基于湿度传感器的测量电路设计之欧阳科创编.docx

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基于湿度传感器的测量电路设计之欧阳科创编

扬州年夜学能源与动力工程学院

时间：

2021.02.05

创作：

欧阳科

课程设计陈述

题目：

基于湿度传感器的丈量电路设计

课程：

传感器与测控电路课程实习

专业：

测控技术与仪器

班级：

测控0802　

姓名：

学号：

指导老师：

总目录

第一部分：

任务书

第二部分：

课程设计陈述

第三部分：

设计电路图

第四部分：

实习陈述

第一部分

任

务

书

《传感器与测控电路课程实习》课程设计任务书

课题：

基于湿度传感器的丈量电路设计

一个电子产品的设计、制作过程所涉及的知识面很广；加上电子技术的成长异常迅速，新的电子器件的功能在不竭提升，新的设计办法不竭成长，新的工艺手段层见叠出，它们对传统的设计、制作办法提出了新的挑战。

但对初度涉足电子产品的设计、制作来说，了解并实践一下传感器选择与测控电路的设计、制作的基本过程是很有需要的。

由于所涉及的知识面很广，相应的具体内容请参考本文中提示的《传感器原理及应用》，《测控电路》，《模拟电子技术基础实验与课程设计》，《电子技术实验》等书的有关章节。

一、基于湿度传感器的丈量电路设计简介

应用IH3605型温度传感器与集成运放设计丈量湿度的电路，丈量相对湿度（RH）的规模为0%~l00%，电路输出电压为0~10V。

要求丈量电路具有调零功能和温度赔偿功能。

使用环境温度为0℃~85℃。

二、基于湿度传感器的丈量电路设计的工作原理：

IH3605型湿度传感器

本课题中丈量电路组成框图如下所示：

丈量电路由湿度传感器，差动放年夜器，同相加法放年夜器等主电路组成；为了实现温度赔偿功能，选择铂电阻温度传感器收集环境温度，通过转换电桥和差动放年夜，输入同相加法器实现加法运算，赔偿环境温度对湿度传感器的影响，其中转换电桥工作电压由差动放年夜器输出电压通过电压跟随器提供。

三、设计目的

1.掌握传感器选择的一般设计办法；

2.掌握模拟IC器件的应用；

3.掌握丈量电路的设计办法；

4.培养综合应用所学知识来指导实践的能力。

四、设计要求及技术指标

1.设计、组装、调试；

2.湿度丈量规模：

0％～100％RH；

3.使用环境温度规模：

0～85℃；

4.输出电压：

0～10V；

5.非线性误差：

±0.5％。

五、设计所用仪器及器件

1.直流稳压电源

2.双踪示波器

3.万用表

4.运放OP07

5.电阻、电容若干

6.湿度传感器IH3605

7.万能电路板

8.电烙铁等

六、日程安插

1.安插任务、查阅资料，计划设计；　　（2天）

根据设计要求，查阅参考资料，进行计划设计及可行性论证，确定设计计划，画出电路图。

2.上机用EDA软件对设计电路进行模拟仿真调试；（2天）

要求在虚拟仪器上观测到正确的波形并达到规定的技术指标。

3.电路的装配及调试；　　（3天）

在万能板上对电路进行装配调试，使其全面达到规定的技术指标，最终通过验收。

4.总结撰写课程设计陈述。

（1天）

七、课程设计陈述内容：

总结设计过程，写出设计陈述，设计陈述具体内容要求如下：

1.课程设计的目和设计的任务；

2.课程设计的要求及技术指标；

3.总计划简直定并画出原理框图；

4.各组成单位电路设计，及电路的原理、工作特性（结合设计图写）；

5.总原理图，工作原理、工作特性（结合框图及电路图讲解）；

6.电路装置、调试步调及办法，调试中遇到的问题，及阐发解决办法；

7.实验结果阐发，改进意见及收获；

8.体会。

八、电子电路设计的一般办法：

1.仔细阐发产品的功能要求，利用互连网、图书、杂志查阅资料，从中提取相关和最有价值的信息、办法。

（1）设计总体计划。

（2）设计单位电路、选择传感器、丈量电路元器件、根据需要调整总体计划。

（3）计算电路（元件）参数。

（4）绘制总体电路初稿。

（5）上机在EDB（或EDA）电路实验仿真。

（6）绘制总体电路。

2.明确电路图设计的基本要求进行电路设计。

并上机在EDB（或EDA）上进行电路实验仿真，电路图设计已有很多的计算机帮助设计软件，利用这些软件可显著减轻了人工绘图的压力，电路实验仿真年夜年夜减少人工重复劳动，并可帮忙工程技术人员调整电路的整体规划，减少电路不合部分的相互干扰等等。

