基于傳感器和PIC微控制器的相對濕度計

　　我們周圍的空氣是一種混合氣體，空氣中含有水蒸氣，空氣的干濕程度跟空氣中含有的水蒸氣的多少有關(guān)，而空氣的干濕程度又跟我們的生活和生產(chǎn)密切相關(guān)，因此知道并掌握這方面的一些知識很有必要.

　　(一)空氣的濕度

　　空氣的濕度可通俗地理解為空氣的潮濕程度.它有絕對濕度和相對濕度之分.

　　1、絕對濕度：空氣中水蒸氣的壓強(qiáng)p叫做空氣的絕對濕度.

　　空氣的濕度可以用空氣中所含水蒸汽的密度，即單位體積的空氣中所含水蒸汽的質(zhì)量來表示.由于直接測量空氣中水蒸氣的密度比較困難，而水蒸氣的壓強(qiáng)隨水蒸氣密度的增大而增大，所以通常用空氣中水蒸氣的壓強(qiáng)來表示空氣的濕度，這就是空氣的絕對濕度.

　　2、相對濕度

　　(1)概念的引入：為了表示空氣中水蒸氣離飽和狀態(tài)的遠(yuǎn)近而引入相對濕度的概念.

　　(2)相對濕度B：某溫度時空氣的絕對濕度p跟同一溫度下水的飽和汽壓ps的百分比叫做這時空氣的相對濕度.

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　?、谠诮^對濕度p不變而降低溫度時，由于水的飽和汽壓減小而使空氣的相對濕度增大.

　?、劬邮业南鄬穸纫?0%～70%較適宜.

　　(二)露點(diǎn)

　　1、露點(diǎn)：使空氣里的水蒸氣剛好達(dá)到飽和時的溫度叫做露點(diǎn).

　　(1)露點(diǎn)溫度時水的飽和汽壓就是空氣的絕對濕度.

　　(2)根據(jù)露點(diǎn)和氣溫的差值，可大致判斷出相對濕度大小，差值越大，相對濕度越小.

　　2、露點(diǎn)可以測定.

　　3、根據(jù)測定的露點(diǎn)可確定空氣的相對濕度.從水的飽和汽壓表中查出露點(diǎn)時的飽和汽壓(等于空氣在原來溫度時的絕對濕度)再查出原來溫度下飽和汽壓，就可求出.

　　(三)濕度計

　　1、濕度計的構(gòu)成：濕度計由兩只完全相同的溫度計構(gòu)成.其中一只溫度計為干泡溫度計，另一只為濕泡溫度計.

　　2、濕度計測量完全相對濕度的原理：由于濕泡溫度計的感溫泡包著棉紗，棉紗的下端浸在水中，水的蒸發(fā)而使?jié)衽轀囟扔嫷臏囟仁緮?shù)總是低于干泡溫度計的溫度示數(shù)(氣溫)這一溫度差值跟水蒸發(fā)快慢(即當(dāng)時的相對濕度)有關(guān).根據(jù)兩溫度計的讀數(shù)，從表或曲線上可查出空氣的相對濕度.
二.如圖所示，用一個具有容性響應(yīng)的傳感器和一只PIC微控制器(MCU)就可以構(gòu)成一個相對濕度計。

　　其中Humirel公司提供的HS1101型傳感器的電容取值范圍為162 ~202pF。

　　使用一個TLC555 CMOS 定時器作為振蕩器，完成從電容到頻率的轉(zhuǎn)換，定時器的頻率等式如下：F = 1.44/(RA + 2RB)×CX這里電阻RA和RB分別等于421 kΩ和42.4 kΩ，CX為傳感器電容。接到定時器控制電壓輸入端的1MΩ電阻用來使與傳感器溫度系數(shù)相匹配的定時器內(nèi)部溫度系數(shù)失衡。

　　MCU測量輸入信號周期，并將其轉(zhuǎn)換為相對濕度數(shù)字讀數(shù)。這通過MCU內(nèi)部計數(shù)器(TMR1)和捕獲/比較/脈寬調(diào)制模塊(CCP)來實現(xiàn)的。

　　因為傳感器的電容范圍非常窄，信號的周期范圍也會非常小，因此使用一個8.000MHz的晶振來獲得0.5μs的指令周期。

　　另外，CCP模塊被配置成將輸入電壓分為4部分，這樣就可以在由TLC555提供的不同周期中增加計數(shù)脈沖范圍。PIC的CCP模塊可以檢測每4個或16個脈沖的上升或下降沿。

　　在這種情況下，CCP模塊是按4個上升沿配置的。此檢測事件存儲在寄存器PIR1的CCP1IF標(biāo)志位。當(dāng)檢測到第一個上升沿時此標(biāo)志位被置位，通過軟件使能TMR1開始計數(shù)。

　　隨后該標(biāo)志位必須被清除，等待檢測第四個上升沿，然后停止定時器?，F(xiàn)在必須將代表一個周期的總計數(shù)從存儲器TMR1L和TMR1H分別轉(zhuǎn)存到存儲器CCPR1L和CCPR1H。

　　利用該數(shù)據(jù)，我們進(jìn)一步從結(jié)果周期數(shù)中減去對應(yīng)于濕度0%的周期數(shù)(在本例中，取十進(jìn)制數(shù)62(3EH)) 以完成從周期數(shù)到相對濕度的轉(zhuǎn)換。對應(yīng)于濕度0%的周期數(shù)可以由制造商提供的等式和TLC555定時器產(chǎn)生的頻率計算確定。

　　16位減法是通過首先對上述數(shù)值進(jìn)行二進(jìn)制補(bǔ)運(yùn)算，然后將結(jié)果加到由TMR1得到的數(shù)據(jù)而實現(xiàn)的，這個算術(shù)運(yùn)算的結(jié)果即對應(yīng)于相對濕度。最后由MCU完成從二進(jìn)制數(shù)到BCD碼的轉(zhuǎn)換。

　　二進(jìn)制到BCD的轉(zhuǎn)換使用三個外存儲器：個、十、百位存儲器，相對濕度(濕度百分比)被送到個位存儲器，然后減10，由累加器W保存此運(yùn)算結(jié)果。

　　通過測試狀態(tài)寄存器的進(jìn)位，我們可以知道運(yùn)算結(jié)果是否大于10。如果小于10，則運(yùn)算結(jié)果只有個位，不需要繼續(xù)進(jìn)行更多的比較運(yùn)算，這樣轉(zhuǎn)換就僅限于于個位存儲器。

　　如果運(yùn)算結(jié)果大于10，十位存儲器加1，十位存儲器加1時個位存儲器必須進(jìn)行同樣的減10運(yùn)算。

　　當(dāng)十位存儲器等于10時，百位存儲器加1。同樣的運(yùn)算處理一直進(jìn)行下去，直到個位存儲器的數(shù)小于10。轉(zhuǎn)換結(jié)束時，每個存儲器的結(jié)果便是BCD碼，BCD碼到七段數(shù)碼的轉(zhuǎn)換由子程序OPTABLE完成。

　　轉(zhuǎn)換電路有一個四位多路共陰極LED顯示器，要求采用一個多路轉(zhuǎn)換程序來正確地顯示讀數(shù)。多路轉(zhuǎn)換通過以200Hz的頻率切換三個2N2222晶體管，一次激發(fā)一個顯示單元的方式來實現(xiàn)。