空气温湿度传感器的发展变化
重点推荐
Campbell公司有一款EE181，是现所知适应极端环境能力最强的空气温湿度传感器。
Chod Stephens，Campbell环境小组的技术产品经理，将解答为什么在极端环境下，新型空气温湿度传感器EE181是客户的最佳选择。
为什么向客户推荐EE181？
Chod Stephens：我们提供EE181作为长期无人值守站空气温湿度传感器的应用解决方案，因为此类站点的传感器，需要在极端环境下保持测量数据的准确性，并具有优异的长期稳定性及可靠性。而EE181能满足这些需求。
EE181与其他温湿度传感器有什么不同？
Chod Stephens：EE181已经通过了层层的测试。我们不仅在室内环境中测试了EE181，并将它安装在极端环境中，如玻利维亚的山脉、夏威夷的火山和沿海地区等。结果显示EE181没有损坏，能进行连续且稳定的测量工作。
EE181的适应能力很强，因此保养维护工作量也小，减少了测量间断时间并节约成本。湿度测量元件上的专有涂层增加了元件的使用寿命。清洗时，先用酒精再用去离子水冲洗传感器元件便可，这是一个重要的突破。EE181的钢制筛网过滤器可以防止水汽凝结，使传感器能够干的更快以阻止微生物的生长。
EE181使用时有什么配件吗？
Chod Stephens：一般情况下，EE181传感器和RAD10E防辐射罩一起使用。RAD10E与EE181相兼容，采用了双百叶设计，在提供更好保护和更低自热的同时，对传感器环境适应能力和测量准确性也进行了补充改进，提高了传感器的性能、测量准确度和使用寿命。
背景知识
早期，与太阳能、雨水和风速传感器的设计相比，空气温度/相对湿度传感器的核心元件并不是专为气象应用设计的。
Campbell公司，经过长期测试研究发现，寻找满足以下要求的空气温度/相对湿度传感器是个不小的挑战。
1.满足现场需要的性能
2.低功耗
3.价格合适
4.模拟电压输出，满足数据采集器的范围
5.不需要被送去校正(如果可能的话)
6.不存在电缆开裂或自身腐蚀和剥落问题
7.适用于基础的环境中
模拟 / 数字权衡
老式的全模拟传感器，如HMP35C，没有模拟—数字(A/D)转换电路，有点难校准，但性能好，非常稳定。
所有新型的空气温度/相对湿度传感器，都使用某种类型的A/D转换。当这些新传感器与需要模拟电压输出的旧数据采集器一起使用时，会使问题复杂化，因为传感器必须进行额外的数字—模拟(D/A)转换。
这也是使用新型全数字空气温度/相对湿度传感器时遇到最多问题的地方。传感器在特殊环境的模拟测试中，不能长时间保持其校准。但通过添加D/A转换
来获得模拟电压输出，将会有更多的不确定性。
更新后的坎贝尔数据采集器，能很好地读取数字输出类型的传感器，但编程很麻烦—除了CS215使用的SDI-12输出。直接读取数字传感器的优点是，只要进行一步—图像的D/A处理。
过滤材料
安装现场的温度/相对湿度传感器，必须在相对湿度芯片周围使用某种类型的过滤材料，保护其不受灰尘、污染物和水的影响。这就产生了许多问题: 大多数制造商使用的过滤材料能很好地过滤水蒸气，但会影响温度。
有些过滤器感染污染物和盐分后，随着时间的推移，会产生微气候，使测量结果出现偏差。
选择技巧
预算
低成本的传感器虽没有高端传感器的分辨率和精度，但通常它在现场表现很好，不需要校准(RH元件是现场可替换的)，并且能满足或超过现场的要求。
分辨率和性能
事实上，测量相对湿度是很困难的。水蒸气中的水是一种变化不定的分子，在温度范围内的行为完全是非线性的。市场上的传感器在测量90%以上的湿度值时，都会遇到很大的挑战，会有很高的不确定性，尤其是在低温条件下测量相对湿度。
准确度
当传感器被放入一个自然吸气的防护罩中，温度规格会有变化。在温暖没风的天气下，阳光直射时，防护罩内部的温度可能高于实际的环境温度0.5℃到1.5°C。
相对湿度漂移
所有电容式相对湿度芯片都会漂移。随着时间的推移，RH元件开裂(产生表面裂纹网络)，将漂移超出规格。
数据采集器
经常检查与传感器一起使用的数据采集器的兼容性。
环境条件
根据传感器类型的不同，高湿度的位置需要更频繁地更换传感器或更换相对湿度芯片
通常，风扇或防护罩板上的灰尘积聚会使温度发生偏差，灰尘会堵塞过滤材料
防护罩
室外应用要求将传感器置于某种类型的防护罩中，以保护传感器免受太阳热负荷、直接雨雪和飞溅碎片的伤害。如果传感器是在室内尘土飞扬的环境中测量，也需使用防护罩。
DWTHI100-S02 无线多功能综合传感器 一、产品介绍 1.1产品概述 ●本产品可以实时、准确的测量环境温度、环境相对湿度和照度，它能使用户对现 场环境实现远程的数据采集和监测，大大减少人工工作量，突出便利性、准确性和实时性。 ●本产品具有体积小、使用寿命长、无线信号传输距离远、环境适应性好、测量 精度高、安装便捷、防水等特点，是一款高性价比的产品。 ●本产品可广泛应用于仓储管理、生产制造、气象观测、科学研究以及日常生活等 领域。 1.2 产品外观 1.3技术参数 1. 温度测量范围：－40℃～＋125℃； 2. 温度测量精度：±0.3℃±2.5%（rdg-25℃）； 3. 绝对湿度测量范围：1%RH～100%RH； 4. 绝对湿度测量精度： ＜10%RH：±1.8%RH±20%（rdg－20%RH）； 10%RH～90%RH：±1.8%RH
＞90%RH：±1.8%RH±20%（rdg－90%RH）； 5. 工作环境温度：－20℃～＋80℃； 6. 信号调制方式：GFSK； 7. 工作频率：2.45GHz； 8. 无线通讯距离：＞300米（2.45GHz、开阔地）； 9. 测量周期：30s（3.6V、典型值）； 10.平均功耗：＜7μA（3.6V）； 11.电池寿命：≥6年； 12.外壳材料：增强型耐高温ASA树脂； 13.外形尺寸：45 mm×24 mm×18.5mm； 14.重量：25g（含天线）； 15.防护等级：IP34； 16.安装方式：螺丝固定或无痕泡棉双面胶粘贴。 1.4应用场所 1、机房、厂房、仓库、无菌室； 2、温室大棚、智能大棚； 3、图书馆、档案馆、文物馆； 4、生物制药； 5、食品加工、储存场所； 6、医卫场所； 7、气象站； 8、智能楼宇； 9、其它需要监测温、湿、照度的场所。 1.5产品尺寸
