1、科技創新實踐課程介紹一、課程簡介 設立科技創新實踐課程的目的是為了培養和提高學生的實踐能力,動手能力,創新精神和創造能力,為學生參加校內外的各類科技創新實踐活動提供必要的準備,為畢業后參加科研打下堅實的基礎. (包括專利申請文件)為目標的實踐性專業選修課。本課程是電類專業本科學生的一門專業實踐性課程，主要針對我校電子信息類專業各年級的學有余力、樂于創新的本科生。通過本課程的學習和實踐，能夠培養學生良好的創新精神和創新能力，加深并擴大所學的理論知識范圍，強化學生運用基本理論分析和處理實際問題的能力，同時有助于學生養成實事求是，一絲不茍，嚴謹的科學態度和獨立工作能力。1 二、本課程的主要內容 主要

2、介紹創新實踐中常用的模擬電子、數字電子、傳感器等方面的基本知識，設計與制作的注意事項等；介紹創新思維技巧、選題與方案設計技巧、系統連調技巧等。結合穩壓電源設計、數據采集模塊設計、液晶顯示模塊設計、溫度測量電路設計、步進電極驅動電路設計等具體課題，對學生進行創新實踐活動的基本訓練。 如果學生感興趣的話，也可以介紹一些關于專利的基礎知識（例如專利的檢索，專利的種類，專利的的申請等）。2 學生要結合學校開展的電子設計大賽、挑戰杯、科技立項等課外創新實踐活動,每人(或每組)選擇一個題目，根據實際題目，查閱文獻資料，獨立地提出實現方案,設計出具體電路,然后購買材料,搭接電路,利用實驗室的儀器設備，進行制

3、作調試.學生在老師指導下，最終要完成一件具有一定創新特色的作品,還要提交科研報告,報告要包括摘要、前言、方案論證、系統框圖、電路圖、測試結果、總結（含心得體會）、參考資料等。3 簡易濕度測量儀的設計與制作1.設計任務:設計一個簡易濕度測量儀,用來測 量空氣的濕度.2. 技術指標: 濕度測量范圍：5%RH95%RH，測濕精度：2%RH3. 測量結果用數字顯示 在工業生產中，濕度的測控直接關系到產品的質量。精密儀器、半導體集成電路與元器件制造場所，濕度的測控尤顯得更加重要。此外，濕度測控在氣象預報、醫療衛生、食品加工等行業都有廣泛的應用。4一.濕度的表示方法 空氣中含有水蒸氣的量稱為濕度。濕度的表

4、示方法有很多，主要有質量百分比和體積百分比、相對濕度和絕對濕度、露點（霜點）等表示法。1相對濕度：水蒸氣壓是在一定的溫度條件下，混合氣體中存在的水蒸氣分壓（e）。而飽和蒸汽壓是指在同一溫度下，混合氣體中所含水蒸氣壓的最大值（e）。溫度越高，飽和水蒸汽壓越大。在某一溫度下，待測氣體中的水蒸汽分壓與相同溫度下水的飽和水蒸汽壓的百分比，稱為相對濕度，用%RH表示,它是一個無量綱的量，其表示式為： %RH=(e/es)100%式中的e表示待測氣體中的水中蒸汽分壓；es表示待測氣體中的飽和水蒸汽壓。52. 絕對濕度:絕對濕度表示單位體積內，空氣中所含水蒸汽的質量，用AH 表示。其定義為：AH=(m/V)

5、 單位是克/立方米-g/M3式中， m待測空氣中水蒸汽的質量 V-待測空氣的總體積 v-待測空氣的絕對濕度6 二.濕度的測量 濕度傳感器是能感受到外接濕度變化，并通過器件材料的物理或化學性質的變化，將濕度信號轉化為有用信號的器件。對濕度傳感器通常要求：在各種環境中穩定性好，響應時間短，壽命長，有互換性，耐污染和受溫度影響小等。有電容式和電阻式兩種。在實際的測量中，對濕度傳感器的電容值和電阻值進行直接測量并不方便，對其變化量的測量顯得更為困難，所以不采用直接測量的方式，而是將電容信號或電阻信號轉換成易于測量的電流、電壓或頻率信號。 濕度傳感器種類繁多，可根據使用環境選擇合適的傳感器。下面我們介紹

