基于HUM1500设计的湿度计
室内温度湿度测量仪的设计毕业论文
第1章绪论1.1课题研究背景和意义温度是表示物体冷热程度的物理量，微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。
在整个宇宙当中，温度无处不存在。
无论在地球上还是在月球上，也无论是在炽热的太阳上还是在阴冷的冥王星上，这一切无不由于空间位置的不同而存在着温度的差别。
湿度，表示大气干燥程度的物理量。
在一定的温度下在一定体积的空气里含有的水汽越少，则空气越干燥；水汽越多，则空气越潮湿。
空气的干湿程度叫做“湿度”。
在此意义下，常用绝对湿度、相对湿度、比较湿度、混合比、饱和差以及露点等物理量来表示。
湿度表示气体中的水蒸汽含量,有绝对湿度和相对湿度两种表示方法。
绝对湿度是一定体积的空气中含有的水蒸气的质量，一般其单位是克/立方米，绝对湿度的最大限度是饱和状态下的最高湿度；相对湿度是绝对湿度与最高湿度之间的比，它的值显示水蒸气的饱和度有多高[1]。
温度、湿度和人类的生产、生活有着密切的关系，同时也是工业生产中最常见最基本的工艺参数，例如机械、电子、石油、化工等各类工业中广泛需要对温度、湿度的检测与控制。
并且随着人们生活水平的提高，人们对自己的生存环境越来越关注，而空气中温湿度的变化与人体的舒适度和情绪都有直接的影响，所以对温度、湿度的检测及控制就非常有必要了。
温度、湿度是工业农业生产不可缺少的因素，但传统的方法是用温度表、毛发湿度表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材，通过人工进行检测，对不符合温度和湿度要求的库房进行通风、去湿和降温等工作。
这种人工测试方法费时费力、效率低，且测试的温度及湿度误差大，随机性大。
含有微型计算机或微处理器的测量仪器，由于它拥有对数据存储，运算逻辑判断及自动化的功能，有着智能作用。
随着生产的发展，一个低成本和具有较高精1度的温度湿度测量仪在许多领域会代替人工操作，自动控制各种仪器调整环境温度湿度。
目前市场上普遍存在的温湿度检测仪器大都是单点测量，而且温湿度信息传递不及时，精度达不到要求，不利于控制者根据温度、湿度变化及时做出决定，为此，本设计开发了一种能够同时测量多点，并实时性高、精度高，能够综合处理多点温湿度信息，并能进行温湿度控制的测控产品。
电容温湿度传感器HM1500／HM1500LF简介
一、电容温湿度传感器HM1500／HM1500LF简介
基于HS1101／HS1101LF的电压输出湿度模块，高可靠性与长时间稳定性，在5VDC供电时，0～100％RH对应输出1～4VDC线性电压，温度依赖性非常低。
二、电容温湿度传感器HM1500／HM1500LF主要特性
（1）采用专利电容HS1101／HS1101LF设计制造，带防护棒式封装
（2）5VDC恒压供电，1-4VDC放大线形电压输出，便于客户使用
（3）宽量程：0～100％RH，工作温度范围–30～60℃
（4）精度±3％RH（10～95％RH范围）
（5）抗静电，防灰尘，有效抵抗各种腐蚀性气体物质
三、电容温湿度传感器HM1500／HM1500LF典型应用
温湿度仪表动力环境监控粮情监控孵化机
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药品仓库温湿度报警系统方案
用途：
测量并记录多个药品仓库的温湿度状况，生成历史数据和曲线，报警功能。
说明：
国家对食品药品安全越来越重视，药监部门要求对药品仓库的温湿度情况进行全程记录，我公司提出了电脑+温湿度分机的解决方案。
温湿度分机安装在库房现场，为了降低用户的投入，我公司开发了能接入两路温度传感器、两路湿度传感器的WSD-1型温湿度表，一台温湿度表可以测量2个位置的温湿度。
现场也可以看到温湿度数据。
温度传感器选用了美国DALLAS公司的产品，湿度传感器选用了法国Humirel公司的产品，从源头上保证精确度。
温湿度分机通过RS485总线与电脑相连，由电脑实时显示，并记录温湿度数据。
电脑软件可查看实时数据，历史数据，历史曲线；并可对测量位置设置报警，一旦超过设定范围，发出报警音或以报警图标指示。
典型配置：电脑+管理软件+WSD-1型分机
主机可选择：
温湿度记录软件
分机可选择：
WSD-3温湿度显示仪
探头可选择：
DS18B20温度探头HM1500湿度探头
