基于ARM处理器的双加热湿度传感器设计
基于ARM11处理器的蔬菜大棚温湿监控系统设计
0引言嵌入式技术的发展和应用极大的提升了现代农业的生产水平，利用嵌入式技术实现农业生产中的环境监控、环境调节等功能，能够有效的改善农业生产的条件，从而提高农业生产的质量和水平.利用ARM技术实现蔬菜大棚温湿监控系统，能够实现蔬菜大棚中温度和湿度的自动监测，并利用ARM处理器控制蔬菜大棚中的温度和湿度的调节，控制装置对大棚中的温度和湿度进行动态的调整，以保证蔬菜大棚中的温度和湿度处于预先设定的一个稳定数值范围之内［1-3］.从而使得该蔬菜大棚中种植的蔬菜能够拥有稳定良好的生长环境，保证了蔬菜的种植条件.利用ARM技术对蔬菜大棚进行温度和湿度的控制，相对于传统的蔬菜大棚以及温室种植大棚而言具有很明显的优势.一方面利用ARM控制器能够非常精确的监测到蔬菜大棚中温度和湿度的变化情况，而且由于ARM处理能力很强，再结合布署在蔬菜大棚中的分布式控制器，能够对蔬菜大棚中所有位置的温度和湿度进行实时的监测［4］；另一方面ARM处理器还具有很强的处理能力，利用ARM处理器能够对蔬菜大棚的温度和湿度控制器进行精确实时的调节和控制，使得蔬菜大棚的温度和湿度一旦超出预先设定的参考数值之外，能够迅速的对蔬菜大棚中的温度和湿度进行调节，以使得蔬菜大棚中有一个稳定的生长环境［5-6］.这一特性保证了利用ARM处理器所管理和控制的温湿大棚具有自动化和智能化的温湿度调节能力，从而使得在该大棚中种植的蔬菜能够一直都拥有最佳的生长条件和生长环境.1蔬菜大棚温湿监控系统组成本文设计的基于ARM的蔬菜大棚温湿度控制系统，其设计目标是为了让蔬菜大棚内的蔬菜能够拥有一个稳定和可控的生长环境.在这种生长环境中的温度和湿度都利用ARM处理器进行实时的监测，并将监测的结果与预先设定的温湿度控制要求进行对比，然后生成对蔬菜大棚温湿度控制的控制参量，对蔬菜大棚中的相关温湿调节设备进行控制，实现蔬菜大棚中的温湿自动控制的应用目标［7-9］.根据对蔬菜大棚温湿度控制系统的设计目标和设计思路，本文设计了如图1所示的蔬菜大棚温湿度控制系统.该控制系统主要由三大部分组成，分别是温湿度的监测部分、ARM处理器以及温湿度控制系统等三部分组成［10］.其中温湿度参数实施监测系统主要是通过布署在蔬菜大棚中大量的分布式温湿度传感器，对蔬菜大棚中的温湿度进行实时的监测，每个传感器所采集到的数据通过数据通信接口，以及数据通信网络最终传递至ARM处理器中，ARM处理器对所有的温湿度传感器所采集到的数据进行分类，并进行数据的格式转换、数据处理以及数据分析等工作.第30卷第3期2015年6月柳州师专学报Journal of Liuzhou Teachers College Vol.30No.3Jun.2015基于ARM11处理器的蔬菜大棚温湿监控系统设计陆大同（百色职业学院，广西百色533000）摘要：针对蔬菜大棚温湿度监控的应用需求，设计一种基于ARM11处理器的蔬菜大棚温湿度监控系统.首先对温湿度传感器和ARM处理器选型及功能进行详细分析，然后对蔬菜大棚中的温湿度算法进行了详细设计，解决了温湿度采样过程中多传感器数据采样融合和抗干扰的问题，以及对蔬菜大棚中温湿度自动控制的问题.实验测试表明，本文设计的温湿度监控系统具有较快的响应速度，能够在短时间内对蔬菜大棚中的温湿度进行调节，同时该温湿度控制系统还具有较强的抗干扰能力.关键词：ARM；温度监控；湿度监控；蔬菜大棚；算法中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1003-7020（2015）03-0135-04［收稿日期］2015-04-06［基金项目］2013年广西教育厅科研项目“制冷设备状态监测与故障诊断系统设计”（2013YB354）。
基于ARM的远程温湿度监测系统的设计
基于ARM的无线温湿度监测控制系统
场控制模式 ，需要生产人员在现场查看与操控 ，这对生 产人 员的安 进行连接 ，信息获取 与处理 ，与 ＷｉＦｉ模块进 行通 信 ，完成监测参数
全性存在一定的隐患。为 了保证安全性 ，需要对温湿度参数进行无 的显 示 等重 要 职 责 。
线监 测 与 控 制 。为 此 ，本 系统 通 过 ＳＴＭ３２将 生产 现 场 采集 到 的 温 湿
等行 业 都 有 很 多应 用 。在 生 产 过程 中 ，往往 需 要 监测 生产 现 场 的 环 宜、布线简单及调试方便 的基本原则对所需实现功能进行选定 。
境的温湿度数据 ，以便保证生产的高效率和安全性。
２．１ ＡＲＭ 控 制 系统
目前 ，生 产过 程 中对 于温 湿 度 的监 测 大 多 数 还处 于现 场 监测 现 ＳＴＭ３２是构成本系统的最核心部分 ，需要 担任对温湿度传感器
ＳＴＭ３２下位机 · ． ，
Ｗ ｉＦｉ无
Ｗ ｉＦｉ无
线 收发 —— 线收 发
ＳＴＭ３２上位机
测 量 范 围为 ２０％一９０％ ，测 试精 度 为 ￣５％ＲＨ，测 量 温 湿 度分 辨 率 为 ８ｂｉｔ。具有体积小 、响应快 、性价 比高和适用范 围广等优点 ，能保证 系
模块
·
境 温湿 度 参 数 ，监 测 到 的温 湿 度参 数 通 过 下 位 机 ＳＴＭ３２上 的 ＷｉＦｉ
本 系统 产用 安信 可 ＥＳＰ８２６６ＷｉＦｉ模 块 。ＥＳＰ８２６６ＷｉＦｉ具 有三 种
