1、一種濕度測量電路的設計 2009-07-15 10:50:10 來源：現代電子技術 關鍵詞： 濕度 , 傳感器 , 測量電路1 引 言 在工農業生產、氣象、環保、科研等部門，經常需要對環境濕度進行測量及控制，快速、準確地測量出環境濕度有著重要作用。電容式相對濕度傳感器HS11001101是基于獨特工藝設計的電容元件，具有可靠性高、穩定性好、反應時間快等優點，可用于線性電壓或頻率輸出回路當中。本設計采用HS11001101的頻率輸出特性，來實現對環境相對濕度的測量。 2 HS11001101的特點及輸出特性 HS11001101采用具有專利權的固態聚合物結構，它具有全互換性，在標準環境下不需要校

2、正，長時間飽和下快速脫濕，高可靠性等特點，可用于作業環境濕度自動化及工業控制系統，同時在需要濕度補償的地方它也可以得到很大的應用。其輸出電容與相對濕度特征曲線如圖1所示，該曲線中的數據是在工作頻率為10 kHz，工作溫度為25下測定的數據。此曲線的方程如下： 式中，C0為工作頻率等于10 kHz，相對濕度RH為55時HS11001101表現的電容值，C單位為pF。 由于該電容的測量是在10 kHz條件下測得的，而傳感器HS11001101可工作于5100 kHz范圍內，并沒有限制必須工作于10 kHz上，因此當工作于其他頻率時，必須對該曲線進行校正，其校正公式如下所示： 式中C1為工作頻率為1

3、0 kHz時傳感器的典型電容值；f為電路工作頻率，單位為kHz。在利用傳感器進行測量時為了達到更好的互換性，回路中需要把傳感器的第2腳接地。該腳已經標記在傳感器頭的背面的標簽上。 3 電路設計 3.1 系統電路設計 電路系統主要由控制電路、濕度測量電路、接口電路、顯示電路和鍵盤組成，如圖2所示。其中，控制電路采用AT89C51單片機以及外圍元件構成，主要完成定時、濕度頻率數據采集、數據處理和結果顯示等任務。濕度測量電路實現環境濕度與頻率的轉換，其輸出信號的頻率與濕度單值對應。接口電路主要完成輸出頻率信號的整形、電平匹配等，送入單片機的定時計數器T1。T1工作于計數器方式，定時記錄脈沖數并存入內

4、存緩沖區。 3.2 濕度測量電路設計及工作原理 HS1100HS1101電容式濕度傳感器，在電路構成中等效于一個電容器件，其電容量隨著所測空氣濕度的增大而增大。如何將電容的變化量準確地轉變為計算機易于接收的信號，常用2種方法：一是將該濕敏電容置于運放與阻容組成的橋式振蕩電路中，所產生的正弦波電壓信號經整流、直流放大、再AD轉換為數字信號；另一種是將該濕敏電容置于555振蕩電路中，將電容值的變化轉為與之呈反比的電壓頻率信號，可直接被計算機所采集。本文采用第二種方法，因此在系統電路設計中，可略去接口電路。 由HS11001101與555定時器構成的非穩態振蕩電路如圖3所示，它是典型的555非穩態電

5、路。555必須為CMOS型定時器。HS11001101作為定時電容CT接在555的2腳(TRI)和6腳(THR)上，R3起輸出短路保護作用。引腳7連接于電阻R4與R2之間，這樣充電支路為R4，R2，CT，放電支路為CT，R2。 當電源+Vcc接通時，CT兩端的電壓Vc=0，定時電路處于置位狀態，由+Vcc通過R2與R4對變量電容CT充電，當Vc達到門限電壓(23Vcc)時，定時電路翻轉為復位狀態，CT通過R2向555內部的放電管放電，當Vc降低到觸發電平(13Vcc)時，定時電路又翻轉為置位狀態，CT開始充電，這樣周而復始，形成振蕩。其工作循環中的充電時間Thigh、放電時間Tlow、振蕩頻率

6、F可描述如下： 為了使占空比接近50，R4與R2相比，應該非常小，但是不能低于最小值，它受HS11001101起始充電電流的限制。一般要求起始充電電流不大于5 mA。當外界濕度變化時引起HS11001101電容值的改變，從而改變回路的輸出頻率值。其輸出端Fout與51單片機的T1腳相連接。 555電路的非平衡電阻R1作為內部溫度補償用，應具有1的精度，目的是為了引入溫度效應，使它與HS11001101的溫度效應相匹配。由于不同型號的555的內部溫度補償有所不同，所以R1的值必須與特定的芯片相匹配。此電路所用的電阻阻值及元件如圖3所示。 基于圖3所示電路參數，在溫度為25，典型的環境濕度下測量其

