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[宝典]我的主页 渤海大学工学院 多谐振荡器在湿度测量中的应用 题 目 学生姓名 张静 学 号 10060368 学 院 工学院 专业班级 通信工程10级4班 指导教师 王健 二零一二年 六 月 多谐振荡器在湿度测量中的应用 摘要:给出了由555定时器和湿度传感器构成的多谐振荡电路，利用单片机的定时器测量振 荡电路的 振荡周期(实现了湿度的测量，实验结果表明测量值与设定值的最大误差仅为2 60,RH。 可编程逻辑器件一般用于完成数字电路的功能O对用可编程逻辑器件技术实现模拟集 成电路的功能进行了探讨9研究了实现单稳态触发器脉冲宽度控制的两种方法2用外接RC 的单稳 态触发器S用外部信号控制脉宽O实验结果表明在全数字电路的基础上9用可编程逻辑器件 实现的 单稳态触发器脉宽控制能有效地实现激光引信电路系统小型化9提高电路的可靠性 关键词:湿度传感器;多谐振荡器;单片机 Abstract: by 555 the timer and given a humidity sensors have resonance circuit, of the microcontroller timer measurement of the oscillating circuit Oscillation period. Realize the humidity measurement, experimental results show that the measured value and the maximum error value is only 2 60% RH. Programmable logic devices are used for complete of digital circuit function of O with programmable logic device technology simulate the set Into the circuit functions were discussed and studied realize single state trigger pulse width control of two methods with external single 2 RC stability State trigger S by external signal control pulse width O experimental results show that in all the digital circuit based on the 9 with programmable logic devices realize Single state trigger pulse width control can effectively achieve the laser fuze circuit system improve the reliability of miniaturization and circuit Keywords: humidity sensors; Many harmonic oscillator; Single-chip microcomputer 引言 随着经济的高速发展，为了得到高质量的产品或设备的正常运行，许多行业诸如电力、石油化工、电子、航空航天、冶金、纺织等对湿度测量的要求越来越高，因而，湿度测量和湿度控制已经逐渐成为一新兴的技术领域。传统的测量方法是将湿度传器的输出信号经过调理放大后，进行A,D转换，然后由单片机进行处理得到相对湿度值。传统的测量方法不但测量电路复杂，成本较高，而且测量准确度较低。文给出了一种由555定时器和湿度传感器构成的多谐振荡电路，提出了利用单片机的定时器测量振荡电路的振荡周期来求解湿度的方法。 一.基于555定时器的多谐振荡器? l.多谐振荡器的电路形式 经过反复调研、实验，选取了H(;2型厚膜湿敏元件作为测量湿度的传感器，图1为本文提出的由555定时器和湿度传感器构成的多谐振荡器的电路图。其中，定时元件除电容器c外，还有两个电阻器R和Rh(设湿度传感器的等效电阻为Rh)，它们串接一起，电容器c与Rh的连接点接到两个比较器cl，C2的输入端R和s(6脚和2脚)，R与R}，的连接点接到放电晶体管Tl的输出端口(7脚)。 图1 多谐振荡嚣原理图 2 .多谐振荡器的工作原理 由图1可知，接通电源瞬间，定时电容器c上的电压Vc为零，尺和亏端电位均小于{v(?由555定时器的原理可知，这时集成定时器输出端被置位，Vo=l，定时器内部放电管截止。此后，电源V?通过电阻器R、湿敏元件对电容器c充电，R与S端的电位逐渐升高，当升高到鲁v。、时，输出端跳变为。依此周而复始形成振荡，在输出端得到如图2所示的矩形脉 图2 多谐振荡器工作波形 3.