特点：
系统功能强大，测量精度高，运行稳定，管理方便，性价比较高。
扩展功能：
如不希望电脑长期开机，可采用专门的数据记录服务器记录数据，电脑只需定期把数据下载下来。
应用案例：
烟台鲁虹药业GPS药品仓库。
动车组检测与故障诊断第四讲湿度传感器
（2）感湿特征量——相对湿度特性
每种湿度传感器都有其感湿特征量，如电阻、电容等， 通常用电阻比较多。
（3）感湿灵敏度
简称灵敏度，又叫湿度系数。其定义是在某一相对湿 度范围内，相对湿度改变1％RH时，湿度传感器电参 量的变化值或百分率。
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SHT11型湿度/温度传感器的性能特点
(1)默认的测量温度和相对湿度的分辨力分别为14位、 12位。若将状态寄存器的第0位置成“1”，则分辨力 依次降为12位、8位。
(2)出厂前，每只传感器都在湿度室中做过精密校准， 校准系数被编成相应的程序存入校准存储器中，在 测量过程中可对相对湿度进行自动校准。
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HM1500型集成湿度传感器
HM1500 的外形如图所示，湿敏电容就位于 传感器的顶部。3个引脚分别是GND(地)， UCC(+5V电源端)，UO(电压输出端)。
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5. 单片智能化湿度/温度传感器
瑞士森斯瑞(Sensirion)公司推出的SHT11型湿度/ 温度传感器是一种超小型、高精度、自校准、多 功能式智能传感器，可用来测量相对湿度、温度 和露点等参数。
(3)内部有一个加热器，可使传感器的温度大约升高 5℃，。使用加热器可实现以下三种功能：
①通过比较加热前后测出的相对湿度值及温度值， 可确定传感器是否正常工作；
②在潮湿环境下使用加热器，可避免传感器凝露； ③测量露点时也需要使用加热器。
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SHT11型湿度/温度传感器的工作原理
SHT11型湿度/温度传感器采用表面安装式 SMD-8封装，引脚排列如图2.41所示。
2.3 湿度传感器
2.3.1概述
1．湿度传感器的类型
基于HM1500房间湿度智能检测与控制电路的研制
• 184•利用湿度传感器HM1500设计一款房间湿度智能检测与控制电路，通过传感器采集房间湿度信息，智能控制房间的排风扇、加湿器，从而自动调节房间湿度到达最舒适的状态。
本设计电路准确稳定、成本低、线性度高，且融合了模拟电子技术LM358的基本教学内容，可应用于模拟电子的实训项目教学。
引言：随着科技的进步，电子技术日新月异的发展，人们对日常生活舒适度的要求不断提高，智能家居也开始逐渐步入人们的生活，而人们健康、舒适的生活环境取决于空气中的相对湿度，若相对湿度超过70%将使人产生不舒适感，出现嘴唇干裂、咽喉燥痒的现象，引起呼吸道疾病；若相对湿度低于30%易患关节炎。
而房间是人们呆的时间最长的地方，所以营造一个舒适、健康的房间是势在必行的。
根据居室舒适气象条件：室温达25︒C 时，相对湿度应控制在40-50%为宜，室温达到18︒C 时，相对湿度应控制在30-40%为宜。
本论文根据这些条件设计一款利用湿度传感器HM1500和模拟电子技术LM358融合一体的房间湿度智能检测与控制电路。
1 房间湿度智能检测与控制的系统框图图1 系统框图湿度传感器是本设计的核心部件，它能感受外界湿度的变化，并通过器件材料的物理或化学变化，将湿度转换成可用信号的器件或装置。
本设计方案由信息采集模块、电压转换模块、执行模块三部分组成。
湿度传感器HM1500根据房间的湿度变化情况自动地控制执行模块，调节房间湿度营造一个舒适、健康的环境。
2 房间湿度检测模块人们日常生活的舒适标准都是以相对湿度的高低为依据，用百分比表示，30%-70%是健康、舒适的。
本论文是利用HM1500采集湿度信息，是法国Humirel 公司推出的一种精准可靠、输出线性电压的湿度传感器。
它是利用集成电路工艺技术将湿度信息处理器和侧面接触式湿敏电容聚集而成的一种非接触式传感器。
具有产品互换性好、响应速度快、抗干扰能力强、不需要外接元件，直接与微控制器相连接。