基于单片机的DHT1温湿度 传感器设计 姓名：史延林指导老师：黄智伟学 院：电气工程学院 学号：20094470321 摘要： 温湿度是生活生产中的重要的参数。本设计为基于单片机的温湿度检测与控制 系统，采用模块化、层次化设计。用新型的智能温湿度传感器DHT1住要实现对温度、 湿度的检测，将温度湿度信号通过传感器进行信号的采集并转换成数字信号，再运用单片机STC89C5进行数据的分析和处理，为显示和报警电路提供信号，实现对温湿度的控制报警。报警系统根据设定报警的上下限值实现报警功能，显示部分采用LCD160液晶显示所测温湿度值。系统电路简单、集成度高、工作稳定、调试方便、检测精度高，具有一定的实用价值。
关键词：单片机；DHT1温湿度传感器；LCD1602显示 第一章：课程构思 1.1课题背景 温湿度的检测与控制是工业生产过程中比较典型的应用之一，随着传感器在生产和生活中的更加广泛的应用。在生产中，温湿度的高低对产品的质量影响很大。由于温湿度的检测控制不当，可能使我们导致无法估计的经济损失。为保证日常工作的顺利进行，首要问题是加强生产车间内温度与湿度的监测工作，但传统的方法过于粗糙，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。目前，在低温条件下（通常指100C以下），温湿度的测量已经相对成熟。利用新型单总线式数字温度传感器实现对温度的测试与控制得到更快的开发。但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、学习、生活提供更好的更方便的设施就需要从数字单片机技术入手，一切向着数字化，智能化控制方向发展。 对于国内外对温湿度检测的研究，从复杂模拟量检测到现在的数字智能化检测越发的成熟，随着科技的进步，现在的对于温湿度研究，检测系统向着智能化、小型化、低功耗的方向发展。在发展过程中，以单片机为核心的温湿度控制系统发展为体积小、操作简单、量程宽、性能稳定、测量精度高，等诸多优点在生产生活的各个方面实现着至关重要的作用。 温湿度传感器除电阻式、电容式湿敏元件之外，还有电解质离子型湿敏元件、重量型湿敏元件（利用感湿膜重量的变化来改变振荡频率）、光强型湿敏元件、声表面波湿敏元件等。湿敏元件的线性度及抗污染性差，在检测环境湿度时，湿敏元件要长期暴露在待测环境中，很容易被污染而影响其测量精度及长期稳定性。 1.2主要内容 本文设计的是基于单片机STC89C5的温湿度检测和控制系统，主要以广泛应用的DHT1作为温度和湿度的检测，该仪器具有测量精度较高、硬件电路简单、并能很好的进行显示，可测试不同环境温湿度的特点。另外和控制电路相连，可以进行加湿电路和除湿电路的控制，使温度和湿度参数在预先设定的范围内，不需要人的直接参与。 单片机是系统的控制核心，所以单片机的性能关系到整个系统的好坏。因此单片机的选择，对所设计系统的实现以及功能的扩展有着很大的影响。本设计中，最终选用的集成温度传
TH-802P网络型温湿度传感器安装使用说明书 一.概述 TH-802P温湿度传感器是一种检测和采集环境温湿度的网络型智能 传感器，该传感器采用大屏幕液晶实时显示当前环境的温湿度值。 TH-802P温湿度传感器可以通过安装相应的监控软件，配备相应的 RS485串口通信模块与计算机进行通讯，实现计算机对温湿度控制器的 远程监控。适用于数据机房、通讯基站、计算机机房、精密车间、仓库、 温棚等场所的温湿度检测。 图1 TH-802P 二.特点 ●属精密网络型温湿度传感器，可以设定通讯地址0-255和波特率1200-19200bps； ●经可溯源标准检验，精度高并具备程序校准精度功能，低功耗、高稳定性； ●提供LCD段码显示和RS485通讯，设备地址和通讯波特率可通过按键设定 ●阻燃绝缘纤维外壳，采用5.08mm间距升降式接线端子，安全可靠； ●方便的壁挂安装方式 三.技术指标 ●供电电源：9~24VDC±20％ ●测温范围：－10 ~60℃； ●测湿范围：0 ~ 100％RH； ●精度：温度±0.5℃（全量程内）；湿度±3%RH（25℃时）； ●采集周期：不小于200ms； ●通讯距离：大于1000米 ●工作环境：－10℃~ 60℃，10 ~ 95%RH无冷凝 ●存储温度：－40℃~ 80℃ ●整机功耗：小于0.2W ●最大尺寸：86×86×30mm ●重量：100g。 四.典型应用 图2 应用图 五.按键说明 ●“确认”：按住“确认”按键持续约三秒，设备进入参数设置状态； 在参数设置状态下，单击该按键可选择设置参数类型为波特率设置或地址设置。 在参数设置状态下，长按“确认按键”3秒以上返回正常工作状态，同时保存设置参数。 ●“上调”：在参数设置状态下，单击此键参数循环递加； ●“下调”：在参数设置状态下，单击此键参数循环递减；六.波特率、地址设置 ●设备加电后自检，1秒后进入正常工作状态；● ● 所指； ● 波特率设置范围：1200、2400、4800、9600、19200 地址设置范围：A 0-255 ●波特率或地址完成后，长按“确定”键3秒以上，返回正常工作状态, 同时保存设置参数。 提示：通讯波特率缺省值为9600bps，地址为“1”。 七.电磁兼容 ●静电放电抗干扰检验:参照标准IEC61000-4-2 (GB/T17626.2)； ●工频磁场抗扰度检验: 参照标准IEC61000-4-8 (GB/T17626.8)； ●浪涌（冲击）抗扰度试验：参照标准IEC61000-4-5(GB/T17626.5) ●快速瞬变: 参照标准IEC61000-4-4 (GB/T17626.4)； ●安全要求: 参照标准IEC61010-1 (GB/T4793.1)。 V+：接12VDC电源正极； GND：接12VDC电源负极； RS+：接RS485正极； RS-：接RS485负极。 图4 PCB接线端子九.安装尺寸 两挂墙孔中心间距：59mm 1.将TH-802P后盖打开； 2.将螺丝装钉在墙面上，两螺丝间距为58-60mm； 3.旋紧螺丝将TH-802P的后盖固定在墙上； 4.按接线端子示意图正确接入电源线、通讯线； 5.检查无误后将TH-802P合上后盖。 图3 波特率、地址设置状态 图5 TH-802P后盖图及安装尺寸