无线收发模块进行信息传输。然后 ，上位机上的 ｗｉＦｊ无线 收发模块 工作模式 ，分别为 ＳＴＡ模式 、ＡＰ模式和 ＳＴＡ＋ＡＰ混合模式 ，可 以满足
引言
表 １ ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＣＴ６参数
学位论文—基于arm和sht11的温湿度检测报警装置设计方案
毕业设计（论文）密级：公开温湿度检测报警装置设计Design of Temperature and Humidity Detection Alarm System学院：信息科学与工程学院专业班级：电子信息工程0803学号：080402075学生姓名：杨越指导教师：王湘明（副教授）2012年6月摘要随着科技的发展，温度的检测与控制是工业生产过程中比较典型的应用之一。
随着人类生产生活环境不断改善，对物质需求不断提高，出现智能温度检测器、室内净化器等一系列改善温度检测的高科技产品，很大地提高了人类的生活质量。
然而这并不能满足仓库温度检测对生产生活的需求，传统的温度检测系统大多数是以传统的水银或者热电偶温度计为基础，精度有限，而且只能达到温度检测的功能，但是并不能根据温度的变化采取报警动作，采用人力监控的方法会导致工作效率低下，浪费人力资源，所以不断开发利用新型数字温度检测报警系统，本文设计了温度检测及报警系统。
此系统采用了单片机的检测电路，能够自动、准确检测环境空气的相对温度以及湿度，并将检测数据通过A/D转换后，送到处理器中，然后通过编写好的软件程序，将当前环境的相对温度值通过液晶屏幕来显示；而且，通过软件编程，再加上相应的报警电路，设计出可以自动报警的温度检测装置：当被测环境过高时，系统自动发警报，来提示附近温度超出规定标准，相关人员可以根据报警情况及时调节温度，使空气温度保持在理想的状态。
提高了工作效率，同时也节省了人力资源。
关键词：温湿度；检测；报警；单片机AbstractWith the advanced science and technology, the temperature of the inspection and control is an industrial production process is the typical application, as one of the test the temperature increases, the production and living conditions have constantly improved, the temperature, the detector cleaner improve the detection a series of high technology products. however, this cannot satisfy the temperature of the inspection requirements for life, traditionally the temperature testing system can only test the temperature but can not alarm when temperature become too high,so development and utilization of the new figures have been detected, the temperature control system design the temperature of the inspection and Alarm systems.The system of testing the circuit has a monolithic integrated circuits that automatically, accurate testing of the environment of the relative air temperature and will detect the data through a d after the conversion to processors, and then through software programming, the current environment, the relative value to a decimal number, then by which to show ；and, through software programming, plus appropriate control coupling, Design can automatically test the present environment of the room temperature ：air temperature is too high, the system automatically the alarm, to prompt the temperature is not suitable for storage of products, we go through the air or other cooler, to lower the temperature of the warehouse, when the air temperature is too