3.掌握经常使用元器件的识别和测试。

电子元器件种类单一，并且不竭有新的功能、性能更好的元器件呈现。

需要通过互连网、图书、杂志查阅它们的识别和测试办法。

对经常使用元器件，很多手册有所介绍。

4.熟悉经常使用仪表，了解电路调试的基本办法。

通过排除电路故障，提高电路性能的过程，巩固理论知识,提高解决实际问题的能力。

5.自力撰写课程设计陈述。

第二部分

课

程

设

计

报

告

1课题简介………………………………………………………………………………

（1）

2课程设计的目的和设计的任务………………………………………………………

（2）

2.1课程设计的目的……………………………………………………………………

（2）

2.2课程设计的任务……………………………………………………………………

（2）

3课程设计的要求及技术指标…………………………………………………………（3）

3.1课程设计的要求……………………………………………………………………（3）

3.2课程设计的技术指标………………………………………………………………（3）

4总计划及原理框图……………………………………………………………………（4）

4.1电路设计总计划……………………………………………………………………（4）

4.2电路设计原理框图…………………………………………………………………（4）

5各组成部分的工作原理………………………………………………………………（5）

5.1差动放年夜电路………………………………………………………………………（5）

5.2温度赔偿电路………………………………………………………………………（5）

5.3加法比例运算电路…………………………………………………………………（6）

6电路的设计、电路各部分工作特性及元件的作用…………………………………（7）

6.1差动放年夜电路………………………………………………………………………（7）

6.2温度赔偿电路试……………………………………………………………………（8）

6.3加法比例运算电路…………………………………………………………………（11）

7总原理图………………………………………………………………………………（13）

8电路装置、调试步调及办法…………………………………………………………（15）

8.1电路的装置…………………………………………………………………………（15）

8.2电路调试的步调及办法……………………………………………………………（15）

9实验结果阐发…………………………………………………………………………（16）

10改进意见、收获、体会、设计总结…………………………………………………（17）

10.1电路的改进意见……………………………………………………………………（17）

10.2课程设计的收获与体会……………………………………………………………（17）

10.3课程设计的总结……………………………………………………………………（17）

11仪器仪表清单…………………………………………………………………………（18）

11.1元器件清单…………………………………………………………………………（18）

11.2引用仪器、仪表清单………………………………………………………………（18）

参考文献…………………………………………………………………………………（19）

1课题简介

基于湿度传感器的丈量电路设计：

应用IH3605型温度传感器与集成运放设计丈量湿度的电路，丈量相对湿度（RH）的规模为0%~l00%，电路输出电压为0~10v。

要求丈量电路具有调零功能和温度赔偿功能。

使用环境温度为0℃~85℃。

丈量电路由湿度传感器，差动放年夜器，同相加法放年夜器等主电路组成；为了实现温度赔偿功能，选择铂电阻温度传感器收集环境温度，通过转换电桥和差动放年夜，输入同相加法器实现加法运算，赔偿环境温度对湿度传感器的影响，其中转换电桥工作电压由差动放年夜器输出电压通过电压跟随器提供。