学号：2009012708 2013届本科生毕业论文（设计）题目：空气温湿度测量仪设计 学院(系)：机械与电子工程学院 专业年级：机械电子工程091 学生姓名：申士杰 指导教师：朱兆龙 合作指导教师： 完成日期： 2013年6月
空气温湿度测量仪设计 摘要 植物生长都需要适宜的环境条件，环境温湿度是最主要的环境因子之一。空气温湿度的测量对农业生产十分关键。通过比较多种温湿度测量方法，设计一种基于单片机的空气温湿度测试仪。本设计采用51单片机STC89C51为核心处理器，由空气温湿度传感器所测数据送入单片机，进行运算处理，最终在LCD016L上显示测量结果。系统基于模块化设计确定各模块单元，并选择相应的电子元器件，进而进行电路设计。系统硬件电路主要由单片机外围电路、传感器电路、电源电路、液晶显示电路等组成。在此基础上，设计系统软件；软件部分包括单片机外围模块、温湿度传感器模块、电源模块以及人机交互模块的程序设计。电路原理图在proteus软件进行仿真，仿真结果表明电路原理上可行。根据设计方案，空气温湿度测量仪可以具有读取方便，操作简单，测量精确的优点。 关键词:空气温湿度；液晶显示；STC89C51；SHT10
Design of Air temperature and humidity meter Abstract Temperature and humidity environment is the most important factor for that Plant growth requiring appropriate environmental conditions. The measurement of temperature and humidity is critical to agricultural production. Therefore, by comparing a variety of temperature and humidity measurement methods, design a microcontroller-based tester of temperature and humidity . This design uses 51 single core processor STC89C51 by air temperature and humidity sensors of the measured data into the microcontroller, operation processing, culminating in LCD016L display the measurement result . System is based on a design of modular to determine each module unit, and select the appropriate electronic components, and circuit design further. System hardware circuit by the MCU peripheral circuit, sensor circuit, power circuit, liquid crystal display circuit and other components .On this basis, design system software; software parts includes module of On this basis, design system software; software part includes control module, the module of temperature and humidity sensor, the module of power and the module of human-machine interaction programming ,the module of temperature and humidity sensor, the module of power and the module of human-machine interaction programming. Schematic circuit is simulation in the proteus, and simulation results show that schematic is viable. According to design, the measuring instrument of air temperature and humidity may have the advantages of easy operating, easy reading and having precise measurements. Keywords：temperature and humidity of air ; LCD; STC89C51;SHT10