low, the system automatically adjust the air conditioner, and the air temperature at the ideal state. Improve the work efficiency, but also save manpower resources.Keyword：temperature；testing；alarm；MCU目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1选题意义 (1)1.1.1 生活环境与温湿度的关系 (1)1.1.2 检测温湿度的意义 (1)1.2国内外发展趋势 (2)1.3主要工作任务 (2)1.4本章小结 (2)第2章系统方案选择和工作原理 (3)2.1系统综述 (3)2.2系统设计方案选择 (3)2.3系统工作原理 (4)2.4系统的性能指标 (5)2.5本章小结 (5)第3章系统的硬件设计 (6)3.1系统所用芯片 (6)3.1.1 LPC1700简介 (6)3.1.2特性 (10)3.1.3结构概述 (12)3.1.4 ARM Cortex-M3处理器 (12)3.1.5片上Flash存储器系统 (13)3.1.6片上静态RAM (13)3.1.7看门狗定时器 (14)3.1.8 定时器 (15)3.2温湿度传感器 (16)3.2.1 温湿测量相关概念 (17)3.2.2 温湿度传感器的选择 (18)3.2.3 SHT11的工作原理 (19)3.2.4 SHT11的传输特性 (21)3.4.5输出转换为物理量 (22)3.2.6 I2C总线简介 (23)3.3系统硬件电路 (24)3.3.1 稳压电源 (24)3.3.2 晶振电路 (25)3.3.3 SHT11传感器电路 (26)3.4本章小结 (26)第4章系统的软件设计 (27)4.1程序框图 (27)4.2延时程序 (28)4.3SHT11检测传输 (28)4.3.1 SHT11开始信号 (28)4.3.2 SHT11的重连接 (29)4.3.3 SHT11的写函数 (29)4.3.4 SHT11的应答信号 (30)4.3.5 SHT11数据通信结束 (31)4.3.6 SHT11读取函数 (31)4.3.7 SHT11寄存器设置函数 (32)4.4SHT11测量温湿度 (32)4.5测量结果处理以及报警 (33)4.6本章小结 (34)第5章系统抗干扰措施 (36)5.1硬件抗干扰措施 (36)5.2软件抗干扰措施 (37)5.3本章小结 (37)第6章结论 (39)参考文献 (40)致谢 (41)附录 (42)实物图 (42)第1章绪论1.1 选题意义湿度和温度是测量领域内十分重要的被测对象。
基于ARM的无线温湿度监测控制系统
基于ARM的无线温湿度监测控制系统随着现代化生产模式的高速普及，人们对信息的传输速度要求越来越高，对生产环境安全性要求越来越严格。
为此文章以基于ARM芯片，ESP8266无线WiFi传感器和DHT11温湿度传感器设计出一套能对环境温湿度参数进行无线监测控制的系统，从而满足现代化生产的需要。
标签：ARM；温湿度；WiFi通信；无线监控引言随着现代化工业生产的快速发展，人们对信息的传输速度要求越来越快，对产品品质的要求越来越高。
伴随着物联网[1]技术越来越成熟，物联网技术在生产的各个环节都得到了广泛应用。
其中，温湿度监测[2]在工业、农业、化工等行业都有很多应用。
在生产过程中，往往需要监测生产现场的环境的温湿度数据，以便保证生产的高效率和安全性。
目前，生产过程中对于温湿度的监测大多数还处于现场监测现场控制模式，需要生产人员在现场查看与操控，这对生产人员的安全性存在一定的隐患。
为了保证安全性，需要对温湿度参数进行无线监测与控制。
为此，本系统通过STM32将生产现场采集到的温湿度参数经WiFi信息传输技术传送到中控室进行监测和控制，极大程度地保证了生产人员的人身安全。
同时采用的WiFi传输技术使得生产网络化，信息的传输更加快速和便捷，提高了生产效率。
1 系统总体设计无线温湿度监测控制系统结构框图如图1所示。
本系统主要由3个部分构成：温湿度参数监测控制设备、STM32和WiFi无线传输收发模块。
首先，由温湿度监测模块监测环境温湿度参数，监测到的温湿度参数通过下位机STM32上的WiFi无线收发模块进行信息传输。
然后，上位机上的WiFi无线收发模块收到信息后，将信息传递到上位机并通过显示屏将监测到的温湿度参数显示出来。
最后，将监测到的温湿度参数与设定的安全参数进行比较，根据比较结果发送相应的指令通过WiFi模块传输到下位机，对控制设备进行控制。
2 硬件设计硬件设计主要分为四大部分：ARM控制系统、温湿度参数监测系统、WiFi 无线收发模块及控制设备。
ARM温湿度传感器课程设计
目录目录 (1)第一章概述 (2)1.1 设计题目 (2)1.2 设计目的 (2)1.3 设计器材 (2)1.4 任务分析 (2)第二章设计原理 (3)2.1 嵌入式操作系统的概述 (3)2.2设计原理 (3)第三章系统设计 (5)3.1 系统需求分析 (5)3.2 硬件设计 (5)3.3 软件设计 (6)第四章详细设计 (8)4.1主函数 (8)4.3湿度的转化实现代码 (9)4.4TFT屏幕显示设置 (9)4.5 下载运行 (9)总结 (10)致谢 (11)第一章概述1.1 设计题目在LPC2103开发板上，实现设定温度以及控制功能。
