传感器课程设计--花盆缺水报警装置概要

1、花盆缺水报警装置作者：_指导老师：_专业：测控技术与仪器班级：_学号：_2报告提交日期：2012 年 9 月一、. 冃U 言31、. 湿敏传感器的发展史32、.湿敏传感器的种类及优缺点33、.湿敏传感器发展趋势及应用4二、. 选用湿敏传感器. 51、.初定52、.实际选用6三、.实验设计内容61、.设计题目62、.设计要求63、.设计原理7四、.关于 555 的介绍8五、.实验过程9六、.负责主要的工作101. 选题.1032. 电路模拟仿真.103. 实验元器件的测试和电路调试.10七、.体会11八、.致谢11九、.参考文献.11十.附录.124.言1.湿敏传感器的发展史早在18世纪人类就发

2、明了干湿球和毛发湿度计，而电子式湿度传感器是近 几十年特别是近20年才迅速发展起来的。新旧事物的交替与人们的观念转变 很有关系。由于干湿球、毛发湿度计的价格仍明显低于湿度传感器， 造成一部分 人对电子湿度传感器价格的不认可。 正好像用惯了扫帚的人改用吸尘器时， 总觉 得花几百元钱买一台吸尘器有些不上算，不如花几元钱买把扫帚那样心理容易平 衡。由于传统测湿方法在人们的脑海中印象太深了， 一些人形成了只有干湿球湿 度计才是准确的固有概念。有些用户拿干湿球湿度计来对比刚购得的湿度传感 器，如发现示值不同，马上认为湿度传感器不准。须知干湿球的准确度只有5%一7%RH，不但低于电子湿度传感器，而且还取决

3、于干球、湿球两支温度计本 身的精度；湿度计必须处于通风状态：只有纱布水套、水质、风速都满足一定要 求时，才能达到规定的准确度。湿度传感器生产厂在产品出厂前都要采用标准湿 度发生器来逐支标定，最常用分流式标准湿度发生器来进行标定。所以希望用户 在需要校准时也采用相同的方法，避免用准确度低的器具去校准或比对精度高的 传感器。2.湿敏传感器的种类及优缺点种类：1）、电解质湿敏元件2）、高分子材料湿敏元件3）、金属氧化物膜湿敏元件4）、金属氧化物陶瓷湿敏元件5）、热敏电阻式湿度传感器6）、红外线吸收式湿度传感器7）、微波式湿度传感器8）、超声波式湿度传感器优缺点：湿度传感器的精度应达到 坐5%RH，达

4、不到这个水平很难作为计 量器具 使用，湿度传感器要达到%3%RH的精度是比较困难的，通常产品资料中给 出的特性是在常温（20C0C）和洁净的气体中测量的。在实际使用中，由于尘 土、油污及有害气体的影响，使用时间一长，会产生老化，精度下降，湿度传感 器的精度水平要结合其长期稳定性去判断， 一般说来，长期稳定性和使用寿命是 影响湿度传感器质量的头等问题，年漂移5量控制在1%RH水平的产品很少，一 般都在坐左右，甚至更高。湿敏元件除对环境湿度敏感外，对温度亦十分敏感，温度每变化0.1C。将产生0.5%RH的湿度变化（误差）。使用场合如果难以做到恒温，则提出过高的测 湿精度是不合适的。有的湿敏元件在不

5、同的相对湿度下，其温度系数又有差别。 多数情况下，如果没有精确的控温手段，或者被测空间是非密封的，%RH的精度就足够了。对于要求精确控制恒温、恒湿的局部空间，或者需要随时跟踪记 录湿度变化的场合，再选用%RH以上精度的湿度传感器。温漂非线性，这需 要在电路上加温度补偿式。采用单片机软件补偿，或无温度补偿的湿度传感器是 保证不了全温范围的精度的，湿度传感器温漂曲线的线性化直接影响到补偿的效 果，非线性的温漂往往补偿不出较好的效果， 只有采用硬件温度跟随性补偿才会 获得真实的补偿效果。湿度传感器工作的温度范围也是重要参数。多数湿敏元件难以在40C以上正常工作。3、温度传感器发展趋势趋势：在工农业生

6、产、气象、环保、国防、科研、航天等部门，经常需要对环 境湿度进行测量及控制。但在常规的环境参数中，湿度是最难准确测量的一个参 数。用干湿球湿度计或毛发湿度计来测量湿度的方法，早已无法满足现代科技发 展的需要。这是因为测量湿度要比测量温度复杂的多，温度是个独立的被测量， 而湿度却受其他因素（大气压强、温度）的影响。此外，湿度的标准也是一个难 题。国外生产的湿度标定设备价格十分昂贵。近年来，国内外在湿度传感器研发领域取得了长足进步。 湿敏传感器正从简 单的湿敏元件向集成化、智能化、多参数检测的方向迅速发展，为开发新一代湿 度/温度测控系统创造了有利条件，也将湿度测量技术提高到新的水平。应用：任何行

