引言

隨著時代的發(fā)展，數(shù)字化家居控制系統(tǒng)的出現(xiàn)使得人們可以通過手機(jī)或者互聯(lián)網(wǎng)在任何時候、任意地點(diǎn)對家中的任意電器進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，同時也可以對室內(nèi)的空氣溫度、濕度、質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測和調(diào)節(jié)。

在常規(guī)的環(huán)境參數(shù)檢測中，濕度是最難準(zhǔn)確測量的一個參數(shù)。這是因?yàn)闇y量濕度要比測量溫度復(fù)雜得多，溫度是個獨(dú)立的被測量，而濕度卻受其他因素(大氣壓強(qiáng)、溫度)的影響。本文選用一種具有獨(dú)特工藝設(shè)計(jì)、價格較低廉的、高精度、極好的線性輸出的HSll01做為濕度傳感器．較好的實(shí)現(xiàn)了對空氣濕度的測量。并予以顯示。

1 HSl 101簡介

HSll01是法國Humirel公司推出的一款電容式相對濕度傳感器。該傳感器可廣泛應(yīng)用于辦公室、家庭、汽車駕駛室、和工業(yè)過程控制系統(tǒng)等，對空氣濕度進(jìn)行檢測。與其他產(chǎn)品相比，有著顯著的優(yōu)點(diǎn)：

◆無需校準(zhǔn)的完全互換性：

◆長期飽和狀態(tài)，瞬間脫濕：

◆適應(yīng)自動裝配過程，包括波峰焊接、回流焊接等；

◆具有高可靠性和長期穩(wěn)定性：

◆特有的固態(tài)聚合物結(jié)構(gòu)：

◆適用于線性電壓輸出和線性頻率輸出兩種電路；

◆響應(yīng)時間快。

1．1基本參數(shù)

基本參數(shù)如表l所示。默認(rèn)測量溫度‘rct=25~C，測量時HSll01工作頻率為10Khzo

1．2特性曲線

如圖1。測量溫度Tα=25。C，測量時HSll01工作頻率為10Khzo

從特性曲線曲線圖上我們可以看出，HSll01具有極好的線性輸出?？梢越瓶闯上鄬穸戎蹬c電容值成比例。因此在測量過程中，采集電容值即可。

2測量電路

2．1濕度定義

濕度指的是相對濕度。用％RH表示。即氣體中(通常為空氣中)所含水蒸氣量(水蒸氣壓)與其空氣在相同情況下飽和水蒸氣量(飽和水蒸氣壓)的百分比。

2．2測量原理

HSll00濕度傳感器是一種基于電容原理的濕度傳感器，相對濕度的變化和電容值呈線性規(guī)律。在自動測試系統(tǒng)中，電容值隨著空氣濕度的變化而變化，因此將電容值的變化轉(zhuǎn)換成電壓或頻率的變化，才能進(jìn)行有效地數(shù)據(jù)采集。用555集成電路組成振蕩電路，HSl 100濕度傳感器充當(dāng)振蕩電容，從而完成濕度到頻率的轉(zhuǎn)換。

2．3測量方法

HSll01濕敏傳感器是采用側(cè)面開放式封裝，只有兩個引腳，有線性電壓輸出和線性頻率輸出兩種電路。在使用時，將2腳接地，這里選用頻率輸出電路。該傳感器采用電容構(gòu)成材料，不允許直流方式供電。所以我們使用555定時器電路組成單穩(wěn)態(tài)電路。具體電路分析如下。

電源電壓工作范圍是UCC=+3．5～+12V。利用一片CMOS定時器TLC555．配上HSll01和電阻R2、R4構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路，將相對濕度值變化轉(zhuǎn)換成頻率信號輸出。輸出頻率范圍是7351-6033Hz，所對應(yīng)的相對濕度為0～100％。當(dāng)RH=55％時，f=6660Hz。輸出的頻率信號可送至數(shù)字頻率計(jì)或控制系統(tǒng)，經(jīng)整理后送顯示。R3為輸出端的限流電阻，起保護(hù)作用。通電后．電源沿著Uc→R4→R2→C對HSl 101充電。經(jīng)過t1時間后濕敏電容的壓降Uc就被充電到TI~C555的高觸發(fā)電平(Uh=0．67Ucc)，使內(nèi)部比較器翻轉(zhuǎn)，OUT的輸出變成低電平。然后C開始放電，放電回路為C→R2→D→內(nèi)部放電管地。經(jīng)過t2時間后，Uc降到低觸發(fā)電平(Ul=0．33Ucc)，內(nèi)部比較器再次翻轉(zhuǎn)，使OUT端的輸出變成高電平。這樣周而復(fù)始的進(jìn)行充、放電，形成了振蕩。充電、放電時間計(jì)算公式分別為：tl=C(R2+R4)ln2；t2=CR21n2；輸出波形的頻率(f)和占空比(D)的計(jì)算公式如下：f=1／T=1／(t1+t2)=1／C(2R2+R4)ln2；D=tl／T=t1／t1+t2=R2+R4／(2R2+R4)；通常取R4《R2，使D≈50％，輸出接近于方波。例如，取人R2=567kQ，R4=49．9kΩ。

