HS1101程序及應(yīng)用原理.doc

HS1101 程序及應(yīng)用原理 HSll01是法國(guó)Humirel公司推出的一款電容式相對(duì)濕度傳感器。該傳感器可廣泛應(yīng)用于辦公室、家庭、汽車(chē)駕駛室、和工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)等，對(duì)空氣濕度進(jìn)行檢測(cè)。與其他產(chǎn)品相比，有著顯著的優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需校準(zhǔn)的完全互換性：長(zhǎng)期飽和狀態(tài)，瞬間脫濕：適應(yīng)自動(dòng)裝配過(guò)程，包括波峰焊接、回流焊接等；具有高可靠性和長(zhǎng)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(shí)間快。11基本參數(shù) 基本參數(shù)如表l所示。默認(rèn)測(cè)量溫度rct=25C，測(cè)量時(shí)HSll01工作頻率為10Khzo12特性曲線 如圖1。測(cè)量溫度T=25。C，測(cè)量時(shí)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?duì)濕度值與電容值成比例。因此在測(cè)量過(guò)程中，采集電容值即可。2測(cè)量電路21濕度定義 濕度指的是相對(duì)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。22測(cè)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(duì)濕度的變化和電容值呈線性規(guī)律。在自動(dòng)測(cè)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(jìn)行有效地?cái)?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。23測(cè)量方法 HSll01濕敏傳感器是采用側(cè)面開(kāi)放式封裝，只有兩個(gè)引腳，有線性電壓輸出和線性頻率輸出兩種電路。在使用時(shí)，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(shí)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=+35+12V。利用一片CMOS定時(shí)器TLC555配上HSll01和電阻R2、R4構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路，將相對(duì)濕度值變化轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)輸出。輸出頻率范圍是7351-6033Hz，所對(duì)應(yīng)的相對(duì)濕度為0100。當(dāng)RH=55時(shí)，f=6660Hz。輸出的頻率信號(hào)可送至數(shù)字頻率計(jì)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(hù)作用。通電后電源沿著UcR4R2C對(duì)HSl 101充電。經(jīng)過(guò)t1時(shí)間后濕敏電容的壓降Uc就被充電到TIC555的高觸發(fā)電平(Uh=067Ucc)，使內(nèi)部比較器翻轉(zhuǎn)，OUT的輸出變成低電平。然后C開(kāi)始放電，放電回路為CR2D內(nèi)部放電管地。經(jīng)過(guò)t2時(shí)間后，Uc降到低觸發(fā)電平(Ul=033Ucc)，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(jìn)行充、放電，形成了振蕩。充電、放電時(shí)間計(jì)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(jì)算公式如下：f=1T=1(t1+t2)=1C(2R2+R4)ln2；D=tlT=t1t1+t2=R2+R4(2R2+R4)；通常取R4R2，使D50，輸出接近于方波。例如，取人R2=567kQ，R4=499k。濕度傳感器只是保證傳感探頭的精度，在實(shí)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(guò)100ppm(ppm：百萬(wàn)分之一，表示當(dāng)溫度變化1，所對(duì)應(yīng)的電阻相對(duì)變化量)。為了保證達(dá)到6660Hz55,R2與555電路選取參照如下表： 當(dāng)RH=55、TA=+25時(shí)，典型輸出方波頻率與相對(duì)濕度的數(shù)據(jù)對(duì)照見(jiàn)表3。24與微處理器IPC2132接口 LPC2132是一種支持實(shí)時(shí)仿真和跟蹤的1632位基于ARM7TDMI-S內(nèi)核的CPU，并帶有64KB嵌入的高速FLASH存儲(chǔ)器。