湿度传感器单片机检测电路原理及说明.PDFVIP

湿度传感器单片机检测电路 原理及说明 一、 湿度传感器检测需要注意的问题 高分子湿度传感器CHR01、02 系列为新一代复合型电阻型湿度敏感部件， 其复阻抗与空气相对湿度成指数关系，直流阻抗（普通数字万用表测量）几乎为 无穷大，与传统意义上的电阻有空气中水分子参与膜感湿中的离子导电，由于水 分子为极性分子，在直流电存在的情况下，会电离，分解，从而影响导电与元件 的寿命，所以要求采用交流电路对传感器进行供电。 对湿度传感器而言，频率与阻抗之间存在一定的关系，对于测量 30%--80%RH 范围，频率的变化对传感器影响并不明显，在单片机软件编程的实 际应用时，需要通过将传感器置于湿度发生装置中（例如恒温恒湿箱）进行实测， 通过软件对最终的误差进行修正，此项修正基本上可以弥补频率变化所产生的误 差以及其他误差。 湿度传感器阻抗变化与温度的关系见规格书中的数据表，先检测温度，然后 按查表法对进行湿度检测。如果湿度精度要求不是特别严格的情况，（从数据处 理简易的法则来说），可以推算湿度传感器温度系数为-0.4%RH/℃，公式为： H （t ）=H (25 ℃) - 0.4*(t –25) 例如，以实测阻抗按25 ℃的数据表读数，例如在35℃时读到的阻抗为30K， 按25℃表格，相对湿度为60%RH，此时按公式计算的实际湿度应为56%RH。 最后的问题是在生产过程中，由于湿度传感器的原因或其他原因，总会遇到 实际值与测量值之间存在误差的情况，在单片机功能允许的情况下，建议通过软 件做最后的修正，主要采用跳线（JUMP）的方法对示值进行修正，安排一个IO， 做加/减运算符号定义，其余2-4 个IO，用于定义加/减的值，例如1，2，3，可 以修正正负6%RH 的示值偏差。 二、检测电路 单片机采集湿度传感器的方式可以采用RC 阻容充放电，直接A/D 法，通过模拟 电路转换后再通过A/D 法进行采集。以下着重讲一下第一，二种方法的原理参数 设计 A、RC 阻容充放电，通过计算充电或放电时间进行测量。 使用电容充放电电路如下图示，将测量湿度传感器等效为电阻RX 进行充放 电，通过测量充放电时间进行反推阻抗可以测量电阻阻抗，通过读表可以检测相 对湿度值。 示意图如下： 单片机MCU RB0 RB1 RB2 RB1 RX R0 RP C GND 首先，置RB0 为输出状态，RB1 和RB2 为输入状态，RB0 输出高电平Vh （≥ 0.85VDD），通过湿敏电阻对C 进行充电，根据电路理论，电容上的电压按一阶指 数规律变化， Uc(t) = Vh[1-exp(t/RxC)] (1) 在渡越时间 Tmr 后，Uc(t)由 0V 上升到 RB2 的输入高电平门槛电压 VT （0.45VDD），RB2 的输入状态也由低电平变为高电平，此时再将，RB0，RB2 置为 低电平，电容C 上的电压通过RP，及RX 和RB2 快速放电。如此重复，进行充放 电。 由式（1）知 Tmr = -Ln( 1-VT/Vh ) Rx C (2) 由(2)知，只要测量Tmr，VT、Vh、C 为已知，可以计算出Rx，由于元件参数及 温度漂移，VT、Vh、C 的值很难精确计算，为解决此问题，我们可置RB1 为高电 平，Vh （≥0.85VDD），通过固定电阻R0 对C 进行充电，同理可知，电容上的电 压Uc(t)由0V 上升到RB2 的输入高电平门槛电压VT 的时间为Tcr: Tcr = -Ln( 1-VT/Vh ) R0 C (3) 将 (2)/ (3)可得： Rx= (Tmr/ Tcr) R0 (4) 由(4)可知，只要测量Tmr 与Tcr，R0 为精密固定电阻，通过运算就可以计 算Rx ，与其他因素无关。在RX 测量后就可以查表计算相对湿度值 参数设计： 电阻R0 与电容C