2课程设计的目的和设计的任务

2.1课程设计的目的

1.掌握传感器选择的一般设计办法；

2.掌握模拟IC器件的应用；

3.掌握丈量电路的设计办法；

4.培养综合应用所学知识来指导实践的能力。

2.2课程设计的任务

应用IH3605型温度传感器与集成运放设计丈量湿度的电路，丈量相对湿度（RH）的规模为0%~l00%，电路输出电压为0~10V。

要求丈量电路具有调零功能和温度赔偿功能。

使用环境温度为0℃~85℃。

3课程设计的要求及技术指标

3.1课程设计的要求

1.根据设计要求，查阅参考资料，

2.进行计划设计及可行性论证

3.确定设计计划，画出电路原理框图。

4.设计每一部分电路，计算器件参数

5.在万能板上对电路进行装配调试，使其全面达到规定的技术指标，记录调试数据，最终通过验收。

6.总结撰写课程设计陈述。

（1）课程设计的目的和设计的任务

（2）课程设计的要求及技术指标

传感器的性能、主要技术指标、使用条件仔细阐发产品的功能要求，利用互连网、图书、杂志查阅资料，从中提取相关和最有价值的信息、办法。

（3）总计划简直定并画出原理框图。

（4）各组成单位电路设计，及电路的原理、工作特性（结合设计图写）

（5）总原理图，工作原理、工作特性（结合框图及电路图讲解）及各元件参数

阐发误差及产生原因

（6）电路装置、调试步调及办法，调试中遇到的问题，及阐发解决办法。

（7）实验结果阐发，改进意见及收获。

（8）元器件清单

（9）仪器仪表清单

（10）体会。

3.2课程设计的技术指标

1.湿度丈量规模：

0％～100％RH；

2.使用环境温度规模：

0～85℃；

3.输出电压：

0～10V；

4.非线性误差：

±0.5％。

4总计划及原理框图

4.1电路设计总计划

丈量电路由湿度传感器，差动放年夜器，同相加法放年夜器等主电路组成；为了实现温度赔偿功能，选择铂电阻温度传感器收集环境温度，通过转换电桥和差动放年夜，输入同相加法器实现加法运算，赔偿环境温度对湿度传感器的影响，其中转换电桥工作电压由差动放年夜器输出电压通过电压跟随器提供。

4.2电路设计原理框图

图1原理框图

5各组成部分的工作原理

5.1差动放年夜电路

差动放年夜器:

是把二个输入信号辨别输入到运算放年夜器的同相和反相二个输入端，然后在输出端取出二个信号的差模成分，而尽量抑制二个信号的共模成分。

图2差动放年夜电路

5.2温度赔偿电路

何谓电桥放年夜电路？

由传感器电桥和运算放年夜器组成的放年夜电路或由传感器和运算放年夜器构成的电桥都称为电桥放年夜电路。

应用于何种场合？

应用于电参量式传感器，如电感式、电阻应变式、电容式传感器等，经常通过电桥转换电路输出电压或电流信号，并用运算放年夜器作进一步放年夜，或由传感器和运算放年夜器直接构成电桥放年夜电路，输出放年夜了的电压信号。

差动输入电桥放年夜电路

图3差动输入电桥放年夜电路

5.3加法比例运算电路

加法比例运算电路可以实现信号的求和以及放年夜。

图4加法比例运算电路

取

=

，则uo=（1+

）（

ui1+

ui2）。

当R2=R3时，uo=

（1+

）（ui1+ui2）。

6电路的设计、电路各部分工作特性及元件的作用

6.1差动放年夜电路

计划一：

图5计划一的差动放年夜电路

①选择VS、Rl、ICl、R2、RP1确定电源电压。

因输出电压Uo=10V，电源电压取15V。

由ICl、R2、RP1组成调零电路。

由VS、R1组成传感器电源（5V），给传感器和调零电路供电。

VS选用MTZJ5IB型稳压二极管，Uz=5.IV，Iz=5mA，则

R1=（Ucc－Uz）/Iz=（15－5.1）／（5×10－3）=l.98kΩ

取系列值2kΩ。

ICl选用LM385型基准电压源，基准电压Uref=l.235V，工作电流为10μA~20mA，取工作电流I=lmA，则

R2=（Uz－Uref）/I=（5.1—1.235）／（1×10－3）=3.865kΩ

取系列值3.9kΩ。

为使RPl支路耗电小，令通过其电流为0.2mA，则

RPl=1.235／（0.2×10－3）=6.175kΩ

取系列值6.8kΩ。

当相对湿度为0时，调节RPl，使Uo1=0V。

②选择IC2~IC5、R3~R6、RP2。

IC2~IC5选择7F324型四运放。

由IC2等组成差动放年夜器后有如下关系式，即

R3=R4．R5+（RP2/2）=R6，放年夜倍数KF2=[R5+（RP2/2）]／R3

今R3=R4=10.0kΩ，25℃、100%（RH）时，传感器输出电雎为4.02V，调零后，Ui=4.02－0.8=322V，Uo1应为10V。

R5+（RP2/2）=KF2×R3=（Uo1／Ui）R3=（10/3.22）×10.0=31.06kΩ，取R5=27kΩ，则

RP2=2（31.06－27）=8.12kΩ，取系列值8.2kΩ

R6=R5+（RP2/2）=31.06kΩ，取E192系列3l.2kΩ

计划2：

图6计划二的差动放年夜电路

在25℃，0%湿度的情况下，湿度传感器的输出Us=Ui1=0.8V,使R0=R1=10kΩ,Ui2=0.8V,这时Uo1=0V，从而达到了起始校零的目的。

在25℃，100%湿度的情况下，湿度传感器的输出Us=Ui1=4.02V,为了使总电路的输出Uo=10V，应使差动放年夜器的放年夜倍数Kf1=10/（0.84.02）=3.106.而Kf1=Rf/R1,则Rf=Kf1*R1=31.06kΩ.