温湿度传感器SHT21的应用介绍 近年来，随着智能手机、平板电脑等移动设备的迅速发展，其中内置的微机电系统（MEMS）的比例越来越高。根据市调机构Juniper Research公布的最新研究报告，预计到2016年应用到移动设备中的MEMS器件收入将超过60亿美金。其中除了已经大规模应用的加速度计、陀螺仪、重力感应计、麦克风、射频器件等，还包括刚进入商用不久的压力传感器、扬声器、轨迹球、微型投影机、温湿度传感器等。其中温湿度传感器等新兴的MEMS器件则有望成为智能手机硬件差异化的重要部件。 "目前，我们公司的传感器每年的出货量已经超出了几千万片，全球业务增长幅度近年来都在40%左右。"总部位于瑞士的深圳盛思锐（Sensirion）公司总经理Paul Chia表示，作为全球领先的传感器制造商，盛思锐公司早在七年前就已经进入中国市场，并向中国厂商推广温湿度传感器。"我们的产品在中国市场主要分三大应用：第一是安防监控；第二是节能，普遍应用到家电，汽车等领域；第三则是舒适度，主要应用于消费类电子产品领域。"在2009年，盛思锐公司推出了一款当时世界上最小的数字湿度和温度传感器--SHT21,引起市场广泛关注。 一直以来，盛思锐在推广温湿度传感器的过程中，都非常注重于宣传舒适度概念。"之前的客户只有温度的概念，而没有湿度概念。其实相对湿度是与温度密切相关的，只有对同一测量点的湿度和温度进行数据采集，才能保证相对湿度的准确性。"Paul Chia表示，人体对空气湿度的舒适感应空间较窄，因此需要通过感应器来感知湿度，随时补充或降低水分。 在2009年，盛思锐公司推出了一款当时世界上最小的数字湿度和温度传感器-SHT21,引起市场广泛关注。 盛思锐是业内第一家将温、湿度传感器集成到一起的厂商。"我们不仅仅是提供一个感应器，而是把温度补偿和标定数据都集成在一个电路里面。我们的温湿度传感器在出厂前都经过完全标定，客户只需将其跟单片机通讯就可以直接采集到数据。"据介绍，温湿度传感器作为电子技术和物理化学原理的复合技术，硬件因素只占其中50%,另一个重要因素
传感器的历史及现状 传感器是能够感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。传感器的种类很多，按照不同的功能，不同的适用领域可以划分多种类型。其中，温度传感器是最早开发、应用最广的一类传感器。从17世纪初，人们就开始利用温度计进行测量，而真正把温度变成电信号的传感器是1821年由德国物理学家赛贝发明的，这就是后来的热电偶传感器。在半导体得到充分发展以后，相继开发了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。与之相应，根据波与物质的相互作用规律，相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。 我国的传感器发展已经经历了50多个春秋，20世纪80年代，改革开放给传感器行业带来了生机与活力。90年代，在党和国家关于“大力加强传感器的开发和在国民经济中普遍应用”的决策指引下，传感器行业进入了新的发展时期。目前来看，传感器的应用已经遍及到工业生产、海洋探测、环境保护、医学诊断、生物工程等多方面的领域，几乎所有的现代化的项目都离不开传感器的应用。在我国的传感器市场中，国外的厂商占据了较大的份额，虽然国内厂商也有了较快的发展，但仍然无法跟上国际传感器技术的步伐。近年来，由于国家的大力支持，我国建立了传感器技术国家重点实验室、微米/纳米国家重点实验室、机器人国家重点试验室等研发基地，初步建立了敏感元件和传感器产业，目前我国已有1,688家从事传感器的生产和研发的企业，其中从事MEMS研发的有50多家。在经济全球化趋势下，随着我国的投资环境的改善已经对传感器技术的大力支持，各国传感器厂商纷纷涌进我国的传感器市场，使得国内的传感器领域的竞争日趋激烈。于此同时，强烈的技术竞争必然会导致技术的飞速发展，促进我国传感器技术的快速进步。 未来的传感器会向着小型化、多功能化、智能化、集成化、系统化的方向发展，由微传感器、微执行器及信号和数据处理器总装集成的系统越来越引起人们的关注。 多功能化 传感器开始只是对单一量的测量，在众多领域中单一的量不能准确客观地反映客观事物和环境。这就要求传感器对多种量进行测量。由若干种敏感元件组成的多功能传感器兼具新一代的探测功能，它可以同时测量多种数值，从而对被测量体变化的测量更加精准。这种多功能的传感器应用范围更广泛。 智能化 当前的智能化传感器通常是融入一个或多个敏感元件、精密模拟电路、数字电路、微处理器（MCU）、通讯接口、智能软件，并将着一系列的硬件集成在一个封装组件内，智能化传感器相对普通传感器的优势是不容质疑的。智能化传感器是一种带微处理器的传感器，是微型计算机和传感器相结合的成果，它兼有检测、判断和信息处理功能，与传统传感器相比有很多特点：具有判断和信息处理功能，能对测量值进行修正、误差补偿，因而提高测量精度；可实现多传感器多参数测量；有自诊断和自校准功能，提高可靠性；测量数据可存取，使用方便；有数据通信接口，能与微型计算机直接通信。把传感器、信号调节电路、单片机集成在一芯片上形成超大规模集成化的高级智能传感器。我国在这方面的研究与开发还很落后，主要是因为我国半导体集成电路工艺水平有限。由于集成电路和芯片技术的发展，传感器装有微处理器，除执行信息处理和信息存储，还能够进行逻辑思考和对特殊情况作出判断并进行处理。 小型化 由于计算机技术的发展，辅助设计（CAD）技术和集成电路技术迅速发展，微机电系统
热电偶的结构 热电偶前端接合的形状有3种类型，如图2.5所示。可根据热电偶的类型、线径、使用温度，通过气焊、对焊、电阻焊、电弧焊、银焊等方法进行接合。 在工业应用中为了便于安装及延长热电偶的使用寿命，通常使用外加套管的方式。套管一般分为保护管型和铠装型。 1.带保护管的热电偶 是将热电偶的芯线以及绝缘管插入保护管使用的热电偶。保护管在防止芯线氧化、腐蚀的同时，还可以保持热电偶的机械强度。保护管有多种类型，常用的如下表所示。
