电池供电温湿度计文献综述.docx

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电池供电温湿度计文献综述

毕业设计文献综述

（2012届）

基于电池供电的数字式温湿度计

学生姓名应奕军

学号0401090141

系别信息与电子系

专业班级电信0901

指导教师梁伟

完成日期2012.11.26

文献综述

摘要

本文介绍了基于电池供电的及其相关技术的研究意义以及当前国内外的研究现状和发展趋势，并说明了数字式温湿度计相关的主要理论依据。

同时对本课题的研究内容做了相关的文献调查，而寻求一种最适合自己，最合理的设计方案。

关键词电池供电；温湿度传感器，低耗

1.课题及课题相关技术的研究意义

数字式温湿度仪，是集传感器技术、计算机技术、通讯技术与一体的数据记录仪。

绝大部分电子产品都要求在干燥条件下作业和存放。

据统计，全球每年有1/4以上的工业制造不良品与潮湿的危害有关。

对于电子工业，潮湿的危害已经成为影响产品质量的主要因素之一。

数字式温湿度记录仪广泛应用于农业研究、工业、环保、卫生防疫、实验室、建筑业、仓储运输、博物馆、温室等领域，进行温湿度监测记录的仪器。

并可将采集记录的数据传送给计算机进行处理。

随着科学技术的快速发展，人们的生活水平越来越高，为了满足人们日益提高的生活要，对室内温湿度等环境的调节至关重要。

本文采用数字温湿度传感器对温湿度环境同时进行监测，采取此系统不仅有控制方便、简单、灵活性大和可以大幅度提高被控温湿度的技术指标等优点，而且数据测量和传输精度都很高，其也经济实惠。

此系统设计的目的在于服务广大的生活居民，使他们在办公室或研究室就可以知道居室或学生寝室的温湿度，从而进行温湿度等的制。

[1]

2.国内外研究现状和发展趋势

传感器（sensor）称为换能器或变送器（trandueer），近几年国际上多用“sensor”一词。

在现代医疗检测技术中越来越多的依赖传感器对一些非电信号进行检测、放大和传输。

20世纪80年代后期．由于微电子加工技术、计算机芯片及外围电路技术．新型材料的发展．使得医疗监控、检测和诊断技术越来越发先进．这就要求医学生特别是麻醉、检验学专业的学生要具备这方面的基础知识．本实验设计的主导思想就是通过对热敏电阻和数字温度传感器的测控原理的了解，使学生熟悉和掌握对温度的检测和控制的两种不同的方法，特别是通过计算机自动测控技术对温度这一常用医学参量进行检测和控制。

[2]

3、课题相关理论依据

本仪器以MC8-S1系列单片微机8031为核心，配上相应的A／D转换器和驱动显示电

路，在系统软件的支持下运行[3]。

一般主要分以下几个部分:

3.1电源

直流稳压电源是一种常见的电子仪器，广泛地应用于电子电路、教学实验和科学研究等领域。

目前使用的直流稳压电源大部分是线性电源，利用分立元件组成，其体积大，效率低，可靠性差，操作使用不方便，自我保护功能不够，因而故障率高。

随着电子技术的飞速发展，各种电子、电器设备对稳压电源的性能要求日益提高，稳压电源不断朝着小型化，高效率，低成本，搞可靠性，低电磁干扰，模块化和智能化方向发展。

以单片机为核心而设计制造出来的新一代智能稳压电源不但电路简单，结构紧凑，价格低廉，性能卓越，而且由于单片机具有计算和控制能力，利用它对采样数据进行各种计算，从而可排除和减少由于骚扰信号和模拟电路引起的误差，大大提高稳压电源输出电压和控制电流精度，降低了智能稳压电源可利用单片机设置周密的保护监测系统，确保电源运行可靠。

其具有较高的实用价值，适合学校的实验室等采用直流稳压电源低成本化。

[4]

3.11LDO电源电路[14]

便携产品电源设计需要系统级思维，在开发由电池供电的设备时，诸如手机、MP3、PDA、PMP、DSC等低功耗产品，如果电源系统设计不合理，将影响到整个系统的架构、产品的特性组合、元件的选择、软件的设计和功率分配。

