本實(shí)用新型涉及一種濕度檢測(cè)電路,具體是一種利用HS1101的濕度傳感器實(shí)現(xiàn)濕度檢測(cè)的電路,屬于硬件電路設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù):
濕度檢測(cè)在各種工業(yè)領(lǐng)域均具有廣泛的應(yīng)用需求,例如在倉(cāng)儲(chǔ)領(lǐng)域,濕度參數(shù)必須得到準(zhǔn)確采集以保證貨物避免受潮變質(zhì)。在濕度檢測(cè)中濕度傳感器的應(yīng)用是必不可少的。
HS1101濕度傳感器具有響應(yīng)時(shí)間快、高可靠性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性特點(diǎn),不需要校準(zhǔn)的特點(diǎn)。HS1101濕度傳感器在電路中等效于一個(gè)電容器C,其電容隨所測(cè)空氣的濕度增大而增大,在相對(duì)濕度為0%-100%RH的范圍內(nèi),電容的容量由160pF變化到200pF,其濕度檢測(cè)誤差不大于±2%RH,響應(yīng)時(shí)間小于5s,溫度系數(shù)為0.04pF/℃。具體電路設(shè)計(jì)時(shí)通常將HS1101濕度傳感器置于555振蕩電路(一種定時(shí)器芯片)之中,其電容的變化將轉(zhuǎn)換為與之成反比的電壓頻率信號(hào),該頻率信號(hào)被采集處理后經(jīng)換算即可根據(jù)HS1101濕度傳感器等效電容與相對(duì)濕度之間的關(guān)系得出被測(cè)環(huán)境相對(duì)濕度。上述檢測(cè)過(guò)程可簡(jiǎn)單總結(jié)為:環(huán)境相對(duì)濕度-HS1101濕度傳感器等效電容-555振蕩電路輸出信號(hào)頻率-計(jì)算出環(huán)境相對(duì)濕度。
在上述常規(guī)應(yīng)用中,555振蕩電路輸出信號(hào)頻率f≈1.43/(R1+2R2)C,信號(hào)占空比Q=R2/(R1+R2),其中C為濕度傳感器等效電容,R1和R2為555振蕩電路外接的兩個(gè)充電電阻。由以上分析可知,當(dāng)R1和R2為定值時(shí)555振蕩電路輸出信號(hào)頻率和占空比均只與濕度傳感器等效電容有關(guān),這為測(cè)量濕度過(guò)程中的數(shù)據(jù)換算帶來(lái)了方便,但是555振蕩電路輸出信號(hào)頻率和占空比只隨濕度傳感器等效電容變化也會(huì)導(dǎo)致555振蕩電路輸出信號(hào)的頻率范圍固定不能微調(diào),而在頻率測(cè)量領(lǐng)域我們又往往需要被測(cè)信號(hào)頻率能夠微調(diào)以提高精度,例如常見(jiàn)的頻率測(cè)量中我們往往需要被測(cè)信號(hào)的周期盡量為閘門(mén)時(shí)間(例如1秒)的整數(shù)倍,但是現(xiàn)有技術(shù)中555振蕩電路輸出信號(hào)的頻率只隨濕度傳感器等效電容的變化而變化,無(wú)法人為的微調(diào),這就不便于提高測(cè)量精度,此外555振蕩電路輸出信號(hào)的占空比也無(wú)法根據(jù)測(cè)量需要調(diào)整。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足,本實(shí)用新型的目的是:怎樣提供一種能夠?qū)Χ〞r(shí)器芯片的輸出信號(hào)頻率進(jìn)行微調(diào),從而有利于提高測(cè)量精度的濕度檢測(cè)電路。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本實(shí)用新型采用了以下的技術(shù)方案。
一種基于HS1101的濕度檢測(cè)電路,其特征在于:包括濕度傳感器,濕度采集模塊,單片機(jī)和頻率檢測(cè)模塊;
所述濕度傳感器為HS1101傳感器,所述濕度采集模塊為定時(shí)器芯片,所述定時(shí)器芯片具有閾值輸入端、觸發(fā)輸入端、放電端、復(fù)位端和輸出端;
所述定時(shí)器芯片的閾值輸入端和定時(shí)器芯片的觸發(fā)輸入端連接在一起構(gòu)成濕度采集模塊的輸入端IN,所述定時(shí)器芯片的輸出端為濕度采集模塊的輸出端OUT;
濕度采集模塊的輸入端IN與HS1101傳感器的一端相連接,HS1101傳感器的另一端接地;
