一、本课题设计（研究）的目的： 温度和湿度是电力设备和其它领域的重要运行参数，通过监测温度和湿度信息获取电力系统的运行状况是电力系统故障预报与诊断的研究热点，温度和湿度参数的测量有着重要的意义。所以,设计一种高效、准确、实时的温度、湿度测控装置，对设备内部及周围环境温湿度进行实时监测与控制，以免设备过热、过湿而发生火灾、爬电等故障，从而保证设备安全可靠地运行。传统的模拟式温湿度传感器在测量温湿度时需 要进行复杂的校准和标定,而且需要设计复杂的信号调理电路和模数转换电路 ,不便于应用。数字式温湿度传感器STH11 具有免调试、免标定、测量分辨率可编程调节 8/ 12/ 14 位数据 、CRC 传输校验、超小封装尺寸等特点;同时集成了温湿度传感器 ,可以进行温度补偿的湿度测量 ,并提供高质量的露点计算功能,测量精度高。所以，设计一种数字温度传感器对于电力系统温、湿度的测量十分重要。 | ||||||||||||||||||||||||||||
二、设计（研究）现状和发展趋势（文献综述）： 温湿度传感器 SHT11 集温度传感器和湿度传感器于一体,因此采用 SH T11 进行温湿度实时监测的系统具有精度高、成本低、体积小、接口简单等优点;另外 SH T11 芯片内部集成了 14 位 A/ D 转换器,且采用数字信号输出, 因此抗干扰能力也比同类芯片高。该芯片在SMT行业温湿度数据监控、电子设备厂温湿度数据监控、冷藏库温湿度监测、仓库温湿度监测 、药厂GMP监测系统、环境温湿度监控、电信机房温湿监控、其它需要监测温湿度的各种场合等。而我们常见的温度测量工具如水银温度计，体温计等测量速度慢，精度低，而且水银有毒，打破了对环境也有污染。在矿井、温室大棚、仓库和烟叶烘烤等场合中，温湿度测量都有应用，其大都采用温度、湿度独立测量，分别采用温度传感器和湿度传感器来测量，然后通过AD转换为数字信号，送单片机处理。比如，采用热敏电阻测量温度，湿敏电容测量湿度，这种方案需要设计信号调理电路、A／D转换及相应的接口电路才能把传感器输出的模拟信号转换成数字信号经过特定的接口转换电路送到计算机去处理，整个系统电路复杂，并经过复杂的校准和标定过程，因此测量精度难以保证，且在线性度、重复性、互换性等方面也存在一定问题，且易受干扰，会使检测系统的稳定性和可靠性下降，不易多点布置。 但是，很多情况下需要对较大空间内的多个点或不同空间进行监测，布线极为不方便，为了实时精确地监测多个观测点的温湿度情况，需要实现多点分布并无线传输给后台主机存储分析和显示，且各点之间可接力传输，故在朝着无线传输方向发展的同时也朝着网络化方向发展。传感器不再使用单参数的模拟传感器，朝着集成化、多参数、数字化、智能化方向发展；在恶劣环境中，要求灵敏度高、体积小、质量轻、电绝缘性好，抗电磁干扰、抗高温、耐高电压、动态范围大，而光纤传感器表现出了它的天然优势，所以光纤传感是未来的发展方向。 | ||||||||||||||||||||||||||||
三、设计（研究）的重点与难点，拟采用的途径（研究手段）： 重点：多点双参数测量；数据的读取、补偿和转换功能的测试模块构建； 难点：对温湿度传感器SHT11通信协议的掌握；系统稳定性、可靠性的设计。 拟采用的途径： 系统框图 A/D转换 采用状态机来控制A/D转换状态，即启动转换、正在转换、转换结束。 系统总线接口 SHT11采用的是I²C总线协议，与一般的通信协议不兼容，所以需要模拟该通信协议，本次设计预采用有限状态机来实现。有5个状态需要控制：测量温度、测量湿度、读内部状态寄存器、写内部状态寄存器、复位。 湿度线性补偿和温度补偿 经调研得知，线性补偿后的湿度值RHlinear与相对湿度值SORH、线性补偿系数C1、C2、C3存在一定关系；经过线性补偿和温度补偿后的湿度值RHtrue与RHlinear、测试湿度时的温度T、温度补偿系数t1、t2也存在一定关系。 湿度线性补偿公式： 温度补偿公式： 温度线性补偿系数和湿度值温度补偿系数的取值如下： 表1 湿度线性补偿系数
表2 湿度值温度补偿系数
读取数据 通过设计一个CPU接口来读取FPGA内部寄存器，从而获得温度值和湿度值。 | ||||||||||||||||||||||||||||
四、设计（研究）进度计划： 06周: 根据任务书要求，查阅相关的资料，并广泛阅读资料； 07-08 周: 翻译外文文献一篇,撰写开题报告； 09 周: 撰写毕业设计提纲，明确设计任务及完成步骤； 10-13 周:软件设计，仿真，调试，逐步完成毕业设计初稿； 14-15 周: 总体电路仿真、调试和修订毕业设计论文，答辩。 | ||||||||||||||||||||||||||||
五、参考文献： [1]冯显英, 葛荣雨. 基于数字温湿度传感器SHT11的温湿度测控系统[J]. 自动化仪表 , 2006,27，(01):59-61 [2]钟晓伟, 宋蛰存. 基于单片机的实验室温湿度控制系统设计[J]. 林业机械与木工设备. 2010, 38(01):39-42 [3]樊建明, 陈渊睿. 基于数字温度湿度传感器的温室多点测量系统设计[J]. 传感器与微系统, 2007,26(07):89-92 [4]宋迪, 程志华, 牛斗, 姚翔. 基于SHT11的WSN在矿井测控系统中的应用[J]. Sensor World, 2008(06):45-49 [5]贺桂芳. 基于SHT11的温湿度无线测控系统设计[J]. 电子设计，2007，23,（8-2）：307-308 [6] 吴玉康，邓世建，袁刚强,李安迎. SHT11数字式温湿度传感器的应用[J]. 工矿 自动化，2010，（4）：99-101 济宁陈涛[7] 何文龙，房建东. 基于FPGA的数字温度传感器控制方法[J]. 电子测量技术，2008，31，（11）：178-181 [8]孟臣，李敏，李爱传. I²C总线数字式温湿度传感器SHT11及其在单片机系统中的应用[J]. 国外电子元器件, 2004,（3）：50-54 [9] 张艳丽，杨仁弟.数字温度传感器SHT11及其应用[J].工矿自动化，收购网站2007（3）：113-114 [10] 姜连祥，许培赔.温湿度传感器SHT11的感测系统设计[J].新器件新技术，2007（4）：49-51 [11] TSUNEHARU NITTA, JIRO TERADA, AND FUMIO FUKUSHIMA. Multifunctional Ceramic Sensors: Humidity-Gas Sensor and Temperature-Humidity Sensor [J]. IEEE TRANSACTIONS ON ELECTRONDEVICES, VOL.ED-29, NO.1 , JANUARY 1982：95-101 [12] B.Oertei 1, Th.Hiibert 2, D.Heinze 1,U. Banach 2. Capacitive sensor system for measurement of temperature [J]. Fresenius J Anal Chem(1994) 349:391-393 | ||||||||||||||||||||||||||||
]导教师意见 签名： 月 日 | ||||||||||||||||||||||||||||
教研室（学术小组）意见 教研室主任（学术小组长）（签章）： 月 日 | ||||||||||||||||||||||||||||
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