2.1 HM1500的接线图及内部框图图2 HM1500的接线图及内部框图当环境湿度发生变化时，电容介质常数发生变化，使其容量随之变化，电容的变化量与相对湿度成正比，若相对湿度增大时，湿敏电容的容量随之增加，桥式振荡电路产生的频率下降，输出升高，反之减小。
基于虚拟仪器的实验室温湿度控制系统的设计与实现_王琦
收稿日期:2008-11-17作者简介:王琦(1964)),女,黑龙江省牡丹江人,副研究员,硕士,主要从事进口设备的引进工作和故障诊断、测控技术的研究;翟正军(1965)),男,河南人,教授,硕士生导师,主要研究方向为虚拟现实、测控技术与嵌入式系统、软件测试技术;郭阳明(1978)),男,讲师,主要研究方向为测控系统集成。
基于虚拟仪器的实验室温湿度控制系统的设计与实现王 琦1,翟正军2,郭阳明2(1.西北工业大学科技产业集团公司,陕西西安 710072;2.西北工业大学计算机学院,陕西西安 710072)摘要:传统的实验室温湿度控制装置是以I ntel 8031单片机为核心,用数码管显示湿度值,根据不同的湿度要求,通过硬件设定不同的调节终态,从而将实验空间的湿度调节到设定值。
本系统利用虚拟仪器技术设计制作了一个温湿度测控系统,使用LabV I E W 和数据采集卡相互配合采集温湿度信号并输出控制信号。
因此,本系统结果显示更形象直观,操作更方便,并且还可以较容易地实现功能扩展。
关键词:虚拟仪器;Lab V I E W;温湿度;控制中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:1000-8829(2009)03-0039-04Desi gn and I mp l e m entation of L aboratory Te mperature and H u m i dity Control Syste m Based on V irtual Instru m entWANG Q i 1,Z HA I Zheng -j u n 2,GUO Y ang -m i n g 2(1.Sc i ence and T echno logy Industry Co m pany ,N orth w estern P olytechn i ca lU n i versity ,X i øan 710072,China ;2.Schoo l o f Compu ter Sc i ence and Eng i neeri ng ,N o rt hwestern Po l y technical U niversity ,X i øan 710072,Ch i na)Abst ract :The traditi o na l contr o l equipm ent o f laboratory te m perature and hum idity is take the m ono lith ic i n te -g rated circuits as the core ,uses the d i g ital tube to show the hu m i d ity value and accord i n g to d ifferent hu m i d ityrequest to set the d ifferen t adjust m ent fi n al state by hardw are ,thus the hum idity of the lab spatia lw ill be con -tro lled to the definite va l u e .The v irtua l i n stru m ent technology is used to design a te m perat u re and hu m i d ity contro l syste m.The LabV I E W and the data acqu isition car d are used a ll together to acquire the te m perature and hum idity signal and output the contro l si g na.l The resu lt sho w s the ne w syste m ism ore viv i d and direc-t v ie -w ing ,and its operation is m ore convenien,t t h e functi o n expansi o n a lso m ore easy .K ey w ords :v irtua l instrum en;t LabV I E W;te m perature and hum i d ity ;control 实验室温湿度测控系统是特殊要求实验室必备的设备。