濕度傳感器只是保證傳感探頭的精度，在實(shí)際使用中，綜合精度除了與濕度傳感器本身元件有關(guān)，還與外圍電路的器件選擇相關(guān)。為了與HSll01溫度系數(shù)相匹配，Rl數(shù)值應(yīng)取為1％精度，且最大溫漂不超過100ppm(ppm：百萬分之一，表示當(dāng)溫度變化1℃，所對應(yīng)的電阻相對變化量)。為了保證達(dá)到6660Hz／55％,R2與555電路選取參照如下表：

當(dāng)RH=55％、TA=+25℃時，典型輸出方波頻率與相對濕度的數(shù)據(jù)對照見表3。

2．4與微處理器IPC2132接口

LPC2132是一種支持實(shí)時仿真和跟蹤的16／32位基于ARM7TDMI-S內(nèi)核的CPU，并帶有64KB嵌入的高速FLASH存儲器。LPC2132的實(shí)時仿真和跟蹤功能方便了代碼調(diào)試，降低了開發(fā)成本。并且I／O口能夠接受5V容限。整個濕度傳感器由于采用頻率輸出電路，接口簡單，可直接與LPC2132普通I／0對接，這里選用PO．6腳做為頻率測量接口。

3軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)主要完成對HSl 101在單位時間內(nèi)的頻率測量。軟件設(shè)計(jì)采用端口掃描方式，間隔8S開始測量，測量時間為1S。統(tǒng)計(jì)單位時間內(nèi)脈沖的個數(shù)，與表3對照，確定濕度值的范圍，并將濕度值通過LCD顯示。為了保證測量精度，可以取3次以上測量數(shù)據(jù)，求平均值后，作為最終送顯示數(shù)據(jù)。微處理器工作晶體選用12．000MHz。程序代碼采用嵌入式C語言編寫，經(jīng)在ADSl．2編譯環(huán)境中進(jìn)行編譯后，移植到微處理器內(nèi)執(zhí)行。軟件主要測量代碼如下，并給出了詳細(xì)注釋。

Do

{

IODIR0=10DIROIRO＆OXOfffffbf：

／／p0．6設(shè)置成輸入

d0 ／／讀IO口寄存器

{ if((IOPIN0&(1<<0x06))==0x00000000)

break： ／／檢測0電平

} while(1)；

Do

{ if((IOPIN0&(1<<0x06))!=Ox00000000)

break： ／／檢測l電平

}while(1)；

fdat++： ／／累積1S時間內(nèi)脈沖個數(shù)

} while(pt8s％8==0)； ／／間隔8S測量一次

fdat--；

time(1)； ／／延時必須保留

if((fdat>6033)&(fdat<6187))rhb=90；

／／將測量數(shù)值轉(zhuǎn)換為對應(yīng)百分比，1％一100％

if((fdat>6186)&(fdat<6331))rhb=80；

if((fdat>6330)&(fdat<6469))rhb=70；

if((fdat>6468)&(fdat<6601))rhb=60；

if((fdat>6600)&(fdat<6729))rhb=50；

if((fdat>6728)&(fdat<6854))rhb=40；

if((fdat>6853)&(fdat<6977))rhb=30；

if((fdat>6976)&(fdat<7101))rhb=20；

if((fdat>7100)&(fdat<7225))rhb=10；

if(fdat>7224)rhb=00：

lhb=fdat％100： ／／對測量數(shù)值取低兩位

time(1)； ／／處理需要等待一段時

間，否則lhb=0

if((rhb==60)\(rhb==70)\(rhb==90))lhb=lhb／

13： ／／對低兩位數(shù)值取個位，

else if(rhb==80)lhb=lhb／1 4；

else lhb=lhb／12；

time(1)；

rhb=rhb+lhb； ／／將數(shù)據(jù)合成一起，送顯示

fdat=Ox00000000；／／清0，為下次準(zhǔn)備

}

4結(jié)語

由于HSll01采用獨(dú)特的電容式單元設(shè)計(jì)，具有響應(yīng)速度快、體積小、線性度好、較穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，我們將HSll01用在智能家居控制系統(tǒng)中，完成對空氣濕度的測量，經(jīng)長期應(yīng)用，性能達(dá)到了穩(wěn)定可靠，同時也實(shí)現(xiàn)了對低成本的要求。