基于Atmega16单片机的数字式湿度传感器

摘要

人类正逐渐步入信息时代，如何高效的处理各种信息已经成为当今社会人们生产生活最迫切的需求。湿度传感器作为传感器的一种，在国民经济诸多领域的应用中，具有非常重要的地位。本文研究了一款全新的湿度传感器，具有分段式温度补偿和数字式输出及液晶显示的功能。本文的主要内容如下：
　　实验室现有的数字式湿度传感器相对模拟式湿度传感器而言，在精度上有了很大的提高，但是，作为数字式湿度传感器，它选用的却是模拟电压输出方式，不能成为完全意义上的数字式器件，难以满足数字化发展的要求。针对这一问题，本文采用TLC555和电容式湿敏探头组成的多谐振荡电路进行湿度测量，输出为频率随湿度变化的方波信号，同时引入Atmega16单片机对方波信号进行采集和处理，最后采用SPI数字化输出，使得其其它微控制器便于通过SPI接口与湿度传感器进行通信而得到湿度值，成为真正意义上的数字式器件。
　　湿敏电容在不同湿度段线性度会有微小的变化，所以全量程只采用一个线性方程标定的方案存在精度较低、线性度差的问题。本文在湿度标定部分采用了分段式标定的方案，相对未分段的标定方案而言，把湿度传感器参考精度从±4.5％RH提高到±2％RH，且线性度也有了较为明显的提升。
　　由于温度对湿度测量的影响非常大，为了减小由温度引起的湿度测量的偏差，本文引入了分段式温度补偿的方案对湿度传感器进行补偿。首先,使用恒温恒湿培养箱测量高温、低温和室温条件下的湿度曲线；其次，采用MATLAB软件仿真并计算分段式曲线拟合方案补偿系数；最后，通过单片机编程，完成温度补偿的功能。补偿后温度引起的湿度测量误差明显减小，湿度传感器在10~40℃、30~80％RH湿度范围内的参考精度从补偿前的±4％RH提高到补偿后的±2％RH。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 引言

1.2 研究背景及意义

1.3 国内外研究现状与发展趋势

1.4 本文主要研究内容

2 湿度传感器的硬件设计

2.1 湿度传感器系统硬件概述

2.2 湿度传感器设计

2.3 温度传感器设计

2.4 单片机最小系统

2.5 其他外围电路设计

2.6 系统总体硬件设计

2.7 本章小结

3 湿度传感器的软件设计

3.1 湿度传感器系统软件概述

3.2 湿度测量及显示的总体程序设计

3.3 频率测量程序设计

3.4 温度测量程序设计

3.5 液晶显示程序设计

3.6 湿度传感器的标定及测试

3.7 本章小结

4 温度补偿的设计

4.1 引言

4.2 电容式湿度传感器感湿特性

4.3 温度对湿度传感器测量的影响

4.4 温度补偿方案

4.5 SPI数字式输出程序设计

4.6 带温度补偿功能的湿度传感器总体程序设计

4.7 小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献