简易湿度测量仪的设计与制作
课程设计报告摘要：科技创新实践课程的目的是为了培养和提高学生的实践能力,动手能力,创新精神和创造能力,为学生参加校内外的各类科技创新实践活动提供必要的准备,为毕业后参加科研打下坚实的基础。
通过本课程的学习和实践，能够培养学生良好的创新精神和创新能力，加深并扩大所学的理论知识范围，强化学生运用基本理论分析和处理实际问题的能力，同时有助于学生养成实事求是，一丝不苟，严谨的科学态度和独立工作能力。
本系统利用humirel公司的HS1101电容式高分子湿度传感器构成的湿度—频率转化电路实现湿度到频率的转化，通用型（F/V）变换器实现频率到电压的转化，最后使用LM324构成减法电路将LM331输出的湿度信号调整为满足3又1/2位数字是电压表显示要求的信号。
555定时器、LM331等的直流供电电源要结合显示器件统一考虑，因此本系统采用±5V 电源供电。
实验测试结果表明，本系统性能稳定，测量精度高。
关键词：湿度—频率转换，频率—电压转换，单级放大，3又1/2位DVM目录一、课程设计内容及要求 (2)(一)设计内容 (2)(二)设计要求 (2)二、系统方案论证及设计原理 (2)(一)方案论证 (2)1.湿度的表示方法 (2)2.湿度的测量 (2)(二)系统设计原理 (3)1.湿度－频率转换模块 (4)2.频率－电压转换模块 (4)3.湿度信号调理电路模块 (4)三、系统测量与调试 (5)(一)系统测量原理 (5)1.湿度－频率转换模块的测量 (5)2.频率－电压转换模块的测量 (6)3.湿度信号调理电路模块 (6)(二)系统调试方法 (6)四、总结与体会 (6)五、参考文献 (6)一、课程设计内容及要求(一)设计内容设计一个简易湿度测量仪,用来测量空气的湿度.(二)设计要求技术指标: 湿度测量范围：5%RH∽95%RH，测湿精度：±2%RH测量结果用数字显示二、系统方案论证及设计原理(一)方案论证1.湿度的表示方法空气中含有水蒸气的量称为湿度。
湿度传感器的应用
湿度传感器工作原理及应用人类的生存和社会活动与湿度密切相关。
随着现代化的实现，很难找出一个与湿度无关的领域来。
由于应用领域不同，对湿度传感器的技术要求也不同。
从制造角度看，同是湿度传感器，材料、结构不同，工艺不同．其性能和技术指标有很大差异，因而价格也相差甚远。
对使用者来说，选择湿度传感器时，首先要搞清楚需要什么样的传感器；自己的财力允许选购什么档次的产品，权衡好“需要与可能”的关系，不致于盲目行事。
我们从与用户的来往中，觉得有以下几个问题值得注意。
1．选择测量范围和测量重量、温度一样，选择湿度传感器首先要确定测量范围。
除了气象、科研部门外，搞温、湿度测控的一般不需要全湿程(0-100％RH)测量。
在当今的信息时代，传感器技术与计算机技术、自动控制拄术紧密结合着。
测量的目的在于控制，测量范围与控制范围合称使用范围。
当然，对不需要搞测控系统的应用者来说，直接选择通用型湿度仪就可以了。
下面列举一些应用领域对湿度传感器使用温度、湿度的不同要求，供使用者参考(见表1)。
用户根据需要向传感器生产厂提出测量范围，生产厂优先保证用户在使用范围内传感器的性能稳定一致，求得合理的性能价格比，对双方来讲是一件相得益彰的事情。
2、选择测量精度和测量范围一样，测量精度同是传感器最重要的指标。
每提高—个百分点．对传感器来说就是上一个台阶，甚至是上一个档次。
因为要达到不同的精度，其制造成本相差很大，售价也相差甚远。
例如进口的1只廉价的湿度传感器只有几美元，而1只供标定用的全湿程湿度传感器要几百美元，相差近百倍。
所以使用者一定要量体裁衣，不宜盲目追求“高、精、尖”。
生产厂商往往是分段给出其湿度传感器的精度的。
如中、低温段(0一80％RH)为±2％RH，而高湿段(80—100％RH)为±4％RH。
而且此精度是在某一指定温度下(如25℃)的值。
如在不同温度下使用湿度传感器．其示值还要考虑温度漂移的影响。
