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随着物联网概念的普及,作为物联网技术的关键部分,传感技术的发展受到人们越来越多的关注。电容式湿度传感器作为湿度传感器的一种,广泛应用于军事,气象,农业,工业,医疗,建筑等方面。微电子加工技术的发展促进了传感器逐渐走向微型化,实现了高精度,低功耗,高灵敏度等特点的同时,也对后续的检测电路提高了更高的要求。本论文在对常用电容检测电路的分析和研究的基础上,针对电容式湿度传感器,设计了一种具有湿度电容检测,数据显示,数据上传等功能的智能检测系统。本论文主要分为三部分。
第一部分设计了一种基于Analog Devices公司电容检测芯片AD7745的电容检测电路,并详细介绍其原理与设计方案。AD7745的核心是一个高精度的∑-△调制转换器,由1个二阶调制器和1个三阶数字滤波器构成,支持I2C兼容2线串行接口,通过微处理器的控制能直接输出电容。另外对其内部DAC电容的设置,还能调整可测电容范围。
第二部分主要介绍了基于Silicon Laboratories公司的微处理器C8051F410的嵌入式控制模块。控制系统集成了液晶显示模块,串口通信模块,以及Sensirion公司的SHT75温湿度传感器,能实现数据的检测,显示,上传等功能。系统电路PCB板采用Protel.99SE软件设计制作。系统软件开发采用自顶向下的设计流程,主要包括了微控制器C8051F410的程序设计以及各个功能模块的程序设计。采用Silicon Laboratories IDE集成开发环境,使用Keil Cx51语言进行程序编写。
第三部分通过实验室研发的电容式传感器对检测系统的性能作了一些测试。首先通过实验对AD7745内部可调参数进行调整,然后使用商用电容对系统基本功能进行检测,包括差分以及单端模式,最后利用实验室内的湿度传感器在温湿度箱中进行实物测试,得出电容与湿度的拟合曲线,以及系统的滞回,稳定性及重复性等特性曲线。
本论文设计的电容式湿度传感器检测系统,在实现湿度检测基本功能的同时,仍有许多可以改进的地方,比如可以加入按键模块等更多控制模块,实现系统更好的智能化:对湿度传感器作出更多的性能测试,通过电路和软件的方式提高传感器精度与灵敏度;改进系统尺寸,功能等设计,使其可以应用于加速度计,位移传感器等电容式传感器,设计成具有通用性的电容检测电路。