7、對應的頻率值，通過多次反復實驗，得到幾種典型相對濕度值所對應的頻率值，如表1所示。RH為百分比相對濕度；F為輸出頻率，單位是Hz。 根據表1所示的典型參數值，這里以溫度25，頻率F0=6 600 Hz，F單位為Hz，相對濕度RH=55為參考點，經過實驗分析，繪制出所測相對濕度與輸出頻率之間的關系曲線，如圖4所示。其曲線方程式如下： 4 數據處理 本文中數據處理的主要任務是確定測定的頻率與相對濕度值之間的計算關系。文中將555振蕩電路的輸出端Fout與MCS-51單片機的T1腳相連，計數出1 s的脈沖個數，即振蕩器的輸出頻率，然后進行頻率與濕度之間的轉換。但由于頻率與相對濕度的關系曲線是非線性的

8、，單片機對它的處理能力較差，為了使其處理過程簡化，將RH-F曲線分段線性化處理。頻率6 667 Hz(50)與6 409 Hz(70)將該曲線分為3段近似直線，使單片機在不同的頻率范圍內進行不同的線性轉換。其頻率-濕度對應的線性關系如下： 根據以上3種線性關系可編寫出用51單片機顯示所測濕度值的程序。 5 結 語 相對濕度傳感器HS11001101應用廣泛，利用它與555定時器構成非穩態電路可測出周圍環境下的相對濕度，通過調試，該設計已應用于“林區溫度濕度監測系統”中。此設計具有硬件電路相對簡單、體積小、可靠性高、穩定性好、反應時間快等特點，但由于在實際操作過程中條件所限，所測的濕度值與真實值

9、存在一定的誤差，需做進一步完善。一種濕度檢測電路的設計 2012-03-16 19:19:14摘要：濕度是工農業生產和人民日常生活非常重要的環境因素，為了達到穩定、高亮度和快速的顯示，采用電容式濕度傳感器和單片機結合的方法設計了濕度檢測電路，給出了傳感器、單片機、AD轉換、顯示等元器件和單元電路選擇和設計的依據。檢測時，濕度傳感器HM1500感受濕度變換成電信號送ADC0809轉換后經單片機C51處理，由MAX7219控制顯示。檢測電路具有原理清楚、結構簡單、靈敏度高、穩定性好以及高亮度數碼顯示等特點。關鍵詞：濕度；傳感器；檢測電路；ADC08090 引言   

10、隨著現代工農業技術發展以及人們對生活環境和質量要求的提高，濕度的測量和控制顯得日益重要起來。如在具有粉塵作業和電子產品生產的車間里當濕度小而產生靜電時，常會發生爆炸事故；在大規模集成電路生產過程中，當濕度低于30時，容易產生靜電而影響生產；倉庫濕度過大，會使存放的物資變質或變壞；在農業的育苗、栽培、生產、保鮮等方面也都需要對濕度進行測量與控制。另外，為了使人們的生活環境舒適，必須對濕度進行檢測和控制。    濕度常用相對濕度來表示。它是指空氣中實際所含水蒸氣的分壓Pw和同溫度下飽和水蒸氣的分壓Pw的百分比，即：    1 電路組成及工

11、作原理    濕度檢測電路由濕度傳感器、AD轉換電路、主機電路、顯示電路組成，原理框圖如圖1所示。    濕度傳感器HM1500將檢測到的濕度信號轉換成電壓信號，經放大后送入AD轉換器，并通過AD轉換器將模擬信號轉換成單片機需要的數字信號，經單片機處理后，通過顯示電路顯示。2 單元電路選擇與設計21 濕度傳感器    這里，濕度傳感器采用美國Humirel公司生產的HM1500，它是電壓輸出式集成傳感器，有GND，Ucc(+5 V電源端)、Uo(電壓輸出端)3個引腳。內部包含由HS1101型濕敏電容構成的

