模拟电路课设 电子湿度计电路.docx

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模拟电路课设电子湿度计电路

摘要

湿度是自然界中和人类打交道最多的物理量之一，无论是生产实习场所，还是在居住休闲场所，湿度的采集或控制都十分频繁。

近年来，各种湿度计的送校数量不断增加，对其工作原理的理解、测量方法的选择和有关使用维护的知识显得尤为重要。

由于制造和工作原理的不同，湿度计分为机械式湿度计、电子式湿度传感器和通风干湿表等。

关键词：

湿度；测量计；湿敏电阻；

1课题背景

1.1课题背景

1.1.1目的意义

电子式湿度传感器是由湿敏电容、湿敏电阻或湿敏谐振器等湿敏元件及其相应变换电路组成的能显示相对湿度的湿度计，一般分为电阻式和电容式。

湿敏电阻的特点是在基片上覆盖一层由感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性即可测量湿度。

湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚酰亚胺、聚苯乙烯等。

1.1.2基本理论依据

当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数随之发生变化，使其电容量也发生变化，电容的变化量与相对湿度成正比。

湿度传感器的准确度可达到±２％ＲＨ～±５％ＲＨ。

2设计方案简述

2.1主要器件及作用

2.1.1简要原理

此湿度计主要由湿敏元件、555定时器、三极管、二极管、发光二级管和电容电阻等组成。

在这个电路中，湿敏元件是一种特殊电阻，当空气中的湿度达到一定数值时，将会影响电阻的阻值变化从而影响定时器的输入值，继而发光二极管发出警报。

2.1.2整体流程图

图2-1整体流程图

3详细设计

3.1湿敏电阻

3.1.1湿敏电阻的结构和工作原理

湿敏电阻是利用湿敏材料吸收空气中的水分而导致本身电阻值发生变化这一原理而制成的。

工业上流行的湿敏电阻主要有:

氯化锂湿敏电阻,有机高分子膜湿敏电阻。

此次课设我选用的是氯化锂电阻。

它具有温度的依存性小、磁滞小、再现性和应答性良好、湿度感知范围广和小型,轻量的优点。

采用功能高分子膜涂敷在带有导电电极陶瓷衬底上，形成阻抗随相对湿度变化成对数变化的敏感部件，导电机理为水分子的存在影响高分子膜内部导电离子的迁移率。

图为湿敏电阻。

图3-1湿敏电阻结构图

3.1.2主要参数

图3-2主要参数

3.1.3湿敏电阻特性曲线

图3-3湿敏电阻特性曲线

3.1.4湿敏电阻的优缺点

湿敏电容一般是用高分子薄膜电容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亚胺、酷酸醋酸纤维等。

当环境湿度发生改变时，湿敏电容的介电常数发生变化，使其电容量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比。

但湿敏电阻遇水便失去了作用。

3.2555定时器

3.2.1555定时器

555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。

一般用双极型工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。

555定时器的电源电压范围宽，可在4.5V~16V工作，7555可在3~18V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。

图3-4555定时器主要参数

3.2.2555定时器主要功能

此次实验选用的是各方面的功能较为简单，易上手的LM555CN型定时器。

3.3系统原理

当环境温度高于湿敏电阻的额定温度设定值时，其阻值发生变化，使时基电路IC（555）因其触发端（②脚）处于高电平而不被触发，相应3脚输出低电平，二极管不发光。

当环境温度低于电阻的温度设定值时，其阻值变大，使555因其②脚处于低电位而被触发，相应③脚输出高电平，使蜂鸣器发声报警。

同时，555内部的放电管截止，电源电压通过R2给C2充电，随着充电进行，C2上电压上升，当C2上的电压≥2/3VDD时，555③脚转变为低电平，二极管不发光。

这时，555内部的放电管导通，C2通过放电管放电，随着放电进行，C2上的电压下降，当C2上的电压降到≤l/3VDD时，555③脚又转变为高电平，二极管发光报警。

4电路原理图

图4-1电路原理图

5工作过程

1.起始校零。

调节变阻器至最小阻值处，以模仿湿度低时造成短路状态，此时定时器输入端为高电平而不被触发，经电容器的充电放电，输出端为低电平，报警发光二级管不发光。

2.调节变阻器至最大阻值处，以模仿湿度高时造成断路状态，此时定时器输入端为低电平而被触发，经电容器的充电放电，输出端为高电平，报警发光二级管发光。

以达到湿度过高报警的目的。

3.至此，电子湿度计简易电路工作完成。

6仿真电路图

图6-1仿真电路图

7元器件清单

图7-1元器件清单

8总结与心得

在这为期三周的课程设计中，由于充分的实验前得准备，所以在做的过程中还算顺利。

虽然，在调试的的过程中也遇到了一些问题，也焦急、郁闷过，但都通过我们的分析和修改，在最后调试成功了。

这次的课程设计让我认识到，提前准备和团队合作对事情成功的重要性。

当然，做事情也不能太过急切，因为忙中会出乱。

所以做任何事情都要淡定、仔细。

这次我们的课程设计是设计一个基于湿度传感器的测量电路，在开始的时候，老师先让我们自己设计电路。

虽然我设计的电路大概意思没有问题，但还有很多的事情欠考虑。

看了老师改进的电路，虽然只是加大了几个电容的参数，但顿时让电路的灵活性和测量的准确性得到了提高。

在调试的时候，我们发现电路的的焊接也出了一些问题，可见我们还不是很细心。

吸取了这次课程设计的教训，我相信我们在下次的课程设计中会做的更好。

参考文献

[1]康华光主编.《电子技术基础·模拟部分》（第五版）·高教出版社.2006

[2]唐志宏主编.《数字电路与系统》唐志宏·北京邮电大学出版社.2008

[3]XX文库

[4]华强电子网

[5]电子技术类杂志、报刊

完稿日期：

2013年6月30日