氮化硅管 1400 1600 与碳化硅管大致相同，适用于熔融铝 Si3N4 2.铠装型热电偶 铠装热电偶的测量原理与带保护管的热电偶相同。它使用纤细的金属管(称为套管)作为上图中绝缘管(陶瓷)的替代品，并使用氧化镁(MgO)等粉末作为绝缘材料。由于其外径较细且容易弯曲，所以最适合用来测量物体背面与狭小空隙等处的温度。此外，与带保护管的热电偶相比，其反应速度更为灵敏。铠装热电偶的套管外径范围较广，可以拉长加工为8.0mmф到0.5mmф的各种尺寸。芯线拉伸得越细，常用温度上限越低。如K型热电偶，套管外径0.5mmф的常用温度上限是600℃，8.0mmф的是1050℃。 热电阻的结构 如下图所示，热电阻的元件形状有3种，目前陶瓷封装型占主导地位。陶瓷封装型用于带保护管的热电阻以及铠装热电阻。陶瓷与玻璃封装型的铂线裸线直径为几十微米左右，云母板型的约为0.05mm。引线则使用比元件线粗很多的铂合金线。
热电阻元件的种类 带保护管的热电阻图例 温度传感器的安装方法 1. 安装实例和测量误差 热电偶和热电阻在设备中的安装方法和测量误差如下图所示。安装时要注意机械强度，特别是高温中保护管的变形。另外，为了避免保护管的热损失对元件温度的影响，需要考虑流向和保护管的外形、插入长度、保温、隔热等问题。
一、基于智能手机的温湿度传感器应用 1、应用系统简介 由于温度与湿度不管是从物理量本身还是在实际人们的生活中都有着密切的关系，所以温湿度一体的传感器就会相应产生。温湿度传感器是指能将温度量和湿度量转换成容易被测量处理的电信号的设备或装置。市场上的温湿度传感器一般是测量温度量和相对湿度量。温湿度传感器不仅广泛的应用在工控行业、食品药物储存行业、档案管理行业中，也可安装在我们的手机上。温湿度传感器的传统应用是天气预报以及室内监测，手机中如果集成这种应用这就极大的方便了客户的出行。 2、应用体系结构 （1）感知层 感知层通过温湿度传感器采集数据,其中包括温度、湿度。 （2）网络层 网络层将传感器采集的数据传给手机应用系统进行处理分析。 （3）应用层 应用层中应用系统将数据处理后的数据展示给用户。 3、信息感知（采集）、传输、处理等方面的技术 温湿度传感器选用湿敏电容型传感器，图1为该传感器的结构。该传感器是温湿感应元件共体，具有防电磁干扰的性能。测温是一个标准的铂电阻Pt100，以四线制方式测量，减少长引线带来的测量误差。 图1 HMC45A温湿传感器外型图 工作原理 传感器主要由湿敏电容和转换电路两部分组成。湿敏电容的结构见图2所示。它由玻璃底衬、下电极、湿敏材料、上电极几部分组成。两个下电极与湿敏材料，上电极构成的两个电容成串联连接。湿敏材料是一种高分子聚合物，它的介电常数随着环境的相对湿度变化而变化。当环境湿度发生变化时，湿敏元件的电容量随之发生改变，即当相对湿度增大时，湿敏电容量随之增大，反之减小（电容量通常在48～56pf间）。传感器的转换电路把湿敏电容变化量转换成电压量变化，对应于相对湿度0～100%RH的变化，传感器的输出呈0～1v的线性变化。
温度传感器的历史发展与研究现状 摘要：本文通过查阅各类文献并进行分析总结，简述了温度传感器的意义和作用，介绍了温度传感器的发展历史，列举并分析了常用温度传感器的类型，对比了国外温度传感器设计和研究领域的现状与发展，着重阐述了国外先进的CMOS模拟集成温度传感器的主要原理。最后，文章对温度传感器的未来发展方向做出了说明。 关键词：温度传感器，IC温度传感器，CMOS集成温度传感器 一、背景介绍 1.1绪言 人们为了从外界获取信息，必须借助于感觉器官，而单靠人们自身的感觉器官，在研究自然现象和规律以及生产活动中，它们的功能就远远不够了。为适应这种情况，就需要传感器。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。[1]传感器是以一定的精度和规律把被测量转换为与之有确定关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。它是实现自动测量和自动控制的首要环节。[2]温度是反映物体冷热状态的物理参数，它与人类生活环境有着密切关系。早在2000多年前，人类就开始为检测温度进行了各种努力，并开始使用温度传感器检测温度。[3]在人类社会中，无论工业、农业、商业、科研、国防、医学及环保等部门都与温度有着密切的关系。 [4]在工业生产自动化流程中，温度测量点一般要占全部测量点的一半左右。[5]因此，人类离不开温度传感器。传感器技术因而成为许多应用技术的基础环节，成为当今世界发达国家普
遍重视并大力发展的高新技术之一，它与通信技术、计算机技术共同构成了现代信息产业的三大支柱。[6] 1.2温度传感器的发展历史和主要分类 人们研究温度测量的历史已经相当的久远了。公元1600年，伽利略研制出气体温度计。 [7]一百年后，酒精温度计[8]和水银温度计[9]问世。到了1821年，德国物理学家赛贝发明了热电偶传感器[10]，人类真正的第一次把温度变成了电信号。此后，随着技术的发展，人们研制出了各种温度传感器。本世纪，在半导体技术的支持下，相继诞生了半导体热电偶传感器、PN结温度传感器和集成温度传感器。[11]与之相应，根据波与物质的相互作用规律，相继开发了声学温度传感器、红外传感器和微波传感器。[12] 温度传感器有四种主要类型：热电偶、热敏电阻、电阻温度检测器(RTD)和IC温度传感器。[13] 热电偶传感器有自己的优点和缺陷。热电偶温度传感器的灵敏度与材料的粗细无关，用非常细的材料也能够做成温度传感器。也由于制作热电偶的金属材料具有很好的延展性，这种细微的测温元件有极高的响应速度，可以测量快速变化的过程。然而热电偶传感器的灵敏度比较低，容易受到环境干扰信号的影响，也容易受到前置放大器温度漂移的影响，因此不适合测量微小的温度变化。[14] IC温度传感器即数字集成温度传感器，其外形非常得小，这样更加让它广泛应用在生产实践的各个领域中，也为我们的生活提供了无数的便利和功能。尤其是CMOS工艺实现的智能温度传感芯片具有低成本、低功耗、与标准数字工艺兼容以及芯片面积小等优点，已经取代了双极型工艺。IC温度传感器又包括模拟输出和数字输出两种类型，最主要的特点之一是将温度传感模块和信号的处理电路同时集成在一个芯片上。[15]
