等于器件所处环境的热力学温度(开尔文)度数：IrT=1，式中，Ir—流过器件(AD590)的电流，单位为μA；T—热力学温度，单位为K；AD590的测温范围为-55℃~+150℃；AD590的电源电压范围为4～30V，可以承受44V正向电压和20V反向电压，因而器件即使反接也不会被损坏；输出电阻为710mΩ；精度高，AD590在-55℃~+150℃范围内，非线性误差仅为±0.3℃。 2.1.2 AD590的工作原理

AD590温度感测器是一种已经IC化的温度感测器，它会将温度转换为电流。其规格如下：温度每增加1℃，它会增加1μA输出电流。可量测范

围-55℃至150℃。供应电压范围+4V至30V。AD590的接脚图及零件符号如图2.2所示：

图2.2 AD590的接脚图及零件符号

AD590的输出电流是以绝对温度零度(-273℃)为基准，每增加1℃，它会增加1μA输出电流，因此在室温25℃时，其输出电流Io=(273+25)=298μA。Vo的值为Io乘上10K，以室温25℃而言，输出值为2.98V(10K×298μA)。量测Vo时，不可分出任何电流，否则量测值会不准。

2.1.3 电路设计

AD590的输出电流I=(273+T)μA(T为摄氏温度)，因此量测的电压V为(273+T)μA ×10K=(2.73+T100)V。为了将电压量测出来又需使输出电流I不分流出来，我们使用电压追随器其输出电压V2等于输入电压V。

由于一般电源供应较多零件之后，电源是带噪声的，因此我们使用齐纳二极管作为稳压零件，再利用可变电阻分压，其输出电压V1需调整至2.73V。接下来我们使用差动放大器其输出Vo为（100K10K）×（V2-V1）=T10，如果现在为摄氏28℃，输出电压为2.8V，输出电压接AD转换器，那么AD转换输出的数字量就和摄氏温度成线形比例关系。

AD590温度传感器使用原理如图2.3。

图2.3 AD590温度传感器使用原理图

2.2 湿度传感器

本设计中采用相对湿度传感器HIH-3610。HIH-3610是美国Honeywell公司生产的相对湿度传感器，该传感器采用热固聚酯电容式传感头，同时在内部集成了信号处理功能电路，因此该传感器可完成将相对湿度值变换成电容值，再将电容值转换成线性电压输出的任务，同时该传感器还具有

精度高、响应快、高稳定性、低温漂、抗化学腐蚀性能强及互换性好等优点。

图2.4 湿度传感器HIH-3610外观图

2.2.1 主要特性

（1）热固性聚合物电容传感器，带集成信号处理电路；（2）3针可焊塑封；（3）宽量程：0~100%RH非凝结，宽工作温度范围 –40~85℃；（4）高精度：±2%RH，极好的线形输出；（5）5VDC恒压供电，0.8-3.9VDC放大线形电压输出；（6）低功耗设计 200μA驱动电流；（7）激光修正互换性；（8）快速响应 5秒 慢流动的空气中；（9）稳定性好,低温飘,抗化学腐蚀性能。

图2.5 HIH-3610电压与湿度特性曲线

测量范围 测量精度 电源电压 V 电源电流 μA 输出范围或输出形式 工作温度范围℃ 线性电压输0~100 +2-2 4~5.8 200 0.8V~3.9V -40~+85 出线，性能最好，抗污染能力最强 表1 HIH-3610主要技术指标

由输出电压与相对湿度关系曲线可得出如下结论：

（1）HIH-3610在供电电压为5V时，其消耗电流仅为200μA，故HIH-3610湿度传感器对电源没有功率方面的要求，为低功耗产品的设计提供更好的解决方案。

主要特点 (%RH) (%RH)