濕度采集模塊的輸入端IN還與數(shù)字電位器的低電位端相連接,所述數(shù)字電位器的高電位端與數(shù)字電位器的滑動(dòng)端相連接,數(shù)字電位器的高電位端通過(guò)充電電阻與電源VCC相連接,數(shù)字電位器的高電位端還與定時(shí)器芯片的放電端連接在一起,數(shù)字電位器的受控端與單片機(jī)的輸出端相連接;
所述定時(shí)器芯片的輸出端與頻率檢測(cè)模塊的被測(cè)信號(hào)輸入端相連接。
進(jìn)一步的,所述頻率檢測(cè)模塊主要由單片機(jī)芯片構(gòu)成。
進(jìn)一步的,所述頻率檢測(cè)模塊主要由CPLD芯片構(gòu)成。
相比現(xiàn)有技術(shù),本實(shí)用新型具有如下優(yōu)點(diǎn):
本實(shí)用新型中,通過(guò)數(shù)字化調(diào)整數(shù)字電位器的阻值,實(shí)現(xiàn)調(diào)整了定時(shí)器芯片外圍充電電阻之間的比值,從而實(shí)現(xiàn)定時(shí)器芯片輸出信號(hào)頻率能夠微調(diào),其周期可以盡量調(diào)整為頻率測(cè)量閘門(mén)時(shí)間的整數(shù)倍,因此具有有利于于提高測(cè)量精度的優(yōu)點(diǎn)。
附圖說(shuō)明
圖1為本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)圖;
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
如圖1所示,本實(shí)用新型一種基于HS1101的濕度檢測(cè)電路,包括濕度傳感器,濕度采集模塊,數(shù)字電位器,單片機(jī)和頻率檢測(cè)模塊;
濕度傳感器為HS1101傳感器,HS1101濕度傳感器在電路中等效于一個(gè)電容器C,其電容隨所測(cè)空氣的濕度增大而增大,它是2腳封裝,靠器件側(cè)面來(lái)接觸空氣。
濕度采集模塊為定時(shí)器芯片(可以采用最為常見(jiàn)的NE555型電路),定時(shí)器芯片通常具有閾值輸入端、觸發(fā)輸入端、放電端、復(fù)位端和輸出端,當(dāng)然還具有電源端,地端和電壓控制端;
數(shù)字電位器采用為X9C104芯片,X9C104是100階數(shù)字電位器,最大阻值100KΩ,最小電阻40Ω,滑動(dòng)增量1010Ω,該數(shù)字電位器具有如下引腳:“增加輸入引腳”,“升降輸入引腳”,“高電位端VH”,“低電位端VL”,“地端VSS”,“滑動(dòng)端VW”和“片選輸入端”,其中“增加輸入引腳”,“升降輸入引腳”和“片選輸入端”為數(shù)字電位器的受控端。
在本實(shí)用新型中數(shù)字電位器的連接采用“變阻式”:“高電位端VH”和“滑動(dòng)端VW”短接在一起,這樣“低電位端VL”與“滑動(dòng)端VW”兩個(gè)點(diǎn)之間就形成一個(gè)電阻值可以改變的電阻了,并且阻值的大小可以通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行控制調(diào)整,也即是數(shù)字電位器的受控端均與單片機(jī)的輸出端相連;
電路具體連接關(guān)系為:
定時(shí)器芯片的閾值輸入端和定時(shí)器芯片的觸發(fā)輸入端連接在一起構(gòu)成濕度采集模塊的輸入端IN,所述定時(shí)器芯片的輸出端為濕度采集模塊的輸出端OUT;
濕度采集模塊的輸入端IN與HS1101傳感器的一端相連接,HS1101傳感器的另一端接;
濕度采集模塊的輸入端IN還與數(shù)字電位器的低電位端相連接,數(shù)字電位器的高電位端與數(shù)字電位器的滑動(dòng)端相連接,數(shù)字電位器的高電位端通過(guò)充電電阻與電源VCC相連接,數(shù)字電位器的高電位端還與定時(shí)器芯片的放電端連接在一起,數(shù)字電位器的受控端與單片機(jī)的輸出端相連接;
定時(shí)器芯片的輸出端與頻率檢測(cè)模塊的被測(cè)信號(hào)輸入端相連接。
頻率檢測(cè)模塊主要由單片機(jī)芯片構(gòu)成,也可以主要由CPLD芯片構(gòu)成。
本實(shí)用新型工作原理闡述如下:
如圖1所示,NE555電路外接充電電阻和數(shù)字電位器(等效于一個(gè)電阻,也是做充電電阻用),構(gòu)成對(duì)濕度傳感器HS1101的充電回路;NE555電路放電端通過(guò)數(shù)字電位器和NE555電路芯片內(nèi)部的晶體管對(duì)地短路實(shí)現(xiàn)對(duì)濕度傳感器HS1101的放電回路,此外,閾值輸入端和觸發(fā)輸入端相連構(gòu)成的濕度采集模塊的輸入端IN的信號(hào)會(huì)引入到NE555電路片內(nèi)比較器,這實(shí)際上是多諧振蕩器的電路連接。根據(jù)多諧振蕩器工作原理,接通電源后濕度傳感器HS1101作為電容器被充電,當(dāng)濕度采集模塊的輸入端IN(也即是濕度傳感器HS1101的一端)的電位上升到2/3VCC時(shí),NE555電路內(nèi)部的觸發(fā)器復(fù)位,同時(shí)NE555電路內(nèi)的晶體管導(dǎo)通,NE555電路輸出端(濕度采集模塊的輸出端OUT)為低電平,此時(shí)濕度傳感器HS1101通過(guò)數(shù)字電位器和NE555電路內(nèi)的晶體管放電,使?jié)穸炔杉K的輸入端IN電壓下降,當(dāng)濕度采集模塊的輸入端IN電壓下降到1/3VCC時(shí),NE555電路內(nèi)部的觸發(fā)器又被置位,NE555電路輸出端(濕度采集模塊的輸出端OUT)翻轉(zhuǎn)為高電平,傳感器的不停充放電,產(chǎn)生方波信號(hào)。
并且濕度傳感器HS1101放電所需要時(shí)間為T(mén)1=R2C ln2≈0.7CR2,濕度傳感器HS1101充電所需要時(shí)間為T(mén)2=(R1+R2)C ln2≈0.7(R1+R2)C,由多諧振蕩器工作原理可知:NE555電路輸出端輸出方波信號(hào)的頻率f=1/T1+T2≈1.43(R1+2R2)C。(以上公式中:R2代表為數(shù)字電位器阻值,R1代表充電電阻阻值,C表示濕度傳感器等效電容容值)
因此只要測(cè)算出NE555電路輸出端輸出信號(hào)的頻率即可計(jì)算濕度傳感器HS1101等效電容值,而濕度傳感器HS1101等效電容值與環(huán)境相對(duì)濕度之間存在對(duì)應(yīng)數(shù)值關(guān)系(在濕度傳感器HS1101產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)中可以查詢),根據(jù)上述數(shù)值對(duì)應(yīng)關(guān)系便可計(jì)算出環(huán)境相對(duì)濕度。需要指出的是NE555電路輸出端輸出信號(hào)的頻率可以由單片機(jī)進(jìn)行測(cè)量,也可以利用CPLD技術(shù)通過(guò)純硬件的頻率計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量,這不屬于本實(shí)用新型的改進(jìn)之處,不再贅述。
根據(jù)上述原理,如果需要對(duì)NE555電路輸出端輸出信號(hào)的頻率進(jìn)行微調(diào)以提高測(cè)量精度(原理見(jiàn)背景技術(shù)所述)可以采用如下方法:?jiǎn)纹瑱C(jī)控制數(shù)字電位器修改其阻值,具體的,增加輸入引腳由下降沿觸發(fā),該引腳上出現(xiàn)的下降沿將使得滑動(dòng)端VW朝內(nèi)部計(jì)數(shù)器增加或減小的方向移動(dòng),升降輸入引腳上的邏輯電平控制著數(shù)字電位器滑動(dòng)端VW移動(dòng)的方向;增加輸入引腳和升降輸入引腳的信號(hào)均由單片機(jī)提供,單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字電位器阻值的控制修改。數(shù)字電位器阻值得到控制修改也就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)NE555電路輸出端輸出信號(hào)的頻率微調(diào)(使得NE555電路輸出端輸出信號(hào)的周期盡量為閘門(mén)時(shí)間(例如1秒)的整數(shù)倍,這將對(duì)提高側(cè)量精度有利)。此外調(diào)整NE555電路輸出端輸出信號(hào)的占空比也可以采用相同的方法。
最后說(shuō)明的是,以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制,盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解,可以對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換,而不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的宗旨和范圍,其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。