1. 引言 1.1 温室控制系统设计背景 中国农业的发展必须走现代化农业这条道路，随着国民经济的迅速增长，农业的研究和应用技术越来越受到重视，特别是温室大棚已经成为高效农业的一个重要组成部分。现代化农业生产中的重要一环就是对农业生产环境的一些重要参数进行检测和控制。例如:空气的温度、湿度、二氧化碳含量、土壤的含水量等。在农业种植问题中，温室环境与生物的生长、发育、能量交换密切相关，进行环境测控是实现温室生产管理自动化、科学化的基本保证，通过对监测数据的分析，结合作物生长发育规律，控制环境条件，使作物达到优质、高产、高效的栽培目的。以蔬菜大棚为代表的现代农业设施在现代化农业生产中发挥着巨大的作用。大棚的温度和湿度参数，直接关系到蔬菜和水果的生长。国外的温室设施己经发展到比较完备的程度，并形成了一定的标准，但是价格非常昂贵，缺乏与我国气候特点相适应的测控软件。而当今大多数对大棚温度、湿度的检测与控制都采用人工管理，这样不可避免的有测控精度低、劳动强度大及由于测控不及时等弊端，容易造成不可弥补的损失，结果不但大大增加了成本，浪费了人力资源，而且很难达到预期的效果。因此，为了实现高效农业生产的科学化并提高农业研究的准确性，推动我国农业的发展，必须大力发展农业设施与相应的农业工程，科学合理地调节大棚温度、湿度，使大棚形成有利于蔬菜，水果生长的环境，是大棚蔬菜和水果早熟、优质、高效益的重要环节[1]。 影响作物生长发育的环境条件主要包括:温度、湿度、光照、CO2浓度、土壤等。所有这些环境条件之间是相互作用、相互联系、相互耦合的，某个控制变量发生改变，会影响其它控制变量的变化。作物的生长发育是所有这些环境条件综合作用的结果。温度和湿度一直是人类关注的对象，这两种环境因素时刻影响着人们的生产和生活，下面主要就温度和湿度对作物的影响进行简略说明。
浅谈温湿度传感器的未来发展重点 温湿度传感器市场究竟有多大？ 2017年全球市场规模增长至1955亿美元 2018年突破2000亿美元 随着新基建、智慧城市、5G等多种项目推进， 未来5年全球市场将保持8%左右的速度增长 市场规模将会超过3000亿美元！！！ 圈内有句老话叫：站在对的风口，猪都可以起飞！ 回顾我们的主角 温湿度传感器，一个主要用于监测环境温度、湿度的仪器。 目前，已经广泛应用与医药化工、电子通讯、气象、食品、仓储、农业以及文物保护等领域。
进入21世纪后，温度传感器正朝着高精度、多功能、总线标准化、高可靠性及安全性、开发虚拟传感器和网络传感器、研制单片测温系统等高科技的方向迅速发展。 未来的温湿度传感器市场尤其是在消费电子及物联网等领域拥有广阔的前景。 温湿度传感器作为电子技术和物理化学原理的复合技术，硬件因素只占其中50%，另一个重要因素则是标定。如果要保证测出来的值是准确的，则需要保证每次检测的标定值永远在一个固定范围内，这是非常难做到的。精度高，性能稳定一直是温湿度传感器的硬性指标。 那么未来温湿度传感器有哪些发展重点？ 1、应用机器智能的故障探测和预报。任何系统在出现错误并导致严重后果之前，必须对其可能出现的问题作出探测或预报。目前非正常状态还没有准确定义的模型，非正常探测技术还很欠缺，急需将传感信息与知识结合起来以改进机器的智能。 2、正常状态下能高精度、高敏感性地感知目标的物理参数;而在非常态和误动作的探测方面却进展甚微。因而对故障的探测和预测具有迫切需求，应大力开发与应用。 3、目前传感技术能在单点上准确地传感物理或化学量，然而对多维状态的传感却困难。如环境测量，其特征参数广泛分布且具有时空方面的相关性，也是迫切需要解决的一类难题。因此，要加强多维状态传感的研究与开发。 4、目标成分分析的远程传感。化学成分分析大多在基于样本物质，有时目标材料的采样又很困难。如测量同温层中臭氧含量，远程传感不可缺少，光谱测定与雷达或激光探测技术的结合是一种可能的途径。没有样本成分的分析很容易受到传感系统和目标组分之间的各种噪音或介质的干扰，而传感系统的机器智能有望解决该问题。 5、用于资源有效循环的传感器智能。现代制造系统已经实现了从原材料到产品的自动化生产过程，当产品不再使用或被遗弃时，循环过程既非有效，也非自动化。如果
基于单片机的DHT11温湿度 传感器设计 姓名：史延林 指导老师：黄智伟 学院：电气工程学院 学号：20094470321 摘要： 温湿度是生活生产中的重要的参数。本设计为基于单片机的温湿度检测与控制系统，采用模块化、层次化设计。用新型的智能温湿度传感器DHT11主要实现对温度、湿度的检测，将温度湿度信号通过传感器进行信号的采集并转换成数字信号，再运用单片机STC89C52进行数据的分析和处理，为显示和报警电路提供信号，实现对温
湿度的控制报警。报警系统根据设定报警的上下限值实现报警功能，显示部分采用LCD1602液晶显示所测温湿度值。系统电路简单、集成度高、工作稳定、调试方便、检测精度高，具有一定的实用价值。 关键词：单片机；DHT11温湿度传感器； LCD1602显示 第一章：课程构思 1.1课题背景 温湿度的检测与控制是工业生产过程中比较典型的应用之一，随着传感器在生产和生活中的更加广泛的应用。在生产中，温湿度的高低对产品的质量影响很大。由于温湿度的检测控制不当，可能使我们导致无法估计的经济损失。为保证日常工作的顺利进行，首要问题是加强生产车间内温度与湿度的监测工作，但传统的方法过于粗糙，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。目前，在低温条件下(通常指100℃以下)，温湿度的测量已经相对成熟。利用新型单总线式数字温度传感器实现对温度的测试与控制得到更快的开发。但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、学习、生活提供更好的更方便的设施就需要从数字单片机技术入手，一切向着数字化，智能化控制方向发展。 对于国内外对温湿度检测的研究，从复杂模拟量检测到现在的数字智能化检测越发的成熟，随着科技的进步，现在的对于温湿度研究，检测系统向着智能化、小型化、低功耗的方向发展。在发展过程中，以单片机为核心的温湿度控制系统发展为体积小、操作简单、量程宽、性能稳定、测量精度高，等诸多优点在生产生活的各个方面实现着至关重要的作用。 温湿度传感器除电阻式、电容式湿敏元件之外，还有电解质离子型湿敏元件、重量型湿敏元件（利用感湿膜重量的变化来改变振荡频率）、光强型湿敏元件、声表面波湿敏元件等。湿敏元件的线性度及抗污染性差，在检测环境湿度时，湿敏元件要长期暴露在待测环境中，很容易被污染而影响其测量精度及长期稳定性。1.2主要内容
