第二次作业.docx

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第二次作业

作业2:

温湿度采集案例

分析

课程名称:

姓名:

学号:

日期:

班级:

作业要求:

根据提供的附件资料,完成下列内容:

（1）温湿度传感器DT11的分析

（2）温湿度采集的硬件原理图

（3）温湿度采集的软件实现过程（写出框图）

（4）网上查找一些温湿度传感器并进行比较

（5）提交文件名（学号+姓名）

下面是作业:

（1）温湿度传感器DT11的分析

传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。

DHT11器件采用简化的单总线通信。

单总线即只有一根数据线，系统中的数据交换、控制均由单总线完成。

设备（主机或从机）通过一个漏枀开路或三态端口连至该数据线，以允许设备在不发送数据时能够释放总线，而让其它设备使用总线；单总线通常要求外接一个约5.1kΩ的上拉电阻，这样，当总线闲置时，

其状态为高电平。

由于它们是主从结极，只有主机呼叫从机时，从机才能应答，因此主机访问器件都必须严格遵循单总线序列，如果出现序列混乱，器件将不响应主机。

（2）温湿度传感器DT11的分析

温湿度采集的硬件原理图

（3）温湿度采集的软件实现过程（写出框图）

（4）网上查找一些温湿度传感器并进行比较

常用的温度传感器及其比较：

a.模拟式温度传感器：

原理：

将驱动电路、信号处理电路以及必要的逻辑控制电路集成在单片IC上，具有实际尺寸小、使用方便、灵敏度高、线性度好、响应速度快等优点。

常见模拟式温度传感器：

电压输出型：

LM3911、LM335、LM45、AD22103。

电流输出型：

AD590。

b.数字式温度传感器：

原理：

将敏感元件、A/D转换单元、存储器等集成在一个芯片上，直接输出反应被测温度的数字信号，使用方便，但响应速度较慢（100ms数量级）。

c.常用红外温度传感器比较：

传感器型号

测温范围

典型应用

OTP-538F2S

-40～+500℃

医学（耳温机），家庭设施（吹风机等）

TS105-1

-20～100℃（精确度：

-0.45±0.08%/K）

红外测温仪，非接触温度测量，移动物体温度测量

TS105-2

-20～100℃

温度计，微波炉，室内空调，高温计，汽车环境控制

TS118-1

跟处理电路相关（普通-20～300℃）

无接触温度测量，移动物体温度测量，温度控制，火灾报警

TS118-3

跟处理电路相关（普通-20～300℃）

无接触温度测量，温度控制，火灾报警，气候控制系统

TSEV01

0～300℃（精确度：

0.1℃）

家庭，医疗，汽车，安全，工业

常用的湿度传感器：

1电解质湿敏传感器

利用潮解性盐类受潮后电阻发生变化制成的湿敏元件。

最常用的是电解质氯化锂（LiCl）。

从1938年顿蒙发明这种元件以来，在较长的使用实践中，对氯化锂的载体及元件尺寸作了许多改进，提高了响应速度和扩大测湿范围。

氯化锂湿敏元件的工作原理是基于湿度变化能引起电介质离子导电状态的改变，使电阻值发生变化。

结构形式有顿蒙式和含浸式。

顿蒙式氯化锂湿敏元件是在聚苯乙烯圆筒上平行地绕上钯丝电极，然后把皂化聚乙烯醋酸酯与氯化锂水溶液混合液均匀地涂在圆筒表面上制成，测湿范围约为相对湿度30%。

含浸式氯化锂湿敏元件是由天然树皮基板用氯化锂水溶液浸泡制成的。

植物的髓脉具有细密的网状结构，有利于水分子的吸入和放出。

70年代研制成功玻璃基板含浸式湿敏元件，采用两种不同浓度的氯化锂水溶液浸泡多孔无碱玻璃基板（孔径平均500埃），可制成测湿范围为相对湿度20～80%的元件。

氯化锂湿敏电阻

结构如右图：

氯化锂湿度电阻特性曲线如左图

氯化锂元件具有滞后误差较小，不受测试环境的风速影响，不影响和破坏被测湿度环境等优点，但因其基本原理是利用潮解盐的湿敏特性，经反复吸湿、脱湿后，会引起电解质膜变形和性能变劣，尤其遇到高湿及结露环境时，会造成电解质潮解而流失，导致元件损坏。