7、业的工作都离不开空气，而空气的湿度又与工作、生活、生产有直 接联系,使湿度的监测与控制越来越显得重要。湿度传感器的应用主要有如下几 个方面：拉绳传感器（1）温室养殖 现代农林畜牧各产业都有相当数量的温室， 温室的湿度控制 与温度控制同样重要，把湿度控制在农作物、树木、畜禽等生长适宜的范围，是 减少病虫害、提高产量的条件之一。4321(2)气候监测天气测量和预报对工农业生产、军事及人民生活和科学实验 等方面都有重要意义，因而湿度传感器是必不可少的测湿设备，如树脂膨散式湿 度传感器已用于气象气球测湿仪器上。称重传感器(3)精密仪器的使用保护许多精密仪器、设备对工作环境要求较高。环境湿度必须控制在一

8、定范围内，以保证它们的正常工作，提高工作效率及可靠性。如 电话程控交换机工作湿度在55 %0 %较好。温度过高会影响绝缘性能过低易产生静电，影响正常工作。位移传感器(4)物品储藏 各种物品对环境均有一定的适应性。 湿度过高过低均会使物 品丧失原有性能。如在高湿度地区，电子产品在仓库的损害严重，非金属零件会 发霉变质，金属零件会腐蚀生锈。(5)工业生产 在纺织、电子、精密机器、陶瓷工业等部门，空气湿度直接影响产品的质量和产量，必须有效地进行监测调控。压力传感器、选用湿敏传感器1、初定湿敏传感器：MgCr2OTiO2陶瓷温敏元件(MCT型)1.结构：在MgCr2OTiO2陶瓷片的两面,设置高孔金电

9、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而成的加热清洗圈(又称Kathal加热器)，以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和3之间由于吸湿和沾污而引起的漏电. 在电极2和3的四周设置了金短路环。2.感湿机理(一般认为)是：利用陶瓷烧结体微结晶表面对水分子进行吸湿或 脱湿使电极间电阻值随相对湿度成指数变化。7MgCr2O4- TiO2感湿陶瓷金电极镍铬丝加 热清洗线 圈3.电阻一湿度特性：MgCr204 TiO2系陶瓷湿度传感器的电阻一湿度特性，随着相对湿度的增加

10、，电阻值急骤下降，基本按指数规律下降。在单对数的坐标中， 电阻一湿度特性近似呈线性关系。 当相对湿度由0变为100%RH时， 阻值从107Q下降到104Q,即变化了三个数量级。4.主要优点：1）体积小，测湿范围宽，一片即可测（1100）%RH并可用于高温环境（150C），最高承受温度可达600C；2）能用电热反复进行清洗除掉吸附在陶瓷上的油雾、灰尘、盐、酸、气溶胶或 其它污染物，以保持精度不变；3）响应速度快（一般不超过20s）;4）长期稳定性好。2、实际选用古H民两亀子万奉历电予畐册肢计，环具段工总品*以冬垃吒妾定進囲审的坊晞=n*=好的雜感特性旬垃按曽覧日、怖卷国蓄植貝宸咅品性1L世室*糯

11、宦為*品祥少样帕格低厲=电性壺査計二工作电庄1VAC(50Hz2KHz)检酬苍盪20?0%RH鶴期情庫i% RHTfTA度逍團ox：iso弋KD(60%RH 25 T |CHRQ2-23323(1528) KflCHR02-31331(21-40 5 KQ响应斛回响用旳冃 12 (20% * 90%)i2% RH1 5% RH三、实验设计内容1.设计题目盆花缺水报警装置： 利用湿敏传感器制作一个简单的可以进行盆花缺水报警 装置：当盆杜美丝引出线金短路环陶瓷基片8花缺水时，盆花缺水指示器就会闪烁发光，提醒人们及时给花浇水； 使用555时基电路组成的振荡器来实现缺水时发光二极管VD闪烁。2.设计要

12、求1）:将湿度传感器埋于花中作为两个电极，当土壤缺水时，土壤的电阻率增大，和其串联的电阻电压很低，导致此电阻驱动的VT1截止，而此时作为555的驱动VT2却是导通的，555时基电路的振荡器工作，所以驱动所连接的发光二极 管VD随着低频振荡信号闪烁发光，提醒浇水；2）:当盆花不缺水，土壤电阻率很小，两电极电阻很小，和其串联的电阻压降 增加，则此电阻驱动的VT1导通.振荡电路停止工作，发光二极管VD灭3.设计原理如图所示，这是一个由555时基集成电路和一些分立元件组成的测量土壤含水量 的电路，其中由N沟道结型场效应管3DJ6E构成高阻输入检测电路，配合插入 土壤的电极进行含水量检测。当花盆缺水时，