热电偶的结构 热电偶前端接合的形状有 3种类型，如图2.5所示。可根据热电偶的类型、线径、使用温度，通过气焊、 对焊、电阻焊、电弧焊、银焊等方法进行接合。 气澤 对輝 电隍埠.电弧挥 在工业应用中为了便于安装及延长热电偶的使用寿命，通常使用外加套管的方式。套管一般分为保护管型 和铠装型。 1. 带保护管的热电偶 是将热电偶的芯线以及绝缘管插入保护管使用的热电偶。保护管在防止芯线氧化、腐蚀的同时，还可以保 持热电偶的机械强度。保护管有多种类型，常用的如下表所示。 材质 常用 温度'C 最高使用温 度C 概要 SUS304 850 950 适用于高温、酸性、碱性环境， 不适用于氧化性、还原性气体环境 金 属 保 护 SUS316 850 950 比SUS304在高温中的耐蚀性好 SUS301S 1000 1100 Ni 、Cr 的含量高，耐热性强 SandviRP4 1050 1200 27Cr 钢，适用于高温环境， 不适用于氧化性、还原性气体 管 Kanthal A-1 1100 1350 Cr24%、A15.5%的耐热钢、在高温中机械强度高 镍铬合金 1100 1250 Ni80%、Cr20%、适用于氧化环境，不适用于硫化、还原 性气体环境 非 石英管QT 1000 1050 抗热冲击性强，但机械强度低 金 陶瓷管PT2 1400 1450 氧化铝质，气密性优 属 高铝管PT1 1500 1550 同上，抗热冲击性弱 保 刚玉管PT0 1600 1750 高纯度铝管，抗热冲击性最弱 护 管 碳化硅管 1250 1350 抗热冲击性强，但气密性差 SiC 1550 1600 在双保护管的外管上使用 氮化硅管
温度传感器的发展现状、原理及应用 摘要： 近年来，中国工业现代化进程和电子信息产业的持续快速发展，推动了传感器市场的快速崛起。温度传感器是一类重要的传感器，占传感器总需求量的40%以上。温度传感器是一种半导体器件，利用NTC电阻随温度变化的特点，将非电物理量转化为电量，从而实现精确的温度测量和自动控制。温度传感器广泛应用于温度测量和控制、温度补偿、流量和风速测量、液位指示、温度测量、紫外和红外测量、微波功率测量等领域，广泛应用于彩电领域。电脑彩色显示，开关电源，热水器，冰箱，厨房设备，空调，汽车等领域。近年来，汽车电子和消费电子行业的快速增长推动了中国对温度传感器需求的快速增长。 关键词：温度传感器；发展现状；应用
目录 一、温度传感器的发展现状 (3) 二、温度传感器的原理 (3) （一）热电偶温度传感器原理 (4) （二）金属热电阻温度传感器原理 (4) （三）集成温度传感器原理 (4) 三、温度传感器的应用 (4) （一）在汽车中的应用 (5) （二）在家用电器中的应用 (5) （三）生物医学中的应用 (6) （四）工业中的应用 (6) （五）太空中的应用 (6) 四、结论 (6) 参考文献 (8)
一、温度传感器的发展现状 温度传感器是通过物体随温度变化而改变某种特性来间接测量的[1]。不少材料、元件的特性都随温度的变化而变化，所以能作温度传感器的材料相当多。温度传感器随温度而引起物理参数变化的有：膨胀、电阻、电容、而电动势、磁性能、频率、光学特性及热噪声等等。随着生产的发展，新型温度传感器还会不断涌现。 由于工农业生产中温度测量的范围极宽，从零下几百度到零上几千度，而各种材料做成的温度传感器只能在一定的温度范围内使用。温度是一个和人们生活环境有着密切关系的物理量，也是一种在生产、科研、生活中需要测量和控制的重要物理量，是国际单位制七个基本量之一。其测量控制一般产用各式各样形态的温度传感器。 表1.1当前市面上温度传感器分类统计表[2] 分类特征传感器名称 测量范围 超高温用1500℃以上光学高温计、辐射传感器 中高温用1000℃ -1500℃ 光学高温计、辐射传感器、热电偶 中温用500℃-1000℃光学高温计、辐射传感器、热电 低温用-250℃-0℃晶体管、热敏电阻、压力式玻璃温度计极低温用-270℃ --250℃ BaSrTi03陶瓷 现如今，在集成数字智能温度传感器领域，国内相关的设计和研究尚处于交 际处的阶段。目前市场上流行的同类温度传感器诸如DS18B20，AD7416，AD7417，AD7418，AD590等F，大国都是出自国外一些比较大的公司。就目前来说，国内的很多公司往往温度传感器产品比较少，并且已申请到的相关专利也非常少，处理厦门大学等高校申请专利外，还有香港应用科技研究院、苏州纳芯微电子、背景中电华大电子设计、上海贝岭等少数研究机构或企业的专利，虽然其专利名称比较大，但是技术涉及点并不全面。因此，在集成数字温度传感器方面，我国尚有较大的发展空间。
温度传感器的结构和安 装方法 Document serial number【LGGKGB-LGG98YT-LGGT8CB-LGUT-
热电偶的结构 热电偶前端接合的形状有3种类型，如图所示。可根据热电偶的类型、线径、使用温度，通过气焊、对焊、电阻焊、电弧焊、银焊等方法进行接合。 在工业应用中为了便于安装及延长热电偶的使用寿命，通常使用外加套管的方式。套管一般分为保护管型和铠装型。 1.带保护管的热电偶 是将热电偶的芯线以及绝缘管插入保护管使用的热电偶。保护管在防止芯线氧化、腐蚀的同时，还可以保持热电偶的机械强度。保护管有多种类型，常用的如下表所示。 材质 常用 温度℃最高使用 温度℃ 概要 金属保护管SUS304850950 适用于高温、酸性、碱性环境， 不适用于氧化性、还原性气体环境 SUS316850950比SUS304在高温中的耐蚀性好 SUS301S10001100Ni、Cr的含量高，耐热性强 SandviRP410501200 27Cr钢，适用于高温环境， 不适用于氧化性、还原性气体 Kanthal A-1 11001350Cr24%、%的耐热钢、在高温中机械强度高 镍铬合金11001250 Ni80%、Cr20%、适用于氧化环境，不适用于硫化、