众所周知，相对湿度是温度的函数，温度严重地影响着指定空间内的相对湿度。
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第30卷第6期2009年12月衡阳师范学院学报Journal o f Heng yang N o rmal U niv ersit yN o.6V o l.30Dec.2009基于HUM1500设计的湿度计张朝阳(衡阳师范学院物理与电子信息科学系,湖南衡阳 421008)摘 要:介绍了一种以数字传感器为基础而设计的的湿度计。
在该设计中采用H U M1500传感器,这种传感器是将相对湿度转换为电压的传感器。
信号处理部分利用的是内带A/D转换器的单片机ST C12C2052AD,其A/D 转换器将采集的模拟量转换为数字量。
数字显示部分采用3块LS164并口显示。
该数字湿度计结构简单,准确度高,易读。
关键词:湿度计;HU M1500;ST C12C4052AD中图分类号:T P212文献标志码:A文章编号:1673 0313(2009)06 0060 03在工农业生产、气象、环保、国防、科研等部门,经常需要对环境湿度进行测量及控制。
准确测量湿度对于生物制药、食品加工、造纸等行业更是至关重要。
湿度是表示空气中水蒸汽含量的物理量,常常用相对湿度、绝对湿度、露点来表示。
相对湿度是空气中绝对湿度与同一温度下达到饱和状态的绝对湿度之比,用%R H表示,它是一个无量纲量,它也可以表示为空气实际所含水蒸汽的分压(Pw)和同温度下饱和水蒸汽的分压(P n)的百分比,即Ht=(Pw/P n) 100%。
在湿度测量技术不断发展完善的今天,湿度传感器也正在向集成化、智能化、系统化方向发展。
主要表现在以下两方面:(1)湿度传感器正从分立元件向集成化、智能化、系统化的方向迅速发展,为开发新一代湿度测控系统创造了有利条件;(2)在湿度测量系统中普遍采用线性化处理、自动温度补偿和自动校准湿度等几项新技术。
在湿度测量电路中,一般是将湿度传感器分为电容式和电阻式两类。
在实际的测量中,对湿度传感器的电容值或电阻值进行直接测量并不方便,对其变化量的测量就显得更为困难,所以,不采用直接测量方式,而是将电容或电阻信号转换成易于测量的电流、电压或频率信号。
在测量湿度时,若采用分立元件会比较麻烦,因此该设计采用集成传感器。
普通湿度计读数时较不方便,该设计中采用数字显示就方便多了。
本文阐述了在设计中采用H U M1500湿度传感器,并使其具有数字显示功能的数字湿度计的设计过程。
H UM1500湿度传感器采集的模拟量通过内带A/D转换器的单片机ST C12C4052AD转换成数字量并利用74LS164芯片通过串口显示。
该设计的优点是结构简单、成本低、准确度高、易于读数。
1 硬件电路设计H U M1500数字湿度计主要由三部分组成:模拟信号采集模块、数据处理模块和数字显示模块。
其中模拟信号采集部分主要是H U M1500湿度传感器,它将相对湿度转换为电压,数据处理模块主要是单片机ST C12C4052A D[1],内带A/ D转换器。
采集的模拟信号从P1.0~P1.7的任一通道输入到单片机内,然后在单片机的控制下通过A/D转换器将模拟信号换成数字信号,经程序处理后将湿度通过数码管显示出来。
原理框图见图1。
图1 总原理框图收稿日期:2009 09 26基金项目:衡阳师范学院教研课题(jy kt200915)作者简介:张朝阳(1970 ),男,湖南衡阳人,衡阳师范学院物理与电子信息科学系实验师,主要从事电子信息技术理论与实验教学.2009年第6期张朝阳:基于HU M 1500设计的湿度计611.1 主控部分电路本设计采用的是ST C12C2052A D 的单片机,它是单时钟/机器周期(1T )的单片机,是高速/低功耗/超级抗干扰的新一代8051单片机,指令代码完全兼容8051系统,但速度快8~12倍,片上集成512字节RA M 和M A X810专用复位电路。
内带2路PW M 、8路八位A /D 转换和6个定时器。
1.2 H U M 1500湿度传感器HU M 1500是专门用于需要精确检测湿度的OEM 用户。
它的特点是具有很小的易于安装的接头,可以非常节省成本的机械自动安装。
由于湿度检测模块输出的是线性电压,因此能与微机控制直接相连。
HU M 1500的主要特点是尺寸小,浸水无影响,互换性好,可靠性高,漂移小,在5V DC 供电时,0~100%典型输出1~4VDC,极低的温度依赖性,适合3~7V 供电。