6.2温度赔偿电路

计划一：

图7计划一的温度赔偿电路

选择R11~R16、RP3、RP4、Rt。

a选择Rt、R11、R12、RP3。

由IC4、IC5及R11~R16、RP3、RP4、Rt组成温度赔偿电路。

其中，R11、R12、RP3、Rt可组成温度赔偿电桥。

Rt选择EL－700型铂金电阻温度传感器，RtRo（1+α2t）。

式中，α2=0.00375/℃，Ro=1000Ω，Rt的工作电流推荐值为lmA。

IC4为电压跟随器，8脚输出电压U8的最年夜值为10V，令R11=R12=10kΩ。

t=25℃时，Rt的值为R25，R25=1000（1+0.00375×25）=1093.75Ω。

取RP3=1.5kΩ，调节RP3，使Ra=R25=1093.75Ω，则Uo2=0V。

b计算有关参数。

KF2=[R5+（RP2/2）]/R3=[27+（8.2／2）]／10=3.11

t=85℃、RH=100%时，Rt的值为R85，即

R85=1000（1+0.00375×85）=1318.7Ω

U8=Uo1=KF2Ui=3.11×（3.50－0.8）=8.397V

Ui1=U8Ra／（R12+Ra）=8.397×1093.75／（10×10－3+1093.75）=0.8279V

Ui2=U8R85／（R11+R85）=8.397×1318.7／（10×10－3+1318.7）=0.9783V

Uo2为温度赔偿电压。

当t=85℃、RH=100%时，Uo1=8.397V，要求电路输出10V，则赔偿电压Uo2=10－8.397=1.603V。

由IC5组成差动放年夜器，其放年夜倍数为KF5，即

KF5=Uo2／（Ui2－Ui1）=1.603／（0.9783－0.8279）=10.66

取KF5=15。

c选择R13~R16、RP4。

由IC5组成差动放年夜器后有如下关系式，即

R13=R15，R14=R16，KF5=R14／R13

R14=KF5R13=15Rl3，取R13=R15=10kΩ，R14=15×10=150kΩ，R16=R14=150kΩ。

当t=85℃、RH=100%时，Uo2的实际值为

Uo2=KF5（Ui2－Ui1）=15（0.9783－0.8279）=2.256V

设通过RP4支路的电流为1mA，则

RP4=2.256／（1×10－3）=2.256kΩ，取系列值2.2kΩ

计划二：

图8计划二的温度赔偿电路

在85℃，100%湿度的情况下，湿度传感器的输出Us=Ui1=3.5V,则Uo1=3.106*（3.50.8）=8.3862V,为了使总电路的输出Uo=10V，需温度赔偿，使Uo2=10Uo1=1.6138V。

调节使电桥在25℃时平衡，此时Pt1000的电阻R25=1000*（1+0.00375*25）=1093.75Ω,使R2=R3=10kΩ,Ra=1kΩ，则R4=R25+Ra=2093.75Ω。

在85℃时，Pt1000的电阻R85=1000*（1+0.00375*85）=1318.7Ω,则差动放年夜器输入Ui1=Uo1*R4/（R2+R4）=8.3862*2093.75/12093.75=1.452V,Ui2=Uo1*（Ra+R85）/（R3+Ra+R85）=8.3862*2318.7/12318.7=1.578V.差动放年夜器的放年夜倍数Kf2=Uo2/（Ui1Ui2）=R11/R6=1.6138/（1.4521.578）=12.81。