1.2 设计目的1、本次课程设计的主要目的是实现温度的控制功能，锻炼学生的动手能力以及注重课外实践的培养，使得理论与实践相结合；2、了解并掌握掌握相关专业课程知识和设计能力；3、初步掌握软件开发过程的问题分析、系统设计、程序编码、测试等基本方法和技术；4、提高综合运用所学的理论知识和方法独立分析和解决问题的能力；5、加深对专业课的理解，强化学生的逻辑思维能力和动手能力，巩固良好的编程习惯，掌握工程软件设计的基本方法，为将来工作的学习打下坚实基础。
1.3 设计器材本课程设计需要的硬件要求和软件配置具体要求如下：硬件要求：一台PC机、LPC2103开发板一块；软件配置：KEIL软件、J-Flash ARM，串口助手；1.4 任务分析有许多客观需求促进了ARM处理器的设计改进。
首先，便携式的嵌入式系统往往需要电池供电，为降低功耗，ARM处理器已经被特殊设计成较小的核，从而延长了电池的使用时间。
高的代码密度是嵌入式系统的又一个重要需求。
由于成本问题和物理尺寸的限制，嵌入式系统的存储器是很有限的。
所以，高的代码密度对于那些只限于在板存储器的应用是非常有帮助的。
另外，嵌入式系统通常都是价格敏感的，因此，一般都使用速度不高，成本较低的存储器。
ARM内核不是一个纯粹的RISC体系架构，这是为了使他能够更好的适应其主要应用领域——嵌入式系统。
《2024年基于Stm32的温湿度检测系统》范文
《基于Stm32的温湿度检测系统》篇一一、引言随着科技的进步，对环境的监控和控制变得日益重要。
其中，温湿度作为环境的重要参数，对于很多行业来说都具有非常重要的意义。
基于STM32的温湿度检测系统就是一种能高效准确监测和报告环境温湿度的解决方案。
该系统能够为环境控制和设备管理提供强大的技术支持。
二、STM32简介STM32是意法半导体公司推出的一款基于ARM Cortex-M内核的微控制器。
其具有高性能、低功耗、高集成度等特点，广泛应用于各种嵌入式系统中。
STM32的强大处理能力和丰富的外设接口使其成为构建温湿度检测系统的理想选择。
三、系统设计基于STM32的温湿度检测系统主要由传感器模块、STM32微控制器模块、显示模块以及通信模块等部分组成。
其中，传感器模块负责实时采集环境中的温湿度数据，STM32微控制器模块负责处理和分析这些数据，显示模块用于显示数据，通信模块则用于将数据传输到其他设备或系统。
四、传感器模块传感器模块是整个系统的核心部分，负责实时采集环境中的温湿度数据。
常见的温湿度传感器有DHT11、DHT22等。
这些传感器能够快速准确地获取环境中的温湿度数据，并将这些数据以电信号的形式输出。
五、STM32微控制器模块STM32微控制器模块负责处理和分析传感器模块采集的数据。
它通过I/O口与传感器模块进行数据交换，接收传感器输出的电信号，并将其转换为数字信号进行处理。
同时，STM32微控制器还能根据预设的算法对数据进行处理和分析，得出环境中的温湿度值。
六、显示模块显示模块用于显示温湿度数据。
常见的显示方式有LED数码管显示、LCD液晶屏显示等。
通过显示模块，用户可以直观地看到环境中的温湿度数据，便于对环境进行监控和控制。
七、通信模块通信模块用于将温湿度数据传输到其他设备或系统。
该模块可以是有线通信模块，如RS485、USB等；也可以是无线通信模块，如WiFi、蓝牙等。
通过通信模块，用户可以将温湿度数据传输到其他设备或系统进行分析和处理。
基于ARM的湿度监测系统设计【开题报告】
开题报告电子信息工程基于ARM的湿度监测系统设计一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义湿度在现代社会许多领域中开始扮演越来越重要的角色，它已经与人们的日常生产生活开始密切相关起来。
特别是某些行业，如化工电子中，潮湿是电子产品的致命敌人，绝大部分电子产品都要求在干燥条件下作业和存放，如集成电路、液晶器件、硅晶片等电子器件及成品电子等在高湿度环境存储时间过长就会使一些焊盘和芯片引脚表面产生氧化导致接触不良[1]。
据统计，全球将近每年有1/4以上的工业制造不良品与潮湿的危害有关[2]。
另外还有如药品行业，药品的研发及制造品质与湿度的联系也非常密切[3]。
农业中，如种子的发芽，作物的生长、结果以及收获；工业中，铁制物品的生锈，仓库物品的存储，高精度仪器测量条件及本身性能的退化；生活中，云，雨，霜，雪，以及一些古文物的保护等等这些都与湿度密切相关[4]。
因此湿度的研究及监测也随之变得越来越重要。
传感器在湿度监测中扮演着重要的位置，随着现在技术的飞速发展以及制造工艺的逐步改善，传感器的步伐也已经大大加快，使得湿度的监测也能够得以数字化[5]。
当今社会中已经有许多数字化的湿度传感器，它们可以准确地监测到湿度值。
其中，法国HUMIREL公司生产的HS1101型湿度传感器被认为最具有优势[6]。
该传感器具有监测速度快、高精度、高可靠性、长期稳定性和使用方便、体积小等特点[7]。
它基于独特技术的电容元件，专有的固态聚合物结构，精度达2%，具有极好的线性输出，1-99%RH的湿度量程，-40~100摄氏度的温度工作范围[8]，响应时间5秒，湿度输出受温度影响极小，防腐蚀性气体，常温使用无需唯独补偿，无需校准，电容与湿度变化0.34pf/%RH，典型值180pf@55%RH，长期稳定性及可靠性，年漂移量0.5%RH/年[9]。