HU M 1500特适用于10~95%RH 环境的精确测量[2]。
1.3 信号采集及处理该部分主要由湿度传感器H U M 1500和单片机系统组成。
湿度传感器采集的模拟信号转换为电压,通过P 1.7口送入到单片机内。
单片机内自带八路8位A /D转换器,通过单片机对其进行控制将模拟信号转换为数字信号。
信号采集和处理电路图[3]见图2。
图2 信号采集和处理电路图1.4 显示电路该电路主要由3片74LS164和3个数码管组成。
该数字显示电路采用串口显示方式。
74L S164是串行输入、并行输出移位寄存器。
其引脚图如图3所示。
1为并行输出端,A 、B 为串行输入端,9为清零端,零电平时,使74L S164输出清零;CK 为时钟脉冲输入端,在CK 脉冲的上升沿作用下实现移位。
在CK =0、CL R=1时,74L S164保持原来的状态。
由于74L S164无并行输出控制端,在串行输入过程中,其输出端的状态会不断变化,故在某些使用场合,74L S164与输出装置之间还应加上输出可控的缓冲级[4]。
显示电路图见图3。
图3 显示电路图2 软件设计湿度传感器H U M 1500在单片机的控制下从外界采集模拟信号,该模拟信号经传感器转换为电压,然后通过P 1.0通道送入单片机,单片机控制片内A /D 转换器,转换完后处理数据并通过串口显示湿度。
其系统软件流程图见图4。
图4 系统软件流程图2.1 A/D 转换程序A /D 转换中对A /D 使用口和A/D 转换控制器进行设置是必要的,本设计中将P1口作为A/D 使用口,先将其设置为开漏高阻输入,并在P1M 0、P1M 1寄存器中对相应的位进行设置,在本设计中将P1M 0、P 1M 1设置为P 1M 0=0x 01,P1M 1=0x 01。
A /D 转换控制器的设置如下:ADC _CON T R =0x80,其中A DC _F LA G 设为: 0!,转换结束后A DC_FL A G=1,要由软件清零;A DC_ST A RT 设为: 0!,启62 衡阳师范学院学报2009年第30卷动A/D转换时要将其置1!,转换结束要置0!。
CH2/CH1/CH0为模拟输入通道选择,将其设为000!,即为将P1.0设为模拟输入通道[5]。
2.2 数字显示程序将采集的模拟数据进行A/D转换后将其送入SBU F中[6],然后通过P3.0(RXD)发送至74LS164,采用中断方式判断其是否发送完一帧,若没发送结束则继续等待,直到发送结束为止,发送完后则通过数码管显示。
3 对结果的分析系统在湿度计正常运行模式下,对目标进行观测以及数据采集和记录,其测试结果如下表1所示。
测试结果表明,基于HU M1500而设计的湿度计测量值比较准确,能够满足设计性能指标。
但湿度测量值(%RH)与湿度理论值(%RH)之间存在一定误差,其主要原因如下:∀仪器引起的误差,如用万用表测量采集的模拟电压时可能因万用表测量不准确而导致误差;#外界温度引起的误差,湿度传感器受外界温度影响而产生误差[7 8]。
经反复实验证明,该测试系统具有实时性、可靠性、易于操作及系统制作简单等优点,且本系统有效地减少了传感器的研发时间、降低了开发成本,并为集成化开发留下了广阔空间。
表1 测试结果采集的模拟信号(mV)湿度测量值(%RH)湿度理论值(%RH)误 差137011.311.0670.233 158019.819.2780.522 198035.934.9180.982 201037.536.091 1.409 258059.058.3780.622 277067.565.807 1.693 281069.867.371 2.429 292074.471.672 2.728 331089.886.921 2.8794 总结与展望湿度计为环境湿度探测技术的后续研究和发展奠定了技术基础。
该湿度计设计硬件电路简单、软件调适容易、实用性强、用途广泛,而且还提高了测量的可靠性和稳定性。
随着专业气象服务的深入,湿度同温度、降水一样将列入日常气象预报业务工作中[9],湿度计对环境湿度监测发挥着重要作用。
本系统在实际测试中已证明该湿度计具有良好的使用效果,且有效地推动了湿度传感器的研究与发展。
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