同样，在系统设计中，也要从节省电池能量的角度出发多加考虑。

带有使能控制的低压差线性稳压器（LDO）是不错的选择。

LDO电源电路

3.12DC/DC电源电路[11]

在多节锂电池供电线路中,当需要较低的电压同电流供给MCU工作时,我们通常的作法是用类似LM7805的线性LDO来降压。

这种作法的优点是线路成熟并且成本较低，但有一个显著的缺点就是静态工作电流太大。

如果我们通过LM7805从12V中获取5V的话，静态电流约为5mA。

如果这个线路长期需要工作的话，24小时内将约有24*5=120mAh的容量消耗。

为此笔者特别设计了图一所示静态电流很小的线路。

它利用改变MOS的G极电压来稳定输出电压。

例如当输出负载加重时VB的电压将降低→VC降→VD升高→VB升高→输出电压稳定。

当要改变VB点的电压时需要调整R1同R2的比值。

当VA点电压为12V，VB点电压为4.5V，输出空载的情况下，电路仅有2.15uA的电流消耗（图一）。

当VA点的电压在12V-30V区间变化时，如果负载为500Ω，VB点电压仅变化约0.01V,可见输出电压还是很稳定的如图二。

C1的作用在于抑制刚开机时VB点的电压升高，避免造成对MCU的伤害。

C1用与不用的仿真图片如图三所示。

电路的缺点是VB点的电压会因MOS的G极开启特性影响，造成输出电压的一至性较差，但实际运用中没有超过所设定值的10%。

3.2单片机的输入输出口

MCS一51内部有4个8位并行I／0口，分别命名为Pl13，P2口，P3口，P413，各端口均有一个数据输出锁存器和一个数据输入缓冲器，因此MCS一51输出数据时十分方便。

只要执行一条以端口锁存器为目的的数据传送或逻辑操作指令，就可以通过并行I／O端口电路加以输出。

[5]

3.3感测部分

3.3.1温度感测

PT100是铂热电阻，它的阻值会随着温度的变化而改变．后的100即表示它在O~C时阻值为100Q，在IO0~C时其的阻值约为138．5Q．PTIO0在O~C的时候它的阻值为100Q，它的阻值会随着温度上升以0．385的变化率匀速增长．铂电阻传感器精度高，稳定性好，应用于温度测量范围广，是目前精度最高的温度传感器。

[7]

AD590温度传感器实验分析

系统电路图及其分析：

3.3.2湿度感测

湿敏元件由硅基片和聚酰亚铵电容器构成。

使用硅基片可以集成信号处理电路从而获得一个“灵巧的元件”。

其制造过程如下：

首先，将金蒸发到0．O01O—cm350~m厚的n一型硅片表面上，在65℃烧结l0分钟使它们成为电阻性接触。

用化学浸蚀法除去另一面的SiO。

层后，在30秒内以3000rpm的转速将聚酰胺旋压在硅表面上。

聚酰亚胺膜先在200℃预烘焙1小时，然后在350T~固化1小时。

至此，1．5“m厚的吸湿膜就形成了。

再利用金属罩将金蒸发到湿膜上，形成一个可渗透湿气的梳状电极，其厚度为500^。

然后再在焊接区以外的所有表面上用浸渍法涂上一层薄于lm的聚酰亚胺膜，以免暖湿膜在以后的联接和组装过程中受到机械损伤。

然后将基片裁成8111111×12mll~t。

其结构示意图见图l最后，给每一片安上一个多孔的金属外罩沮敏元件通过它暴露在大气中。

[6]

湿度传感器电路实验分析

系统电路图及其分析：

4.课题主要研究内容

4.1范例一[8]