取R6=R7=10kΩ,则R11=R8=12.81*10=128.1kΩ。

6.3加法比例运算电路

计划一：

图9计划一的加法比例运算电路

选择R7、R8、R9、R10。

由IC3组成同相加法器。

令R7=R8=R9=R10=10kΩ，在85℃、100%的相对湿度时，调节RP2使Uo1=8.379V，调节RP4使Uo=10V。

计划二：

图10计划二的加法比例运算电路

放年夜器的放年夜倍数为1，取R5=R9=R10=R12=10kΩ.则R13为无穷年夜，即断开，可去除。

7总原理图

图11计划一的总电路图

图12计划二的总电路图

8电路装置、调试步调及办法

8.1电路的装置

1.将准备好的器材分好类。

2.将电阻的阻值标号。

3.准备好接线。

4.画好接线图，合理散布元器件。

5.按接线图接线并焊接。

8.2电路调试的步调及办法

1.起始校零。

使湿度传感器处于25℃，0%湿度的条件下，调节Rp1，使差动放年夜器1的输出Uo1为零。

2.调节差动放年夜器1的放年夜倍数。

使湿度传感器处于25℃，100%湿度的条件下，断开温度赔偿电路，调节Rp2，使总电路的输出Uo为10V。

3.调节温度赔偿电路中的电桥平衡。

使湿度传感器处于85℃，0%湿度的条件下，给温度赔偿电路一驱动电压，并让Pt1000处于25℃条件下，调节Rp3，使差动放年夜器2的输出Uo2为零。

4.调节差动放年夜器2的放年夜倍数。

使湿度传感器处于85℃，100%湿度的条件下，并让Pt1000处于85℃的条件下，调节Rp4，使总电路的输出Uo为10V。

9实验结果阐发

1.在起始校零时，通过对Rp1的调节，测得Uo1为0.0598V，由此可以确定电路可以获得丈量规模的下线0V。

2.当湿度传感器处于25℃，100%湿度，温度赔偿电路断开时，通过调节Rp2,可以使总电路的输出为10V，由此可以确定电路可以获得丈量规模的上线10V。

3.给温度赔偿电路一定的驱动电压，并让Pt1000处于25℃条件下，通过调节Rp3，温度赔偿电路的最小输出为0.2735V，可见电桥无法平衡，但差动放年夜器的的输出很小，对丈量结果影响不年夜。

达不到平衡的可能原因是，滑动变阻器的规模小于Pt1000处于25℃条件下的电阻。

4.当湿度传感器处于85℃，100%湿度，温度赔偿电路连接时，通过调节Rp4,可以使总电路的输出为10V，由此可以包管温度赔偿电路的有效工作。

10改进意见、收获、体会、设计总结

10.1电路的改进意见

计划二为起始的电路，计划一为改进后的电路，在计划一中使用了多个滑动变阻器，可以使丈量更精准。

因为在计划二中的一些电阻没有现成的，便利于实际的装配，固然由于是固定电阻，亦无法调节，灵活性不高。

10.2课程设计的收获与体会

在这为期一周的课程设计中，由于我们分工明确，又有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，但都通过我们的阐发和修改，在最后调试胜利了。

这次的课程设计让我认识到，提前准备和团队合作对事情胜利的重要性。

固然，做事情也不克不及太过急切，因为忙中会出乱。

所以做任何事情都要淡定、仔细。

10.3课程设计的总结

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

虽然我设计的电路年夜概意思没有问题，但还有很多的事情欠考虑。

看了老师改进的电路，虽然只是加了几个滑动变阻器，但登时让电路的灵活性和丈量的准确性获得了提高。

在调试的时候，我们发明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。

11仪器仪表清单

11.1元器件清单

1.电阻10kΩ9个

150kΩ2个

3.9kΩ1个

2kΩ1个

30kΩ1个

27kΩ1个

2.滑动变阻器10kΩ2个

2kΩ2个

3.LM3241个

4.LM3851个

5.5.1V稳压管1个

6.14脚座1个

7.8脚座1个

11.2引用仪器、仪表清单

1．直流稳压电源

2．万用表

3．湿度传感器TH3605

4.温度传感器Pt1000

5．万能电路板

6．电烙铁等

参考文献

[1]童诗白主编.《模拟电子技术基础》（第三版）·高教出版社.

[2]杨素行主编.《模拟电子线路基础简明教程》杨素行（第二版）·高教出版社.1998

[3]王成华主编.《电子线路基础教程》.科学出版社.2000

[4]李万臣主编.《模拟电子技术基础实验与课程设计》（初版）·哈尔滨工程年夜学出版社·

[5]孙梅生主编.《电子技术基础课程设计》.高教出版社.1989

[6]张国雄主编.《测控电路》第三版.机械工业出版社.

[7]电子电路百科全书（1.2.3.4.卷）.科学出版社

[8]电子技术类杂志、报刊

第三部分

设

计

电

路

图

第四部分

实

习

报

告

在传感器和测控电路课程设计期间，我们观赏了几家和我们专业有关的企业，下面我就晶澳太阳能控股有限公司和扬州“智谷”作一下简单的介绍，其他的一些企业就未几说了。

晶澳太阳能控股有限公司是一家专业从事高效太阳能电池制造的现代化光伏企业。

公司于成立，第一条生产线自4月起正式运行。

2月7日，晶澳太阳能在美国纳斯达克证券交易所挂牌上市。

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