多谐振荡器振荡周期的计算 利用单片机的定时器测量振荡电路的振荡周期来求湿度，称之为振荡周期法。设电容器c的充放电时间分别为}，和‘2，则多谐振荡器的振荡周期T=由Rc电路对阶跃激励的全响应方程从单稳态触发器的工作原理出发9通过外接RC 来实现脉宽调整O另一个途径是通过外部信号控制实现脉宽控制功能O以输出脉宽为30 ns 9频率为157 k z 左右的脉冲为例进行说明O设计思路 若需输出脉冲宽度为30 ns 左右的脉冲9则需用外部一脉冲宽度最宽为30 ns 左右的时钟频相与即可得9故取T = CLK >CNT 0 >CNT1 >CNT 2 >CNT 3 >CNT 4 >CNT 6 9设计原理框图如图3 所示 图3利用外部信号实现单稳态触发器原理 二.多谐振荡器在湿度测量中的应用 1.湿度测量方案 将多谐振荡器的输出接到805l单片机的INl的引脚，当电容开始放电时产生,个下降沿，由此触发产生外部中断O，在中断服务子程序中开启定时器TD开始计数。在下一个周期电容开始放电再次产生中断 时，关闭定时器，这样，就得到了振荡周期丁限“。湿度测量的中断服务子程序流程图如图3所示 图3 中断程序流程图 效电阻值Rh，再由等效电阻Rh同相对湿度的关系式就可以求出对应的相对湿度值。 2 .多谐振荡器电路参数的选取 由于定时器每一个机器周期增加l，所以，当单片机的晶振为8M也， 定时器工作在方式l(16位定时,计数器)时，定时器溢出前最大计时时间为f=216×警×10“=98304“s( (7)而湿度传感器等效电阻Rh为103,105n，将电阻尺取为100n，为避免定时器溢出，由式(5)及式 最终选取电容C为0 22矿的精密电容器，电阻R为100n的精密电阻器。 3.实验结论 利用提出的方法进行湿度测量，在DJMlO型湿度检定箱(国家二级标准)中进行检验。此湿度检定箱的湿度调整范围为20,,100,RH，湿度控制准确度?1 5,RH。将相对湿度从30,,90,RH分别设定7个点，其测量如表l所示。 表1 结构图 通过开环加速度计原理，分析了施力电极所加电眶对静电负刚度的影响，得到了利用扦环频率特性计算挠性梁机械刚度^。的公式;通过 对加速度计开环频率响应实验原理的分析，得到了利用实验中电路数计算静电负刚度^。的公式，并由此得到了考虑预载电压和扫频信号幅值的影响，利用电路参数计算挠性粱机械刚度女。的公式。通过对同一个实验对象，在不同实验条件下的实验结果，从不同角度验证r求取挠性粱机械刚度女。的实验方法的正确性。根据以上结论，只要在确定的实验条件下进行实验。因此，今后在采用静电驱动的方法进行加速度计性能实验时，不必限实验条件以尽量减小静电负刚度对系统刚度地影响，可以直接使用正常的工作预载 图4 实验曲线与拟台直线 4.结论 从实验中可以看出:光纤探头与被测物接触或表l设定值与测量值对比表 由表l可以看出，测量值与设定值的最大误差为2 60,RH，在目前的 湿度测量领域已达到了相当高的准确度。另外，由555定时器和湿度传感器压，使实验得到的加速度计特性与正常使用中的实际加速度计特性更相符。 参考文献: [1】商钟毓静电场耦合微机电系统的动态模型[J]机械工程学 报(2【)cll，37(3):97 10l [2】袁光梳齿式微机械加速度计的结构设计与实验研究!I)j 北京:清华大学精仪系，199q [3]丁衡高(王寿荣，黄庆安，等徽惯性仪表技术的研究与发展 [J]中国惯性技术学报，200l，9(4):46 49、73 [4】袁光，丁衡高(高钟毓，等叉指式激加速度计的结构设计 [J]清华大学学报(自然科学版)(1998，38(11):38—4l 15]李疆，高钟毓(董景新(微加速度计摆片质量的测量方法研究 !J]机械工程学报(2(1()3，39(9):23 26 表2 由表2可以看出，测量值与设定值的最大误差为2 60,RH，在目前的湿度测量领域已达到了相当高的准确度。另外，由555定时器和湿度传感器压，使实验得到的加速度计特性与正常使用中的实际加速度计特性更相符.这一阶段灵敏度高，线性好，动态范围小，适于微位移的测量。 参考文献: [1 J孙序文传感器与检测技术[M】济南:山东大学出版社(1996 184 19l [2】苑立渡光纤与纤端光场(系列讲庠之一)[J]光通信技术( 1994(18(1):54 64 构成的多谐振荡电路比传统的湿度测量电路简捷，所以，在简化电路的同时也降低了，成本。因此，这种方法具有较高的性价比，可以广泛应用于各种湿度测量和湿度控制系统中。 参考文献: [1]粱明理电子线路[M]北京j高等教育出版社，19吣56】一 563 [2 J皇甫正贤教字集成电路基础[M J南京:南京大学出版社( 1995 228—230 【3]李军刚如何选用合适的i显度测量披器[J]仪表技术与传感 器(1999((4):4l--42 [4]李华Mcts5l系列单片机实用接口技术【M]北京:北京航 空航天大学出版社，1997 34 42