Linux具有免费、高可靠性、支持网络的优点。
MiniGUI也是轻型、高性能，高可靠性、可配置的GUI[10]。
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㊀２０１８年㊀第２期仪表技术与传感器Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ㊀Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ㊀ａｎｄ㊀Ｓｅｎｓｏｒ２０１８㊀Ｎｏ．２㊀基金项目：江苏省研究生科研与实践创新计划项目（ＳＪＬＸ１５＿０３９５，ＳＪＬＸ１５＿０３９６）收稿日期：２０１７－０２－１０基于ＡＲＭ处理器的双加热湿度传感器设计丁沧珞１，２，３，刘清惓１，２，３，宿恺峰２，周㊀悦３（１．江苏省大气环境与装备技术协同创新中心，江苏南京㊀２１００４４；２．南京信息工程大学电子与信息工程学院，江苏南京㊀２１００４４；３．江苏省气象探测与信息处理重点实验室，江苏南京㊀２１００４４）㊀㊀摘要：为消除地面气象探测领域中湿度传感器的温漂误差与沾湿误差，设计了一种双加热湿度传感器㊂利用２４位低噪声模数转换器和电容－数字转换器实现温度和湿度的低噪声㊁高线性度测量，以ＯｐｔｉｄｅｗＶｉｓｉｏｎ冷镜式露点仪作为标定仪器并结合遗传算法拟合修正温漂，使用交替加热的方法抑制沾湿误差㊂实验结果表明，该传感器的相对湿度测量精度可达ʃ１％，并在６ｍｉｎ内将１０％量级的沾湿误差降低至ʃ１％㊂关键词：双加热湿度传感器；遗传算法；计算流体动力学法；温漂修正中图分类号：ＴＰ２１２㊀㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：１００２－１８４１（２０１８）０２－００２４－０４ＤｅｓｉｇｎｏｆＨｅａｔｅｄＴｗｉｎＨｕｍｉｄｉｔｙＳｅｎｓｏｒＢａｓｅｄｏｎＡＲＭＰｒｏｃｅｓｓｏｒＤＩＮＧＣａｎｇ⁃ｌｕｏ１，２，３，ＬＩＵＱｉｎｇ⁃ｑｕａｎ１，２，３，ＳＵＫａｉ⁃ｆｅｎｇ２，ＺＨＯＵＹｕｅ３（１．ＪｉａｎｇｓｕＣｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒｏｎＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００４４，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００４４，Ｃｈｉｎａ；３．ＪｉａｎｇｓｕＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌＯｂｓｅｒｖａｔｉｏｎａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００４４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｃｏｍｐｒｏｍｉｓｅｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｒｉｆｔｅｒｒｏｒａｎｄｔｈｅｗａｔｅｒｗｅｔｔｉｎｇｅｒｒｏｒｏｆｔｈｅｈｕｍｉｄｉｔｙｓｅｎｓｏｒｓｉｎｓｕｒｆａｃｅｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ，ａｈｅａｔｅｄｔｗｉｎｈｕｍｉｄｉｔｙｓｅｎｓｏｒｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｌｏｗｎｏｉｓｅａｎｄｈｉｇｈｌｉｎｅａｒｉｔｙｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｔｅｍｐｅｒａ⁃ｔｕｒｅａｎｄｈｕｍｉｄｉｔｙｗａｓａｃｈｉｅｖｅｄｂｙｕｓｉｎｇａ２４－ｂｉｔａｎａｌｏｇ⁃ｄｉｇｉｔａｌｃｏｎｖｅｒｔｅｒａｎｄａｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ⁃ｔｏ⁃ｄｉｇｉｔａｌｃｏｎｖｅｒｔｅｒ．ＡｎＯｐｔｉｄｅｗＶｉ⁃ｓｉｏｎｃｈｉｌｌｅｄｍｉｒｒｏｒｄｅｗｐｏｉｎｔｈｙｇｒｏｍｅｔｅｒｗｏｒｋｅｄａｓａｒｅｆｅｒｅｎｃｅ，ｗｈｉｌｅａｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍｗａｓｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｔｏｃｏｒｒｅｃｔｔｈｅｔｅｍｐｅｒａ⁃ｔｕｒｅｄｒｉｆｔ．