6、電容式高分子濕度傳感器HS1101。7 HS1101高分子濕度傳感器是Humirel公司的產品，常用在成本低的場合，比如：家電，農業大棚，辦公自動化及工控系統。還可用于任何需要濕度補償的場合。其特點是：長期飽和后可迅速恢復；高可靠性和長期穩定性；專利固態多聚酯結構；快速響應；可以電壓或頻率輸出等。 HS1101的典型性曲線如圖1所示。8 HS1101的電容的擬和曲線公式：C(pf)=C55%*(1.25*10-7RH-3-1.36*10-5RH2+2.19*10-3RH+9.01*10-1) （2-1） 通過HS1101的典型曲線圖可見在要求不高的情況下，可以認為相對濕度電容成線性關系。910

7、1.濕度-頻率轉換電路可用HS1101將濕度變化轉換為電容變化，再將電容的變化轉換為頻率信號的變化。本設計應用了由7555定時器組成的典型多諧振蕩電路。圖 2 由7555定時器構成的振蕩電路R2549KR449.9KR11732KR31KTRIG2Q3R4CVolt5THR6DIS7VCC8GND1U17555+5HS1101F_out11555型號R1R27555(Harris)1732K549KLMC555(National)1238K562KTLC555(Texas)909K576KTS555(STM)100nF 電容523K122.頻率/電壓轉換電路 將濕度信號轉換為頻率信號后，由于A

8、/D轉換器的輸入信號是電壓信號，所以必須將頻率信號進一步轉換為電壓信號。F/V轉換器可采用通用型V/F(F/V)變換器LM331。LM331只有8個引腳，外圍連接線路簡單，可以工作在4V-40V電壓范圍內，LM331不僅能夠作為V/F變換，亦可用作F/V變換 ,而且價格較低. LM331的主要性能參數如下：1.電壓工作范圍：4V-40V；2.頻率工作范圍：1Hz-100kHz；3.最大線性度：0.01%；4.低功耗：Vs=5V,典型值為15mW。本文采用了由LM331組成的F/V轉換電路，如圖2-6所示。該電路F/V線性度較好，溫度系數低、功耗低以及動態范圍寬等特點。13143.濕度信號調理電

9、路 LM331輸出的濕度信號不一定能滿足顯示器件的要求,例如要用3又1/2位數字式電壓表顯示, 在濕度測量范圍內(0%RH100%RH),最好將濕度信號調整到0100mV或01V, 這樣便于用3又1/2位數字式電壓表的0200mV或02V檔顯示. 可用下面給出的減法電路對濕度信號進行調整. 15圖4(a)的傳遞函數是圖4(b)的傳遞函數是16 三.注意事項:1.高分子濕度傳感器HS1101有兩個引腳,其中有一個引腳(接底板的引腳)要接地.2. 555定時器、LM331、 LM324等的直流供電電源要結合顯示器件統一考慮,比如用單電源+5V,+9V,+12V等供電,用雙電源5V, 9V, 12V

10、等,最好不要超過12V。這里我們建議用+5V或+9V電源供電,因為LM324既可以用雙電源供電,也可以用單電源供電.,而且+5V或+9V容易獲得. 3.在濕度測量范圍內(0%RH100%RH),最好將濕度信號調整到100mV或1V滿量程, 這樣便于用3又1/2位數字式電壓表的0-200mV或0-2V檔顯示. 100mV(或1V)對應著100%RH, 這時測濕靈敏度為1mV/1%RH(或10mV/1%RH).174.當集成運放的輸出電壓大(例如5V), 而3又1/2位數字式電壓表的量程小時(例如2V滿量程),這時可以在集成運放的輸出端加由固定電阻和電位器組成的分壓器加以調整.如下圖所示.18四.思考題1.什么是濕度傳感器的響應時間? 什么是濕度傳感器的恢復時間? HS1101的響應時間和恢復時間各是多少?2. HS1101是電容式傳感器,它要受到連線分布電容的影響,這個問題如何解決?19五.參考資料1. 濕度傳感器HS1101 說明書(Technical data, Data sheet): 2. LM331說明書(Datas heet),可查閱美國國家半導體