还原性气体环境 非金属保护管石英管QT10001050抗热冲击性强，但机械强度低 陶瓷管 PT2 14001450氧化铝质，气密性优 高铝管 PT1 15001550同上，抗热冲击性弱 刚玉管 PT0 16001750高纯度铝管，抗热冲击性最弱 碳化硅管 SiC 1250 1550 1350 1600 抗热冲击性强，但气密性差 在双保护管的外管上使用 氮化硅管 Si3N4 14001600与碳化硅管大致相同，适用于熔融铝 2.铠装型热电偶 铠装热电偶的测量原理与带保护管的热电偶相同。它使用纤细的金属管(称为套管)作为上图中绝缘管(陶瓷)的替代品，并使用氧化镁(MgO)等粉末作为绝缘材料。由于其外径较细且容易弯曲，所以最适合用来测量物体背面与狭小空隙等处的温度。此外，与带保护管的热电偶相比，其反应速度更为灵敏。铠装热电偶的套管外径范围较广，可以拉长加工为ф到ф的各种尺寸。芯线拉伸得越细，常用温度上限越低。如K型热电偶，套管外径ф的常用温度上限是600℃，ф的是1050℃。 热电阻的结构
家庭当中常用的传感器主要有温度传感器、气体传感器、光传感器、超声波传感器以及红外线传感器等等。其中温湿度传感器在家电应用最为普遍，它不仅给生活带来极大的便利，还能使家庭内外的空气相平衡。 随着生活水平的提高，家具智能化的需求逐步显现，温度、湿度等数据采集的应用也开始显现出越来越大的市场潜力。通过温湿度传感器，C8051F985低功耗MCU，CP2403 LCD 驱动，和LCD显示器构建一个用于家庭等温度、湿度数据采集的系统，该系统主要用于方便、及时的获取室内、外的温度、湿度等数据(也可和其他传感器集成扩展数据采集应用范围)。家庭数据采集系统的工作原理 使用温湿度传感器，C8051F985低功耗处理器，CP2403 LCD驱动，都具有I C通信接口，可做成模块，只需要选用自己的LCD显示器即可。 典型应用如下：室内、室外各放置温湿度传感器(以下简称采集节点)一个，定时唤醒采集温度、湿度原始数据，经过温湿度传感器内部的AD转换器，和出厂校准的原始数据处理，转换成温、湿度最终数据，经由I C总线传递到低功耗处理器C8051F985处理。C8051F985低功耗处理器决定启用哪个采集节点，以此降低功耗，并控制CP2403 LCD驱动，将数据最终显示LCD显示器上。本文使用的Si7001温湿度传感器，C8051F985低功耗处理器，CP2403 LCD驱动，都具有I2C通信接口，可做成模块，只需要选用自己的LCD显示器即可。典型应用如下：室内、室外各放置2个Si7001温湿度传感器(以下简称采集节点)，定时唤醒采集温度、湿度原始数据，经过Si7001内部的AD转换器，和出厂校准的原始数据处理，转换成温、湿度最终数据，经由I2C总线传递到低功耗处理器C8051F985处理。C8051F985低功耗处理器决定启用哪个采集节点，以此降低功耗，并控制CP2403 LCD驱动，将数据最终显示LCD显示器上。 家庭数 据采集系统的性 能- 各节点 功耗① Si7001的功耗 Si7001湿度测量 周期内典型的电 流为240uA，温度 测量周期内典型 的电流为320uA， 睡眠电流0.2uA， 每分钟进行一次 温、湿度测量的平 均功耗仅为1uA。 ②C8051F985的功 耗C8051F985睡眠电流10nA，工作电流150uA/MHz ③CP2403的功耗。睡眠电流0.02μA，工作电流<3uA。以每分钟测量一次，工作频率4MHz进行计算，平均功耗为不超过15uA，非常适合电池供电
情景五 温度传感器的连接与信号获取 任务1：炉温检测 5.1.1任务目标 使学生了解炉温检测器件、测温范围和测温电路。 5.1.2任务内容 针对炉温检测要求，确定温度传感器。分析制定安装位置、实施效果检测方案，成本分析。学生现场安装、连接和调测传感器电路。 5.1.3知识点 热电偶传感器是一种自发电式传感器，测量时不需要外加电源，直接将被测量转换成电势输出。使用十分方便，常被用作测量炉子、管道内的气体或液体的温度及固体的表面温度。它的测温范围很广，常用的热电偶测温范围为－50℃～＋1600℃，某些特殊热电偶最低可测－270℃，最高可达＋2800℃。 它具有结构简单、制造方便、测量范围广、精度高、惯性小和输出信号便于远传等许多优点。 一、热电偶的外形结构、种类和特性 （一）常用热电偶的外形 各种普通装配型热电偶的外形如下图所示。 各种普通装配型热电偶 接线盒 引出线套管 不锈钢保护套管 热电偶工作端 固定螺纹
各种铠装型热电偶的外形如下图所示。 各种防爆型热电偶的外形如图所示。 （二）热电偶的结构 接线盒固定装置 B -B 金属导管绝缘材料 A 放大 A B B 各种防爆型热电偶 （a ） （b ） 热电偶的结构 （a ）普通热电偶；（b ）铠装热电偶 各种铠装型热电偶
（三）热电偶的分类 1．热电偶的结构分类： （1）普通热电偶： 普通热电偶一般由热电极、绝缘套管、保护套管和接线盒等几部分组成。常用于测量气体、蒸气和各种液体等介质的温度。 （2）铠装热电偶： 铠装热电偶又称缆式热电偶，此种热电偶是将热电极、绝缘材料连同保护管一起拉制成型，经焊接密封和装配等工艺制成的坚实的组合体。可做得很细、很长，可弯曲，外径小到1～3mm。主要特点是测量端热容量小、动态响应快、绕性好、强度高。 2．热电偶的种类： （1）标准型热电偶： 标准型热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、允许误差、并有统一的标准分度表的热电偶。标准热电偶有配套显示仪表可供选用。 国际电工委员会（IEC）向世界各国推荐了8种热电偶作为标准型热电偶。表2-1是它们的基本特性。热电偶名称的含义如下： 标准型热电偶及基本特性