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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： 项目简介 空气湿度在许多方面有重要的用途，在大气、气象学和气候学中它主要是理论中的一个重要值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绝对湿度是一定体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。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。 图1.1系统原理框图 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： 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Min Typ Max） 单位 湿度范围 RH 0~100 % RH 标称电容@55%RH C 177 180 183 pF 平均灵敏度(33%~75%RH) △C/%RH 0.34 pF/%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ta 5 S 供电电压Vs 5 /10 V 工作温度Ta -40~100 ℃ 图1.2 HS1101典型输出曲线 从电容的典型输出曲线可以看出当相对湿度在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. 776 V。经过STM32F103单片机片上ADC进行模数转换后 经过标度变换后用液晶显示器显示相对湿度。 阻容低通滤波器 临界频率计算公式： 临界频本设计中电阻选用10kΩ,电容选用10uF，截止