LPC2132的實(shí)時(shí)仿真和跟蹤功能方便了代碼調(diào)試，降低了開(kāi)發(fā)成本。并且IO口能夠接受5V容限。整個(gè)濕度傳感器由于采用頻率輸出電路，接口簡(jiǎn)單，可直接與LPC2132普通I0對(duì)接，這里選用PO6腳做為頻率測(cè)量接口。3軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)主要完成對(duì)HSl 101在單位時(shí)間內(nèi)的頻率測(cè)量。軟件設(shè)計(jì)采用端口掃描方式，間隔8S開(kāi)始測(cè)量，測(cè)量時(shí)間為1S。統(tǒng)計(jì)單位時(shí)間內(nèi)脈沖的個(gè)數(shù)，與表3對(duì)照，確定濕度值的范圍，并將濕度值通過(guò)LCD顯示。為了保證測(cè)量精度，可以取3次以上測(cè)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12000MHz。程序代碼采用嵌入式C語(yǔ)言編寫(xiě)，經(jīng)在ADSl2編譯環(huán)境中進(jìn)行編譯后，移植到微處理器內(nèi)執(zhí)行。參考軟件代碼之一：DoIODIR0=10DIROIROOXOfffffbf：p06設(shè)置成輸入d0 讀IO口寄存器 if(IOPIN0&(10x06)=0x00000000)break： 檢測(cè)0電平 while(1)；Do if(IOPIN0&(16033)&(fdat6186)&(fdat6330)&(fdat6468)&(fdat6600)&(fdat6728)&(fdat6853)&(fdat6976)&(fdat7100)&(fdat7224)rhb=00：lhb=fdat100： 對(duì)測(cè)量數(shù)值取低兩位time(1)； 處理需要等待一段時(shí)間，否則lhb=0if(rhb=60)(rhb=70)(rhb=90)lhb=lhb13： 對(duì)低兩位數(shù)值取個(gè)位，else if(rhb=80)lhb=lhb1 4；else lhb=lhb12；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)備參考軟件代碼之二：#include reg51.h#define uchar unsigned char#define uint unsigned intuchar tem0 , tem1; uchar temp0 , temp1; uint f=0; /初值 /* 名稱(chēng)： timer0() * 功能： 定時(shí)器1，每50000us中斷一次。* 入口參數(shù)：*/void timer0() interrupt 1 EA =0; TR0=0; TR1=0; TL0=0xFF; /重裝值 定時(shí)50000us OX4BFFH TH0=0x4B; tem0 = TL1; /讀數(shù) tem1 = TH1; TL1=0x00; /定時(shí)器1清零 TH1=0x00; f=1; /作標(biāo)注位 TR0=1; TR1=1; EA=1;/* 名稱(chēng)： timer1() * 功能： 計(jì)數(shù)器，用于計(jì)數(shù)將555輸出的頻率，以計(jì)數(shù)相對(duì)濕度。* 入口參數(shù)：*/void timer1() interrupt 3 /T1中斷，表示計(jì)數(shù)的頻率溢出，超出了可測(cè)量的頻率范圍，顯然在這里不可能。所以重新啟動(dòng)。 EA =0; TR0=0; TR1=0; TL0=0x00; /重裝值 定時(shí)50000us TH0=0x4C; TL1=0x00; /定時(shí)器1清零 TH1=0x00; TR0=1; TR1=1; EA=1;void Init_timer() TMOD=0x51; /0101 0001 定時(shí)器0在模式1下工作16位定時(shí)器,定時(shí)方式 定時(shí)器1在模式1下工作16位計(jì)數(shù)器，T1負(fù)跳變加1 TL0=0x00; /定時(shí)器0初值 定時(shí)50000us TH0=0x4C; TL1=0x00; /定時(shí)器1清零 TH1=0x00; ET0=1; /使能定時(shí)器0中斷 ET1=1; /使能定時(shí)器1中斷 EA=1; /使能總中斷 TR0=1; /開(kāi)始計(jì)時(shí) TR1=1;void tran() f = tem1; f = ( f8 ) | tem0; f = f * 20; /這里f的值是最終讀到的頻率，不同頻率對(duì)于不同相對(duì)濕度。