Ａｔｗｉｎ⁃ｈｅａｔｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｗａｓｅｍｐｌｏｙｅｄｔｏｒｅｆｒａｉｎｔｈｅｗａｔｅｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｈｕ⁃ｍｉｄｉｔｙｃａｎｒｅａｃｈʃ１％，ａｎｄｔｈａｔｔｈｅｗａｔｅｒｗｅｔｔｉｎｇｅｒｒｏｒｏｎｔｈｅｏｒｄｅｒｏｆ１０％ｃａｎｂｅｒｅｄｕｃｅｄｔｏʃ１％ｉｎ６ｍｉｎｕｔｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｅａｔｅｄｔｗｉｎｈｕｍｉｄｉｔｙｓｅｎｓｏｒ；ｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍ；ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｃｓ；ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｒｉｆｔｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ０㊀引言湿度是气象探测中不可缺少的测量要素，对于天气预报㊁全球气候变化检测具有十分重要的意义㊂在自动气象站中，湿度传感器通常安装于防辐射罩内，可使湿度传感器免受太阳辐射㊁雨雪的直接影响㊂防辐射罩的结构一般是层状伞形合叶式［１］，降雨后防辐射罩表面会沾附水滴，水滴蒸发会引起叶片附近的空气湿度增加，叶片周围气体与防辐射罩内部气体交换，会引起防辐射罩内部湿度增加，导致湿度传感器读数高于周围环境的真实值，从而产生沾湿误差㊂减小湿度传感器防辐射罩的沾湿误差已成为气象湿度探测领域迫切需要解决的问题㊂在高空气象探测领域，通常利用探空气球和无线电探空仪搭载传感器㊂由于需要实现ｓ级响应速度，通常湿度传感器芯片直接暴露在气流中，沾附在湿度传感器表面的雨雪可引起显著的沾湿误差㊂为消除该误差，国内外学者提出在两个湿度传感器芯片上集成加热电阻，进行轮流加热烘干的双加热探空湿度传感器［２］㊂这种加热烘干方式使芯片的湿敏电容薄膜材料反复承受高低温和高低湿冲击，从而影响器件的长期稳定性和可靠性，因此仅适用于短时间一次性使用的探空湿度传感器，而难以适用于长期稳定性和测量精度要求更高的地面气象站［３］㊂环境温度的变化也会引起电容式湿度传感器的温漂误差，这种温漂误差很难用线性方程进行修正，湿度传感器的温漂误差修正算法研究对提高湿度测量精确度也十分重要㊂本文提出一种双加热湿度传感器设计，包括具有加热能力的防雨帽㊁沾水传感器㊁温度传感器和湿度传感器，利用交替加热的方法减小沾湿误差，同时利㊀㊀㊀㊀㊀第２期丁沧珞等：基于ＡＲＭ处理器的双加热湿度传感器设计２５㊀㊀用遗传算法对湿度传感器的温漂误差进行修正㊂１㊀双加热湿度传感器设计与ＣＦＤ仿真１．１㊀双加热湿度传感器设计该传感器采用２个相同的湿敏电容传感器Ａ和Ｂ交替测量相对湿度，每个湿敏元件紧邻测温电阻，利用测量的温度对测得的相对湿度进行温度补偿㊂设计制备了２个防雨帽，壁上有功率为２Ｗ量级的加热膜，防雨帽顶部设有沾水传感器㊂降雨引起沾水后，其工作时序图如图１所示㊂传感器Ａ在测量相对湿度的同时，对传感器Ｂ进行恒功率加热，传感器Ｂ检测到沾附的水滴被烘干后停止加热使其自然冷却，两个传感器交替工作保证始终有一个传感器处于测量状态㊂图１㊀双加热湿度传感器工作时间段示意图１．２㊀防雨帽设计和ＣＦＤ仿真为减少雨雪和沙尘对湿度传感器的直接影响，本文提出的圆柱形铝制防雨帽高度㊁直径和顶盖直径分别为３㊁２㊁３ｃｍ，每个防雨帽内部有一个湿敏电容和一个铂电阻，内壁贴有加热膜，顶部有沾水传感器，防雨帽结构设计图如图２所示㊂ＦＬＵＥＮＴ是当前国际主流的计算流体力学（ＣＦＤ）软件［４－５］㊂通过ＣＦＤ仿真，可求解防雨帽内加热膜在不同风速和不同功率下的的升温㊂我国大部分区域地面平均风速为２ ２．８ｍ／ｓ㊂仿真结果表明，在风速为３ｍ／ｓ环境下，防雨帽升温温差达到５０ħ所需功率为２Ｗ，证明防雨帽设计可满足应用需求，其温度场分布如图３所示㊂２㊀测控电路设计２．１㊀基于Ｃｏｒｔｅｘ－Ｍ３处理器的电路系统设计传感器的采集器ＰＣＢ板上设有湿敏电容㊁铂电阻㊁加热膜和沾水传感器的接口㊂处理器芯片选择基于Ｃｏｒｔｅｘ－Ｍ３内核的３２位微处理器ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＲＣＴ６，系统框图如图４所示㊂（ａ）防雨帽实体模型斜视图（ｂ）防雨帽横截面示意图图２㊀防雨帽结构设计图图３㊀防雨帽温度场仿真图图４㊀电路系统框图２个湿敏电容传感器通过２４位ð－Δ低噪声电容数字转换器（ＣＤＣ），将电容信号转换为数字信号，并㊀㊀㊀㊀㊀２６㊀ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＴｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄＳｅｎｓｏｒＦｅｂ ２０１８㊀通过Ｉ２Ｃ通信方式将转换过后的数字信号送入ＳＴＭ３２处理器中处理；２个铂电阻通过２４位ð－ΔＡＤＣ高精度模数转换器进行测量㊂２个沾水检测传感器分别通过２个ＡＤＣ利用电阻法监测沾水状况㊂为避免恒功率加热电路的高频分量对模拟测量电路和处理器的干扰，利用光耦对功率开关进行隔离㊂２．２㊀低噪声湿度测量电路设计湿度传感器采用湿敏电容，该芯片具有低漂移㊁高稳定性以及响应快速等优点㊂选用ＡＤ７７４６作为电容测量的ＣＤＣ芯片，利用开关电容技术构建电荷平衡电路，该芯片具有２１位有效分辨率和极低噪声（４ａＦ）的特点，其电容输入范围是ʃ４ｐＦ，同时可接受最大１７ｐＦ共模电容［６］㊂由于湿敏电容的电容值在１４０ ２００ｐＦ，因此设计了一种使用ＡＤ８５１５运算放大器作为低阻抗信号源对ＡＤ７７４６进行扩展量程的电路，如图５所示㊂该电路的量程扩展系数为１１．９，使最大量程超过２００ｐＦ，同时满足了测量精度和量程的要求㊂２．