12、橋式振蕩器、低通濾波器和放大器，能輸出與相對濕度成線性關系的直流電壓信號。輸出阻抗為70 ，適合與ADC單片機相連。測量范圍的0100RH，輸出電壓范圍為14V，精度為±3RH，靈敏度為25mVRH，溫度系數為01RH。    輸出電壓的計算公式：    Uo=1.079+0.2568 RH     (2)22 AD轉換電路    AD轉換器采用ADC0809，它是8位8通道逐次逼近式轉換器，由一個8路模擬開關，一個地址鎖存與譯碼器，一個8位轉換器和一個三

13、態輸出鎖存器組成。它有八路模擬量輸入端，在多路開關的控制下，任一瞬間只能由一路模擬量經模擬通道輸入到AD轉換器中的比較器。對輸入電壓范圍要求為05 V，HM1500的電壓輸出范圍在14 V，因此電路中不需要設置放大電路。    ADC0809與AT89C51的連接如圖2所示，連接時需要地址鎖存器74LS373。23 單片機    單片機選用MCS-51系列單片機AT89C51。AT89C51是一種帶4 KB閃爍可編程可擦除只讀存儲器、高性能的CMOS 8位微處理器，具有軟件編程靈活、自由度大、性價比高的特點。AT89C51芯片時鐘可達

14、12 MHz，運算速度快，控制功能完善。24 顯示電路    顯示電路采用LED顯示器動態顯示。動態顯示采用分時的方法，輪流控制各個顯示器的COM端，使各個數碼管輪流點亮。但由于點亮的時間短暫和人的視覺及二極管的余輝效應，給人視覺是一組穩定的顯示數據。同時動態顯示還具有節省IO口、硬件電路簡單等優點。    顯示電路由MAX7219芯片控制實現，它是一種高集成化的串行輸入輸出的共陰極LED顯示驅動器，每位可驅動8位7段加小數點的共陰極數碼管，與微處理器連接只需3根線。    MAX7219與51單片機串行

15、接口連接圖如圖3所示。MCS-51單片機串行口工作于方式0，通過RXD(P30)引腳發送接收串行數據，通過TXD(P31)引腳發送移位時鐘脈沖。發送順序為低位在前高位在后，與MAX7219的接收相反。3 總體檢測電路    濕度檢測總體電路圖如圖4所示。濕度傳感器HM1500接收到濕度信號，將其轉化成電壓信號，經內部放大器放大后，通過模擬通道IN1送入AD轉換器ADC0809。    要使ADC0809工作，先對其進行初始化，使ST，OE信號全部為低電平。把模擬通道IN1的地址送入A，B，LabVIEWC端口上。ADC0809通道選擇

16、引腳A，B，C的地址由地址鎖存器74LS373提供。將單片機P27作片選信號，只有P27為低電平時，才能對ADC0809進行操作。啟動AD轉換時，由單片機的寫信號WR和P27共同控制ADC地址鎖存和轉換啟動，ALE和START連在一起，ADC0809在鎖存通道地址的同時，啟動并進行轉換。AD轉換后得到的數字量需單片機讀取并進行處理，單片機讀取結果時采用中斷方式。轉換結束信號EOC經非門與89C51的INT1相連。A D轉換結果的讀取需要對AD轉換是否完成進行確認。確認完成才可讀取數據。用單片機的讀信號RD和P27經一級或非門后，產生的正脈沖作為OE信號，用于打開三態輸出鎖存器，就能讀出模擬通道

17、IN1的轉換結果。AD轉換完成后，EOC變為高電平，表示轉換結束，產生中斷。中斷服務程序中，將轉換好的數據送入指定的存儲單元。    單片機把AD轉換的數據通過RXD(P30)引腳送入MAX7219的串行數據輸入端DIN，當CLK為上升沿時，數據被載入16位移位寄存器。LOAD為片選端，當LOAD為低電平時，芯片接收送來的數據，當LOAD為高電平時，接收的數據被鎖定，然后通過數碼管顯示出來。4 軟件設計    檢測電路的軟件部分采用模塊化程序設計，系統各個模塊的具體功能都是通過子程序調用實現的，主要包括數據采集子程序、顯示子程序等模塊

18、，主程序流程圖如圖5所示。    系統的初始化包括對AD轉換器的初始化、MAX7219的初始化等。ADC0809的初始化使ST和OE全部為低電平。MAX7219初始化時將5個工作狀態寄存器，即譯碼方式選擇、亮度調節、掃描位數設定、待機開關和顯示器檢測全部為零。    數據采集部分的子程序設計是單片機對AD轉換器ADC0809的操作。驅動ADC0809的IN1進行AD轉換，單片機接收轉換好的數據，存入指定內存單元，由INT1中斷服務程序完成。每次驅動AD轉換后等待外部中斷1，中斷到來說明AD轉換已經完成，通過中斷服務程序讀取轉換得到的數