if( 5623 = f) & ( f= 6852) ) /相對(duì)濕度在有效范圍內(nèi)（0100%） if( 6734 f) & ( f = 6852) ) temp0 = 0; temp1 =(6852 - f)*10/118; if( (6618 f) & ( f = 6734) ) temp0 = 1; temp1 =(6734 - f)*10/116; if( (6503 f) & ( f = 6618 ) ) temp0 = 2; temp1 =(6618 - f)*10/115; if( (6388 f) & ( f = 6503 ) ) temp0 = 3; temp1 =(6503 - f)*10/115; if( (6271 f) & ( f = 6388 ) ) temp0 = 4; temp1 =(6388 - f)*10/117; if( (6152 f) & ( f = 6271 ) ) temp0 = 5; temp1 =(6271 - f)*10/119; if( (6029 f) & ( f = 6152 ) ) temp0 = 6; temp1 =(6152 - f)*10/123; if( (5901 f) & ( f = 6029 ) ) temp0 = 7;temp1 =(6029 - f)*10/128; if( (5766 f) & ( f = 5901 ) temp0 = 8; temp1 =(5901 - f)*10/135; if( (5623 f) & (f = 5766) temp0 = 9; temp1 =(5766 - f)*10/143; else temp0 = 0; temp1 = 0; void main() uchar i,k; uchar count; Init_timer(); count = 0; while(1) for (i=0;i200;i+) for (k=0;k200;k+); /延時(shí) tran(); temp0 &= 0x0F; temp1 &= 0x0F; temp0 = temp0 4; count=temp0 | temp1; Ddisp(count); 說(shuō)明：將555 定時(shí)器的輸出引腳與單片機(jī)AT89C2051 的定時(shí)輸入引腳相連,計(jì)數(shù)出1秒鐘內(nèi)輸入的脈沖個(gè)數(shù),此脈沖個(gè)數(shù)即為555定時(shí)器的振蕩頻率。對(duì)于CMOS 工藝的555 定時(shí)器,其測(cè)得的相對(duì)濕度與輸出的脈沖頻率具有如下關(guān)系式:Fmes(Hz) = F55(Hz)(1.1038-1.936810-3*RH+3.011410-6*RH2-3.440310-8*RH3),其中的F55(Hz)表示相對(duì)濕度為55時(shí)的頻率值,在25C 下F55(Hz)6660 Hz。因此,根據(jù)測(cè)得的脈沖頻率即可求出濕度值。從上式可以看出,F與RH之間是一種比較復(fù)雜的曲線關(guān)系,為了簡(jiǎn)化計(jì)算,必須尋求更為簡(jiǎn)單的求解方法。在25C 下,如果以F55(Hz) 6660 Hz 為參考點(diǎn),555 定時(shí)器頻率輸出電路具有如下對(duì)應(yīng)關(guān)系表。測(cè)濕電路為了使計(jì)算簡(jiǎn)單,可以將頻率與濕度之間的非線性關(guān)系按照上表分為10段進(jìn)行處理,每一小段內(nèi)按線性關(guān)系處理,從而大大簡(jiǎn)化了計(jì)算過(guò)程。系統(tǒng)程序分為兩大部分:系統(tǒng)主程序和T0 中斷服務(wù)程序。T0的中斷服務(wù)程序主要是實(shí)現(xiàn)555定時(shí)器輸出頻率的計(jì)算,而由頻率計(jì)算濕度則是在主程序中實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于555定時(shí)器輸出頻率的計(jì)算,采用單片機(jī)AT89C2051的定時(shí)器中斷的方式實(shí)現(xiàn):單片機(jī)AT89C2051內(nèi)部集成了兩個(gè)16位的定時(shí)器T0 和T1,設(shè)置單片機(jī)定時(shí)器T0 定時(shí)20ms,并允許T0 中斷;定時(shí)器T1 則用來(lái)對(duì)555 的輸出脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。每當(dāng)T0 發(fā)生20ms 定時(shí)中斷時(shí),就讀取T1 中的計(jì)數(shù)脈沖個(gè)數(shù),T1 50 即為此時(shí)555定時(shí)器的輸出頻率,并設(shè)置T0的中斷標(biāo)志變量flagT0為1。初始化主要包括定時(shí)器T0和T1的初始化、中斷邏輯初始化等。然后判斷“FlagT0=1?”,當(dāng)FlagT0=1時(shí),表示又發(fā)生了一次新的T0定時(shí)中斷,并且在T0的中斷服務(wù)程序中已經(jīng)求出了此時(shí)555定時(shí)器的輸出頻率;然后主程序執(zhí)行求濕度子程序,根據(jù)頻率求出此時(shí)濕度。如果FlagT0=0,則表示沒(méi)有新的T0定時(shí)中斷發(fā)生,主程序直接往下執(zhí)行,掃描“測(cè)濕”鍵和“清除”鍵,