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- 濕度傳感器HS1101在智能家居控制系統(tǒng)中的應(yīng)用
- 來源：賽斯維傳感器網(wǎng) 發(fā)表于 2011/2/24
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或者互聯(lián)網(wǎng)在任何時候、任意地點對家中的任意電器進行遠程控制，同時也可以對室內(nèi)的空氣溫度、濕度、質(zhì)量進行監(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)。這是因為測量濕度要比測量溫度復(fù)雜得多，溫度是個獨立的被測量，而濕度卻受其他因素（大氣壓強、溫度）的影響。本文選用一種具有獨特工藝設(shè)計、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，對空氣濕度進行檢測。與其他產(chǎn)品相比，有著顯著的優(yōu)點：
◆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)始的進行充、放電，形成了振蕩。充電、放電時間計算公式分別為：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
軟件設(shè)計主要完成對HSl 101在單位時間內(nèi)的頻率測量。軟件設(shè)計采用端口掃描方式，間隔8S開始測量，測量時間為1S。統(tǒng)計單位時間內(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采用獨特的電容式單元設(shè)計，具有響應(yīng)速度快、體積小、線性度好、較穩(wěn)定等優(yōu)點，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，性能達到了穩(wěn)定可靠，同時也實現(xiàn)了對低成本的要求。
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