MEMS温湿度传感器集成系统设计

发布时间：2017-08-17 15:17

  本文关键词：MEMS温湿度传感器集成系统设计

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【摘要】：温湿度是与人类紧密相联的两个环境因素,在社会生产生活中起着重要的作用。在现代工业应用中,传统的温湿度传感器已经不能满足某些特定的环境监测需求,集成传感器系统由此应运而生。集成传感器系统以大规模集成电路工艺和现代传感器为两大基础,将敏感元件、信号调理电路、微处理器以及通信接口模块等集成在一起。本文对MEMS温湿度传感器集成系统进行开发。该集成系统由温度传感器、湿度传感器、信号处理芯片等组成。本文所采用的温度传感器为MEMS微加工工艺制备的薄膜结构的铂电阻传感器,湿度传感器为三明治电容式湿度传感器。温湿度传感器与信号处理芯片被封装到一起,封装尺寸为16mm*8mm*3mm。信号调理电路能够将温度传感器的电阻量和湿度传感器的电容量转换成数字信号,实现高精度的温湿度测量。信号处理芯片通过软件控制实现温湿度测量,将测量得到的数字信号转换成实际的温湿度值,并通过IIC协议实现数据输出。同时,为了减小温度的影响,集成系统中对湿度传感器进行温度补偿,提高了湿度测试精度。为了进行实验验证,本文设计了相关测试系统。测试系统包括通信电路、双压湿度发生器以及数字温度表等。实验数据显示,该MEMS温湿度传感器集成系统湿度测量精度达到±3%RH,温度测量精度±0.5℃,吸湿响应时间2.4s,脱湿响应时间2.7s。
【关键词】：温度传感器 湿度传感器 集成系统 MEMS
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-20
• 1.1 温度传感器介绍8-10
• 1.1.1 温度表示方法8-9
• 1.1.2 温度传感器的主要性能参数9-10
• 1.2 湿度传感器的介绍10-11
• 1.2.1 湿度表示方法10
• 1.2.2 湿度传感器的主要性能参数10-11
• 1.3 温湿度传感器集成系统的发展现状11-18
• 1.3.1 Sensiron公司温湿度传感器12-16
• 1.3.2 Humirel公司温湿度传感器16-17
• 1.3.3 Honeywell公司温湿度传感器17-18
• 1.4 研究内容和设计指标18-19
• 1.4.1 研究内容18
• 1.4.2 设计指标18-19
• 1.5 论文组织结构19-20
• 第二章 MEMS温湿度传感器集成系统硬件设计20-32
• 2.1 MEMS温湿度传感器芯片20-21
• 2.2 PCap02处理器21-25
• 2.2.1 A/D前端转换21-23
• 2.2.2 内部存储23-25
• 2.2.3 数字信号处理器25
• 2.3 集成系统封装25-30
• 2.3.1 集成系统封装过程27
• 2.3.2 封装基板设计27-29
• 2.3.3 集成系统封装管壳29-30
• 2.4 本章小结30-32
• 第三章 MEMS温湿度传感器集成系统软件设计32-40
• 3.1 PCap02指令集32-34
• 3.2 集成系统软件模块34-35
• 3.3 集成系统温度补偿方案35-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第四章 MEMS温湿度传感器集成系统测试方法40-46
• 4.1 测试方法40-41
• 4.2 通信电路硬件组成41-43
• 4.2.1 单片机选型42
• 4.2.2 电压转换模块42-43
• 4.3 通信电路软件组成43-45
• 4.3.1 单片机与集成系统通信44
• 4.3.2 单片机与液晶屏通信44-45
• 4.4 本章小结45-46
• 第五章 MEMS温湿度传感器集成系统测试结果与分析46-54
• 5.1 温度传感器46-48
• 5.1.1 灵敏度46
• 5.1.2 线性度46-47
• 5.1.3 温度准确度测试47-48
• 5.2 湿度传感器48-53
• 5.2.1 灵敏度48
• 5.2.2 回滞特性48-49
• 5.2.3 湿度准确度测试49-50
• 5.2.4 响应时间50-51
• 5.2.5 温度特性51-53
• 5.3 本章小结53-54
• 第六章 总结与展望54-56
• 6.1 总结54
• 6.2 工作展望54-56
• 致谢56-58
• 参考文献58-60
• 作者简介60

【参考文献】

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本文编号：689688