19、據。    顯示子程序是指單片機通過中斷方式對MAX7219的控制，傳送16位數據的地址位和數據位。它還包括對串行方式的設置、顯示緩沖單元和各控制寄存器的地址碼及數據單元的分配等。5 結語    本設計創新地利用電容式濕度傳感器和單片機結合，使設計的濕度檢測電路結構簡單、靈敏度高、穩定性好以及數碼顯示亮度高。室內濕度檢測系統設計發表時間：2012-6-28   來源：時代報告（學術版）2012年5月（上）供稿   作者：謝家泰 導讀 由于單片機經濟實用、開發簡便，因而在工業控制、農業自動化、家電智能化等領域占據了廣

20、泛的市場。 謝家泰    （黔南民族師范學院物理與電子科學系  貴州 都勻   558000） 中圖分類號：TP29    文獻標識碼：A   摘要：隨著科學技術的發展，一個低成本和具有較高精度的濕度測量儀在室內濕度檢測、科研實驗研究等領域中具有十分重要的作用。本設計系統采用DHT11傳感器，使用模擬電路，將濕度信號變為電壓信號輸出，傳輸給單片機進行分析、處理和顯示。使其具有品質卓越、超快響應、抗干擾能力強、性價比極高等優點。關鍵詞：濕度檢測；單片機；DHT11；設計 

21、60;      隨著社會的不斷進步和人們生活質量的提高。濕度的測量與控制在生產和生活中具有越來越重要的意義。在工業中，如倉庫的防潮，防霉，防腐是衡量該倉庫質量的的重要指標，它直接影響了倉庫內儲存物資的保存狀況。在生活中，濕度的變化與人體的舒適度和情緒都有直接的影響，所以對濕度的檢測及控制就非常有必要了。據此，設計出一個可以時時對濕度檢測的監測系統就有非常大的前景和市場價值，下面闡述其設計原理。        一、硬件系統設計    &

22、#160;   1、系統結構        該系統以STC89C52RC為控制核心，以DHT11傳感器檢測濕度，并將信號傳送給單片機進行處理，處理后的信息顯示在液晶顯示器上呈現給用戶，并且如果采集的信息超出用戶設置范圍，蜂鳴器將會給用戶提出報警，以便及時采取相應措施。系統結構圖如圖1               圖1 系統結構圖    &

23、#160;          2、鍵盤模塊        鍵盤模塊由3個按鍵組成。如圖2連接。               圖2 鍵盤模塊連接圖        按鍵分別與單片機P10, P11 P12相連，由此可實現濕度上下限設置，歷史數據

24、查詢功能。        3、顯示模塊        該系統選用LCD1602做為顯示設備，它屬于工業字符型液晶，能夠同時顯示16x02即32個字符。（16列2行）相較與其他的液晶顯示器，LCD1602顯示字母和數字比較方便，控制簡單，成本較低，所以我們在此選用此顯示設備。          4、報警模塊     &#

25、160;  本設計采用峰鳴音報警電路。壓電式蜂鳴器是一種電聲轉換器件。將壓電材料粘貼在金屬片上，當壓電材料和金屬片兩端施加上一個電壓后，因為壓電效應，蜂鳴片就會產生機械變形而發出聲響。壓電式蜂鳴器具有體積小、靈敏度高、耗電省、可靠性好，造價低廉的特點和良好的頻率特性。因此它廣泛應用于各種電器產品的報警、發聲用途。        5、信號分析        STC89C52系列單片機是宏晶科技推出的新一代超強抗干擾、高速、低功耗的單片機，指令碼完全

26、兼容傳統8051單片機，12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可任意選擇。        二、控制模塊軟件設計        本設計的系統主流程圖如圖3所示。        三、結論        本設計綜合利用單片機技術、傳感器技術、數字電子技術和LCD顯示等科學知識，完成了單片機控制的濕度和顯示裝置的設計。本設計具有如下特點。        （1）把傳感器技術應用到單片機控制系統中，實現了對環境濕度的數據采集和讀取。        （2）利用LCD液晶的顯示技術完成了環境濕度及顯示電路