SPCE061A在語音環(huán)境濕度測量儀的應(yīng)用
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工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、氣象、環(huán)保、國防、科研、航天等部門，經(jīng)常需要對環(huán)境濕度進(jìn)行測量及控制。對環(huán)境溫、濕度的控制以及對工業(yè)材料水份值的監(jiān)測與分析都已成為比較普遍的技術(shù)條件之一，但在常規(guī)的環(huán)境參數(shù)中，濕度是最難準(zhǔn)確測量的一個參數(shù)。這是因?yàn)闇y量濕度要比測量溫度復(fù)雜得多，溫度是個獨(dú)立的被測量，而濕度卻受其他因素（大氣壓強(qiáng)、溫度）的影響。此外，濕度的校準(zhǔn)也是一個難題。目前，人們探測的濕度測量從原理上有二、三十種之多。隨著20世紀(jì)后半期電子業(yè)的發(fā)展，電子式濕度傳感器產(chǎn)品及濕度測量于90年代也隨之興起，并在后面這些時間內(nèi)取得了長足的發(fā)展。該方案就是利用電子式傳感器配合單片機(jī)實(shí)現(xiàn)具有語音功能人性化的測濕儀。
1.1 系統(tǒng)參數(shù)
本方案系統(tǒng)的主要參數(shù)：
工作溫度：0～70℃；
工作濕度：0～100%RH；
測量范圍：1%～99%RH；
精度：±5RH%。
1.2 功能簡介
本方案可以實(shí)現(xiàn)：
按鍵控制啟動濕度測量；
語音播放測量濕度值；
濕度判斷，并有溫馨提示語，當(dāng)濕度太高時，播放"潮濕，請打開除濕機(jī)"，濕度太低時，播放"太干，請打開加濕器"。
2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
對于濕度測量儀，除了具有一個控制器控制測量外，還需要測量器。本系統(tǒng)中采用SPCE061A作為控制器，電容式濕度傳感器HS1101作為測量器，利用一個按鍵來啟動濕度測量和語音播放。由于電容不能直接和SPCE061A的I/O口連接進(jìn)行測量，所以需要一個電路模塊，與SPCE061A的Feedback接口IOB2、IOB4，IOB3、IOB5連接，實(shí)現(xiàn)從電容到頻率的轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖 2.1。
圖 2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
2.1 SPCE061A芯片簡介
SPCE061A是一款基于 'nSP內(nèi)核的16位單片機(jī)，其芯片特性如下：
◆工作電壓：內(nèi)核工作電壓VDD為3.0～3.6V(CPU)，I/O口工作電壓VDDH為VDD～5.5V(I/O)；
◆CPU時鐘：0.32MHz～49.152MHz；
◆內(nèi)置2K字SRAM和32K閃存ROM；
◆系統(tǒng)處于備用狀態(tài)下(時鐘處于停止?fàn)顟B(tài))，耗電小于2μ[email protected]；
◆具備觸鍵喚醒的功能；
◆32位通用可編程輸入/輸出端口；
◆2個16位可編程定時器/計(jì)數(shù)器(可自動預(yù)置初始計(jì)數(shù)值)；
◆7通道10位電壓模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和單通道聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器；
◆2個10位DAC(數(shù)-模轉(zhuǎn)換)輸出通道；
◆14個中斷源可來自定時器A / B，時基，2個外部時鐘源輸入，鍵喚醒；
◆具備串行設(shè)備接口；
◆低電壓復(fù)位(LVR)功和低電壓監(jiān)測(LVD)功能；
◆內(nèi)置在線仿真(ICE，In- Circuit Emulator)接口。
SPCE061A的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖如圖 2.2所示。
圖 2.2 SPCE061A內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
2.2.1 濕度測量簡介
1、濕度定義
在計(jì)量法中規(guī)定，濕度定義為"物象狀態(tài)的量"。日常生活中所指的濕度為相對濕度，用RH%表示?？傃灾?，即氣體中(通常為空氣中)所含水蒸氣量(水蒸氣壓)與其相同情況下飽和水蒸氣量(飽和水蒸氣壓)的百分比。
2、濕度測量方法
從測試的輸出參量上區(qū)分，濕度測量方法主要分為以下幾類：利用物質(zhì)幾何尺寸變化的測濕法（伸縮法），干濕球法，冷凝露點(diǎn)法，氯化鋰露點(diǎn)法，電濕度測量法（電阻法、電容法），電解法（庫侖濕度計(jì)）以及其它測濕方法。這些測量方法讀者可以找相關(guān)資料進(jìn)行進(jìn)一步了解，限于篇幅，這里不再贅述。下面重點(diǎn)介紹本系統(tǒng)中用到的電濕度測量法的特點(diǎn)。
3、電子式濕度傳感器的特點(diǎn)
電子式濕度傳感器是近幾十年，特別是近20年才迅速發(fā)展起來的。濕度傳感器生產(chǎn)廠在產(chǎn)品出廠前都要采用標(biāo)準(zhǔn)濕度發(fā)生器來逐支標(biāo)定，電子式濕度傳感器的準(zhǔn)確度可以達(dá)到2％一3％RH。
在實(shí)際使用中，由于塵土、油污及有害氣體的影響，使用時間一長，會產(chǎn)生老化，精度下降，濕度傳感器年漂移量一般都在±2%左右，甚至更高。一般情況下，生產(chǎn)廠商會標(biāo)明1次標(biāo)定的有效使用時間為1年或2年，到期需重新標(biāo)定。
電子式濕度傳感器的精度水平要結(jié)合其長期穩(wěn)定性去判斷，一般說來，電子式濕度傳感器的長期穩(wěn)定性和使用壽命都不是很好。
濕度傳感器是采用半導(dǎo)體技術(shù)，因此對使用的環(huán)境溫度有要求，超過其規(guī)定的使用溫度將對傳感器造成損壞。
所以電子式濕度傳感器測濕方法更適合于在潔凈及常溫的場合使用。
電子式濕度傳感器主要有電容式和電阻式兩種。
電容式濕敏元件的優(yōu)點(diǎn)在于響應(yīng)速度快、體積小、線性度好、較穩(wěn)定，國外有些產(chǎn)品還具備高溫工作性能。但是達(dá)到上述性能的產(chǎn)品多為國外名牌，價格都較昂貴。市場上出售的一些電容式濕敏元件低價產(chǎn)品，往往達(dá)不到上述水平，線性度、一致性和重復(fù)性都不甚理想，30%RH以下，80%RH以上感濕段變形嚴(yán)重。有些產(chǎn)品采用單片機(jī)補(bǔ)償修正，使?jié)穸瘸霈F(xiàn)"階躍"性的跳躍，使精度降低，出現(xiàn)一致性差、線性差的缺點(diǎn)。無論高檔次或低檔次的電容式濕敏元件，長期穩(wěn)定性都不理想，多數(shù)長期使用漂移嚴(yán)重，濕敏電容容值變化為pF級，1%RH的變化不足0.5pF，容值的漂移改變往往引起幾十%RH的誤差，大多數(shù)電容式濕敏元件不具備40℃以上溫度下工作的性能，往往失效和損壞。
本系統(tǒng)中我們使用電容式濕度傳感器HS1101，這顆傳感器比較常見，適用于一些對精度要求不高的場合。
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