基于fpga多路qcm湿度传感器设计及实现

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1、ClassifiedIndex：TP212U．D．C：621．38SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisDESIGNANDIMPLEMENTATIONOFMULTI—CHANNELQCMHUMIDITYSENSORBASEDONFPGAGrade：2010Candidate：ZhaoJingAcademicDegreeAppliedfor：EngineeringMasterSpeciality：IntegratedCircuitEngineeringSupervisor：Prof．ChenXiangdongJune．2013

2、西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密口，在年解密后适用本授权书；2．不保密0使用本授权书。(请在以上方框内打“√”)学位论文作者签名：起晶指导老师签名：日期：p雕∽日期：如J?，6．，]

3、西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡献)声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：本文所研究的内容，旨在

4、设计一种基于FPGA核心部件的QCM湿度传感器的测量系统。所做的工作有：(1)分析了几种不同的QCM湿度传感器测量方法，制定了以FPGA．EP2C8Q208芯片为核心器件的QCM湿度传感器的振荡电路法设计方案；(2)设计了QCM湿度传感器的外部硬件电路：主要包括基于74HC04反相器的晶体振荡电路，基于LCDl602的液晶显示电路，基于AMSlll7．3．3的电压转换电路及其他辅助电路；(3)给出了基于FPGA测量的总体工作流程，设计并实现了FPGA的总体程序，主要包括控制程序、频率测量与数据锁存程序、频率差值计算程序、物理量转换程序和LCDl602显示驱动程序。为了实现实验

5、数据标定与湿度测量相分离且可以多路测量，设计了一个模式和通道选择模块，可以让使用者自由选择系统工作模式和测量通道；(4)组建了测量系统电路，经实验测试证明了测量系统方法的可行性；(5)从实验测量得到了相对湿度与谐振频率漂移、石英晶体短期稳定性的实验数据，并采用线性函数最小二乘法对频湿特性数据进行了数据拟合得到两者关系方程式，最后实现了拟合方程的FPGA设计。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人

6、完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要湿度测量对于现代生产、生活，不管是粮食仓储、作物种植、纸张存放，还是家居、办公室、实验室环境等，都有重要作用。相关湿度传感器的设计已经有了不少的研究。石英晶体微天平湿度传感器能够实现数字化测量，通过结合数字电子设备就可以实现湿度的测量。FPGA内部资源丰富，能实现强大的电路功能，并且设计周期短，开发费用低。本文主要针对石英晶体湿度传感器的测量系统，设计了FPGA作为核心器件的QCM湿度传感器，简化了QCM湿度传感器的系统电路结构。本文分析比较了几种QCM湿度传感器的测量方法，在此基础

7、上根据FPGA的特点，制定了以QCM振荡电路法为核心的测量方法；阐述了该QCM湿度传感器测量系统的工作原理、系统构成；完成了由74HC04晶体振荡电路、FPGA核心测量电路和液晶LCDl602显示电路构成的湿度测量系统的主要软硬件设计。制作了整体实物测量电路，选用了两种湿敏材料为基础的QCM湿度传感器，采集了相对湿度与谐振频率变化量的实验数据；测试了QCM湿度传感器短期工作的稳定性能；分析了实验结果，采用最小二乘法对实验数据进行了线性拟合；设计了一种最少分段最小二乘线性拟合法，使拟合度大大提高；文末总结全文，对设计的不足之处提出改进的建议。经过对湿度传感器的系统测试验证了本设

8、计方法的可行性，证明了该系统能够达到预期的设计目标。关键词：石英晶体微天平；湿度传感器；湿度测量；现场可编程门阵列；最小二乘法西南交通大学硕士研究生学位论文第1I页AbstractHumiditymeasurememformodemproduction，life，whetheritiSfoodstorage，cmpplanting，paperstorage，orhome，office，laboratoryenvironment，whichhaveanimportantrole．Relativehumid