2高分子材料湿敏传感器

利用有机高分子材料的吸湿性能与膨润性能制成的湿敏元件。

吸湿后，介电常数发生明显变化的高分子电介质，可做成电容式湿敏元件。

吸湿后电阻值改变的高分子材料，可做成电阻变化式湿敏元件。

常用的高分子材料是醋酸纤维素、尼龙和硝酸纤维素等。

高分子湿敏元件的薄膜做得极薄，一般约5000埃，使元件易于很快的吸湿与脱湿,减少了滞后误差，响应速度快。

这种湿敏元件的缺点是不宜用于含有机溶媒气体的环境，元件也不能耐80℃以上的高温。

3、金属氧化物膜湿敏传感器

许多金属氧化物如氧化铝、四氧化三铁、钽氧化物等都有较强的吸脱水性能，将它们制成烧结薄膜或涂布薄膜可制作多种湿敏元件。

把铝基片置于草酸、硫酸或铬酸电解槽中进行阳极氧化，形成氧化铝多孔薄膜，通过真空蒸发或溅射工艺，在薄膜上形成透气性电极。

这种多孔质的氧化铝湿敏元件互换性好，低湿范围测湿的时间响应速度较快，滞后误差小，常用于高空气球上测湿。

四氧化三铁胶体的优点是固有电阻低，长期置于大气环境表面状态不会变化，胶体粒子间相互吸引粘结紧密等。

它是一种价廉物美，较早投入批量生产的湿敏元件，在湿度测量和湿度控制方面都有大量应用。

4半导体陶瓷湿度传感器

如MgCr2O4-TiO2湿敏传感器．它们主要利用陶瓷烧结体微结晶表面在吸湿和脱湿过程中电极之间电阻的变化来检测相对湿度。

以MgCr2O4-TiO2为例说明其典型结构．如图所示，在MgCr2O4-TiO2：

陶瓷片的两面，设置高金电极，并用掺金玻璃粉将引出线与金电极烧结在一起．在半导体陶瓷片的外面，安放一个由镍铅丝烧制两成的加热清洗圈，谈便对元件进行经常加热清洗，排除有害气氛对元件的污染．元件安放在一种高度致密的、疏水性的陶瓷底片上．为消除底座上测量电极2程3之间由于吸温和污染而引起漏电．在电极2和3的四周设置金短路环。

MgCr2O4-TiO2湿敏元件结构

陶瓷烧结体微结晶表面对水分子进行吸湿或脱湿时，引起电极间电阻值随相对湿度成指数变化，从而湿度信息转化为电信号。

显然，这类传感器适合于高温和高湿环境中使用，也是目前在高温环境中测湿的少数有效传感器之一。

5、热敏电阻式湿度传感器

利用热敏电阻作湿敏元件。

传感器中有组成桥式电路的珠状热敏电阻R1和R2,电源供给的电流使R1、R2保持在200℃左右的温度。

其中R2装在密封的金属盒内，内部封装着干燥空气，R1置于与大气相接触的开孔金属盒内。

将R1先置于干燥空气中，调节电桥平衡，使输出端A、B间电压为零，当R1接触待测含湿空气时，含湿空气与干燥空气产生热传导差，使R1受冷却，电阻值增高，A、B间产生输出电压，其值与湿度变化有关。

热敏电阻式湿敏传感器的输出电压与绝对湿度成比例，因而可用于测量大气的绝对湿度。

传感器是利用湿度与大气导热率之间的关系作为测量原理的，当大气中混入其他特种气体或气压变化时，测量结果会有程度不同的影响。

此外，热敏电阻的位置对测量也有很大影响。

但这种传感器从可靠性、稳定性和不必特殊维护等方面来看，很有特色，现已用于空调机湿度控制，或制成便携式绝对湿度表、直读式露点计、相对湿度计、水分计等。

6、红外线吸收式湿度传感器

利用水蒸气能吸收某波段的红外线制成的湿度传感器。

60年代中期，美国气象局以波长为1.37微米和1.25微米的红外光分别作敏感光束和参考光束，研制成红外线吸收式湿度传感器。

这种传感器采用装有λ0滤光片和λ滤光片的旋转滤光片，当光源通过旋转滤光片时，轮流地选择波长为λ0和λ的红外光束,两条光束通过被测湿度的样气抵达光敏元件,由于波长为λ0的光束不被水蒸气吸收，其光强仍为I0，波长为λ的光束被水蒸气部分吸收，光强衰减为I。

根据光强度的变化，将光敏元件上的信号处理后可获得正比于水蒸气浓度c的电信号。

红外线吸收式湿度传感器属非水分子亲和力型湿敏元件，测量精度和灵敏度较高，能够测量高温或密封场所的气体湿度，也能解决其他湿度传感器不能解决的大风速或通风孔道环境中的湿度测量问题。

缺点是结构复杂，光路系统存在温度漂移现象。

红外线吸收式适度传感器结构

7、微波式湿度传感器

利用微波电介质共振系统的品质因数随湿度变化的机理制成的传感器。

微波共振器采用氧化镁-氧化钙-二氧化钛陶瓷体，共振器与耦合环构成共振系统，含水蒸气的气体进入传感器腔体后改变原共振系统的品质因数，其微波损失量与湿度成线性关系。

这种传感器的测湿范围为相对湿度40～95%，在温度0～50℃时，精度可达±2%。

微波式湿度传感器具有非水分子亲和力型湿敏元件的优点，又由于采用陶瓷材料作共振系统，故可加热清洗，且坚固耐用。

缺点是对微波电路稳定性要求甚高。

8、超声波式湿度传感器

超声波在空气中的传播速度与温度、湿度有关，利用这一特性可制成超声波式湿度传感器。

传感器由超声波气温计和铂丝电阻测温计组成，前者的测量数据与湿度有关，后者的测量数据只与温度有关，按照超声波在干燥空气和含湿空气中的传播速度可计算出空气的绝对湿度。

超声波湿度传感器有很多优点，它的测湿数据比较准确，响应速度快，可以测出某一极小范围的绝对湿度而不受辐射热的影响。

这种传感器尚处于研制阶段。