系统被分成三个主要部分：

传感器电路，微控制单元，和显示电路。

传感器电路包含IC的温度传感器，湿度传感器和电阻。

微控制单元将这些传感器的模拟输出进行了分析，并转换成数字信号。

整体系统如框图1所示。

4.1.1温湿度传感器电路

集成电路温度传感器LM35的使用请看[10]。

该传感器的输出电压是线性正比的温度（以开尔文或摄氏度）与梯度为10mV/℃和操作能够在范围为-55℃至150℃。

因为该设备是使用在热带气候区，那里的温度不会低于0°C，此系统的温度范围内已经偏移量的取值范围为0℃至100℃，用一个运算放大器可以实现。

相对湿度测量由湿度传感器HIH-400211]实现。

HIH-4002系列的测量是靠电压输出与％RH的线性关系。

该传感器的输出也作为微控制器的输入。

CA3140运算放大器作为缓冲，以减少负载的影响

4.1.2微控制器

微控制器是整个系统的心脏。

温度传感器和电压传感器用来作为微控制器的输入。

室内的加热器，冷却器，显示器和指示器都由微控制器PIC16F877[控制。

它具有40引脚封装。

它有一个10位A/D转换器。

它用C语言程序进行编辑控制。

4.1.3显示电路

三共阴极7段LED模块用于显示系统的显示。

有效地利用PIC微控制器的引脚，通过使用一个BCD7段译码器（MCI4511B）来完成显示。

该微控制器发送输出信号接到共阴极7段LED[18]的输入端通过BCD再到七段解码器的输出端。

4.1.4软件

该软件用于传感器感测电压，过程数据，显示室内温度和湿度的控制。

该软件被划分为一些子例程和主程序。

编程使用C语言开发软件。

图所示的流程图中的程序.

图。

2：

所开发的软件流程图

4.2范例二[12]

4.2.1硬件电路设计

本设计的硬件部分主要由温湿度传感器SHT10，AT89S51单片机和LED数码管构成。

1SHT10数字式温湿度传感器

SHT10传感器由相对湿度传感器，温度传感器，校准存储

器，14位A／D转换器，信号放大器和I2C总线接口构成。

SHT10具备卓越的长期稳定性，露点值计算输出功能，全较准、数字输出功能，免外围电路，完全低功耗，采用表面贴片封装或四脚互换封装，体积微小，全自动降能功能。

2单片机和SHT10接口电路

由于AT89S51不具备I2C总线接口，故使用单片机通用I／O口线来虚拟I2C总线[91，利用P1．6来虚拟时钟线，利用P1．5

口线来虚拟数据线DATA，并在DATA端接入一个4．7K的上拉电阻，同时在VCC及GND端接入一个0．1UF的去耦电容，AT89S51单片机与SHT10的接口电路如图2所示。

4.2.3软件程序设计

首先，单片机将温度数据（SOT）从SHTIO读入，然后根据公式1计算温度，再判断标志位TEMP—SORH的状态（初始化

标志位TEMP—SORH为高），分别进行显示温度和读取湿度数据（SORH）、计算湿度、显示湿度。

系统主程序流程图见图3。

4.3范例三[10]

1．由于高分子薄膜湿度传感器的电容特性，必须在湿度传感器上施加无直流分量的交变电压信号；

整机电路要尽量减少元器件和选用低成本元电路图见图4。

件及降低功耗。

图3为最湿度计的电路框图，其原理电路图见图

电源电压为6V，用四节5号电池。

由于湿度传感器的交流要求，电路不能采用单电源工作，电路中再由+6V产生了一组负电压。

负电压产生使用专门的低压变换元件507660，它有变换效率高，自身功耗小，只须外接两只小电容即可工作的特点虽然整机工作电流约为7．5mA，功耗不超过50row，为了延长干电池使用时问，电路的工作状态（洌温或洌湿）与电源接通，使用双档不自镇的按钮开关控制．这样，电池处于问歇应用，使用寿命大大延长。

当然，制成的温湿度计不仅能随意携带，也可固定在光刻工作问等场所，这时，采用双刀三位拨动开关代替按钮开关（图|），用直流稳压电源代替干电池供电更为经济。

4.3范例四[16]

4.3.1系统主要的模块温度测量和控制模块．

这是温度测量系统的主要结构部分，由一块数字温度传感器DS18B20组成．DS18B20是硬件电路的核心芯片，本次设计中的温度采集、温度转换和模拟到数字信号的转换都通过该芯片完成，最后将输出信号送入AT89S52的P0口．

4.3.2单片机部分．

设计的测温系统采用AT89S52作为控制系统的核心，主要作用是控制显示单元及

时钟、复位、测温外围电路的通讯接口，AT89S52的优点在于具有8K字节在系统可编程Flash存储器，兼容MCS一51单片机；器件采用Atm