３㊀高精度温度测量电路高精度温度测量电路以２４位ð－Δ低噪声模数转换器ＡＤ７１９３为核心器件，使用线性电源ＬＰ２９５１－３供电，同时采用低噪声的ＡＤＲ４４０Ｂ基准电压源为Ａ／Ｄ采样提供基准电压㊂参考电阻使用Ｚ型金属箔精密电阻，其温度系数低达ʃ０．０５ｐｐｍ／Ｋ㊂原理图如图６所示，采用四线制测温电路［７］，可消除引线电阻误差㊂利用比值法得到铂电阻的电阻值，再通过弦截法计算得出温度值㊂使用正反驱动芯片Ｌ７０１０控制电流方向，采用电流换向斩波方法消除μＶ级热电动势误差㊂铂电阻测量电路的测试标定使用了精度可达０．０１５ｍＫ㊁噪声低至３ｎＶ的１５９５Ａ超级电阻测温仪，同时采用了重复性误差小于１ｍＫ的Ｆｌｕｋｅ水三相点作为温度参考源㊂３㊀基于遗传算法的传感器误差修正方法３．１㊀相对湿度传感器温漂误差修正方法为消除湿敏电容传感器的温漂误差，利用Ｃ１８０温湿度检定箱，在１０㊁２０㊁３０ħ环境温度下，以５％为间隔，采用ＯｐｔｉｄｅｗＶｉｓｉｏｎ冷镜式露点仪作为参考仪器进行对比㊂由于实验只能对有限多个点进行标定，因此使用遗传算法对实验数据进行拟合，求出误差修正方程，可在一定范围内的任意温度下进行相对湿度的误差修正㊂传感器Ａ和Ｂ使用遗传算法拟合得到的温漂误差修正方程分别如式（１）㊁式（２），其中ｚ为相对湿度的误差修正量，％；ｘ为环境温度，ħ；ｙ为误差修正前图５㊀相对湿度测量电路模块图６㊀高精度温度测量电路的相对湿度值，％㊂ｚ１＝ｐ１＋ｐ２ｘ＋ｐ３ｘ２＋ｐ４ｙ＋ｐ５ｙ２＋ｐ６ｙ３１＋ｐ７ｘ＋ｐ８ｘ２＋ｐ９ｙ＋ｐ１０ｙ２（１）式中：ｐ１＝１２．３５３５，ｐ２＝－１．３８１１，ｐ３＝０．０３３７８，ｐ４＝０．５２５７，ｐ５＝－０．０３０４５，ｐ６＝０．０００７１５３，ｐ７＝－０．０５３２５，ｐ８＝０．００１２９８，ｐ９＝－０．０３００５，ｐ１０＝０．０００７１７４㊂ｚ２＝ｐ１＋ｐ２ｘ＋ｐ３ｘ２＋ｐ４ｘ３＋ｐ５ｙ＋ｐ６ｙ２１＋ｐ７ｘ＋ｐ８ｘ２＋ｐ９ｙ＋ｐ１０ｙ２（２）式中：ｐ１＝０．６３７５，ｐ２＝０．９３８０，ｐ３＝－０．１１０７，ｐ４＝０．００２７１６，ｐ５＝０．３０７６，ｐ６＝０．０３４３４，ｐ７＝－０．０６７６０，ｐ８＝０．００１７１８，ｐ９＝０．０３０２６，ｐ１０＝１．８１０６㊂为验证遗传算法的误差修正效果，随机测量１０组相对湿度误差数据，如表１所示㊂实验结果表明，温漂误差可被降低至ʃ１％以内㊂３．２㊀沾湿误差修正为验证双加热方法消除沾湿误差的效果，对防雨帽喷水模拟降水，分别在不加热和采用双加热交替烘干两种不同的工况下，利用露点仪作为参考仪器进行对比试验㊂启动交替加热和不启动加热的传感器误差如图７所示㊂㊀㊀㊀㊀㊀第２期丁沧珞等：基于ＡＲＭ处理器的双加热湿度传感器设计２７㊀㊀表１㊀利用遗传算法修正温漂误差的实验结果序㊀号环境温度／ħ相对湿度参考值／％传感器Ａ误差／％传感器Ｂ误差／％修正前修正后修正前修正后１１０．７１７．４－２．２－０．３１．３０．９２１２．６５３．２１．２－０．５－２．０－０．６３１５．８５０．５１．１０．９－２．４－０．６４１８．４１１．７３．３０．５３．５－０．８５１９．５２４．９１．５０．３１．８０．８６２１．１９．８５．３０．６４．６０．８７２３．７４９．１－１．２－０．８－１．３－０．５８２６．５６８．１１．５０．８－２．２－０．７９２７．８７２．５１．９０．７－１．１０．３１０２９．６８６．５２．６０．７－１．９－０．８图７㊀启动加热和不启动加热的传感器误差实验结果显示，传感器在未启动双加热的工况下沾湿误差可达１０％以上，经过４０ｍｉｎ后仍无法恢复㊂而启动了交替加热的传感器，在加热启动后约３ｍｉｎ内防雨帽温度迅速升高，引起相对湿度先下降，再经过短时间冷却后，沾湿误差即可降至ʃ１％以内，该过程耗时仅需６ｍｉｎ㊂４㊀结论本文设计了一种基于ＡＲＭ处理器和低噪声测量电路的双加热湿度传感器，使用计算流体动力学方法对加热升温进行数值仿真，利用不同环境温度下与参考仪器的对比测量数据，提出一种基于遗传算法的误差修正方程，并使用沾水传感器和控制电路实现双加热交替烘干㊂实验结果表明，该仪器可将相对湿度温漂误差降低至修正前的２０％以内，并可使沾水误差降低约１个量级㊂该传感器可用于高精度气象站，并有望在全球气候观测㊁气象灾害预警和航空气象保障中发挥作用㊂参考文献：［１］㊀王晓蕾，韩有君．温湿度传感器防辐射罩研究［Ｊ］．气象水文海洋仪器，２００８，６（２）：６８－７１．［２］㊀刘清惓，杨杰，杨荣康，等．双加热湿度传感器的ＣＦＤ分析与加热策略设计［Ｊ］．传感技术学报，２０１２，２５（８）：１０３９－１０４４．［３］㊀ＩＮＧＬＥＢＹＢ，ＤＡＶＩＤＭ，ＳＬＯＡＮＣ，ｅｔａｌ．Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎａｎｄａｃ⁃ｃｕｒａｃｙｏｆｓｕｒｆａｃｅｈｕｍｉｄｉｔｙｒｅｐｏｒｔｓ［Ｊ］．Ｊ．Ａｔｍｏｓ．ＯｃｅａｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌ，２０１３，３０（９）：２０２５－２０４３．［４］㊀ＫＲＡＬＣ，ＨＡＵＭＥＲＡ，ＨＡＩＧＩＳＭ，ｅｔａｌ．ＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆａＣＦＤａｎａｌｙｓｉｓａｎｄａｔｈｅｒｍａｌｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔｍｏｄｅｌｏｆａＴＥＦＣｉｎｄｕｃｔｉｏｎｍａｃｈｉｎｅｗｉｔｈｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓｏｎＥｎｅｒｇｙＣｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，２００９，２４（２）：８０９－８１８．［５］㊀ＳＫＩＮＮＥＲＡＪ，ＬＡＭＢＥＲＴＭＦ．Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆａｗａｒｍ⁃ｔｈｅｒ⁃ｍｉｓｔｏｒｆｌｏｗｓｅｎｓｏｒｆｏｒｕｓｅｉｎａｕｔｏｍａｔｉｃｓｅｅｐａｇｅｍｅｔｅｒｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥＳｅｎｓｏｒｓＪｏｕｒｎａｌ，２００９，９（９）：１０５８－１０６７．［６］㊀刘清惓，高翔，陈传寅，等．基于ＭＥＭＳ传感器的水汽测量系统［Ｊ］．传感器技术学报，２０１４（６）：１００４－１６９９．［７］㊀ＱＵＡＤＲＩＵ，ＲＡＮＧＡＲＥＥＰ，ＡＳＵＴＫＡＲＧＭ．ＦＰＧＡｉｍｐｌｅ⁃ｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆａｎｅｍｕｌａｔｏｒｆｏｒＷｉｒｅｌｅｓｓＳｅｎｓｏｒＮｏｄｅｗｉｔｈＰｔ１００ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｅｎｓｏｒ［Ｊ］．ＴＥＮＣＯＮ２０１３－２０１３ＩＥＥＥＲｅｇｉｏｎ１０Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ＩＥＥＥ，２０１３：１－５．作者简介：丁沧珞（１９９１ ），硕士研究生，主要研究方向传感器技术与误差修正算法㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：３１１３７４９７２２＠ｑｑ．ｃｏｍ刘清惓（１９７９ ），教授，博士生导师，主要研究方向为ＭＥＭＳ传感器技术㊁气象探测㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｑｑｌｉｕ＠ｎｕｉｓｔ．ｅｄｕ．ｃｎ（上接第３页）［２］㊀卓敏，贾世星，朱健，等．用于微惯性器件的ＩＣＰ刻蚀工艺技术［Ｊ］．传感技术学报，２００６，１９（５）：１３８１－１３８３．［３］㊀ＲＡＮＧＥＬＯＷＩＷ．Ｃｒｉｔｉｃａｌｔａｓｋｓｉｎｈｉｇｈａｓｐｅｃｔｒａｔｉｏｓｉｌｉｃｏｎｄｒｙｅｔｃｈｉｎｇｆｏｒｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＶａｃｕｕｍＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＡＶａｃｕｕｍＳｕｒｆａｃｅｓ＆Ｆｉｌｍｓ，２００３，２１（４）：１５５０－１５６２．［４］㊀唐滨．用于ＭＥＭＳ封装的深硅刻蚀工艺研究［Ｄ］．天津：天津大学，２０１２．［５］㊀ＣＨＥＮＫＳ，ＡＹＯＮＡＡ，ＺＨＡＮＧＸ，ｅｔａｌ．Ｅｆｆｅｃｔｏｆｐｒｏｃｅｓｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｅｒ⁃ｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｓｉｌｉｃｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｆｔｅｒｄｅｅｐｒｅａｃｔｉｖｅｉｏｎｅｔｃｈｉｎｇ（ＤＲＩＥ）［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ，２００２，１１（３）：２６４－２７５．［６］㊀ＡＢＨＵＬＩＭＥＮＩＵ，ＰＯＬＡＲＭＲＥＤＤＳ，ＢＵＲＫＥＴＴＳ，ｅｔａｌ．ＥｆｆｅｃｔｏｆｐｒｏｃｅｓｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｎｖｉａｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎＳｉｕｓｉｎｇｄｅｅｐｒｅａｃｔｉｖｅｉｏｎｅｔｃｈｉｎｇ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆＶａｃｕｕｍＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢ，２００７，２５（６）：１７６２－１７７０．［７］㊀许高斌，皇华，展明浩，等．ＩＣＰ深硅刻蚀工艺研究［Ｊ］．真空科学与技术学报，２０１３，３３（８）：１１７－１２０．［８］㊀吕垚，李宝霞，万里兮．硅深槽ＩＣＰ刻蚀中刻蚀条件对形貌的影响［Ｊ］．微电子学，２００９，３９（５）：７２９－７３２．作者简介：张旭（１９９０ ），硕士研究生，研究领域为微电子㊁ＭＥＭＳ传感器设计㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｘｕ＿ｎｕｃ＠１６３．ｃｏｍ张迪雅（１９９１ ），硕士研究生，研究领域为ＭＥＭＳ传感器设计㊂Ｅ⁃ｍａｉｌ：１１９８６１２６８７＠ｑｑ．ｃｏｍ。