温湿度传感器集成系统设计

摘要

湿度测量具有重要的研究意义和应用价值。湿度传感器广泛应用在气象站、家电、汽车、医疗、自动控制等领域。湿度测量值受环境温度影响较大，同时，湿度传感器暴露在外部环境中也会受到环境污染物的影响，从而降低测量数据的可靠性和准确性。本文介绍了一种温湿度传感器集成系统，将温度传感器、湿度传感器、微处理器以及通信接口等模块集成在一起。在湿度测量的过程中，可以对传感器信号进行自动校准，同时设计了相应的封装方式和软件算法。本文具体工作如下:
　　(1)系统硬件电路设计与搭建。本文采用铂电阻温度传感器和电容式湿度传感器测量环境温湿度，PCap02对测量到的数据进行相应校准。通信电路完成驱动PCap02以及与用户通信的工作，主要包括单片机、电源模块与显示模块。
　　(2)系统软件设计。本文分析了环境温度对湿度测量的影响，在此基础上，确定了湿度传感器的温度补偿公式。配合温度传感器，通过软件方法对湿度测量值进行校准，提高了湿度传感器的准确度。同时还进行通信软件设计，确保单片机与PCap02、单片机与显示模块通信正常。
　　(3)集成系统封装结构设计。本文将温湿度传感器和处理芯片集成在同一PCB上，使用封装管壳对集成系统进行保护。在封装管壳上设计了透气窗口，可以维持集成系统内部的温湿度环境和外部温湿度环境一致。
　　(4)系统性能测试。为了获得温湿度传感器的性能参数，设计了集成系统完整的测试方案。并对温湿度传感器集成系统进行了测试与分析。
　　本文设计的温湿度传感器集成系统，相比于传统的湿度传感器，具有准确度高、稳定性好的特点。测试数据显示，该温湿度传感器集成系统温度误差为0.56℃，线性度为0.067％。室温下的湿度误差为2.756％RH，湿度回滞差为-5.71％RH，响应时间为5s。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 温度与湿度的表征

1．2．1 温度的定义

1．2．2 湿度的定义

1．2．3 传感器的主要性能参数

1．3 国内外研究现状

1．4 研究内容和性能指标

1．4．1 研究内容

1．4．2 性能指标

1．5 论文组织结构

第二章 MEMS温湿度传感器集成系统设计

2．1 硬件架构设计

2．2 集成系统设计

2．2．1 MEMS温湿度传感器芯片

2．2．2 PCap02处理器

2．2．3 集成系统PCB版图设计

2．2．4 集成系统封装设计

2．3 外部通信电路

2．3．1 单片机

2．3．2 电源转换模块

2．3．3 液晶显示模块

2．4 本章小结

第三章 MEMS温湿度传感器集成控制系统软件设计

3．1 PCap02汇编语言指令集

3．2 指数算法的实现

3．3 温湿度传感器标定程序设计

3．3．1 标定方法

3．3．2 标定程序设计

3．4 湿度传感器温度补偿程序设计

3．4．1 电容式湿度传感器的温度补偿公式

3．4．2 温度补偿软件设计

3．5 通信软件设计

3．5．1 单片机通信程序设计

3．5．2 IIC通信程序设计

3．6 本章小结

第四章 MEMS温湿度传感器集成系统测试

4．1 测试设备

4．1．1 一级双压湿度发生器

4．1．2 湿度阶跃装置

4．2 温度传感器性能测试

4．2．1 灵敏度

4．2．2 线性度

4．2．3 温度误差

4．3 湿度传感器性能测试

4．3．1 灵敏度

4．3．2 回滞特性

4．3．3 动态响应特性

4．3．4 湿度误差

4．3．5 温度特性

4．4 性能测试结果对比

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 工作展望

致谢

参考文献

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