13、土壤的电阻率便增加，这时A、B两根电极间电阻很大，场效应 管3DJ6E的栅极接近负电源电压，所以截止。但晶体三极管BG2的基极通过电阻R2、R3获得偏流而导通，发射极电位上升，使555工作。555是接成一个超 低频多谐振荡器（1Hz）,当其工作时，发光二极管随着振荡频率一闪一闪发光， 提示花盆该浇水了。土壤不缺水时，土壤电阻率很小，A、B间相当于一个小电阻，于是BG1的栅极 近乎接“地”，栅压接近0V，漏源两极之间导通。BG1导通时，其漏极电位下 降，从而使BG29截止，其发射极电位也下降至“地”电位。555停止工作，发光二极管不发光。10四、关于 555 的介绍各个引脚功能如下：555内部电

14、路图:r1185kQ1 %V.11 1612土(77?i n 5K2l|fc555定时器:nTdC2111脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地2脚：低触发端。3脚：输出端Vo。4脚：是直接清零端。当此端接低电平，贝U时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为0”该端不用时应接高电平。5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01折电容接地，以防引入干扰。6脚：TH高触发端。7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 16V，CM

15、OS型时 基电路VCC的范围为3 18V。一般用5V。O五、实验过程1、选题阶段：开始阶段小组讨论利用ICL7107CPL芯片设计数字温度计，但 由于器材缺乏和设计精度要求， 小组最终确定利用555定时器作为主控制器设计 一个湿度传感器。2、电路搭建阶段：通过查阅资料，根据设想在protues上模拟搭建电路图， 并确定具体数值。3、软件仿真阶段：使用protues等软件调试仿真，理论上实现了预期目 标。4、实际电路调试阶段：在面包板上按照模拟电路图搭建初步的实际电路图， 并通过检查线路，最终调试通过。5、电路制板阶段：最后在万用板上焊接电路，并检查排除电路故障，实际 上达到预期目标。&

16、实验结果整理阶段：整理测得的数据并分析误差，讨论误差解决办法， 撰写课程设计实验报告。六、负责的主要工作121.选题初阶段通过在图书馆和电脑上搜集、阅读相关的资料，再结合实际所能提供的器材和精度要求，最终和组员选定这个课题。2.软件模拟仿真使用protues等软件调试仿真，理论上实现了预期目标。仿真过程：1）搜寻并选定所需元器件:2）将所需元器件安放在可编辑区域:4）文件的保存+叹包现阵|勺ei 畫莒亦沪酋I卫蠹近丨回函型型 PdcDfUcs._01_ .n!-(I1Aqiujfl| aPIXiJBC州皿砒RF1=rZl M. IEPj-ELibB1!LE&FDJ_ED ELSMHKT

17、SKHHFU-T4Hil1Zw,MHRS4x.-MHDTiltWWP1-.1 :WHFfjXInJFEil WUHfIFS陆*HRFimTIM.IECJ-ELLbfiiEDBiFrilHULSHPIS1CHF：S?_nawMfgiBHPLiT!H/ElworuH* El3)按照电路图连接电w霊Ibtt令团曾.a牙曲比*14曲i PM WQFDff EEW Ke? WWi MWM PZEBMKW：WWWP1JM H ZIWM駛测呵flWJSiPZEMimFUKlF：- aaflM (Ml* MtWMWWMP卿CTMM WJrf UK 5UVWW13K kwukifiTOW i-m| |SSHnf

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21、一根一根的导线测量，将短路断路的地 方都检查出来并修改了，但此时接通电源线和地线后，LCD-直亮着但不显示温度和字符，我们对LCD引脚的高低电平测量，发现正常，确定单片机工作正常， 推测可能是LCD出现故障，在换了一个正常的LCD后，最终电路达到了设计要求。七、体会此次课程设计中，每天严格按照规定的时间进行设计， 通过有针对性的查找 资料，让我了解了更多在课堂上未涉及的或是自己忽略了得知识；学会理论不等于就有了操作经验，因此，在这次的设计过程中，锻炼加强了我的动手能力，并 懂得以后该怎样利用好所学的理论知识。在此次课程设计中，我们进行得并不是那么的顺利，找不到所要求的元器件 时，就结合现有的并进行计算，修改电路参数。得不到预期效果我们一根一根导 线地测试，直到灯成功闪起的那一刻，付出的努力终于有了回报。细心和耐心在 此次过程中犹显重要，正负极接反、导线短接、计算有偏差一点小差错都能 导致实验的不成功，当电路无法正常工作时，要有足够的耐心去检查每一个导致 得不到预期效果的问题。这次课程设计，使我的动手操作能力得到了很大的提升， 我真正体会到了知 识的重要性，特别是理