濕度傳感器HS1101在智能家居控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

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。可以近似看成相對(duì)濕度值與電容值成比例。因此在測(cè)量過(guò)程中，采集電容值即可。

2測(cè)量電路

2．1濕度定義

濕度指的是相對(duì)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(cè)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(duì)濕度的變化和電容值呈線性規(guī)律。在自動(dòng)測(cè)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?cái)?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(cè)量方法

HSll01濕敏傳感器是采用側(cè)面開(kāi)放式封裝，只有兩個(gè)引腳，有線性電壓輸出和線性頻率輸出兩種電路。在使用時(shí)，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(shí)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(shí)器TLC555．配上HSll01和電阻R2、R4構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路，將相對(duì)濕度值變化轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)輸出。輸出頻率范圍是7351-6033Hz，所對(duì)應(yīng)的相對(duì)濕度為0～100％。當(dāng)RH=55％時(shí)，f=6660Hz。輸出的頻率信號(hào)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(duì)HSl 101充電。經(jīng)過(guò)t1時(shí)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(kāi)始放電，放電回路為C→R2→D→內(nèi)部放電管地。經(jīng)過(guò)t2時(shí)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(shí)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(guò)100ppm(ppm：百萬(wàn)分之一，表示當(dāng)溫度變化1℃，所對(duì)應(yīng)的電阻相對(duì)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(shí)，典型輸出方波頻率與相對(duì)濕度的數(shù)據(jù)對(duì)照見(jiàn)表3。

2．4與微處理器IPC2132接口

LPC2132是一種支持實(shí)時(shí)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(chǔ)器。LPC2132的實(shí)時(shí)仿真和跟蹤功能方便了代碼調(diào)試，降低了開(kāi)發(fā)成本。并且I／O口能夠接受5V容限。整個(gè)濕度傳感器由于采用頻率輸出電路，接口簡(jiǎn)單，可直接與LPC2132普通I／0對(duì)接，這里選用PO．6腳做為頻率測(cè)量接口。