一种湿度测量电路的设计

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  • 引 言

           在工农业生产、气象、环保、科研等部门,经常需要对环境湿度进行测量及控制,快速、准确地测量出环境湿度有着重要作用。电容式相对湿度传感器HS1100/1101是基于独特工艺设计的电容元件,具有可靠性高、稳定性好、反应时间快等优点,可用于线性电压或频率输出回路当中。本设计采用HS1100/1101的频率输出特性,来实现对环境相对湿度的测量。

    2 HS1100/1101的特点及输出特性

          HS1100/1101采用具有专利权的固态聚合物结构,它具有全互换性,在标准环境下不需要校正,长时间饱和下快速脱湿,高可靠性等特点,可用于作业环境湿度自动化及工业控制系统,同时在需要湿度补偿的地方它也可以得到很大的应用。其输出电容与相对湿度特征曲线如图1所示,该曲线中的数据是在工作频率为10 kHz,工作温度为25℃下测定的数据。此曲线的方程如下:

    式中,C0为工作频率等于10 kHz,相对湿度RH为55时HS1100/1101表现的电容值,C单位为pF。

    由于该电容的测量是在10 kHz条件下测得的,而传感器HS1100/1101可工作于5~100 kHz范围内,并没有限制必须工作于10 kHz上,因此当工作于其他频率时,必须对该曲线进行校正,其校正公式如下所示:

    式中C1为工作频率为10 kHz时传感器的典型电容值;f为电路工作频率,单位为kHz。在利用传感器进行测量时为了达到更好的互换性,回路中需要把传感器的第2脚接地。该脚已经标记在传感器头的背面的标签上。

     

    3 电路设计

    3.1 系统电路设计

    电路系统主要由控制电路、湿度测量电路、接口电路、显示电路和键盘组成,如图2所示。其中,控制电路采用AT89C51单片机以及外围元件构成,主要完成定时、湿度频率数据采集、数据处理和结果显示等任务。湿度测量电路实现环境湿度与频率的转换,其输出信号的频率与湿度单值对应。接口电路主要完成输出频率信号的整形、电平匹配等,送入单片机的定时/计数器T1。T1工作于计数器方式,定时记录脉冲数并存入内存缓冲区。

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